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KR20060029762A - Thin Film Formation Method of Semiconductor Device - Google Patents

Thin Film Formation Method of Semiconductor Device Download PDF

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KR20060029762A
KR20060029762A KR1020040078596A KR20040078596A KR20060029762A KR 20060029762 A KR20060029762 A KR 20060029762A KR 1020040078596 A KR1020040078596 A KR 1020040078596A KR 20040078596 A KR20040078596 A KR 20040078596A KR 20060029762 A KR20060029762 A KR 20060029762A
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KR
South Korea
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gas
thin film
forming
film
semiconductor device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020040078596A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
차용원
나규태
홍은기
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

저유전율을 갖는 박막 형성 방법에서, 우선 기판을 반응 챔버 내에 로딩한다. 상기 기판에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 형성되는 박막의 스퍼터링 효과를 감소시키기 위한 수소 가스를 각각 공급하고, 플라즈마를 발생시켜 절연막을 형성한다. 상기 공정에 의하면, 갭필 특성이 향상되고 저유전율을 갖는 박막이 형성된다. In the thin film formation method having a low dielectric constant, the substrate is first loaded into the reaction chamber. A silicon source gas, a fluorine source gas, an oxygen gas, and hydrogen gas for reducing the sputtering effect of the formed thin film are respectively supplied to the substrate, and a plasma is generated to form an insulating film. According to the above process, a gap fill property is improved and a thin film having a low dielectric constant is formed.

Description

반도체 장치의 박막 형성 방법{Method for forming a thin film in semiconductor device} Method for forming a thin film in semiconductor device

도 1 내지 도 2는 본 발명의 절연막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 to 2 are cross-sectional views for explaining the method for forming an insulating film of the present invention.

도 3은 갭이 제1 어스팩트 비를 가질 경우 HDP-CVD 공정으로 갭 매립하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view for describing a process of filling a gap by an HDP-CVD process when the gap has a first aspect ratio.

도 4는 갭의 제2 어스팩트비를 가질 경우 HDP-CVD 공정으로 갭 매립하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for describing a process of filling a gap by an HDP-CVD process when the gap has a second aspect ratio.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 디램 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 5 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 장치의 박막 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저유전율을 갖는 절연막을 형성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a thin film of a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of forming an insulating film having a low dielectric constant.

최근의 LSI반도체 장치, 초고속 SRAM장치 및 플레쉬 메모리 장치 등은 기생 커패시턴스의 증가로 인하여 발생되는 응답 속도 지연(RC delay)이 심각한 문제로 대두되고 있다. 상기 기생 커패시턴스는 주로 금속 배선과 금속 배선 사이가 매우 가까워져 상기 금속 배선들의 배치가 커패시터와 동일한 구조를 갖게 되면서 주로 발생된다. 그러므로, 상기 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해서는 상기 금속 배선 사이에 형성되는 층간 절연막을 낮은 유전 상수를 갖는 절연 물질로서 형성하여야 한다. Recently, the LSI semiconductor device, the ultra-fast SRAM device, and the flash memory device have become a serious problem due to the response delay caused by the increase of parasitic capacitance. The parasitic capacitance is mainly generated as the metal wires are very close between the metal wires and the arrangement of the metal wires has the same structure as the capacitor. Therefore, in order to reduce the parasitic capacitance, an interlayer insulating film formed between the metal wirings must be formed as an insulating material having a low dielectric constant.

상기 낮은 유전 상수를 갖는 절연 물질은 SOD(spin-on dielectric) 방식 및 화학 기상 증착 방식(Chemical vapor deposition, 이하, CVD)으로 형성될 수 있으며, 막의 안정성 측면에서 CVD 방식이 더욱 유리한 것으로 알려져 있다. 상기 CVD방식에 의해 형성될 수 있는 낮은 유전 상수를 갖는 절연막의 예로서는 불소를 포함하는 실리콘 산화막(Fluarinated Silicate Glass, 이하 FSG막) 및 SiOC 막을 들 수 있다. The insulating material having a low dielectric constant may be formed by a spin-on dielectric (SOD) method and a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as CVD), and it is known that the CVD method is more advantageous in terms of film stability. Examples of the insulating film having a low dielectric constant that can be formed by the CVD method include a fluorine-containing silicon oxide film (FSG film) and an SiOC film.

반도체 장치의 제조 시에 층간 절연막으로 주로 사용되고 있는 상기 실리콘 산화막(SiO2)은 약 4.1 정도의 유전 상수를 갖는다. 반면에, 상기 FSG막의 경우 3.4 내지 3.7정도의 유전 상수를 갖고, 상기 SiOC막은 3.0정도의 유전 상수를 갖는다. 따라서, 상기 FSG막 또는 SiOC막을 상기 금속 배선과 금속 배선 사이의 층간 절연막으로 형성하는 경우에는 기생 커패시턴스를 어느 정도 감소시킬 수 있다. The silicon oxide film (SiO2), which is mainly used as an interlayer insulating film in the manufacture of semiconductor devices, has a dielectric constant of about 4.1. On the other hand, the FSG film has a dielectric constant of about 3.4 to 3.7, and the SiOC film has a dielectric constant of about 3.0. Therefore, when the FSG film or the SiOC film is formed of the interlayer insulating film between the metal wiring and the metal wiring, parasitic capacitance can be reduced to some extent.

그러나, 상기 FSG막 및 SiOC가 상대적으로 낮은 유전 상수를 가짐에도 불구하고 상기 막들은 반도체 장치의 제조에 적용하는 것이 용이하지 않다. 예를 들어, 상기 FSG막의 경우에는 유전 상수를 낮추기 위하여 막 내의 불소의 함량을 증가시켜야 하지만 상기 불소의 경우 아웃 디퓨전이 발생되기 때문에 막의 안정성이 떨어지는 문제가 있다. However, although the FSG film and SiOC have relatively low dielectric constants, the films are not easy to apply to the manufacture of semiconductor devices. For example, in the case of the FSG film, the content of fluorine in the film must be increased in order to lower the dielectric constant, but in the case of the fluorine, there is a problem in that the stability of the film is lowered because out diffusion occurs.                         

또한, 상기 SiOC막은 결합 중심에서 미세한 공극(micro-pore)이 발생하게 되고, 상기 공극에 의해 저유전율을 갖게된다. 그러나, 상기 공극이 증가되면 막이 치밀하지 못하게 되고 이로 인해 상기 막의 기계적 특성(mechanical property)이 양호하지 않게 된다. 더구나, 상기 SiOC막은 갭필 특성 역시 좋지 않아서 금속 배선 사이를 채우는데 사용하기가 어려우며, 현재는 다마신 공정에 의해 금속 배선을 형성할 시에만 사용되고 있다. In addition, the SiOC film has a micro-pore at the bonding center, and has a low dielectric constant by the pore. However, an increase in the voids results in a less dense membrane, which results in poor mechanical properties of the membrane. Moreover, the SiOC film is also difficult to be used to fill gaps between metal wires because of poor gap fill properties, and is currently used only when metal wires are formed by damascene processes.

