(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路基板上にＳＯＧ膜を形成する段階と、
上記ＳＯＧ膜を１次キュアリングする段階と、
上記ＳＯＧ膜上にハードマスクパターンを形成する段階と、
上記ハードマスクパターンをマスクとして上記半導体基板から所定高さの上記ＳＯＧ膜がエッチングされず残るように上記ＳＯＧ膜をエッチングする段階と、
上記ＳＯＧ膜を２次キュアリングして、上記エッチングの段階で上記半導体基板から所定高さ残され、十分にキュアリングされていなかった領域を含むＳＯＧ膜の下段部を２次キュアリングする段階と、
上記ハードマスクパターンをマスクとしてエッチングされずに残っている上記ＳＯＧ膜をエッチングする段階とを含むことを特徴とするＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項２】
上記ハードマスクを利用して上記ＳＯＧ膜を除去する段階で、上記ＳＯＧ膜にリセスが形成され、上記リセスは上記集積回路基板から所定距離離隔した底部を有することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項３】
上記ＳＯＧ膜を除去する段階で、エッチングガスとしてはＣ−Ｆ系列のガスまたはＣＯガスを使用し、反応ガスとして酸素ガスを使用し、雰囲気ガスとして不活性ガスを使用することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項４】
上記ＳＯＧ膜を１次エッチングする段階は、１０００Ｗないし２０００Ｗ程度のＲＦパワーで１０ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で２０秒ないし５０秒程度で実施することを特徴とする請求項２に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項５】
上記ＳＯＧ膜を２次エッチングする段階は、１０００Ｗないし２０００Ｗ程度のＲＦパワーで１０ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で５秒ないし２０秒程度で実施することを特徴とする請求項２に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項６】
上記ＳＯＧ膜を形成する段階は、
上記所定のパターンが形成された集積回路基板上にストッパ膜を形成する段階と、
上記ストッパ膜上部にＳＯＧ膜を形成する段階とを含み、
上記ストッパ膜はＳＯＧ膜をエッチングした後にハードマスクを利用してエッチングされることを特徴とする請求項２に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項７】
上記ストッパ膜はシリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、チタン窒化膜またはタンタル窒化膜よりなることを特徴とする請求項６に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項８】
上記ＳＯＧ膜を２次エッチングする段階後に、
露出された上記半導体基板の所定領域を洗浄する段階と、
パターニングされた上記ＳＯＧ膜間のギャップに導電膜を充填する段階とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項９】
上記１次キュアリング段階は、６００℃ないし８００℃程度の温度で２０分ないし２時間程度で実施することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項１０】
上記２次キュアリング段階は、４００℃ないし８００℃程度の温度で１０分ないし１時間程度で実施することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項１１】
上記１次及び２次キュアリング段階は、雰囲気ガスとしてＨ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＮＯ2またはこれらの組合わせを使用することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項１２】
上記ＳＯＧ膜の１次エッチング時、エッチングされずに残っている上記ＳＯＧ膜は上記２次キュアリング段階で上記半導体基板が酸化しないように十分に保護層の役割を果たしうる程度の高さを有することを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項１３】
上記高さは、３００Åないし５００Å程度であることを特徴とする請求項１２に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【請求項１４】
上記ハードマスクパターンは、ポリシリコン膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜またはシリコン窒化膜よりなることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＧ膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＯＧ膜の形成方法に係り、より詳細にはＳＯＧ膜パターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近半導体素子の製造技術が発展するにつれて、素子の集積度は増加してデザインルールは減少している。したがって、同一層上に隣接した導電層間の距離が狭まり、これら導電層間のギャップの広さと高さの比を示す縦横比は増加している。これにより各導電層間で高い縦横比を有するギャップを充填するための技術が必要になった。
