KR100371591B1 - 금속화후 화학적 기계적 폴리싱 유전체 에칭 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연층 내에서 전도층과 관련된 라이너층에 손상을 입힘이 없이 절연층을 에칭하는 방법에 관한 것이다. 반도체 기판 상에 유전체층이 증착되고, 그 후에 패턴화된다. 다음에, 패턴화된 유전체 내에 라이너층과 전도층이 증착된다. 전도층이 화학적 기계적 폴리싱에 의해 평탄화된 후에, 전도층 상에 패시베이션층이 증착되고, 동시에 아래에 놓인 전도층 및 라이너층을 손상시키지 않는 공정을 통해 유전체층을 에칭한다. 절연층은 실리콘 디옥사이드와 같은 유전체인 것이 좋으며, 라이너층은 탄탈, 질화 탄탈 또는 이들 둘의 조합인 것이 좋다. 패시베이션층은 바람직하게는 다양한 화학적 형태의 탄소와 불소의 결합체로 이루어진다. 전도층은 바람직하게는 구리로 이루어진다. 동시에 패시베이션층을 형성하고 유전체층을 에칭하는 방법, 아래에 놓인 전도층 및 라이너층을 손상시킴이 없이 패시베이션층을 제거하는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 반도체 통합 회로 공정에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수정 형태의 상호 접속 구조 및 관련된 유전체 필름을 제조하고, 전도층을 손상시킴이 없이 유전체를 선별적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.
반도체용 상호 접속 구조를 제조하는 것은 전통적으로, 유전체로서 이산화 실리콘(SiO2)을, 금속 전도 필름으로서 Al 또는 Cu를 사용하여 행해진다. 현재의 공정들은 이들 재료에 대하여 최적화된다. 그러나, 통합 회로의 속도를 증가시킬 수있는 감소된 유전율과 같은 더욱 장점적인 특성을 갖는 새로운 유전체가 유용하게 되고 있다. 그러나, 이들 새로운 유전체를 처리하는 공정은 아직 최적화되지 않았다.
저유전율(k) 재료를 처리하는 공정에서, 특히 저유전율(k) 재료를 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 공정 도중에 부식으로부터 보호하기 위해서, 다양한 필름("공정 지원")이 사용된다. 이들 "공정 지원" 필름은 저유전율(k) 필름보다 높은 유전율을 가지며, 최종 구조에 남겨진다면, 최종 유효 유전율을 상승시키고 따라서 저유전율 절연체의 효과를 감쇠시키게 되는 것이다. 따라서, 이들 필름이 그 목적에 따라 역할을 다한 후에 이들이 제거되는 것이 바람직하다.
반응성 이온 에칭이 이들 유전체 필름을 제거하는 공지된 방법 중 하나이지만, 이는 에칭 공정 도중에 스퍼터링된 구리의 재증착에 의해 유전체 표면의 오염 또는, 노출된 구리의 스퍼터링이나 노출된 라이너의 제거를 야기한다. 또한, 플라즈마 공정에 노출됨으로 인해, 아래에 놓이는 보호되는 저유전율 유전체의 손상 또는 변형이 야기될 수도 있다. 현재의 구리 라이너 야금술을 사용하여, (이산화 실리콘 또는 질화 실리콘과 같은) "공정 지원" 필름의 에칭은 또한, 이들 라이너가 "공정 지원" 필름과 동일한 화학적 작용으로 에칭되므로, 이들 라이너 재료도 에칭하게 된다.
반도체 제조에 사용되는 공법으로서 플라즈마 에칭이 통상적으로 사용된다. 플라즈마 에칭은, 원하는 공급 가스 종류를 수용하는 적당한 리액터 용기 및 에칭하고자 하는 기판(전형적으로 Si 웨이퍼, GaAs 웨이퍼 또는 다른 유형의 기판)에전자기 에너지를 가하는 것으로 이루어진다. 공급 가스의 종류 및 그 공급 속도, 가해지는 전자기 에너지의 양 및, 리액터 용기의 구조에 대한 선택은, 특정 공정에 대한 특정 에칭 특성을 결정하는 작용을 함께 한다. 이들 특성은 상이한 재료의 에칭이 얼마나 신속히 그리고 균일하게 이루어지는가, 재료의 미세 구조(윤곽/형상)가 적시에 어떻게 이루어지는가를 포함한다. 에칭 공정은 물리적 스퍼터링, 자연적인 화학적 에칭 및 화학적 지원 스퍼터링과 같은 많은 동시적 에칭에 의해 이루어진다.
특정 재료를 에칭하는 데 있어서, 특정 공급 가스 또는 공급 가스 혼합물이 다른 공급 가스 또는 공급 가스 혼합물보다 더 양호하다는 것은 공지의 사실이다. 따라서, 당업자는 특정 문제를 해결하기 위한 더 적당한 특정 성분 종류를 포함하는 가스를 선택할 수 있다. 또한, 특정 임무를 수행하는 공급 가스의 선택은 자동적으로 이루어지는 것이 아니다. 대신에, 공급 가스 또는 혼합물 및 공급 속도는 에칭 공정 진행에서 많은 상충되는 인자를 조화시키도록 주의 깊게 선택된다.