본 발명의 목적은 반도체 장치에서 저 유전상수를 가지면서도 갭필 특성이 우수한 절연 박막을 형성하는데 있다. An object of the present invention is to form an insulating thin film having low dielectric constant and excellent gap fill characteristics in a semiconductor device.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막 형성 방법은, 우선 기판을 반응 챔버 내에 로딩한다. 이어서, 상기 기판에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 형성되는 박막의 스퍼터링 효과를 감소시키기 위한 수소 가스를 공급하고 플라즈마를 발생시켜 절연막을 형성한다.In order to achieve the above object, the thin film forming method of the present invention first loads a substrate into a reaction chamber. Subsequently, a silicon source gas, a fluorine source gas, an oxygen gas, and hydrogen gas for reducing the sputtering effect of the formed thin film are supplied to the substrate, and a plasma is generated to form an insulating film.

상기 방법에 의하면, 입자가 매우 작은 수소 가스를 증착 공정 시에 유입함으로서, 증착 공정을 수행하는 중에 박막의 상부가 스퍼터링되는 효과를 감소시킬 수 있다. 때문에, 기판 상에 매우 조밀하게 패턴들 사이에 절연막을 매립하는 경우에 갭 매립 능력이 향상된다. According to the method, by introducing hydrogen gas having a very small particle during the deposition process, it is possible to reduce the effect of sputtering the upper portion of the thin film during the deposition process. Therefore, the gap filling capability is improved when the insulating film is embedded between the patterns very densely on the substrate.

본 발명에 박막 형성 방법에 대하여 설명하기로 한다.The thin film forming method of the present invention will be described.

먼저, 표면에 단차부가 형성되어 있는 기판을 반응 챔버 내에 로딩한다. First, a substrate having a stepped portion formed on its surface is loaded into the reaction chamber.                     

상기 기판 내에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 수소 가스를 각각 공급하고 플라즈마를 발생시켜 상기 단차부를 매립하는 절연막을 형성한다. 상기 공정에 의해 형성되는 절연막은 불소가 첨가된 실리콘 산화막(Fluarinated Silicate Glass, 이하, FSG막)이다. 여기서, 상기 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스 및 산소 가스는 상기 FSG막을 형성하기 위한 소오스 가스들이며, 상기 수소 가스는 상기 소오스 가스들의 케리어 가스로서 제공된다. 사용 가능한 가스들을 구체적으로 열거하면, 상기 실리콘 소오스 가스는 SiH4를 사용할 수 있고, 상기 불소 소오스 가스는 SiF4를 사용할 수 있다A silicon insulating gas, a fluorine source gas, an oxygen gas, and a hydrogen gas are respectively supplied into the substrate, and a plasma is generated to form an insulating film filling the stepped portion. The insulating film formed by the above process is a fluorinated silicon oxide film (hereinafter referred to as FSG film). Here, the silicon source gas, the fluorine source gas and the oxygen gas are source gases for forming the FSG film, and the hydrogen gas is provided as a carrier gas of the source gases. Specifically listing available gases, the silicon source gas may use SiH 4, and the fluorine source gas may use SiF 4.

상기 절연막은 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 공정(High Density Plasma -Chemical Vapor Deposition, 이하 HDP-CVD 공정)에 의해 형성된다. 상기 HDP-CVD공정은 통상적으로 상압 화학 기상 증착 공정(AP-CVD), 저압 화학 기상 증착 공정( LP-CVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 공정(PE-CVD)에 비해 고진공 및 고파워에서 진행된다. 때문에, 상기 HDP-CVD공정에 의해 막을 형성하는 경우 막의 구조가 치밀하고 막의 기계적 특성(mechanical property)이 우수하다. 여기서, 상기 기계적 특성이란 식각, 연마 등의 단위 공정들을 수행할 시에 재현성 있는 결과를 수득할 수 있는 특성을 의미한다. The insulating film is formed by a high density plasma chemical vapor deposition process (hereinafter referred to as HDP-CVD process). The HDP-CVD process is typically performed at high vacuum and high power compared to atmospheric pressure chemical vapor deposition (AP-CVD), low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD), or plasma enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD). . Therefore, when the film is formed by the HDP-CVD process, the film structure is dense and the mechanical properties of the film are excellent. Here, the mechanical property refers to a property that can obtain reproducible results when performing unit processes such as etching and polishing.

상기 HDP-CVD 공정은 고진공 및 고파워에서 진행되어 이온 포격에 의한 스퍼터링이 발생한다. 본 발명의 경우 상기 수소 가스에 의해 막이 스퍼터링된다. 그런데, 상기 수소 가스의 입자가 매우 작으므로 상기 스퍼터링에 의한 막의 식각 효과가 작고 이로 인해 갭 필 능력은 향상된다. 또한, 상기 실리콘 산화막 내에 불소가 포함됨에 따라 이온 및 전자의 극성이 감소됨으로서 절연막의 유전율이 감소된다. The HDP-CVD process is performed at high vacuum and high power to generate sputtering by ion bombardment. In the case of the present invention, the membrane is sputtered by the hydrogen gas. However, since the particles of the hydrogen gas are very small, the etching effect of the film by the sputtering is small, thereby improving the gap fill capability. In addition, as the fluorine is included in the silicon oxide film, the polarity of ions and electrons is reduced, thereby decreasing the dielectric constant of the insulating film.

상기 절연막의 유전율을 더욱 감소시키기 위한 방법으로, 상기 절연막을 형성할 시에 상기 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 수소 가스와 함께 탄소를 포함하는 가스를 더 유입할 수 있다. 상기와 같이, 탄소를 포함하는 가스를 더 유입하는 경우 절연막 내에 미세한 공극이 형성되며, 상기 공극에 의해 더 낮은 유전상수를 갖는 절연막으로 형성될 수 있다. In order to further reduce the dielectric constant of the insulating film, a gas containing carbon may be further introduced together with the silicon source gas, the fluorine source gas, the oxygen gas, and the hydrogen gas when the insulating film is formed. As described above, when a gas containing carbon is further introduced, fine pores are formed in the insulating film, and the pores may be formed of an insulating film having a lower dielectric constant.