【０００３】
優れたギャップ充填特性を有する層間絶縁膜としては、ＢＰＳＧ（Boron phosphorus Silicate Glass）膜、ＨＤＰ（High Density Plasma）酸化膜などが使われている。しかし、ＢＰＳＧ膜の場合には、８００℃以上の高温固定が要求され、ＨＤＰ酸化膜の場合には、縦横比が２.５以上になればギャップ充填特性が顕著に落ちる問題がある。
【０００４】
上記のような問題点を解決するために、ＳＯＧ(Spin On Glass)膜を層間絶縁膜として主に使用している。ＳＯＧ膜は常温で液状で存在するのでギャップ充填特性が優れているが、キュアリング過程を通じて緻密化させなければならない。
【０００５】
図１ないし図２は、従来のＳＯＧ膜の形成方法を工程順によって示した断面図である。
【０００６】
図１を参照すれば、所定のパターン（図示せず）が形成されている半導体基板１０上にＳＯＧ膜１２を塗布する。次に、ＳＯＧ膜１２を緻密化させるためにキュアリングを実施する。しかし、ＳＯＧ膜１２の下段部は、上記キュアリングにより十分に緻密化されない傾向がある。十分にキュアリングされていないＳＯＧ膜１２の下段部は後続の洗浄工程に対して非常に脆弱な特性を示す。これについては後述する。
【０００７】
次いで、ＳＯＧ膜１２上にハードマスク用物質を蒸着した後、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を利用して、ハードマスクパターン１４を形成する。次に、半導体基板１０の所定領域が露出されるようにハードマスクパターン１４をマスクとしてＳＯＧ膜１２をエッチングする。
【０００８】
図２を参照すれば、露出された半導体基板１０の所定領域を洗浄する。上記洗浄は、半導体基板１０とパッドまたはコンタクトプラグとの接触抵抗を減らすために実施する。上記洗浄はＳＣ１(Standard Cleaning 1)洗浄液（水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合液）を使用する。しかし、上記洗浄工程で十分にキュアリングされていないＳＯＧ膜１２ａの下段部は、十分にキュアリングされたＳＯＧ膜１２ａの上段部に比べて速くエッチングされる特性を示す。
【０００９】
ＳＯＧ膜の問題は、近接効果によってＳＯＧ膜の下段部が十分にキュアリングされないということである。すなわち、上部表面から遠く離れた下段部には十分にキュアリングされない現象が現れる。これにより、後続の洗浄工程でＳＯＧ膜パターンのプロファイルは不良になり、激しい場合には、ＳＯＧ膜の下段部がすべて除去されて、ＳＯＧ膜パターン自体が壊れる場合も発生し得る。またＳＯＧ膜のキュアリングが正常になされない場合、吸湿及びガス抜け(out gassing)特性を示す。これら特性は、後続工程でコンタクトプロファイル不良によるコンタクト不良(contact failure)、吸湿またはガス抜けによる金属配線層の酸化などの問題を起こす。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、洗浄工程によりＳＯＧ膜パターンのプロファイルが不良になる現象を防止できるＳＯＧ膜の形成方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を達成するために、本発明は、まず、集積回路基板上にＳＯＧ膜を形成する段階と、上記ＳＯＧ膜を１次キュアリングする段階と、上記ＳＯＧ膜上にハードマスクパターンを形成する段階と、上記ハードマスクパターンをマスクとして上記半導体基板から所定高さの上記ＳＯＧ膜がエッチングされずに残るように上記ＳＯＧ膜をエッチングする段階と、上記ＳＯＧ膜を２次キュアリングする段階と、上記ハードマスクパターンをマスクとしてエッチングされずに残っている上記ＳＯＧ膜をエッチングする段階とを含むことが望ましい。
【００１２】
上記ハードマスクを利用して、上記ＳＯＧ膜を除去する段階で、上記ＳＯＧ膜にリセスが形成され、上記リセスは、上記集積回路基板から所定距離離隔した底部を有することが望ましい。
【００１３】
上記ＳＯＧ膜を除去する段階で、エッチングガスとしては、Ｃ−Ｆ系列のガスまたはＣＯガスを使用し、反応ガスとして酸素ガスを使用し、雰囲気ガスとして不活性ガスを使用することが望ましい。
【００１４】
上記ＳＯＧ膜を１次エッチングする段階は、１０００Ｗないし２０００Ｗ程度のＲＦパワーで１０ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で２０秒ないし５０秒程度で実施することが望ましい。
【００１５】
上記ＳＯＧ膜を２次エッチングする段階は、１０００Ｗないし２０００Ｗ程度のＲＦパワーで１０ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で５秒ないし２０秒程度で実施することが望ましい。
【００１６】
