KR100614782B1 - 이중 다마신 구조를 포함하는 집적회로 제조방법 및 집적회로 - Google Patents

이중 다마신 구조를 포함하는 집적회로 제조방법 및 집적회로 Download PDF

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Abstract

이중 다마신 구조(dual damascene structure)를 형성하기 위한 프로세스가 기술된다. 상기 프로세스는 절연층들 및 정지층을 포함하는 스택을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 스택위에는 2개의 마스크들이 형성된다. 상기 마스크들 중의 하나는 상기 절연층들내에 비아(via) 또는 접촉 개구들을 형성하기 위해 사용되고, 제 2 마스크는 상기 절연층들내에 상호접속용 그루브들을 형성하기 위해 사용된다.
절연층, 정지층, 스택, 이중 다마신, 집적 회로

Description

이중 다마신 구조를 포함하는 집적회로 제조방법 및 집적회로{A process for manufacturing an integrated circuit including a dual- damascene structure and an integrated circuit}
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 집적회로를 제조하기 위한 프로세스를 도시한 플로우 챠트도.
도 2 내지 도 7은 도 1의 프로세스를 사용하는 제조의 연속하는 단계들 동안의 집적회로의 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
105 : 제 1 절연층 110 : 에칭정지층
115 : 제 2 절연층 120 : 제 1 패터닝된 마스크
125 : 비어 또는 접촉개구 130 : 제 2 패터닝된 마스크
본 발명은 일반적으로 집적회로들에 관한 것이며, 특히, 집적회로내에서 이중 다마신 구조들을 형성하기 위한 프로세스에 관한 것이다.
단일 다마신는 그루브(groove)들이 절연층내에 형성되고 상호접속을 형성하기 위해 도전성 재료들로 채워지는, 집적회로들용 상호접속 제조 프로세스이다. 이중 다마신은, 단일 다마신의 그루브들을 형성하는데 부가하여, 도전성 접촉 (또는 비어(via)) 개구(opening)들이 상기 절연층내에 또한 형성되는, 다층-레벨 상호접속 프로세스이다. 도전성 재료는 상기 그루브들과 도전성 접촉(또는 비어) 개구들에 형성된다.
하나의 표준 이중 다마신 프로세스에서, 제 1 산화층이 도전성 구조상에 퇴적된다. 하드(hard) 마스크가 상기 제 1 산화층상에 형성되고, 제 1 패터닝된 포토레지스트 층이 상기 하드 마스크상에 형성된다. 상기 하드 마스크는 패턴으로서 상기 제 1 포토레지스트 층을 사용하여 패터닝된다. 상기 제 1 포토레지스트 층은 제거되고, 다음에 제 2 산화층이 상기 하드 마스크상에 형성된다.
제 2 패터닝된 포토레지스트층이 상기 제 2 산화층상에 형성된다. 상기 제 1 산화층 및 상기 제 2 산화층 모두는 상기 이중 다마신 개구을 형성하기 위해 에칭된다. 상기 제 1 산화층은 패턴으로서 상기 하드 마스크를 사용하여 에칭되고, 상기 아래에 있는 도전성 구조는 패턴으로서 에칭정지층(etch stop)을 사용하여 에칭된다. 상기 제 2 산화층은 패턴으로 상기 제 2 포토레지스트 층을 사용하고 에칭정지층으로 상기 하드 마스크를 사용하여 에칭된다. 이후 상기 제 2 포토레지스트는 제거된다.
상기 프로세스는 상기 이중 다마신 구조를 형성하기 위해 다른 단계들의 결합을 포함한다. 예를 들어, 상기 하드 마스크는 상기 제 2 유전층을 형성하기 전에 패터닝된다. 그래서, 상기 부분적으로 제조된 집적회로는 서로 다른 퇴적과 패턴화 단계를 수행하기 위해 다른 처리 시스템들 사이에서 이동된다.