상기 열거한 방법에 의하면, 갭필 특성이 향상되고 낮은 유전 상수를 절연막을 형성할 수 있다. 이는, 금속 배선 사이에 형성되는 층간 절연막과 같은 구조를 형성하는데 적극적으로 응용할 수 있다. According to the above-listed methods, the gap fill characteristics can be improved and an insulating film can be formed with a low dielectric constant. This can be actively applied to form a structure such as an interlayer insulating film formed between metal wirings.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 박막 형성 방법을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the thin film formation method of the present invention.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 절연막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 to 2 are cross-sectional views for explaining the method for forming an insulating film of the present invention.

도 1를 참조하면, 표면에 금속 배선 패턴(12)들이 조밀하게 형성되어 있는 기판(10)을 마련한다. Referring to FIG. 1, a substrate 10 in which metal wiring patterns 12 are densely formed on a surface thereof is provided.

구체적으로, 상기 기판(10) 상에 반도체 소자를 형성하기 위한 하부 구조물(도시안함)이 형성되고, 상기 하부 구조물 상에 금속막(도시안함)을 형성한다. 상기 금속막은 알루미늄막 또는 텅스텐막을 포함한다. 상기 금속막 상에 하드 마스크막을 형성하고, 사진 식각 공정을 수행하여 상기 하드 마스크막을 일부 식각함으로서 상기 하드 마스크 패턴(도시안함)을 형성한다. 상기 하드 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 금속막을 식각함으로서 금속 배선 패턴(12)을 형성한다. Specifically, a lower structure (not shown) for forming a semiconductor device is formed on the substrate 10, and a metal film (not shown) is formed on the lower structure. The metal film includes an aluminum film or a tungsten film. The hard mask layer is formed on the metal layer, and the hard mask layer is partially etched by performing a photolithography process to form the hard mask pattern (not shown). The metal wiring pattern 12 is formed by etching the metal layer using the hard mask pattern as an etching mask.                     

통상적으로, 배선의 저항을 감소시키기 위해 상기 금속 배선 패턴(12)은 매우 높게 형성되고 있는 반면, 반도체 소자가 고집적화되면서 상기 금속 배선 패턴(12)의 선폭(d1) 및 금속 배선 패턴(12)간 간격(d2)은 매우 좁게 형성되고 있다. 따라서, 상기 금속 배선 패턴(12)들 사이의 갭은 수평 방향으로는 좁고 수직 방향으로는 깊게 형성된다. 구체적으로, 상기 갭의 어스팩트비(aspect ratio, 가로 세로간 비는 1:3 이상을 갖는다. Typically, the metal wiring pattern 12 is formed to be very high in order to reduce the resistance of the wiring, while the semiconductor device is highly integrated, and the line width d1 and the metal wiring pattern 12 of the metal wiring pattern 12 are increased. The space | interval d2 is formed very narrow. Therefore, the gap between the metal wiring patterns 12 is formed narrow in the horizontal direction and deep in the vertical direction. Specifically, the aspect ratio (aspect ratio) of the gap has a ratio of 1: 3 or more.

이어서, 상기 금속 배선 패턴(12)이 형성되어 있는 기판을 반응 챔버 내에 로딩한다. Subsequently, the substrate on which the metal wiring pattern 12 is formed is loaded into the reaction chamber.

도 2를 참조하면, 상기 금속 배선 패턴(12)을 갖는 기판 상에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스를 공급하고, 상기 가스들의 케리어 가스로서 수소 가스를 공급한다. 그리고, 플라즈마를 발생시킴으로서 적어도 상기 금속 배선 패턴 사이의 갭을 매립하는 FSG막(14)을 형성한다. Referring to FIG. 2, a silicon source gas, a fluorine source gas, and an oxygen gas are supplied onto a substrate having the metal wiring pattern 12, and hydrogen gas is supplied as a carrier gas of the gases. By generating a plasma, an FSG film 14 filling at least the gap between the metal wiring patterns is formed.

구체적으로, 상기 실리콘 소오스 가스는 SiH4를 사용할 수 있고, 상기 불소 소오스 가스는 SiF4를 사용할 수 있다. 이 때, 상기 챔버 내로 유입되는 상기 SiH4: SiF4: O2: H2의 유량비는 1: 0.1~10 : 0.1~10: 1~200 가 되도록 한다. In detail, the silicon source gas may use SiH 4, and the fluorine source gas may use SiF 4. At this time, the flow rate ratio of the SiH 4: SiF 4: O 2: H 2 introduced into the chamber may be 1: 0.1 to 10: 0.1 to 10: 1 to 200.

상기 FSG막(14)을 형성하기 위한 다른 조건들을 살펴보면, 상기 챔버 내의 압력은 1 내지 1000mTorr를 유지한다. 또한, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위하여 소오스 파워는 500 내지 9000W를 가한다. 그리고, 바이어스 파워는 0 초과 5000W 미만으로 가한다. 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다. Looking at the other conditions for forming the FSG film 14, the pressure in the chamber maintains 1 to 1000mTorr. In addition, the source power is applied from 500 to 9000 W to form a plasma in the chamber. Then, the bias power is applied to more than 0 and less than 5000W. The bias power may not be applied in some cases.                     

상기 가스들을 챔버 내에 유입하면서 증착 공정을 수행하면, 상기 FSG막(14)이 형성되면서 동시에 수소 가스에 의해 스퍼터링이 발생한다. 하지만, 상기 수소 가스는 입자의 크기가 매우 작기 때문에 스퍼터링에 의한 상기 증착된 FSG막(14)이 매우 미미하게 식각된다. 그러므로, 상기 수소 가스를 유입함으로서 상기 스퍼터링에 의해 갭필이 방해되는 것을 최소화할 수 있다.When the deposition process is performed while the gases are introduced into the chamber, the FSG film 14 is formed and at the same time, sputtering is generated by hydrogen gas. However, since the hydrogen gas has a very small particle size, the deposited FSG film 14 by sputtering is very etched. Therefore, it is possible to minimize the gap fill is prevented by the sputtering by introducing the hydrogen gas.

이하에서는, 상기 스퍼터링과 갭필과의 관계에 대해 좀 더 부연 설명하고자 한다. Hereinafter, the relationship between the sputtering and the gap fill will be described in more detail.

도 3은 갭이 제1 어스팩트비를 갖는 경우 HDP-CVD 공정으로 갭 매립하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 4는 갭이 상기 제1 어스팩트 비에 비해 높은 제2 어스팩트비를 갖는 경우 HDP-CVD 공정으로 갭 매립하는 과정을 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for describing a process of filling a gap by an HDP-CVD process when the gap has a first aspect ratio. 4 is a cross-sectional view for describing a process of filling a gap by an HDP-CVD process when the gap has a second aspect ratio higher than that of the first aspect ratio.

