KR100538910B1 - 구조화방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라 구조화될 층상에 마스크를 제공하는 단계, 마스크를 사용해서 구조화될 층을 구조화하는 단계, 마스크를 제거하는 단계; 이 단계에서 구조화될 층 재료의 재증착물이 남게되고, 구조화될 층 재료의 재증착물을 기계적 폴리싱 또는 화학적 기계적 폴리싱에 의해 제거하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 층의 구조화 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 구조화 방법, 특히 플라즈마- 또는 건식-화학적으로 에칭되기 어려운 또는 에칭될 수 없는 층, 예컨대 높은 유전 상수를 가진 귀금속, 강유전성 물질 및 유전성 물질로 이루어진 층의 구조화 방법에 관한 것이다.
예컨대 DRAM 또는 FRAM과 같은 고집적 메모리 모듈 개발에 있어, 소형화가 증가되면서 셀 용량은 유지되거나 또는 더 개선되어야 한다. 이를 위해, 점점 더 얇은 유전층 및 나선형 커패시터 전극(트렌치-셀, 스택-셀)이 사용된다. 최근에는 종래의 실리콘 산화물 대신에 새로운 물질, 특히 상유전체 및 강유전체가 메모리 셀의 커패시터 전극 사이에 사용된다. 예컨대, 바륨 스트론튬 티타네이트(BST, (Ba,Sr)TiO3), 납 지르코네이트 티타네이트(PZT, Pb(Zr,Ti)O3) 또는 란탄 도핑된 납 지르코네이트 티타네이트 또는 스트론튬 비스무트 탄탈레이트(SBT, SrBi2Ta2O9)가 DRAM 또는 FRAM의 메모리셀 커패시터에 사용된다.
상기 물질은 통상적으로 기존의 전극(바닥 전극)상에 증착된다. 공정이 높은 온도에서 이루어지므로, 통상적으로 커패시터 전극을 구성하는 재료, 예컨대 도핑된 폴리실리콘은 쉽게 산화되어 자체의 도전 특성을 잃게 된다. 이것은 메모리 셀의 고장을 일으킬 수 있다.
양호한 내산화성 및/또는 전기적으로 도전성인 산화물 형성으로 인해, 4d 및 5d 전이 금속, 특히 백금류 금속(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) 및 특히 백금 자체, 그리고 레늄이 바람직한 재료 후보로서 그리고 도핑된 실리콘이 전극 재료로서 전술한 메모리 셀에 사용될 수 있다.
소자의 소형화 추세에 따라 최근에 도체 트랙에 사용되는 알루미늄에 대한 대체 물질이 필요하게 되었다. 상기 대체 물질은 알루미늄 보다 낮은 비저항 및 알루미늄 보다 낮은 전자 이동성을 가져야 한다. 바람직한 대체 물질로는 구리가 있다.
또한, MRAM의 개발은 마이크로전자 회로에서 자기 층(예컨대, Fe, Co, Ni 또는 퍼멀로이)의 집적을 필요로 한다.
반도체 기술에서 지금까지 사용되지 않았던 상기 물질로 메모리 셀을 구성하기 위해, 상기 물질의 얇은 층이 구조화되어야 한다.
지금까지 사용된 재료의 구조화는 일반적으로 소위 플라즈마 강화 비등방성 에칭 방법을 사용했다. 이 경우, 통상적으로 물리적-화학적 방법이 사용되는데, 이 방법에서는 하나 또는 다수의 반응성 가스, 예컨대 산소, 염소, 브롬, 염화수소, 브롬화수소 또는 할로겐화 탄화수소 및 희가스(예컨대, Ar, He)로 이루어진 가스 혼합물이 사용된다. 상기 가스 혼합물은 일반적으로 교류 전자기장에서 적은 압력으로 여기된다.
