Step-Coverage Consideration of Inter Metal Dielectrics in DLM Processing : PECVD and $O_3$ ThCVD Oxides

이층 배선공정에서 층간 절연막의 층덮힘성 연구 : PECVD와 $O_3$ThCVD 산화막

An investigation on the step-coverage of PECVD and $O_3$ ThCVD oxides was undertaken to implement into the void-free inter metal dielectric planarization using multi-chamber system for the submicron double level metallization. At various initial aspect ratios the instantaneous aspect ratios were measured through modelling and experiment by depositing the oxides up to $0.9{\mu}m$ in thickness in order to monitor the onset of void formation. The modelling was found to be in a good agreement with the observed instantaneous aspect ratio of TEOS-based PECVD oxide whose re-entrant angle was less than $5^{\circ}$. It is demonstrated that either keeping the instantaneous aspect ratio of PECVD oxide as a first layer less than a factor of 0.8 or employing Ar sputter etch to create sloped oxide edge ensures the void-free planarization after$O_3$ ThCVD oxide deposition whose step-coverage is superior to PECVD oxide. It has been observed that $O_3$ ThCVD oxide etchback scheme has shown higher yield of via contact chain than non etchback process, with resistance per via contact of $0.1~0.3{\Omega}/{\mu}m^2$.

서브마이크론 설계규칙을 갖는 소자의 이층 배선 공정에서 다챔버 장비를 이용한 금속 층간절연막의 공극없는 평탄화를 위하여 PECVD와 $O_3$ ThCVD산화막의 증착시 층덮힘성을 연구하였다. 산화막의 두께가 증가됨에 따라 변화되는 순간단차비의 개념을 도입하여 공극형성의 개시점을 예측할 수 있는 관계식을 모델링하였고, 금속배선간격의 초기 단차비가 다양한 패턴에서 산화막의 두께에 따른 순간 단차비의 변화를 조사하였다. 모델링 검정결과 $5^{\circ}$이하의 re-entrant각을 갖는 TEOS에 의한 PECVO 산화막의 순간단차비가 모델링에 잘 일치하였다. 공극없는 평탄화는 제1층의 PECVD 산화막의 순간 단차비를 0.8이하로 유지하거나 Ar sputter식각을 통하여 산화막의 모서리에 경사를 준후 층덮힘성이 우수한 $O_3$ ThCVD산화막을 증착함으로써 가능하였다. $O_3$ ThCVD산화막의 etchback이 non etchback공정에 비하여 via접쪽저항체인에서 높은 수율을 보였으며, via접촉저항은 $0.1~0.3{\Omega}/{\mu}m^2$로 나타났다.