도 3에 도시된 구조물은 기판(100)상에 패턴(102)들이 형성되어 있고, 상기 패턴(102)들 사이의 갭이 1:3 미만의 비교적 낮은 어스팩트 비를 갖고 있다. 상기 갭을 매립하기 위하여 막(104)을 증착할 시에, 상기 갭의 상부 입구 부위에 증착되는 막(106)들이 스퍼터링에 의해 식각되면서 갭의 바닥쪽에 재증착됨으로서 갭필 효과가 증대된다. 그러나, 반도체 장치가 점점 고집적화되면서 상기 갭의 어스팩트비가 증가됨에 따라 상기 스퍼터링은 갭필을 방해하는 요소가 되고 있다. In the structure shown in FIG. 3, patterns 102 are formed on a substrate 100, and the gaps between the patterns 102 have a relatively low aspect ratio of less than 1: 3. In depositing the film 104 to fill the gap, the gap fill effect is increased as the films 106 deposited at the top inlet portion of the gap are redeposited on the bottom of the gap while being etched by sputtering. However, as the semiconductor device is increasingly integrated, the aspect ratio of the gap is increased, so that the sputtering becomes an obstacle to the gap fill.

구체적으로, 도 4에 도시된 것과 같이 상기 패턴(102a)들 사이의 갭이 1:3이상의 비교적 높은 어스팩트 비를 갖는 경우에는 상기 갭의 상부 입구 부위에 증착되는 막(106a)들은 스퍼터링에 의해 식각된 후 갭의 바닥까지 하강하지 못하고 측 면 부위에 증착됨으로서 상기 갭의 프로파일이 더욱 네거티브 기울기를 갖게 만든다. 때문에, 어스팩트비가 높은 갭을 매립하기 위한 상기 HDP-CVD공정을 수행할 때에는 스퍼터링이 거의 일어나지 않도록 공정을 조절하는 것이 바람직하다. Specifically, as shown in FIG. 4, when the gap between the patterns 102a has a relatively high aspect ratio of 1: 3 or more, the films 106a deposited at the upper inlet portion of the gap are formed by sputtering. After etching, it is deposited on the side rather than falling to the bottom of the gap, making the profile of the gap more negative. Therefore, when performing the HDP-CVD process for filling the gap with a high aspect ratio, it is preferable to adjust the process so that sputtering hardly occurs.

이를 위해, 종래와 같이 Ar 또는 He과 같이 비교적 큰 입자를 갖는 가스로 스퍼터링하지 않고, 비교적 작은 입자를 갖는 수소 가스를 스퍼터링 가스로서 사용함으로서 갭필 특성을 향상시킬 수 있다. To this end, the gap fill characteristics can be improved by using hydrogen gas having relatively small particles as the sputtering gas, without sputtering with a gas having relatively large particles such as Ar or He as in the related art.

상기 설명한 공정에 의해 형성되는 FSG막은 SiO2구조를 기본 골격(back born)으로 하고 있고, 상기 SiO2 망상(network) 구조 내에 Si-O 결합중 일부가 Si-F결합으로 대치되어 있다. 상기 Si-F 결합은 상기 Si-O 결합에 비해 이온 및 전자적 극성이 작다. 때문에, 상기 FSG막은 통상의 SiO2막에 비해 저유전율을 갖게된다. 또한, 상기 수소 가스를 케리어 가스로서 사용함으로서 갭필 효과를 극대화 할 수 있다.
The FSG film formed by the above-described process has a SiO 2 structure as a back born, and some of the Si—O bonds in the SiO 2 network structure are replaced by Si—F bonds. The Si-F bond has a smaller ionic and electronic polarity than the Si-O bond. Therefore, the FSG film has a lower dielectric constant than the conventional SiO 2 film. In addition, the gap fill effect can be maximized by using the hydrogen gas as a carrier gas.

상기 설명한 방법에서 사용한 증착 가스에 탄소를 포함하는 가스를 더 추가하여 유입함으로서 유전율이 더욱 낮아진 층간 절연막을 형성할 수 있다. By further introducing a gas containing carbon into the deposition gas used in the above-described method, an interlayer insulating film having a lower dielectric constant can be formed.

구체적으로, 표면에 금속 배선 패턴들이 조밀하게 형성되어 있는 기판을 마련한다. 통상적으로, 배선의 저항을 감소시키기 위해 상기 금속 배선 패턴은 매우 높게 형성되고 있는 반면, 반도체 소자가 고집적화되면서 상기 금속 배선 패턴의 사이즈 및 금속 배선 패턴간 간격은 매우 좁게 형성되고 있다. 따라서, 상기 금속 배선 패턴들 사이에는 갭은 수평 방향으로는 좁고 수직 방향으로는 깊게 형성되며, 구체적으로 상기 갭의 어스팩트비는 1:3 이상을 갖는다. Specifically, a substrate is formed on the surface of which metal wiring patterns are densely formed. In general, the metal wiring pattern is formed very high in order to reduce the resistance of the wiring, while the semiconductor device is highly integrated, and the size of the metal wiring pattern and the spacing between the metal wiring patterns are very narrow. Therefore, a gap is formed between the metal wiring patterns in the horizontal direction and deep in the vertical direction, and specifically, the aspect ratio of the gap is 1: 3 or more.

상기 금속 배선 패턴이 형성되어 있는 기판을 반응 챔버 내에 로딩한다. The substrate on which the metal wiring pattern is formed is loaded into the reaction chamber.

이어서, 상기 금속 배선 패턴을 갖는 기판 상에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 탄소를 포함하는 가스를 공급하고, 상기 가스들의 케리어 가스로서 수소 가스를 공급한다. 그리고, 플라즈마를 발생시킴으로서 상기 금속 배선 패턴 사이의 갭을 매립하는 탄소가 도핑된 FSG막(이하, carbon-doped FSG막)을 형성한다. Subsequently, a gas containing silicon source gas, fluorine source gas, oxygen gas and carbon is supplied onto a substrate having the metal wiring pattern, and hydrogen gas is supplied as a carrier gas of the gases. The plasma is generated to form a carbon doped FSG film (hereinafter referred to as a carbon-doped FSG film) filling a gap between the metal wiring patterns.

구체적으로, 상기 실리콘 소오스 가스는 SiH4를 사용할 수 있고, 상기 불소 소오스 가스는 SiF4를 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄소를 포함하는 가스는 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스 또는 유기 실록산 소오스 가스를 사용할 수 있다. In detail, the silicon source gas may use SiH 4, and the fluorine source gas may use SiF 4. In addition, the carbon-containing gas may be a hydrogenated gas or an organosiloxane source gas.