도 4은 평행 플레이트(parallel plate) 반응기(20)로서 도시된 에칭 챔버의 기본적인 작동 원리를 나타낸다. 가스 혼합물, 예컨대 Ar 및 Cl2는 가스 유입구(21)를 통해 반응기 챔버(22)에 공급되고, 가스 배출구(29)를 통해 배기된다. 평행 플레이트 반응기의 하부 플레이트(24)는 커패시터(27)를 통해 고주파 소오스(28)에 접속되고 기판 홀더로서 동작한다. 고주파 교류 전기장을 평행 플레이트 반응기의 상부 및 하부 플레이트(23, 24)에 인가함으로써, 가스 혼합물이 플라즈마(25)로 흐른다. 전자의 이동도도가 가스 양이온의 이동도 보다 크기 때문에, 상부 및 하부 플레이트(23, 24)가 플라즈마(25)에 비해 음으로 충전된다. 따라서, 2개의 플레이트(23, 24)에 의해 양으로 충전된 가스 양이온에 강한 인력이 가해져, 상기 이온, 예컨대 Ar+는 상기 플레이트에 계속적으로 충격을 가한다. 가스 압력이 낮게, 통상적으로 0.1 - 10 Pa로 유지되기 때문에, 이온 서로 간에 그리고 중성 입자에서 약간의 스캐터링만이 일어나고, 이온은 팽행 플레이트 반응기의 하부 플레이트(24)상에 고정된 기판(26)의 표면으로 수직으로 부딪친다. 이로 인해, 마스크(도시되지 않음)의 패턴이 그 밑에 놓인, 기판(26)의 에칭될 층으로 양호하게 전사될 수 있다.
마스크 재료로는 통상적으로 포토레지스트가 사용되는데, 이는 포토레지스트가 노광 단계 및 현상 단계에 의해 비교적 간단히 구조화될 수 있기 때문이다.
에칭의 물리적 성분은 도달 이온(예를 들어, Cl 2 + , Ar + )의 운동량 및 운동 에너지에 의해 달성된다. 또한, 기판과 반응성 가스 입자(이온, 분자, 원자, 라디칼) 사이의 화학적 반응은 휘발성 반응 생성물의 형성하에 개시되거나 또는 증폭된다(에칭의 화학적 성분). 기판 입자와 가스 입자 사이의 이러한 화학적 반응으로 인해 에칭 공정의 높은 선택성이 주어진다.
그러나, 집적 회로에 새로 사용되는 전술한 물질은 건식 화학적으로는 에칭되기 어렵거나 또는 에칭될 수 없는 재료에 속한다. 이러한 재료에서 에칭 제거는 "반응성" 가스의 사용시에도 주로 또는 거의 에칭의 물리적 성분에 의한 것이다.
에칭의 화학적 성분이 적거나 없기 때문에, 구조화될 층의 에칭 제거는 마스크 또는 지지층(에칭 스톱 층)의 에칭 제거와 동일하다. 즉, 에칭 마스크 또는 지지층에 대한 에칭 선택성이 일반적으로 작다(약 0.3 내지 3.0). 결과적으로, 경사진 측면을 가진 마스크의 부식 및 마스크의 불가피한 면 노출에 의해 낮은 치수 정확도의 구조화만이 보장될 수 있다. 상기 면 노출은 구조화시 가장 작은 구조물 크기 및 구조화될 층에서 프로파일 에지의 경사도를 제한한다.
마스크상의 면 노출 및 구조화될 층의 면 노출은 플라즈마-화학적 에칭 공정 동안 사용되는 가스 혼합물 중의 반응성 가스(특히 염소)의 양이 많을수록 커진다. 따라서 반응성 가스를 함유하지 않는 가스 혼합물, 예컨대 순수한 아르곤 플라즈마에 의해 구조화될 층에서 가장 경사진 프로파일 에지가 형성될 수 있다.