에칭 공정에서 바람직한 동작 중 하나는 선별적인 에칭이다. 플라즈마 에칭은, 제거하고자 하는 하나 이상의 재료를 제거하면서 적소에 유지하고자 하는 하나 이상의 재료를 제거하지 않을 수 있는 에칭이다. 어떤 재료의 조합은 다른 재료에 대해 선별적으로 제거되어야 하는 하나의 재료를 쉽게 제공한다. 예를 들어, 유기성 폴리머가 산소 공급 가스를 함유하는 플라즈마를 사용하여 이산화 실리콘에 선별적으로 제거될 수 있다는 것을 알려져 있다. 다른 재료 조합은 선별적으로 에칭하는 데 더 많은 문제점을 제공한다. 이는 종종 하나의 재료를 에칭하는 공급 가스또는 혼합물이 다른 재료도 에칭하게 되기 때문에 발생된다.
통합 회로 장치의 구성 동안에, 전도성 재료가 3차원적으로 절연층 내에 위치되는 구조를 구성하는 것이 필요한 경우도 종종 있다. 또한, 이(또는 이들) 전도성 재료는 상호 연결되는 경우도 종종 있다. 성능 및 구성의 용이성과 같은 특정 이유로 인해서, 때때로 하나의 절연성 재료 내에 구조를 형성하고 그 후에 다른 절연성 재료로 대체시키는 것이 바람직하다. 이 경우에, 전도성 재료를 손상시키거나 저하시키거나 변질시킴이 없이 절연성 재료를 선별적으로 제거할 수 있는 것이 바람직하다.
특히, 절연성 재료가 이산화 실리콘, 질화 실리콘, 플루오르화 실리콘 가스, 도핑 처리되지 않은 실리콘 가스, 인함유 실리콘 유리, 보론-인함유 실리콘 유리 및, 화학량론적 또는 비화학량론적 형태의 관련 절연체와 같은 재료로부터 선택되는 재료로 된 구조가 형성될 수도 있다. 이 구조는 절연성 재료가, 전도성 금속(예를 들어 Cu, Al, W, Ag) 또는 전도성 반도체(예를 들어 적당한 불순물을 함유하는 Si, Ge, C)를 포함하는 전도층 및 그 관련 라이너층(이 라이너층은 종종 내화성 금속(Ta, Ti, W), 질화 내화성 금속(TaN, TiN, WN), 내화성 금속 합금(TaSiN) 또는 이들 재료의 조합임)을 포함하도록 공지의 방법으로 더 처리될 수도 있다. 절연 재료를 다른 재료로 대체시키기 위해, 전도층 또는 그 관련된 "라이너" 재료를 제거하거나 손상시키거나 저하시킴이 없이 절연체를 제거할 수 있는 에칭 공정을 갖는 것이 바람직하다. 잘못된 조건이 사용되면, 전도층 및 그 관련된 라이너층은 부식될 수 있으며, 전도체에는 작은 흠집이 남겨지게 된다.
이상의 내용을 살펴보면, 노출된 전도체 및 라이너 표면의 보호는 유전체 에칭 공정 동안에 플라즈마 발생 폴리머 필름의 증착에 의해서 이루어진다. 플라즈마 공정 화학 작용은 노출된 금속 표면 상에 보호성 필름을 증착하는 한편 제거 가능한 유전체 필름의 에칭을 허용하도록 선택된다. 이 보호 필름은 노출된 전도체 및 라이너 재료의 후속의 에칭 또는 스퍼터링을 방지하게 된다. 금속 표면 상의 폴리머 필름은 하향 유동 플라즈마 애셔(asher), 화학적 건식 에칭기, 저-비아스 반응성 이온 에칭기 또는 적당한 습식 공정과 같은, 노출된 반도체 표면을 손상시키지 않는 공법에 의해서 후속 공정 단계에서 제거될 수 있다.
희생용 유전체 필름이 정지점(endpoint)까지 에칭될 때, (존재한다면) 노출된 아래층 저유전율(k) 필름 상에 증착된 보호 필름은 이 아래층 유전체의 플라즈마 변형을 방지하게 된다. 이는 특히, 하이드로겐 실세스퀴옥산(HSSQ) 또는 메틸실세스퀴옥산(MSSQ)과 같은 저유전율(k) 시스템에 매우 중요하며, 이 저유전율 시스템은 고유전율 필름을 제공하도록 실질적으로 변형될 수 있다. 전도체 또는 라이너 표면으로부터 보호 폴리머를 제거하는 공정은 또한 저유전율(k) 필름 표면으로부터 보호 폴리머를 제거하게 된다.