상기 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스의 예로서는 CH4, C2H4, C2H6, C2H2, C6H6를 들 수 있으며 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 유기 실록산 소오스 가스의 예로서는 MTES (Methyltriethoxylsilane), DEMS (Diethoxymethylsilane), DMOMS (Dimethoxymethylsilane), TOMCATS (Tetramethylcyclotetrasiloxane), DMDMOS (Dimethyldimethoxysilane), DMDOSH (Dimethyldioxysilylcyclohexane), Z3MS (trimethylsilane)를 들 수 있으며 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. Examples of the hydrocarbon gas include CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 2 H 2, and C 6 H 6, which may be used alone or in combination. In addition, examples of the organosiloxane source gas include methyltriethoxylsilane (MTES), diethoxymethylsilane (DEMS), dimethoxymethylsilane (DMOMS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TOMCATS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), dimethyldimethoxysilylcyclohexane (DMDOSH), and trimethylsilane alone (Z3MS). Can be used in combination.

이 때, 상기 챔버 내로 유입되는 상기 SiH4: SiF4: O2: H2 : 탄소를 포함하는 가스의 유량비는 1: 0.1~10 : 0.1~10: 1~200 : 0.1~300이 되도록 한다.  At this time, the flow rate ratio of the gas containing SiH 4: SiF 4: O 2: H 2: carbon flowing into the chamber is 1: 0.1 to 10: 0.1 to 10: 1 to 200: 0.1 to 300.

상기 절연막을 형성하기 위한 조건을 살펴보면, 상기 챔버 내의 압력은 1 내 지 1000mTorr를 유지한다. 또한, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위하여 소오스 파워는 500 내지 9000W를 가한다. 그리고, 바이어스 파워는 0 초과 5000W 미만으로 가한다. 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다. Looking at the conditions for forming the insulating film, the pressure in the chamber is maintained at 1 to 1000mTorr. In addition, the source power is applied from 500 to 9000 W to form a plasma in the chamber. Then, the bias power is applied to more than 0 and less than 5000W. The bias power may not be applied in some cases.

상기 공정에 따르면, 탄소를 포함하는 가스를 추가적으로 더 유입된 층간 절연막이 형성된다. 때문에, 상기 층간 절연막 내에는 탄소 결합에 미세한 공극이 형성된다. 상기 미세한 공극은 상기 층간 절연막의 유전율을 더욱 더 낮추어 주는 역할을 하게된다. 이로 인해 기존 FSG막에 비해 저유전율을 갖는 층간 절연막을 형성할 수 있다. According to the above process, an interlayer insulating film further introduced with a gas containing carbon is further formed. Therefore, fine voids are formed in the carbon bond in the interlayer insulating film. The minute pores serve to further lower the dielectric constant of the interlayer insulating film. As a result, an interlayer insulating film having a lower dielectric constant than that of the existing FSG film can be formed.

그리고, 종래의 SiOC 막과는 달리 고진공 및 고 파워 조건에서 수행되는 고밀도 플라즈마 공정에 의해 막이 형성되고, 막의 구조가 Si-O를 기본 골격으로 하고 있기 때문에 막의 기계적 특성이 매우 우수하다. Unlike the conventional SiOC film, the film is formed by a high-density plasma process performed under high vacuum and high power conditions, and since the structure of the film is based on Si-O, the film has excellent mechanical properties.

또한, 상기 수소가 유입됨에 따라 갭필 능력을 향상시킬 수 있으므로 상기 금속 배선 사이에 보이드가 없는 층간 절연막을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 보이드에 의해 발생될 수 있는 공정 불량을 방지할 수 있다.In addition, as the hydrogen flows in, the gapfill capability may be improved, thereby forming an interlayer insulating layer having no void between the metal lines. Therefore, it is possible to prevent process defects that may be caused by the voids.

이하에서는, 상기 설명한 본 발명의 박막 형성 방법을 구체적으로 반도체 장치에 적용한 실시예에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, an embodiment in which the thin film forming method of the present invention described above is specifically applied to a semiconductor device will be described.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 디램 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 5 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM device according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 반도체 기판(200)에 셸로우 트렌치 소자 분리(STI) 공정이나 실리콘 부분 산화법(LOCOS) 등과 같은 소자 분리 공정을 수행하여 소자 분리막 (202)을 형성함으로서, 상기 반도체 기판(200)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다. 이어서, 열산화법에 의해 상기 액티브 영역 상에 게이트 산화막(도시안됨)을 형성한다. Referring to FIG. 5, a device isolation layer 202 is formed by performing a device isolation process such as a shallow trench device isolation (STI) process or a silicon partial oxidation (LOCOS) process on the semiconductor substrate 200, thereby forming the semiconductor substrate 200. ) Is divided into an active region and a field region. Subsequently, a gate oxide film (not shown) is formed on the active region by thermal oxidation.

상기 게이트 산화막 상에 게이트 도전막 및 하드 마스크막을 순차적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 게이트 도전막 패턴(도시안됨) 및 하드 마스크 패턴(도시안됨)이 적층된 형태의 게이트 구조물(도시안됨)을 형성한다. 상기 게이트 구조물의 양측벽에 실리콘 질화물로 이루어지는 게이트 스페이서(도시안됨)를 형성한다. A gate conductive layer and a hard mask layer are sequentially formed on the gate oxide layer, and patterned to form a gate structure (not illustrated) in which a gate conductive layer pattern (not shown) and a hard mask pattern (not shown) are stacked. . Gate spacers (not shown) made of silicon nitride are formed on both sidewalls of the gate structure.

게이트 구조물을 이온 주입 마스크로 이용하여 게이트 구조물사이의 반도체 기판에 이온 주입 공정으로 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성한다. 후속 공정을 통해, 상기 소오스 영역(도시안됨)은 비트 라인과 접속되고 상기 드레인 영역(204)은 커패시터와 연결되는 것으로 설명한다. Using the gate structure as an ion implantation mask, impurities are implanted into a semiconductor substrate between the gate structures by an ion implantation process to form source / drain regions. Through the subsequent process, the source region (not shown) is described as connected to the bit line and the drain region 204 is connected to the capacitor.

상기 게이트 구조물을 매립하는 제1 층간 절연막(206)을 증착한다. 상기 제1 층간 절연막(206)은 실리콘 산화물로 형성할 수 있으며, 구체적으로 BPSG, PSG, USG, SOG, TEOS 또는 HDP-CVD 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. A first interlayer insulating layer 206 filling the gate structure is deposited. The first interlayer insulating layer 206 may be formed of silicon oxide, and specifically, may be formed using BPSG, PSG, USG, SOG, TEOS, or HDP-CVD oxide.