또, 다른 이중 다마신 프로세스에서, 유전체는 제 1 포토레지스트를 사용하여 형성되고 패터닝된다. 상기 제 1 포토레지스트는 제거되고 상기 유전체는 제 2 포토레지스트를 사용하여 다시 패터닝된다. 상기 비어들과 그루브들은 상기 다른 패턴화 단계들을 사용하여 형성된다. 이러한 프로세스는 상기 그루브들의 깊이를 제어하기 위해 시간지정된 에칭을 사용한다. 이러한 프로세스는 제어하기 어렵다. 그래서, 이중 다마신 구조를 형성하기 위한 상기 프로세스의 복잡성을 감소시키는 프로세스를 개발하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이중 다마신 구조를 형성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 상기 프로세스는 절연층들 및 정지층을 포함하는 스택(stack)을 형성하는 단계를 구비하며 상기 스택위에는 두개의 마스크들이 형성된다. 상기 마스크들중 하나는 상기 절연층내에 비어 또는 접촉 개구들을 형성하기 위해 사용되고, 상기 제 2 마스크는 상기 절연층내에 상호 접속용 그루브들을 형성하기 위해 사용된다. 일실시예에서 상기 비어나 접촉 개구들은 상기 그루브들 전에 형성된다.
상기 스택이 형성된 후에 상기 2개의 마스크 층들을 사용함으로써, 처리단계들의 수와, 시스템들사이의 상기 부분적으로 제조된 집적회로의 이동이 감소될 수 있다. 환언하면, 상기 절연 층들과 상기 에칭정지층이 형성된 다음에 이어서 상기 이중 다마신 구조를 형성하도록 패터닝된다. 또한, 상기 절연층과 상기 에칭정지층은 동일 챔버 또는 챔버들의 클러스터내에 형성될 수 있다.
상기 일반적 설명과 다음의 상세한 설명 모두는 예시적인 것이며, 본발명을 제한하는 것이 아니라는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 반도체 산업의 통상의 관례에 따라 도면의 다양한 특징들이 스케일되지 않았다. 반면에, 다양한 특징의 치수들이 명확성을 위해 임의적으로 확대되거나 감소되었다.
본 발명의 예시적인 실시예는 이중 다마신 구조를 형성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 상기 프로세스는 절연층들 및 정지층을 포함하는 스택을 형성하는 단계를 구비하며, 상기 스택 위에는 두개의 마스크들이 형성된다. 상기 마스크들 중 하나는 상기 절연층들내에 비어 또는 접촉 개구들을 형성하기 위해 사용되고, 상기 제 2 마스크는 상기 절연층내에 상호 접속용 그루브들을 형성시키는데 사용된다. 다른 선택적 일 실시예에서, 상기 비어나 접촉 개구들은 상기 그루브들의 형성전에 형성된다.
상기 스택이 형성된 후에 상기 2개의 마스크 층들을 사용함으로써, 처리단계들의 수와, 시스템들 사이의 상기 부분적으로 제조된 집적회로의 이동이 감소된다. 환언하면, 상기 절연층과 상기 에칭정지층이 형성된 다음에 이어서 상기 이중 다마신 구조를 형성하도록 패턴될 수 있다. 더욱이, 상기 절연층과 상기 에칭정지층은 동일 챔버 또는 챔버들의 클러스터내에 형성될 수 있다.
이제, 동일한 참조번호들이 동일한 요소들을 표시하는, 상기 도면을 참조하 면, 도 1은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하는 플로우 챠트도이다. 도 2 내지 도 7은 도 1에 도시된 플로우 챠트에 따른 집적회로의 제조의 연속하는 단계들을 도시하는 개략도들이다.