구조화될 층의 상기 면 노출 이외에, 구조화시 구조화될 층 재료가 재층착될 수 있다. 상기 재증착물은 예컨대 레지스트 마스크의 측벽에 생기고, 후속하는 단계에서 종종 많은 비용을 들여야만 제거될 수 있다. 상기 재증착물은 플라즈마 화학적 에칭 공정 동안 사용되는 가스 혼합물 중의 반응성 가스의 양이 작을수록, 더 자주 발생한다. 따라서, 공정 제어가 지금까지는 대개 예컨대 염소-아르곤-플라즈마 중의 적은 아르곤 양에 국한되었다. 그러나, 에칭 가스 혼합물 중의 염소량 증가는 마스크의 면 노출을 증가시킨다.
레지스트 마스크를 이용하는 백금 에칭의 경우, 염소 또는 HBr과 같은 반응성 가스의 사용으로 인해, 추가의 에칭 공정시 다시 사라지는 중간 재증착물이 형성된다. 이러한 구조화는 CD-확대 및 평평한 백금 측면을 야기시킨다. 이것은 염소 및 레지스트 마스크를 사용하는 공정의 가장 큰 단점이다.
레지스트 마스크 대신에, 소위 "하드 마스크" 가 층의 구조화를 위해 사용되면, 전술한 많은 어려움이 현저히 감소된다. 그러나, "하드 마스크" 의 구조화는 전체 공정 비용을 증가시키는 부가의 단계를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 갖지 않거나 또는 감소시킬 수 있는 구조화 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위 3항에 따른 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 청구범위 종속항, 상세한 설명 및 첨부한 도면에 제시된다.
본 발명에 따라
구조화될 층상에 마스크를 제공하는 단계,
마스크를 사용해서 구조화될 층을 구조화하는 단계,
마스크를 제거하는 단계; 이 단계에서 구조화될 층 재료의 재증착물이 남고,
구조화될 층 재료의 재증착물을 기계적 폴리싱 또는 화학적 기계적 폴리싱에 의해 제거하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 층을 구조화하기 위한 방법이 제공된다.
통상의 화학적 방법에 의해서는 어렵게 제거되는, 구조화될 층 재료의 재증착물이 기계적 폴리싱에 의해, 웨이퍼상에 형성된 구조물을 손상시키거나 파괴하지 않으면서 비교적 간단히 그리고 확실하게 제거될 수 있는 것으로 나타났다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 구조화될 층의 고유의 구조화를 위해 사용되는 방법, 예컨대 플라즈마 화학적 에칭 방법을, 이 방법이 재증착물을 증가시키는지의 여부를 고려할 필요 없이 선택할 수 있다는 장점을 갖는다. 즉, 예컨대 순수한 아르곤 플라즈마를 가진 플라즈마 화학적 에칭 방법이 사용될 수 있다. 그 결과, 반응성 가스의 사용시와 같이 마스크상에 과도한 면 노출이 생기지 않으면서, 통상의 레지스트 마스크가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따라
구조화될 층상에 마스크를 제공하는 단계,
마스크를 사용해서 구조화될 층을 구조화하는 단계,
마스크 및 구조화될 층 재료의 재증착물을 화학적 기계적 폴리싱에 의해 제거하는 단계를 포함하는 적어도 하나의 층을 구조화하는 방법이 제공된다.
마스크와 재증착물의 동시 제거에 의해, 하나의 단계가 절약될 수 있다. 이러한 방법은 특히 마스크로서 소위 "하드 마스크"가 사용되는 경우에 제공된다. 이러한 마스크는 바람직하게는 실리콘, 실리콘 산화물, 특히 SiO2, 금속, 특히 알루미늄 또는 텅스텐, 금속 질화물, 바람직하게는 티탄 질화물, 특히 TiNx(0.8 < x < 1.2) 또는 금속 실리사이드를 함유한다.
바람직하게는 재증착물의 제거 후에 "스크러버" -세척이 수행된다. 부가로 또는 대안으로서 재증착물의 제거 후에 특히 음파 작용(초음파, 미세 음파)에 의해 지지되는 습식 화학적 세척이 수행될 수 있다.