다음에, 상기 제1 층간 절연막(206)을 부분적으로 식각하여, 상기 소오스/드레인 영역을 노출시키는 제1 콘택홀(도시안됨)을 형성한다. 상기 제1 콘택홀 내에 도전 물질을 매립함으로서 비트 라인과 접속하기 위한 제1 패드 전극(도시안됨) 및 커패시터와 접속하기 위한 제2 패드 전극(208)을 각각 형성한다. Next, the first interlayer insulating layer 206 is partially etched to form first contact holes (not shown) that expose the source / drain regions. By filling a conductive material in the first contact hole, a first pad electrode (not shown) for connecting with the bit line and a second pad electrode 208 for connecting with the capacitor are formed, respectively.

다음에, 상기 제1 및 제2 패드 전극이 형성되어 있는 제1 층간 절연막(208) 상에 제2 층간 절연막(210)을 형성한다. Next, a second interlayer insulating film 210 is formed on the first interlayer insulating film 208 on which the first and second pad electrodes are formed.                     

도 6을 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(210)을 부분적으로 식각하여 상기 제1 패드 전극을 노출시키는 제2 콘택홀(도시안됨)을 형성한다. 상기 제2 콘택홀을 매립하면서 상기 제2 층간 절연막(210) 상에 비트 라인으로 형성하기 위한 제1 도전막(도시안됨)을 증착한다. 상기 제1 도전막은 금속으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 금속으로 이루어진 제1 도전막을 형성하기 위하여, 상기 제2 콘택홀 및 상기 제2 층간 절연막 상에 금속원자의 확산을 방지하기 위한 베리어 금속막(도시안됨)을 형성한다. 상기 베리어 금속막 상에 상기 제2 콘택홀을 채우면서 상기 제2 층간 절연막(210) 상에 텅스텐막(도시안됨)을 형성한다. Referring to FIG. 6, the second interlayer insulating layer 210 is partially etched to form a second contact hole (not shown) that exposes the first pad electrode. While filling the second contact hole, a first conductive layer (not shown) is formed on the second interlayer insulating layer 210 to form a bit line. The first conductive layer may be formed of a metal. Specifically, in order to form a first conductive film made of metal, a barrier metal film (not shown) is formed on the second contact hole and the second interlayer insulating film to prevent diffusion of metal atoms. A tungsten film (not shown) is formed on the second interlayer insulating film 210 while filling the second contact hole on the barrier metal film.

상기 제1 도전막 상에 상기 비트 라인을 패터닝하기 위한 제2 하드 마스크 패턴(214)을 형성한다. 다음에, 상기 제2 하드 마스크 패턴(214)을 마스크로 사용하여 상기 제1 도전막을 패터닝하여 비트 라인 콘택(도시안됨) 및 비트 라인(212)을 형성한다. A second hard mask pattern 214 is formed on the first conductive layer to pattern the bit line. Next, the first conductive layer is patterned using the second hard mask pattern 214 as a mask to form bit line contacts (not shown) and bit lines 212.

상기 비트 라인(212) 및 제2 하드 마스크 패턴(214)이 적층된 구조의 양측에 실리콘 질화물로 이루어지는 비트 라인 스페이서(216)를 형성한다. Bit line spacers 216 made of silicon nitride are formed on both sides of the stacked structure of the bit line 212 and the second hard mask pattern 214.

도 7을 참조하면, 상기 비트 라인(212) 및 제2 하드 마스크 패턴(214)을 매립하는 제3 층간 절연막(218)을 형성한다. Referring to FIG. 7, a third interlayer insulating layer 218 is formed to fill the bit line 212 and the second hard mask pattern 214.

그런데, 상기 비트 라인(212)은 저저항을 갖는 금속으로 형성되어 있으며 그 측면에는 고유전율을 갖는 실리콘 질화물로 이루어진 비트 라인 스페이서(216)가 형성되어 있다. 때문에, 상기 제3 층간 절연막(218)은 저유전율을 갖는 절연 물질로 형성되어야만 기생 커패시턴스를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 비트 라인(212) 및 제2 하드 마스크 패턴(214)이 적층된 구조의 높이는 3000 내지 5000Å정도로 높고, 상기 비트 라인 사이의 간격은 300 내지 1000Å정도로 좁기 때문에, 상기 제3 층간 절연막(218)을 보이드없이 매립하기가 매우 어렵다. 그러므로, 상기 제3 층간 절연막(218)을 형성할 시에는 갭필 특성이 우수한 조건으로 사용하여야 한다. However, the bit line 212 is formed of a metal having low resistance, and a bit line spacer 216 made of silicon nitride having a high dielectric constant is formed at a side thereof. Therefore, the third interlayer insulating layer 218 may be formed of an insulating material having a low dielectric constant to minimize parasitic capacitance. In addition, since the height of the structure in which the bit lines 212 and the second hard mask patterns 214 are stacked is about 3000 to about 5000 m and the spacing between the bit lines is about 300 to 1000 m, the third interlayer insulating film 218 ) Is very difficult to landfill without voids. Therefore, when forming the third interlayer insulating film 218, it should be used under the condition that the gap fill characteristics are excellent.

상기와 같이, 갭필 특성이 우수하고 저유전율을 갖는 제3 층간 절연막(218)을 형성하기 위해, 상기 기판에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스를 포함하는 가스를 공급하고, 상기 가스들의 케리어 가스로서 수소 가스를 공급한다. 또한, 상기 제3 층간 절연막(218)의 유전율을 더욱 감소시키기 위해, 추가적으로 탄소를 포함하는 가스를 더 공급할 수도 있다. 그리고, 고밀도 플라즈마를 발생시킨다. As described above, in order to form the third interlayer insulating film 218 having excellent gap fill characteristics and low dielectric constant, a gas including silicon source gas, fluorine source gas, and oxygen gas is supplied to the substrate, and the carriers of the gases are Hydrogen gas is supplied as gas. In addition, in order to further reduce the dielectric constant of the third interlayer insulating layer 218, a gas containing carbon may be further supplied. Then, high density plasma is generated.

구체적으로, 상기 실리콘 소오스 가스는 SiH4를 사용할 수 있고, 상기 불소 소오스 가스는 SiF4를 사용할 수 있다. In detail, the silicon source gas may use SiH 4, and the fluorine source gas may use SiF 4.

또한, 상기 탄소를 포함하는 가스는 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스 또는 유기 실록산 소오스 가스를 사용할 수 있다. 상기 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스의 예로서는 CH4, C2H4, C2H6, C2H2, C6H6를 들 수 있으며 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 유기 실록산 소오스 가스의 예로서는 MTES (Methyltriethoxylsilane), DEMS (Diethoxymethylsilane), DMOMS (Dimethoxymethylsilane), TOMCATS (Tetramethylcyclotetrasiloxane), DMDMOS (Dimethyldimethoxysilane), DMDOSH (Dimethyldioxysilylcyclohexane), Z3MS (trimethylsilane)를 들 수 있으며 이들은 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. In addition, the carbon-containing gas may be a hydrogenated gas or an organosiloxane source gas. Examples of the hydrocarbon gas include CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 2 H 2, and C 6 H 6, which may be used alone or in combination. In addition, examples of the organosiloxane source gas include methyltriethoxylsilane (MTES), diethoxymethylsilane (DEMS), dimethoxymethylsilane (DMOMS), tetramethylcyclotetrasiloxane (TOMCATS), dimethyldimethoxysilane (DMDMOS), dimethyldimethoxysilylcyclohexane (DMDOSH), and trimethylsilane alone (Z3MS). Can be used in combination.                     