단계 10에서, 제 1 절연층(105)은 기판(100)위에 형성된다. 상기 제 1 절연층(105)은, 예를 들어, 고밀도 증착된 실리콘 다이옥사이드(예를들어, SiO2)같은 유전체이다. 대안으로, 상기 제 1 절연층은 보로포스포실리케이트 글래스(borophos -phosilicate glass)와, 포스포실리케이트 글래스와, 포스포러스(phosphorus) 및/또는 보론 도핑된 테트라에틸 오쏘실리게이트(boron-doped tetraethyl orthosili -cate)로부터 형성된 글래스와, 스핀-온 글래스와 크세로겔(xerogels)과 에어로겔 (aerogels), 또는 폴리머와 플루오르화한 산화물과 수소 실세스키오세인(hydrogen silsesquioxane)과 같은 다른 저 유전상수 박막들일 수 있다.
상기 기판(100)은, 예를들어, 실리콘이거나, GaAs 또는 SiGe같은 화합물 반도체이다. 대안으로, 상기 기판(100)은 유전체와 도전체 또는 다른 재료같은 집적회로내의 중간층일 수 있다. 부가하면, 상기 기판(100)의 위쪽 표면(101)은 평면이 아닐 수 있다. 상기 경우에서, 상기 제 1 절연층(105)은, 예를들어, 널리 공지된 화학적 기계적 연마법(CMP)을 사용하여 평면화될 수 있다.
단계 15에서, 에칭정지층(110)은 상기 제 1 절연층(105)위에 또는 직접 접촉하여 형성된다. 대안의 실시예에서 하나 이상의 층들이 상기 에칭정지층(110)과 상기 제 1 절연층(105)사이에 형성된다. 상기 에칭정지층을 위한 재료는 선택된 에칭액에 대해서 상기 제 2 절연층(115)보다 더 에칭에 저항성있는 것으로 선택될 수 있다. 환언하면, 상기 에칭정지층(110)은 선택된 에칭액에 노출되었을 때 상기 제 2 절연층(105)보다 더 느린 속도로 에칭된다. 예를들어, 상기 에칭정지층은 상기 제 2 절연층이 SiO2인 곳에서 TiN일 수 있다. 더욱이, 상기 에칭정지층은 Ta/TaN과 Si3N4와 실리콘 과다 산화물 또는 다층의 SiO2유전체일 수 있다.
단계 20에서, 제 2 절연층(115)은 상기 에칭정지층(115)위에 또는 직접 접촉하여 형성된다. 상기 제 2 층(115)은 상기 제 1 절연층(105)을 형성하기 위해 사용된 것과 같은 재료들과 프로세스들을 사용하여 형성될 수 있다. 단계 25에서, 제 1 패터닝된 마스크(120)는 상기 절연층(115)위에 또는 접촉하여 형성된다. 상기 제 1 패터닝된 마스크(120)는 상기 집적회로내의 서로 다른 레벨들사이에서 상호접속들을 제공하기 위해 상기 비어 또는 접촉 개구들(여기서부터 "개구들"이라 언급됨)에 대응하는 개구들을 포함한다.
단계 30에서, 개구들은 상기 제 1 절연층(105)과 상기 에칭정지층(110)과 상기 제 2 절연층(115)에서 열린다. 상기 개구들은 종래의 엣칭 기술들 또는 적어도 상기 3개의 서로 다른 층들을 통해 에칭하기 위한 기술들의 결합을 사용하여 열릴 수 있다. 대안으로, 단계 30은 상기 제 2 절연층(115)만을 에칭할 수 있다. 이 경우에, 단계 40에서, 상기 에칭정지층(110)의 노출된 일부분과, 상기 노출된 일부분아래의 상기 제 1 절연층(105)의 대응하는 일부분이 상기 그루브들이 에칭될 때 상기 비어를 완료시키기 위해 에칭될 수 있다.
예시적으로, 상기 개구들은 1)레지스트 재료의 층(상기 제 1 패터닝된 마스 크)을 상기 제 2 절연층(115)에 부가하고, 2)상기 레지스트 재료를 레티클을 통과하는 에너지 공급원에 노출시키고, 3)상기 레지스트에서 상기 패턴을 형성하기 위해 레지스트의 지역들을 제거하고, 4) 상기 개구들(125)을 에칭하여 형성된다. 상기 에너지 공급원은 전자빔, 광원, 또는 다른 적당한 에너지 공급원일 수 있다.