본 발명의 이들 특성 및 다른 특성은, 첨부된 도면을 참조할 때 본 발명의 적합한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
도 1a 내지 도 1d는 단일의 다마신(damascene) 시작 구조의 형성을 위한 종래 기술의 공정 순서를 도시하는 도면.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 단일 다마신 구조의 형성을 위한 공정 순서를 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3c는 비아-업(via-up) 단일 다마신 구조의 형성을 위한 종래 기술의 공정 순서를 도시하는 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 비아-업 이중 다마신 구조의 형성을 위한 공정 순서를 도시하는 도면.
도 5a 내지 도 5c는 종래 기술에 의한 라인-업(line-up) 단일 및 이중 다마신 구조를 형성하는 공정 순서를 도시하는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 라인-업 이중 다마신 구조를 형성하는 공정 순서를 도시하는 도면.
도 7a 내지 도 7d는 종래 기술에 의한 저유전율층에 걸쳐 하드 마스크층을 형성하는 공정 순서를 도시하는 도면.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 하드 마스크층의 제거를 위한 공정 순서를 도시하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 에칭 멈춤층
20 : 절연층(유전체층)
30 : 포토레지스트층
40 : 기판
50 : 라이너층
60 : 전도층
70 : 패시베이션층
80 : 측벽 스페이서
90 : 유전체층
전도층이 분화(粉化)되거나 손상됨이 없이 유전체층의 제거를 달성하기 위해서, 모든 상이한 에칭 수단(물리적 스퍼터링, 자연 화학적 에칭 및 화학적 지원 스퍼터링)은 유전체가 제거되면서 전도층은 제거되지 않도록 제어되어야 한다. 따라서 전도층의 재료는 플라즈마에 의해 "패시베이션(passivation)"되어 그 손실을 방지한다. 현재 이를 수행하기 위하여 선호되는 방법으로는, 전도층 및 그 관련된 "라이너"층을 선별적으로 플라즈마로부터의 재료로 피복시키는 한편, 절연 재료를 선별적으로 플라즈마로부터의 재료로 피복시키지 않음으로써, 이들 전도층 및 그 관련된 "라이너"층을 패시베이션하는 것이 있다. 이 방법은 공급 가스와 그 공급 속도, 공급되는 전자기 에너지의 양 및, 리액터 용기의 구조를 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 상기 방법의 수 가지 실시예가 가능하다. 라인-온리 단일 다마신, 비아-업 이중 다마신, 라인-업 이중 다마신 및, 고유전율층의 실시예들이 제공된다.
라인-온리 단일 다마신(line-only single damascene)
도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 당업계에 일반적으로 알려져 있는 방법에 의해 시작 단일 다마신 구조가 제조과정을 설명한다. 이 구조는 전도층(60) 및 그 관련된 라이너층(50)으로 이루어지며, 이들 층은 절연층(20) 속에 매설된다. 본 발명의 적합한 일실시예에서, 전도성 금속은 Cu이며, 관련된 라이너층(50)은 얇은 질화 탄탈(TaN)층, 그 다음에 위치된 얇은 탄탈(Ta)층 및, 그 다음에 위치된 구리(Cu) 시드(seed)층으로 이루어진다. 라이너층(50)을 형성하는 상세한 사항은 미국 특허 출원 번호 제08/497,065호(포기된 것임)로 출원되어 미국 특허 출원 번호 제08/896,925호 및 제09/370,003호로 대체되어 있는 본 출원인 소유의 계류중인 출원에 개시되어 있으며, 그 내용을 본 명세서에 참조로서 통합한다. 이 공지의 시작 구조를 제조하는 방법은 도 1a 내지 도 1d에 도시되어 있으며, 다음의 단계를 포함한다.
1 단계 : 유전체 증착 및 광석판 인쇄술에 의한 패턴 정의(도 1a).
2 단계 : 유전체층에 플라즈마 에칭에 의한 패턴 형성(도 1b).
3 단계 : 라이너 증착 및 전도층 증착(도 1c).
4 단계 : 화학적 기계적 평탄화에 의한 금속 및 라이너 평탄화(도 1d).
도 1에 도시된 구조의 형성에 대한 더욱 상세한 내용은 본 출원인 소유의 미국 특허 제4,944,836호의 "Chem-Mech Polishing Method For Producing Coplanar Metal/Insulator Films On A Substrate" 및 미국 특허 제4,789,648호의 "Method For Producing Coplanar Multi-Level Metal/Insulator Films On A Substrate And For Forming Patterned Conductive Lines Simultaneously With Stud Vias"에 기재되어 있으며, 그 내용을 본 명세서에 참조로서 통합한다.
공정 순서의 개략은 다음과 같다. 선택적인 에칭 멈춤층(10)과 유전체층(20)이 기판(40) 상에 증착된다. 그 결과 구조물은 도 1a에 도시한 바와 같이 포토레지스트층(30)으로 요구되는 바와 같이 패턴이 형성된다. 포토레지스트 패턴은 유전체층(20) 및 선택적인 에칭 멈춤층(10)에 당업계에 일반적으로 공지된 방법에 의해 전사된다. 다음에, 포토레지스트(30)는 도 1b에 도시한 바와 같이 종래의 방식으로 벗겨진다. 도 1c에서, 라이너 재료(50)와 전도성 재료(60)가 도 1b에 도시한 구조 상에 증착된다. 다음에, 전도층(60)과 라이너층(50)은 CMP 공정에 의해 평탄화되어 도 1d에 도시한 바와 같이 절연층(20) 내에 원하는 패턴의 전도층(60)을 형성한다.