이 때, 상기 기판으로 유입되는 상기 SiH4: SiF4: O2: H2 : 탄소를 포함하는 가스의 유량비는 1: 0.1~10 : 0.1~10: 1~200 : 0.1~300이 되도록 한다.At this time, the flow rate ratio of the gas containing SiH 4: SiF 4: O 2: H 2: carbon flowing into the substrate may be 1: 0.1 to 10: 0.1 to 10: 1 to 200: 0.1 to 300.

상기 제3 층간 절연막(218)을 형성하기 위한 조건을 살펴보면, 상기 공정이 수행되는 챔버 내의 압력은 1 내지 1000mTorr를 유지한다. 또한, 상기 챔버 내에서 플라즈마를 형성하기 위하여 소오스 파워는 500 내지 9000W를 가한다. 그리고, 바이어스 파워는 0 초과 5000W 미만으로 가한다. 상기 바이어스 파워는 경우에 따라서 가하지 않을 수도 있다. Looking at the conditions for forming the third interlayer insulating film 218, the pressure in the chamber in which the process is performed is maintained 1 to 1000mTorr. In addition, the source power is applied from 500 to 9000 W to form a plasma in the chamber. Then, the bias power is applied to more than 0 and less than 5000W. The bias power may not be applied in some cases.

상기 공정 조건에 따라 증착 공정을 수행하면, 유전 상수(k)가 2.5 내지 4 정도인 저유전율을 갖는 제3 층간 절연막(218)이 형성된다. 그리고, 증착 공정 중에 수소 가스에 의해 스퍼터링이 발생되므로 갭필 특성이 향상된다. 이로 인해, 상기 비트 라인 사이에 보이드 등이 발생되지 않도록 제3 층간 절연막(218)을 형성할 수 있으며, 상기 보이드에 의해 발생될 수 있는 콘택간 브릿지 불량 등을 최소화시킬 수 있다. 또한, 고진공 및 고 파워조건에서 수행되는 고밀도 플라즈마 공정에 의해 막이 형성되며, 막의 구조가 Si-O를 기본 골격으로 하고 있기 때문에 막의 기계적 특성이 매우 우수하다. When the deposition process is performed according to the process conditions, a third interlayer insulating layer 218 having a low dielectric constant having a dielectric constant k of about 2.5 to about 4 is formed. And, since the sputtering is generated by hydrogen gas during the deposition process, the gap fill characteristics are improved. As a result, the third interlayer insulating layer 218 may be formed so that voids do not occur between the bit lines, and the inter-contact bridge defect, which may be generated by the voids, may be minimized. In addition, the film is formed by a high-density plasma process performed under high vacuum and high power conditions, and since the film structure is based on Si-O, the mechanical properties of the film are excellent.

더구나, 탄소를 포함하는 가스를 추가적으로 더 유입하는 경우에는, 상기 제3 층간 절연막(218) 내에는 탄소 결합에 미세한 공극이 형성된다. 따라서, 상기 미세한 공극에 의해 상기 제3 층간 절연막(218)의 유전율이 더욱 더 낮아지게 된다. In addition, when additional gas containing carbon is further introduced, fine voids are formed in the carbon bond in the third interlayer insulating film 218. Therefore, the dielectric constant of the third interlayer insulating layer 218 is further lowered by the minute gap.

도 8을 참조하면, 상기 제3 층간 절연막(218) 및 제2 층간 절연막(206)을 부분적으로 식각하여 상기 제2 패드 전극(208)을 노출시키는 제3 콘택홀(도시안됨)을 형성한다. 상기 식각 공정을 수행한 이 후에 통상적으로 식각 시에 발생된 반응 부산물들을 제거하기 위한 습식 세정 공정을 수행한다. 상기 제3 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정은 상기 비트 라인 및 제2 하드 마스크 패턴으로 이루어지는 구조물에 셀프 얼라인되도록 수행할 수 있다. Referring to FIG. 8, the third interlayer insulating layer 218 and the second interlayer insulating layer 206 are partially etched to form a third contact hole (not shown) exposing the second pad electrode 208. After performing the etching process, a wet cleaning process for removing reaction by-products generated during etching is generally performed. An etching process for forming the third contact hole may be performed to self-align to the structure including the bit line and the second hard mask pattern.

그런데, 상기 제3 층간 절연막(218)의 기계적 특성이 우수하므로, 상기 제3 층간 절연막(208)의 식각 공정 및 세정 공정을 수행할 시에 상기 제3 층간 절연막(208)의 취약 부위가 과도하게 제거되는 등의 문제가 거의 발생되지 않는다. 따라서, 재현성 있는 콘택홀 프로파일을 수득할 수 있다. However, since the mechanical properties of the third interlayer insulating layer 218 are excellent, excessively vulnerable portions of the third interlayer insulating layer 208 may be excessively formed during the etching and cleaning processes of the third interlayer insulating layer 208. Almost no problems such as being eliminated occur. Thus, a reproducible contact hole profile can be obtained.

이어서, 상기 제3 콘택홀(218) 내부를 채우도록 도전 물질을 형성함으로서 하부 전극용 콘택(220)을 형성한다. Subsequently, a conductive material is formed to fill the third contact hole 218 to form a lower electrode contact 220.

도 9를 참조하면, 상기 하부 전극용 콘택(220) 및 제3 층간 절연막(218) 상에 실린더형의 커패시터(230)를 형성한다. 상기 커패시터(230) 상에 제4 층간 절연막(232)을 형성한 다음, 상기 제4 층간 절연막(232) 상에 상부 배선(234)을 형성한다. 이 후, 상기 상부 배선(234)을 매립하는 상부 층간 절연막(236)을 형성함으로서 디램 장치를 완성한다. 통상적으로, 상기 상부 배선(234)은 알루미늄 또는 텅스텐과 같은 금속 물질을 증착하고 패터닝함으로서 형성된다. 9, a cylindrical capacitor 230 is formed on the lower electrode contact 220 and the third interlayer insulating layer 218. A fourth interlayer insulating layer 232 is formed on the capacitor 230, and then an upper wiring 234 is formed on the fourth interlayer insulating layer 232. Thereafter, the DRAM device is completed by forming an upper interlayer insulating layer 236 filling the upper wiring 234. Typically, the upper wiring 234 is formed by depositing and patterning a metal material such as aluminum or tungsten.