다음으로, 단계 35에서, 제 2 패터닝된 마스크(130)는 상기 제 1 패터닝된 마스크(120) 위에 또는 접촉하여 형성된다. 예시적으로, 상기 제 2 패터닝된 마스크(130)는 1)한 층의 레지스트재료를 상기 개구들(125)내에서와 상기 제 1 패터닝된 마스크 (120)위에 부가하고, 2)상기 레지스트 재료를 레티클을 통과하는 에너지 공급원에 노출시키고, 3)상기 레지스트내에 패턴을 형성하기 위해 레지스트의 지역들을 제거하여 형성된다. 상기 에너지 공급원은 전자빔, 광원, 또는 다른 적당한 에너지 공급원일 수 있다.
단계 40에서, 상기 제 2 절연층(115)은 형성될 도전성 러너들(runners)에 대응하는 그루브들(135)을 형성하기 위해 패터닝된다. 상기 제 2 절연층(115)은 종래의 에칭 기술들을 사용하여 패턴될 수 있다. 에칭하는 동안, 상기 에칭정지층(110)은 상기 엣칭 프로세스에 대한 종료점(endpoint)을 규정하기 위해 사용된다. 상기 개구들은 상기 그루브들(135)의 경계들(136,138)내에 포함되거나 적어도 부분적으로 포함된다. 그다음에, 단계 45에서, 상기 마스크층들(120, 130)의 남아있는 부분들은 널리 공지된 기술들을 사용하여 제거되고, 상기 부분적으로 완료된 집적회로는 종래의 프로세스들을 사용하여 단계 47에서 세척된다.
단계 50에서, 도전성 층(145)은 상기 제 2 절연층(115)위와 상기 개구들과 그루브들에서 블랭킷(blanket) 증착된다. 그다음에, 상기 그루브들(135) 외부와, 상기 제 2 절연층에 접촉하거나 그위에 있는 상기 도전성 층의 일부분은 상기 상호접속을 완료하기 위해 제거된다. 이것은 종래의 화학적 기계적 연마 프로세스를 사용하여 성취될 수 있다. 상기 도전성 층(145)은 텅스텐과 알루미늄과 구리와 니켈과 폴리실리콘 또는 상기 분야의 당업자에게 공지된 도체로서의 사용에 적합한 다른 도전성 재료이다.
대안의 실시예에서, 더 많은 층들의 하나가 상기 도전성 층(145)의 증착전에 형성될 수 있다. 상기 층들은 상기 도전성 층과 상기 배경 층들사이의 습기와 오염물질들의 이동을 방지하는 장벽층일 수 있다. 예시적인 장벽층(147)이 도 7에 도시되어 있다. 예를들어, 상기 도전성 층(145)이 구리이면, Ta과 TaN의 층들을 포함하는 장벽층(147)이 상기 도전성 층의 증착전에 상기 제 2 절연층(120)과 상기 개구들과 그루브들에 증착될 수 있다. 상기 도전성 층(145)이 Al을 포함하는 곳에서, (1)Ti과 TiN 또는 (2)Ti과 TiN와 Ti의 층들을 포함하는 장벽층(147)이 사용될 수 있다.
부가하면, Si3N4와 TaN와 TiN 또는 TiW와 같은 캐핑(capping)층이 상기 도전성 층의 상부 표면에 형성될 수 있다. 장벽층을 위한 다른 재료들은 WSi와 TiW와 Ta과 TaN와 Ti과 TiN와 Cr과 Cu와 Au와 WN과 TaSiN 또는 WSiN을 포함한다. 상기 장벽층 (147)은 상기 순차적으로 형성된 도전성 층을 위한 흡착(adhesion)층 및/또는 핵형성 (nucleation)층으로서도 작용할 수 있다.