도 1d 및 도 2a에 도시한 구조에서 계속하여, 다음에 유전체층(20) 및 에칭 멈춤층(10)이 선별적으로 제거된다. 이러한 제거는, 미국 캘리포니아 산타 클라라의 Applied Materials사에 의해 판매되는 '고밀도 플라즈마(HDP) 산화 에칭 장치'와 같은 상업적으로 입수 가능한 플라즈마 에칭 공구에 플라즈마 에칭 공법을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위해서, Ar, C2F6및 시클로-C4F8로 이루어지는 공급 가스 혼합물이 사용되며, 공급 속도는 각각 150, 10 및 10 분당 표준 입방 센티미터(SCCM)이다. (도시하지 않은) 리액터 용기는, 그 속의 압력이 8 mTorr이고 천장의 온도가 220 ℃이고, 벽이 215 ℃이고, 웨이퍼 받침이 5℃이며, He 후측 냉각 압력이 15 Torr이며, 가해지는 전자기 에너지가 플라즈마원 유도 코일 상에 1200 Watt와 웨이퍼 받침 상에 1000 Watt 사이에서 분할되도록 구성된다.
에칭 공정은 도 2b에서와 같이 유전체층(20) 및 에칭 멈춤층(10)을 선별적으로 제거하도록 진행된다. 전도체층(60) 및 라이너(50)층은 패시베이션층(70)의 증착에 의해 보호된다. 유전체층(20)과 선택적인 에칭 멈춤층(10)의 자기-정렬 측벽 스페이서(80)도 상기 공정의 결과물로서 형성된다. 다음에, 절연 재료는 전도층(60)의 바닥에 이를 때까지 제거된다(도 2b 참조). 대안적으로, 도 2c에 도시한 바와 같이 제거 깊이가 전도체층(60) 및 라이너층(50)층의 깊이 아래로 내려가도록, 기판(20)으로부터 재료가 더 제거될 수도 있다. 다음에, 제거된 유전체층(20) 및 선택적인 에칭 멈춤층(10)과는 상이한 성질을 가지는 다른 유전체층(90)에 의해 상기 제거된 유전체층이 대체되어 도 2d에 도시한 구조를 얻는다.
전도층(60)과 그 관련된 라이너층(50)은 완전히 그대로 남겨지며, 다양한 화학적 형태로 C와 F로 이루어지는 보호층 내에서 포위된다. 유전체를 제거하기 위한 다른 공지의 공정은 유기 유전체를 사용하며, 이 유전체는 O2재에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 그러나, 이 공정은 Cu 전도체를 산화시킬 수도 있고, 유전체가 제거될 때 구조적인 완전성을 제공하는 데 도움을 주는 자기-정렬된 측벽 스페이서를 형성하지 않게 된다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 유전체층(90)을 증착하기에 앞서, 패시베이션층(70)이 제거될 수도 있다. 이 제거는 많은 상이한 방법으로 이루어질 수 있다. 현재 선호되는 공법 중 하나는 플라즈마 에칭 공정을 위해 사용되는 것과 동일한 리액터 용기 내에서 패시베이션층(70)을 제거하는 단계로 이루어진다. 이 경우에, O2는 300 SCCM의 속도로 공급되며, 용기는, 압력이 15 mTorr이고 가해지는 전력이 공급원 코일에서 2500 W이고 웨이퍼 받침에서 300 W이며 다른 모든 인자는 에칭 공정과 동일하게 유지되도록 구성된다. 에칭은 패시베이션층(70)이 제거될 때까지 진행된다. 이 공정은 사용되는 온도가 낮고 비아스 전력이 낮기 때문에 구리 전도체를 심하게 산화시키지 않는다. 다른 적합한 공법은 플라즈마 에칭 공정에 사용되는 것과 같은 리액터 내에, 또는 다른 적당한 리액터 내에, O2, N2, H2, NH3, N2H2, CF4, CO2, CO, CH4, C2H2및 C2H4로부터 선택되는 가스로 이루어지는 공급 가스 혼합물을 사용하여 패시베이션층(70)을 제거하는 단계로 이루어진다.
일실시예에서, 유전체층(20)은 전도체층(60)의 바닥과 동일한 깊이로 제거된다. 대안적인 실시예에서, 유전체층(20)은 전도체층(60)의 바닥과 동일하지 않은깊이로 제거되며, 특히 그 깊이가 전도체 깊이보다 깊게 된다. 이 점에서, 그 결과 구조는 제거된 유전체를 대체하는 새로운 유전체로 채워질 수도 있다. 이 새로운 유전체는, 제거된 유전체가 갖지 않았던 낮은 유전율과 같은 특정 중요 특성을 가지도록 선택되는 것이 바람직하다.