上記ＳＯＧ膜を形成する段階は、上記所定のパターンが形成された集積回路基板上にストッパ膜を形成する段階と、上記ストッパ膜上部にＳＯＧ膜を形成する段階とを含み、上記ストッパ膜はＳＯＧ膜をエッチングした後にハードマスクを利用してエッチングされることが望ましい。
【００１７】
上記ストッパ膜は、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、チタン窒化膜またはタンタル窒化膜よりなることが望ましい。
【００１８】
上記ＳＯＧ膜を２次エッチングする段階後に、露出された上記半導体基板の所定領域を洗浄する段階と、パターニングされた上記ＳＯＧ膜間のギャップに導電膜を充填する段階とをさらに含むことが望ましい。
【００１９】
上記１次キュアリング段階は、６００℃ないし８００℃程度の温度で２０分ないし２時間程度で実施することが望ましい。
【００２０】
上記２次キュアリング段階は、４００℃ないし８００℃程度の温度で１０分ないし１時間程度で実施することが望ましい。
【００２１】
上記１次及び２次キュアリング段階は、雰囲気ガスとしてＨ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＮＯ2またはこれらの組合わせを使用することが望ましい。
【００２２】
上記ＳＯＧ膜の１次エッチング時、エッチングされずに残っている上記ＳＯＧ膜は上記２次キュアリング段階で上記半導体基板が酸化しないように十分に保護層の役割を果たしうる程度の高さを有することが望ましい。
【００２３】
上記高さは３００Åないし５００Å程度であることが望ましい。
上記ハードマスクパターンはポリシリコン膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜またはシリコン窒化膜よりなることが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、以下の実施形態は、この技術分野の通常的な知識を有する者に本発明を十分に理解させるために提供されるものであって、本発明の範囲を限定することと解釈されてはならない。以下の説明において、ある層が他の層上に存在すると記述される時、これは他の層の真上に存在することもあり、その間に第３の層が介在されることもある。また、図面で各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張した。図面上で同一符号は同じ要素を示す。
【００２５】
図３ないし図６は、本発明の望ましい実施形態によるＳＯＧ膜の形成方法を工程順によって示す断面図である。
【００２６】
図３を参照すれば、所定のパターン（図示せず）が形成されている半導体基板１００上にＳＯＧ膜１０２を塗布する。上記所定のパターンはゲート電極、ビットライン電極または金属配線でありうる。ここで、所定のパターンが形成されている半導体基板１００上には、ストッパ膜（図示せず）がさらに形成されることがあり、この場合にＳＯＧ膜１０２は上記ストッパ膜上に塗布する。上記ストッパ膜は、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、チタン窒化膜またはタンタル窒化膜より形成することが望ましい。
【００２７】
上記ＳＯＧ膜１０２を形成するのに使われるＳＯＧ物質としては、有機または無機ＳＯＧ物質をいずれも使用でき、シリケート、シロキサンまたはＨＳＱ(hydrogen silsesquioxane)などを使用できる。ＳＯＧ膜１０２は、一般に粘度が１.５ないし１.９程度で、常温で液状で存在するのでスピンコーティング方式で塗布する。ＳＯＧ膜１０２は、ディスペンサーを利用して回転するウェーハ上に所定量を落として塗布する。この時、スピンコッタの回転数は１０００ないし４０００ｒｐｍ程度であることが望ましい。上記スピンコーティングは塗布しようとするＳＯＧ膜１０２の厚さ、ＳＯＧ膜１０２の粘度、スピンコッタの回転数によって２回以上反復して行える。ＳＯＧ膜１０２は常温で液状で存在するので優れたギャップ充填特性を示す。
【００２８】
次いで、ＳＯＧ膜１０２を緻密化させるために１次キュアリングを実施する。上記１次キュアリングは、６００℃ないし８００℃程度の温度で２０分ないし２時間程度実施することが望ましい。この時、雰囲気ガスとしてＨ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＮＯ2またはこれらの組合わせを使用することが望ましく、より望ましくはＨ2Ｏ及びＯ2ガスを使用する。
【００２９】
次いで、ＳＯＧ膜１０２上にハードマスク用物質を蒸着した後、フォトリソグラフィー工程及びエッチング工程を利用してハードマスクパターン１０４を形成する。上記ハードマスク用物質は、ポリシリコン膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜またはシリコン窒化膜であることが望ましい。
【００３０】
図４を参照すれば、ハードマスクパターン１０４をマスクとして、半導体基板１００から所定高さのＳＯＧ膜１０２は、エッチングされずに残るようにＳＯＧ膜１０２をエッチングしてＳＯＧ膜１０２内にリセスを形成する。この時、リセスによってＳＯＧ膜の下部１０２ａが露出され、半導体基板１００は露出されない。ここで、リセスはＳＯＧ膜の底部１０３によって限定される。望ましくは、ＳＯＧ膜の底部１０３は、半導体基板から約“Ｔ”の高さだけ所定距離離隔している。
【００３１】