순차적으로, 상기 집적회로는, 필요하다면, 집적회로를 완성하기 위해 상기 프로세스와 종래의 프로세스들을 사용하여 형성된 상호접속들을 포함할 수 있는 부가적인 금속 레벨들을 부가하여 완성된다. 상기 집적회로는 트랜지스터들과 특정 집적회로 설계를 위해 필요한 다른 구성요소들도 포함한다. 상기 구조들을 포함하는 집적회로를 제조하기 위한 프로세스들은 여기서 참조로 언급된, 울프(Wolf)의 VLSI시대를 위한 실리콘 처리과정(1986)(Silicon Processing for the VLSI Era,(1986))에 기술되어 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 이중 다마신 구조를 형성하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 상기 프로세스는 절연층들을 포함하는 스택과 2개의 마스크들이 상기 스택 위에 형성되는 정지층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 마스크들 중의 하나는 상기 절연층들에서 비어나 접촉 개구들을 형성하기 위해 사용되고 상기 제 2 마스크는 상기 절연층들에서 상호접속들을 위한 그루브들을 형성시키는데 사용된다. 다른 선택적 일실시예에서, 상기 비어나 접촉 개구들은 상기 그루브들의 형성전에 형성된다.
상기 스택이 형성된 후에 상기 2개의 마스크 층들을 사용하여, 처리단계들의 수와 시스템들 사이의 상기 부분적으로 제조된 집적회로의 이동은 감소된다. 환언하면, 상기 절연층과 상기 에칭정지층은 형성될 수 있고, 그다음에 계속해서 상기 이중다마신 구조를 형성하기 위해 패턴될 수 있다. 더욱이, 상기 절연층과 상기 에칭 정지층은 같은 챔버나 챔버들의 클러스터내에 형성될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 상기 실시예들에 제 한되지는 않는다. 오히려, 추가된 청구항들이 본 발명의 참뜻과 범위를 벗어나지 않고 상기 분야의 당업자에 의해 만들어질수 있는 본 발명의 다른 변형과 실시예들을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (24)

  1. 집적회로를 제조하는 방법에 있어서,
    (a)제 1 마스크층을 사용하여, 제 1 층, 제 2 층 및 정지층을 갖는 층들의 스택에 제 1 개구를 형성하는 단계와,
    (b)상기 제 1 마스크층을 완전히 제거하기 이전에, 제 2 마스크층을 사용하여 상기 층들 중 적어도 한 층내에 베이스를 갖는 제 2 개구를 형성하는 단계로서, 상기 제 2 개구는 상기 제 1 개구보다 크고, 상기 제 1 개구는 상기 베이스의 적어도 일부분에 형성되는, 상기 제 2 개구 형성 단계를 포함하고, 상기 단계 (a)는 상기 제 2 마스크층을 형성하기 이전에 실행되는, 집적회로 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스택을 형성하기 위해 상기 제 1 층과 상기 제 2 층사이에 상기 정지층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적회로 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 정지층, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층내에 상기 제 1 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적회로 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층 중 한 층내에 상기 제 2 개구를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적회로 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 정지층은 TaN, Si3N4, 실리콘 과다 산화물(silicon-rich oxide) 및 다층 SiO2 유전체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 집적회로 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층 및 상기 제 2 층은 유전체인, 집적회로 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 집적회로내에 상호접속들을 형성하기 위해, 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구내에 도전성 재료를 형성하는 단계를 더 포함하는, 집적회로 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스를 형성하기 위해 상기 정지층의 표면을 노출하는 단계를 더 포함하는, 집적회로 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 마스크층 및 상기 제 2 마스크층을 사용하여 이중 다마신 구조(dual damascene structure)를 형성하는 단계를 포함하는, 집적회로 제조 방법.
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KR1020000050713A 1999-08-30 2000-08-30 이중 다마신 구조를 포함하는 집적회로 제조방법 및 집적회로 KR100614782B1 (ko)

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