비아-업 이중 다마신(via-up dual damascene)
본 발명의 이 실시예는 전통적인 유전체 속에 형성된 두 전도층으로 이루어진 공지의 구조로부터 시작한다. 한 층, 즉 바닥층은 전도체의 열로 이루어진 전도층이며, 상단층은 다른 층으로의 상호 접속부("비아")들로 이루어진다.
본 발명의 이 실시예에 대한 공정 순서가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도 3a 내지 도 3c에 도시한 시작 구조는 도 1과 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 진행한다. 도 3a에 도시한 구조를 생성한 후에, 선택적인 에칭 멈춤층(100) 및 비아 유전체층(110)이 증착되고 포토레지스트(120)로 패턴화되며, 도 3b에 도시한 바와 같다. 포토레지스트 패턴은 당업계에 잘 알려진 방식으로 유전체층(110) 및 선택적인 에칭 멈춤층(100)에 전사된다. 다음에 도 3c에 도시한 바와 같이 라이너층(130)과 전도체층(140)이 증착된다. 전도체층(140)과 라이너층(130)은 CMP를 사용하여 평탄화되어 소정의 원하는 전도체 패턴을 유전체층(110) 내에 형성하며, 도 3c에 도시한 바와 같다.
도 4a를 참조하면, 유전체층(110)과 선택적인 유전체층(100) 및, 유전체층(20)과 선택적인 유전체층(10)은 선별적으로 제거된다. 전도체(140, 60) 및 라이너(130, 50)는 패시베이션층(150)의 증착에 의해 보호된다(도 4b). 이 공정에 의해, 유전체층(110, 20) 및 선택적인 유전체층(100, 10)의 자기-정렬 측벽 스페이서(160)가 다시 형성된다. 유전체층(20)의 제거는 앞서 설명한 바와 같이 선택적으로 기판(40) 속으로 전도체(60)의 수준 아래로 진행할 수도 있으며, 도 4c에 도시한 바와 같다. 제거된 유전체는 바람직하게는 제거된 유전체(110, 20) 및 선택적인 에칭 멈춤 재료(10, 100)와는 상이한 특성을 가지는 다른 유전체(170)에 의해 대체된다. 다른 실시예에서, 유전체(170)의 증착에 앞서 패시베이션층(150)이 제거될 수도 있다.
라인-업 이중 다마신(line-up dual damascene)
본 발명의 이 실시예는 종래의 유전체 재료 속에 형성된 두 전도층으로 이루어지는 공지의 구조에서 시작하며, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같다. 한 층, 즉 상단층은 전도체의 열로 이루어지는 전도층이며, 바닥층은 전도체열층 아래에 형성된 비아로의 상호 접속부로 이루어진다.
공정은 도 5에서 시작하여 도 6으로 이어진다. 시작 구조는 기판(200) 상에 선택적인 에칭 멈춤층(210) 및 비아 유전체(220)를 증착시킴으로써 형성된다. 포토레지스트 패턴이 유전체(220) 및 선택적인 에칭 멈춤층(210)에 전사된다. 다음에, 라이너(260)와 전도체(280)가 증착된다. 다음에, 전도체(280) 및 라이너(260)는 CMP를 사용하여 평탄화되어 원하는 전도체 패턴을 유전체층(220) 내에 형성하며, 도 5a에 도시한 바와 같다.
도 5b를 참조하면, 도 5a에 도시한 기판(200) 상에 선택적인 에칭 멈춤층(230) 및 유전체열(240)이 증착된다. 유전체(240) 및 선택적인 에칭멈춤층(230)에 포토레지스트 패턴이 전사된다. 다음에, 라이너층(250) 및 전도체층(270)이 증착된다. 전도체(270) 및 라이너(250)는 다시 CMP에 의해 평탄화되어 유전체층(240) 내에 원하는 전도체 패턴을 형성한다. 다른 공지의 방법은, 전도체(270, 280)가 동일한 전도체(290)이고, 라이너(250, 260)가 동일한 라이너(300)이도록 동시에 두 수준을 형성하는 데 사용될 수도 있으며, 도 5c에 도시된 바와 같다.
공정은 계속하여, 도 6a에 도시한 바와 같이 유전체(240)와 선택적인 유전체(230) 및 유전체(220)와 선택적인 유전체(210)를 선별적으로 제거한다. 전도체(290)와 라이너(300)는 패시베이션층(310)의 증착에 의해서 보호된다. 이 공정에 의해서 유전체(240, 220) 및 선택적인 유전체(230, 210)의 자기-정렬 측벽 스페이서(320)가 다시 형성된다. 유전체(210)의 제거는 선택적으로 기판(200) 속으로 전도체(290)의 수준 아래로 진행될 수도 있으며, 도 6b에 도시한 바와 같다. 다음에, 제거된 유전체는 제거된 유전체(240, 220) 및 선택적인 에칭 멈춤층(210, 230)의 성질과는 상이한 성질을 갖는 다른 유전체(330)으로 대체된다. 다시, 도 6c에 도시한 바와 같이, 유전체(330)의 증착에 앞서, 패시베이션층(310)이 선택적으로 제거될 수도 있다.