바람직하게는 구조화될 층이 구리, 철, 코발트, 니켈, 4d 또는 5d 전이 금속, 특히 백금류 금속을 함유한다.
또한, 구조화될 층이 강유전성 물질, 비교적 높은 유전 상수(> 20)를 가진 유전성 물질, 페로브스카이트 또는 상기 물질의 전구 물질을 함유한다. 상기 전구 물질은 경우에 따라 산소의 공급 하에서 적절한 열처리(예컨대, 템퍼링)에 의해 상기 물질로 바뀔 수 있는 재료를 의미한다.
구조화될 층이 스트론튬 비스무트 탄탈레이트(SBT, SrBi2Ta2O9), 스트론튬 비스무트 니오베이트 탄탈레이트(SBNT, SrBi2Ta2-xNbxO9, x=0-2), 납 지르코네이트 티타네이트(PZT, Pb(Zr,Ti)O3) 또는 이들의 유도체 및 바륨 스트론튬 티타네이트(BST, BaxSr1-xTiO3, x=0-1), 납 란탄 티타네이트(PLT, (Pb,La)TiO3), 납 란탄 지르코네이트 티타네이트(PLZT, (Pb, La)(Zr, Ti)O3) 또는 이들의 유도체를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 구조화될 층이 백금, 금, 은, 구리, 이리듐, 팔라듐, 루테늄, 레늄 또는 이들의 산화물을 함유하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 구조화될 층의 구조화를 위해 건식 에칭 방법, 특히 플라즈마 에칭 방법이 사용된다.
특히, 구조화될 층의 건식 에칭 동안 반응성 가스를 함유하지 않은 가스 혼합물이 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 구조화될 층의 건식 에칭 동안 희가스, 특히 아르곤이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 구조화될 층의 건식 에칭 동안 희가스, 질소 및 산소만을 함유하는 가스 혼합물이 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명을 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 방법의 개략도이다. 기판(1)상에 SiO2-층(2)이 제공된다. 후속해서, 티타늄 또는 티탄늄 질화물로 이루어진 접착층 또는 배리어층(3)이 제공된다. 접착층 또는 배리어층(3)상에 구조화될 층으로서 백금층(4)이 예컨대 스퍼터링에 의해 제공된다. 백금층(4)상에는 레지스트층이 형성된다. 상기 레지스트층은 나중에 백금층(4)의 구조화를 위한 마스크(5)로 사용된다. 레지스트 층은 노광 및 현상 단계에 의해 구조화된다. 이것으로 부터 얻어지는 구조가 도 1에 도시된다.
후속해서, 이온 에칭 또는 스퍼터링 에칭이 수행됨으로써, 백금층(4)이 물리적 건식 에칭된다. 에칭 가스로서 순수한 아르곤 가스가 사용된다. 이온 에칭 대신에 예컨대 반응성 이온 에칭(RIE), 자기장 강화 반응성 이온 에칭(MERIE, Magnetically Enhanced RIE), ECR 에칭 또는 유도 결합된 플라즈마 에칭(ICP, TCP)과 같은 다른 플라즈마 에칭 방법이 사용될 수도 있다.
에칭 가스로 순수한 아르곤이 사용되기 때문에, 과도한 마스크(5) 노출면이 발생되지 않는다. 따라서, 마스크(5)의 부식도 작다. 더 작은 마스크 부식에 의해 구조화의 보다 높은 치수 정확도가 얻어진다. 또한, 구조화될 층의 보다 급경사의 에칭 측면이 얻어질 수 있다. 80°이상의 측면 각을 가진 에칭 측면이 형성될 수 있다.
건식 에칭 동안 화학적 성분이 없기 때문에, 레지스트 마스크(5)의 측벽상에는 백금의 재증착물(6)이 생긴다. 상기 백금 재증착물(6)은 지금까지는 통상의 화학적 방법에 의해 어렵게 제거되었다.
레지스트 마스크(5)의 제거를 위해 레지스트 회화(incineration)가 이루어진다. 이 때, 구조화된 백금층(4)의 표면상에 백금 재증착물(6)이 남는다. 이것으로부터 얻어진 구조가 도 2에 도시된다.