エッチングされずに残っているＳＯＧ膜１０２ａは、後続の２次キュアリング段階で半導体基板１００が酸化しないように十分に保護層の役割を果たしうる程度の高さＴを有することが望ましい。例えば、半導体基板１００からＳＯＧ膜の底部１０３までの高さＴは、３００Åないし５００Åであることが望ましい。所定高さのＳＯＧ膜１０２の下段部を残せずにＳＯＧ膜１０２をエッチングしてキュアリングを実施する場合、露出された所定領域の半導体基板１００、例えばＳｉ基板には厚い酸化膜が形成されうるのでこれを防止するためである。
【００３２】
この時、エッチングガスとしてはＣ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ8のようなＣ−Ｆ系列のガスまたはＣＯガスを使用することが望ましい。また、酸素ガス及びアルゴンのような不活性ガスも共に使用する。ＳＯＧ膜１０２のエッチングは１０ｍＴｏｒｒないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で２０秒ないし５０秒程度、望ましくは３０秒程度で実施することが望ましい。ＲＦパワーは１０００Ｗないし２０００Ｗ程度であることが望ましい。
【００３３】
図５を参照すれば、ＳＯＧ膜１０２ａの下段部を緻密化するために２次キュアリングを実施する。図５での矢印は、ＳＯＧ膜１０２ａの２次キュアリング実施をより明確に示すために表示したものである。上記２次キュアリングは、４００℃ないし８００℃程度の温度で１０分ないし１時間程度実施することが望ましい。この時、雰囲気ガスとしてＨ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、Ｈ2、ＮＯ2またはこれらの組合わせを使用することが望ましく、より望ましくはＨ2Ｏ及びＯ2ガスを使用する。
【００３４】
図６を参照すれば、半導体基板１００の所定領域が露出されるように、ハードマスクパターン１０４をマスクとしてエッチングされずに残っているＳＯＧ膜１０２ａをエッチングする。この時、エッチングガスとしては、Ｃ5Ｆ8、Ｃ4Ｆ8のようなＣ−Ｆ系列のガスまたはＣＯガスを使用することが望ましい。また酸素ガス及びアルゴンのような不活性ガスも共に使用する。
【００３５】
ＳＯＧ膜１０２のエッチングは１０ないし１００ｍＴｏｒｒ程度の圧力、０℃ないし６０℃程度の温度で５秒ないし３０秒程度、望ましくは１５秒程度実施することが望ましい。ＲＦパワーは１０００Ｗないし２０００Ｗ程度であることが望ましい。所定のパターンが形成されている半導体基板１００上にストッパ膜が形成される場合にはハードマスクパターン１０４をマスクとして上記ストッパ膜もエッチングする。
【００３６】
次いで、露出された半導体基板１００の所定領域を洗浄する。上記洗浄は、半導体基板１００とパッドまたはコンタクトプラグとの接触抵抗を減らすために実施するものである。上記洗浄はＳＣ１洗浄液（水酸化アンモニウム、過酸化水素及び脱イオン水の混合液）またはフッ化水素の希薄液を使用する。上記洗浄は、２０℃ないし８０℃程度の温度で２分ないし２０分程度実施することが望ましい。
【００３７】
次いで、ＳＯＧ膜１０２ｂパターン間のギャップに導電膜を蒸着して半導体基板１００と上部の金属配線とを電気的に連結するパッドまたはコンタクトプラグを形成する。上記導電膜は、ポリシリコン膜でありうる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によるＳＯＧ膜の形成方法によれば、ＳＯＧ膜塗布後に１次キュアリングを実施し、所定高さのＳＯＧ膜の下段部は、エッチングされないように上記ＳＯＧ膜を形成した後にも２次キュアリングを実施するために、上記ＳＯＧ膜の下段部もキュアリングが十分になされうる。したがって、キュアリングが十分になされていないＳＯＧ膜の下段部が洗浄工程で速くエッチングされてＳＯＧ膜パターンのプロファイルが不良であった従来の問題点を改善でき、ＳＯＧ膜パターンのプロファイル不良によるコンタクト不良、吸湿またはガス抜けによる金属配線層酸化などの問題も抑制できる。
【００３９】
以上、本発明の望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、当業者によって多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のＳＯＧ膜の形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図２】  従来のＳＯＧ膜の形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図３】  本発明の望ましい実施形態によるＳＯＧ膜の形成方法を工程順序によって示す断面図である。
【図４】  本発明の望ましい実施形態によるＳＯＧ膜の形成方法を工程順によって示す断面図である。
【図５】  本発明の望ましい実施形態によるＳＯＧ膜の形成方法を工程順によって示す断面図である。
【図６】  本発明の望ましい実施形態によるＳＯＧ膜の形成方法を工程順によって示す断面図である。
【符号の説明】
１００  半導体基板
１０２  ＳＯＧ膜
１０２ａ  ＳＯＧ膜の下部
１０３  ＳＯＧ膜の底部
１０４  ハードマスクパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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