고유전율 및 저유전율 유전체
본 발명의 다른 실시예는 아래에 놓인 저유전율 재료를 보호하기 위한 공정으로서 다양한 필름의 적용을 사용한다. 아래에 놓인 유전체층보다 유전율이 높은 하드 마스크층 유전체를 증착하고 제거하는 공정은 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.도 7 및 도 8에 도시되어 있는 적합한 실시예에서, 증착된 유전체층은, 이산화 실리콘, 폴리이미드, 유기 실록산 폴리머, 폴리-아를리엔 에테르, 탄소(또는 수소) 처리 실리케이트 유리 또는 실세스퀴옥산 유리, 스핀-온 유리, 플루오르화 또는 비플루오르화 실리케이트 유리, 다이아몬드 유사 비결정 탄소, 나노-다공성 실리케이트 또는 오르가노실리케이트 유리 또는 실세스퀴옥산 폴리머, 또는 유용한 유전체 재료로서 당업계에 알려져 있는 임의의 유사한 저유전율 재료 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하드 마스크층은 당업계에 공지되어 있고 앞서 배경 기술 부분에서 기재한 유전체 중 임의의 것을 포함한다.
도 7을 참조하면, 선택적인 에칭 멈춤층(410)이 먼저 당업계에 일반적으로 알려진 방법으로 반도체 기판(440) 상에 증착된다. 에칭 멈춤층(410) 다음에 유전체층(420)이 증착되고, 그 다음에 유전체층(420)의 상단 상에 하드 마스크층(425)이 증착된다. 그 결과 구조물은 포토레지스트(430)로 패턴화되며, 도 7a에 도시한 바와 같다. 다음에, 포토레지스트(430)로부터의 패턴은 하드 마스크층(425)으로 전사되며, 유전체층(420)으로, 선택적인 에칭 멈춤층(410)으로 전사되며, 다음에 포토레지스트층(430)은 벗겨지며, 도 7b에 도시한 바와 같다.
다음에, 라이너 재료(450)와 전도성 재료(460)가 증착되며, 도 7c에 도시한 바와 같다. 전도층(460)과 라이너층(450)은 바람직하게는 CMP 공정을 통하여 평탄화되어 하드 마스크(425)층, 절연층(420) 및 선택적인 에칭 멈춤층(410)에는 원하는 전도체의 패턴을 형성한다. 그 결과물인 공지의 구조는 도 7d에 도시되어 있다. 도 7 및 도 8에 단일 다마신 구조가 도시되어 있지만, 당업자는 하드 마스크층(425)이 이중 다마신 구조에도 사용되고 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 7d 및 도 8a에 도시한 공지의 구조로부터 시작하여, 다음에 하드 마스크층(425)은 전도체층(460), 라이너층(450) 또는 유전체층(420)을 손상시킴 없이 선별적으로 제거되며, 도 8b에 도시한 바와 같다. 패시베이션층(470)은 하드 마스크층(425)이 제거되는 동안에 동시에 증착된다. 하드 마스크층(425)을 제거하고 동시에 패시베이션층(470)을 증착하는 적합한 공정은 앞서 기술한 바와 같다. 다음에, 패시베이션층(470)은 전도체층(460, 라이너층(450) 또는 유전체층(420)을 산화시킴이 없이 제거된다. 이 경우에, 패시베이션층을 제거하는 적합한 방법은, 음극 온도 60 ℃에서 100 mT의 압력 및 100 Watt의 전력으로, 40 SCCM NH3와 40 SCCM H2의 혼합물을 사용하는 MxP라는 이름으로, 캘리포니아 산타 클라라의 Applied Material에 의해 판매되는 것과 같은 용량적으로 연결된 반응성 이온 에칭 시스템에서 행해진다. 패시베이션층이 일단 제거되면, 제2 저유전율 유전체층(480)이 증착될 수 있으며, 도 8c에 도시한 바와 같다.
당업자에게 있어서, 앞서 기술한 실시예에 광범위한 변화 및 변형이 예상될 것이라는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 앞서의 상세한 설명은 단기 예시적인 것이며 한정하고자 하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 범주를 규정하는 것은 이하의 청구 범위 및 그 균등 범위임을 이해해야 한다.
이상에서 살펴본 본 발명의 구성에 의하면, 반도체 통합 회로 공정에 있어서수정 형태의 상호 접속 구조 및 관련된 유전체 필름을 제조하고, 전도층을 손상시킴이 없이 유전체를 선별적으로 제거하는 방법 및 이에 의한 향상된 반도체 구조를 얻을 수 있게 된다.