다음, 재증착물(6)이 기계적 폴리싱에 의해 제거된다. 이를 위해, 예컨대 Logitech 사의 연마기가 사용될 수 있다. 연마포(예컨대, Chemcloth ELCON 136)가 도 2에 도시된 구조물에 접촉하게 놓인다. 도 2에 도시된 구조물 및 연마포는 3분 동안 10 rpm의 속도로 서로에 대해 상대적으로 이동된다. 동시에, 수성 현탁액 중의 약 0.25 ㎛ 크기의 Al2O3-입자가 공급된다.
그 다음에 "스크러버" -세척이 이루어진다. 부가로 또는 대안으로서 재증착물(6)의 제거 후에 바람직하게는 음파 작용에 의해 지지되는, 예컨대 고도로 희석된 HF-산에 의한 습식 화학적 세척이 이루어진다. 이것은 백금 구조물 사이에 노출된 SiO2-표면의 화학적 용해 및 기계적으로 지지되는, 상기 영역으로부터의 입자 제거를 야기시킨다. 이로부터 얻어지는 구조는 도 3에 도시된다.
본 발명에 의해 선행 기술의 단점을 갖지 않은 구조화 방법이 제공된다.
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 방법의 개략도.
도 4는 평행 플레이트 반응기 형태의 에칭 챔버의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 기판 2: SiO2-층
3: 접착 또는 배리어층 4: 백금층
5: 마스크 6: 재증착물
Claims (13)
- 적어도 하나의 층을 구조화시키는 방법으로서,구조화될 층상에 마스크를 제공하는 단계;상기 마스크를 사용해서 상기 구조화될 층을 구조화하는 단계; 및상기 마스크와 상기 구조화될 층으로 이루어진 재료의 재증착물을 화학적 기계적 폴리싱에 의해 제거하는 단계를 포함하는 구조화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 재증착물의 제거 후에 스크러버" -세척이 수행되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 재증착물의 제거 후에 습식 화화적 세척이 수행되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 2 항 또는 3 항에 있어서, 상기 세척은 음파 작용에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화될 층은 구리, 철, 코발트, 니켈, 백금류 금속을 함유하는 4d 또는 5d 전이 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화될 층은 강유전성 물질, 20 이상의 높은 유전 상수를 가진 유전성 물질, 또는 상기 물질의 전구 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 구조화될 층은 스트론튬 비스무트 탄탈레이트(SBT, SrBi2Ta2O9), 스트론튬 비스무트 니오베이트 탄탈레이트(SBNT, SrBi2Ta2-xNbxO9, x=0-2), 납 지르코네이트 티타네이트(PZT, Pb(Zr,Ti)O3) 또는 이들의 유도체 및 바륨 스트론튬 티타네이트(BST, BaxSr1-xTiO3 x=0-1), 납 란탄 티타네이트(PLT, (Pb, La)TiO3), 납 란탄 지르코네이트 티타네이트(PLZT, (Pb, La)(Zr, Ti)O3) 또는 이들의 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 구조화될 층은 백금, 금, 은, 이리듐, 팔라듐, 루테늄, 레늄 또는 이들의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화될 층을 건식 에칭 하는 동안 반응성 가스를 함유하지 않은 가스 혼합물이 제공되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화될 층을 건식 에칭하는 동안 희가스, 질소 및 산소만을 함유하는 가스 혼합물이 제공되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조화될 층을 건식 에칭 하는 동안 아르곤을 포함하는 희가스가 제공되는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크는 실리콘, SiO2를 포함하는 실리콘 산화물, 알루미늄 또는 텅스텐을 포함하는 금속, 티타늄 질화물을 포함하는 금속 질화물 또는 금속 실리사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 티타늄 질화물은 TiNx 이며, 상기 x는 0.8 < x < 1.2 범위인 것을 특징으로 하는 구조화 방법.
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