상기 상부 배선(234)을 매립하는 상부 층간 절연막(236)을 형성할 시에도 본 발명의 실시예에 따른 층간 절연막 형성 방법을 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 상기 상부 층간 절연막은 상기 제3 층간 절연막(218)을 형성하는 공정과 동일한 공정을 수행하여 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 배선(234) 사이의 갭을 보이드 없이 채울수 있으며, 상기 상부 배선(234) 간에 발생되는 기생 커패시턴스도 감소시킬 수 있다. When forming the upper interlayer insulating layer 236 to fill the upper wiring 234, the method of forming the interlayer insulating layer according to the exemplary embodiment of the present invention may be applied in the same manner. That is, the upper interlayer insulating layer may be formed by performing the same process as that of forming the third interlayer insulating layer 218. In this case, gaps between the upper interconnections 234 may be filled without voids, and parasitic capacitances generated between the upper interconnections 234 may be reduced.

이 외에도, 트랜지스터의 게이트 전극이 금속으로 이루어지는 경우, 상기 게이트 전극을 매립하는 층간 절연막에 상기 박막 형성 방법을 적극적으로 응용할 수 있다. In addition, when the gate electrode of the transistor is made of a metal, the thin film forming method can be actively applied to the interlayer insulating film filling the gate electrode.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 장치 제조 공정 시에 저유전율을 가지면서도 갭필 능력이 향상된 층간 절연막을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 저유전율을 갖는 층간 절연막을 금속과 같이 저저항을 갖는 도전 패턴 사이를 매립하는 막으로 사용하는 경우 기생 커패시터를 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 그러므로, 상기 기생 커패시터에 의해 발생되는 응답속도 저하 등의 문제를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 층간 절연막의 갭필 특성이 우수하여 상기 도전 패턴 사이의 매우 좁고 깊은 갭을 보이드 없이 매립할 수 있다. 때문에, 상기 갭 내의 보이드에 의해 발생되는 불량을 감소시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to form an interlayer insulating film having a low dielectric constant and an improved gap fill capability in a semiconductor device manufacturing process. Therefore, when the interlayer insulating film having a low dielectric constant is used as a film filling a gap between conductive patterns having a low resistance such as a metal, parasitic capacitors can be reduced. Therefore, problems such as a decrease in response speed caused by the parasitic capacitor can be reduced. In addition, since the gap fill property of the interlayer insulating film is excellent, a very narrow and deep gap between the conductive patterns may be filled without voids. Therefore, the defect caused by the voids in the gap can be reduced.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

Claims (13)

기판을 반응 챔버 내에 로딩하는 단계; 및Loading the substrate into the reaction chamber; And 상기 기판에 실리콘 소오스 가스, 불소 소오스 가스, 산소 가스 및 형성되는 박막의 스퍼터링 효과를 감소시키기 위한 수소 가스를 각각 공급하고, 플라즈마를 발생시켜 절연막을 형성하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. And supplying a silicon source gas, a fluorine source gas, an oxygen gas, and hydrogen gas to reduce the sputtering effect of the formed thin film to the substrate, and generating a plasma to form an insulating film. Thin film formation method. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에는 패턴들이 형성되어 있고, 상기 절연막은 상기 패턴들 사이를 매립하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법.The method of claim 1, wherein patterns are formed on the substrate, and the insulating layer is formed to fill the gaps between the patterns. 제1항에 있어서, 상기 패턴은 금속 배선 패턴인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법.The method of forming a thin film of a semiconductor device according to claim 1, wherein the pattern is a metal wiring pattern. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 소오스 가스는 SiH4이고, 상기 불소 소오스 가스는 SiF4인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법.The method of claim 1, wherein the silicon source gas is SiH 4, and the fluorine source gas is SiF 4. 제4항에 있어서, 상기 SiH4: SiF4: O2: H2의 유량비는 1: 0.1~10 : 0.1~10:1~200 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method of claim 4, wherein the flow rate ratio of SiH 4: SiF 4: O 2: H 2 is 1: 0.1-10: 10.0.1-10: 1-200. 제1항에 있어서, 상기 절연막을 형성할 시에, 탄소를 포함하는 가스를 더 유입하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method for forming a thin film of a semiconductor device according to claim 1, wherein a gas containing carbon is further introduced when forming the insulating film. 제6항에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 가스는 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스 또는 유기 실록산 소오스 가스인 것을 특징으로 하는 박막 형성 방법. The method of claim 6, wherein the carbon-containing gas is a hydrocarbon gas or an organosiloxane source gas. 제7항에 있어서, 상기 수소화 탄소(hydrocarbon) 가스는 CH4, C2H4, C2H6, C2H2, C6H6 및 이들의 혼합 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method of claim 7, wherein the hydrogenated gas is selected from the group consisting of CH 4, C 2 H 4, C 2 H 6, C 2 H 2, C 6 H 6, and a mixture thereof. 제7항에 있어서, 상기 유기 실록산 소오스 가스는 MTES, DEMS. DMOMS, TOMCATS, DMDMOS, DMDOSH. Z3MS로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. 8. The method of claim 7, wherein the organosiloxane source gas is MTES, DEMS. DMOMS, TOMCATS, DMDMOS, DMDOSH. At least one selected from the group consisting of Z3MS thin film forming method of a semiconductor device. 제6항에 있어서, 상기 SiH4: SiF4: O2: H2 : C를 포함하는 가스의 유량비는 1: 0.1~10 : 0.1~10: 1~200 : 0.1~300 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. 7. The thin film formation of a semiconductor device according to claim 6, wherein the flow rate ratio of the gas containing SiH4: SiF4: O2: H2: C is 1: 0.1 to 10: 0.1 to 10: 1 to 200: 0.1 to 300. Way. 제1항에 있어서, 상기 절연막을 형성할 시의 챔버 내의 압력은 1 내지 1000mTorr를 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method of forming a semiconductor device according to claim 1, wherein the pressure in the chamber at the time of forming the insulating film is maintained at 1 to 1000 mTorr. 제1항에 있어서, 상기 절연막을 형성할 시의 챔버내의 소오스 파워는 500W 초과 9000W 미만이고 바이어스 파워는 0W 초과 5000W 미만인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method for forming a thin film of a semiconductor device according to claim 1, wherein a source power in the chamber at the time of forming the insulating film is more than 500W and less than 9000W and a bias power is more than 0W and less than 5000W. 제12항에 있어서, 상기 바이어스 파워는 인가하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 박막 형성 방법. The method of claim 12, wherein the bias power is not applied.
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