Claims (59)
- 기판 상에 증착된 유전체층을 패턴화하는 단계와,상기 패턴화된 유전체층 내에 금속화 전도층을 증착시키는 단계와,화학적 기계적 폴리싱 공정을 통하여 상기 금속화층을 평탄화시키는 단계와,상기 금속화가 평탄화된 후에, 상기 금속화층 상에 패시베이션층을 증착하고, 동시에 상기 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 상기 유전체층을 에칭하는 단계를 포함하는, 아래에 놓인 금속화층을 손상시킴이 없이 반도체 통합 회로 제조 공정에서 유전체층을 에칭하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층을 증착시킴에 앞서 에칭 멈춤층을 증착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 유전체층을 에칭하는 단계는 상기 에칭 멈춤층에 의해 규정되는 정지점까지 진행되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층을 에칭하는 단계는 아래에 놓인 금속화층의 수준까지 진행되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층을 에칭하는 단계는 아래에 놓인 금속화층의수준 아래에까지 진행하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 포토레지스트 패턴을 사용하여 상기 유전체층을 패턴화하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층을 에칭하는 단계는 플라즈마 에칭 단계를 포함하는 것인 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 플라즈마 에칭은 공급 가스의 혼합물로 행해지는 것인 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 공급 가스의 혼합물은 Ar, C2F6및 시클로-C4F8을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층으로부터 형성되는 자기-정렬 측벽 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 에칭된 유전체는 상이한 특성을 가지는 다른 유전체층에 의해 대체되는 것인 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 상이한 특성은 저유전율을 갖는 것을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속화 전도체층은 다양한 화학적 형태의 탄소와 플루오르 결합체로 포위되는 것인 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층은 이산화 실리콘을 포함하는 것인 방법.
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- 반도체 기판과,상기 반도체 기판 상에 형성되고 패턴화된 제1 유전체층과,상기 제1 유전체층 상에 증착된 라이너층과,상기 라이너층 상에 증착되고, 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의해 라이너층과 함께 평탄화된 금속화 전도층과,상기 금속화층이 평탄화된 후에, 상기 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 상기 제1 유전체층을 동시에 에칭시키면서, 상기 금속화 전도층 상에 증착되는 패시베이션층을 포함하는, 금속화층을 갖는 단일 다마신 반도체 구조.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 유전체층을 대체하도록 증착된 제2 유전체층을 더 포함하며,상기 제2 유전체층은 상기 제1 유전체층과는 상이한 특성을 가지는 것인 반도체 구조.
- 제22항에 있어서, 상기 제2 유전체층은 상기 제1 유전체층보다 낮은 유전율을 갖는 것인 반도체 구조.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 유전체 재료를 포함하는 자기-정렬 측벽 스페이서를 더 포함하는 반도체 구조.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 유전체는 실리콘 디옥사이드를 포함하는 것인 반도체 구조.
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- 제21항에 있어서, 상기 라이너층은 상기 제1 유전체층이 에칭될 때 손상되지 않는 것인 반도체 구조.
- 제21항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 금속화 전도층 속으로의 수준으로 에칭되는 것인 반도체 구조.
- 제22항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제2 유전체층의 증착에 앞서 제거되는 것인 반도체 구조.
- 반도체 기판과,상기 반도체 기판 상에 형성되고 패턴화된 제1 유전체층과,상기 제1 유전체층 상에 증착된 제1 라이너층과,상기 제1 라이너층 상에 증착되고, 제1 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의해서 상기 라이너층과 함께 평탄화되는 제1 금속화 전도층과,상기 평탄화된 제1 전도층 및 라이너층 상에 형성되고 패턴화된 제2 유전체층과,상기 제1 전도층 상측에 형성된 반도체 비아 내에 증착된 제2 라이너층과,상기 제2 라이너층 상에 증착되고, 제2 화학적 기계적 폴리싱 공정에 의해서 상기 라이너층과 함께 평탄화되는 제2 금속화 전도층과,상기 금속화층이 평탄화된 후에, 상기 제2 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 상기 제1 및 제2 유전체층을 동시에 에칭시키면서, 상기 제2 금속화 전도층 상에 증착되는 패시베이션층을 포함하는 비아-업 다마신 반도체 구조.
- 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층을 대체하기 위해 증착되며, 상기 제1 및 제2 유전체층의 특성과는 상이한 특성을 가지는 제3 유전체층을 더 포함하는 것인 반도체 구조.
- 제31항에 있어서, 상기 제3 유전체층은 상기 제1 유전체층보다 낮은 유전율을 갖는 것인 반도체 구조.
- 제30항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체 재료를 포함하는 자기-정렬 측벽 스페이서를 더 포함하는 반도체 구조.
- 제30항에 있어서, 상기 제2 라이너층은 상기 제1 유전체층이 에칭될 때 손상되지 않는 것인 반도체 구조.
- 제30항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 금속화 전도층 속으로의 수준으로 에칭되는 것인 반도체 구조.
- 제31항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제3 유전체층의 증착에 앞서 제거되는 것인 반도체 구조.
- 제30항에 있어서, 상기 금속화층은 구리를 포함하는 것인 반도체 구조.
- 반도체 기판과,상기 반도체 기판 상에 형성되고 패턴화된 제1 유전체층과,상기 제1 유전체층 상에 증착된 제1 라이너층과,상기 라이너층 상에 증착되고, 제1 화학적 기계적 폴리싱 공정을 통해서 상기 라이너층과 함께 평탄화되는 제1 금속화 전도층과,상기 평탄화된 제1 전도층 및 라이너층 상에 형성되고 패턴화된 제2 유전체층과,상기 제1 전도층 상측에 형성된 반도체 비아 내에 증착된 제2 라이너층과,상기 제2 라이너층 상에 형성되고, 화학적 기계적 폴리싱 공정을 통해 상기 제2 라이너층과 함께 평탄화되는 제2 금속화 전도층과,상기 금속화층이 평탄화된 후에, 상기 제2 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 제1 및 제2 유전체층을 동시에 에칭하면서, 상기 제2 금속화 전도층 상에 증착되는 패시베이션층을 포함하며,상기 제1 및 제2 금속화 전도층 및 상기 제1 및 제2 라이너층은 동일한 구조의 것인 라인-업 이중 다마신 반도체 구조.
- 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층을 대체하도록 증착되며, 상기 제1 및 제2 유전체층과는 상이한 특성을 가지는 제3 유전체층을 더 포함하는 반도체 구조.
- 제39항에 있어서, 상기 제3 유전체층은 상기 제1 유전체층보다 유전율이 낮은 것인 반도체 구조.
- 제38항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체 재료를 포함하는 자기-정렬 측벽 스페이서를 더 포함하는 반도체 구조.
- 제38항에 있어서, 상기 제2 라이너층은 상기 제1 및 제2 유전체층이 에칭될 때 손상되지 않는 것인 반도체 구조.
- 제38항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 금속화 전도층 속으로의 수준으로 에칭되는 것인 반도체 구조.
- 제39항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제3 유전체층의 증착에 앞서 제거되는 것인 반도체 구조.
- 제38항에 있어서, 상기 금속화층은 구리를 포함하는 것인 반도체 구조.
- 저유전율을 가지는 제1 유전체층을 반도체 기판 상에 증착하는 단계와,상기 제1 유전체층보다 높은 유전율을 가지는 제2 유전체층을 상기 제1 유전체층 상에 증착하는 단계와,상기 제1 및 제2 유전체층을 패턴화하는 단계와,상기 패턴화된 제1 및 제2 유전체층 내에 금속화 전도층을 증착하는 단계와,화학적 기계적 폴리싱을 통하여 상기 금속화층을 평탄화하는 단계와,상기 금속화층이 평탄화된 후에, 상기 금속화층 상에 패시베이션층을 증착시키고, 동시에 상기 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 상기 제2 유전체층을 에칭하는 단계를 포함하는, 아래에 놓인 금속화층을 손상시킴이 없이 반도체 통합 회로 제조 공정에서 유전체층을 에칭하는 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 제1 유전체층을 증착하기에 앞서 에칭 멈춤층을 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제46항에 있어서, 상기 에칭된 제2 유전체층은 저유전율을 가지는 제3 유전체에 의해 대체되는 것인 방법.
- 제1항 또는 제46항에 있어서, 상기 금속화 전도층의 증착에 앞서 라이너층을 증착하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 라이너층은 탄탈을 포함하는 것인 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 라이너층은 질화 탄탈을 포함하는 것인 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 라이너층은 탄탈과 질화 탄탈을 포함하는 것인 방법.
- 제1항 또는 제46항에 있어서, 상기 금속화층은 구리를 포함하는 것인 방법.
- 제49항에 있어서, 상기 금속화층과 라이너층을 손상시킴이 없이 상기 패시베이션층을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 반도체 기판과,상기 반도체 기판 상에 형성된 제1 유전체층과,상기 제1 유전체층 상에 증착되고, 상기 제1 유전체층보다 높은 유전율을 가지며, 상기 제1 유전체층과 함께 패턴화되는 제2 유전체층과,상기 패턴화된 제1 및 제2 유전체층 내에 증착되는 라이너층과,상기 라이너층 상에 증착되고, 화학적 기계적 폴리싱 공정을 통해 상기 라이너층과 함께 평탄화되는 금속화 전도층과,상기 금속화층이 평탄화된 후에, 상기 금속화 전도층을 손상시킴이 없이 상기 제2 유전체층을 동시에 에칭하면서, 상기 금속화 전도층 상에 증착되는 패시베이션층을 포함하는 금속화층을 갖는 단일 다마신 반도체 구조.
- 제55항에 있어서, 상기 에칭된 제2 유전체층을 대체하도록 증착되고, 상기 제2 유전체층보다 낮은 유전율을 갖는 제3 유전체층을 더 포함하는 반도체 구조.
- 제21항 또는 제55항에 있어서, 상기 금속화층은 구리를 포함하는 것인 반도체 구조.
- 제55항에 있어서, 상기 라이너층은 상기 제2 유전체층이 에칭될 때 손상되지 않는 것인 반도체 구조.
- 제56항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제3 유전체층의 증착에 앞서 제거되는 것인 반도체 구조.
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