KR100818953B1 - 유기실리케이트층을 증착시키는 방법 - Google Patents
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Abstract
유기실리케이트층을 형성하는 방법을 개시한다. 유기실리케이트층은 유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물에 전계를 인가하여 형성한다. 유기실리케이트층은 집적회로 제조 공정에 적합하다. 일 집적회로 제조 공정에서, 유기실리케이트층은 금속간 유전층으로 사용된다. 다른 집적회로 제조 공정에서, 유기실리케이트층은 다마신 구조에 포함된다.
유기실리케이트층
Description
도 1 은 본 실시예에서 사용할 수 있는 장치를 나타낸 개략도.
도 2 는 화학 기상 증착 (CVD) 챔버의 개략 단면도.
도 3a 및 3b 는 금속간 유전층으로서 사용되는 유기실리케이트층을 포함하는 집적회로 제조에 있어서, 다른 단계에 있는 기판의 개략 단면도.
도 4a 내지 4e 는 다마신 구조 내에 유기실리케이트층을 포함하는 집적회로 제조에 있어서, 다른 단계에 있는 다마신 구조의 개략 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
35 : 웨이퍼 공정 시스템 36, 38, 40, 41 : 공정 챔버
102 : 진공 펌프 106 : AC 전원
110 : 제어 유닛 120 : 샤워헤드
130 : 가스 패널 150 : 지지대
170 : 가열 소자 172 : 온도 센서
190 : 반도체 웨이퍼 200, 300 : 기판
204, 301 : 도전체 206, 304 : 유기실리케이트층
302 : 제 1 유전층 303 : 금속간 유전체
305, 312 : 장벽층 306 : 접촉/비어 개구
308 : 제 2 유전층 310 : 상호접속부
314 : 도전체
본 발명은 유기실리케이트 (organosilicate) 층, 집적회로 제조에서의 이 층의 사용, 및 유기실리케이트층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
집적회로는 단일 칩 상에 수백만개의 소자 (예를 들어, 트랜지스터, 커패시터 및 저항) 를 포함할 수 있는 복잡한 장치로 발전해왔다. 칩 설계의 발전은 더 빠른 회로 설계 및 더 큰 회로 밀도를 계속해서 요한다. 더 큰 회로 밀도에 대한 요구는 집적회로 소자 치수의 감소를 필요로 한다.
집적회로 소자의 치수가 감소될수록 (예를 들어, 서브 마이크론 (sub-micron) 치수), 그러한 소자를 제조하는데 사용되는 재료가 전기적 성능에 기여하게 된다. 예를 들어, 낮은 저항률의 금속 상호접속부 (예를 들어, 구리 및 알루미늄) 는 집적회로 상의 소자들 사이에 도전 경로를 제공한다. 전형적으로, 금속 상호접속부는 절연 재료에 의해서 전기적으로 서로 분리된다. 인접한 금속 상호접속부 사이의 거리 및/또는 절연 재료의 두께가 서브 마이크론의 치수를 가질 때, 용량성 결합 (capacitive coupling) 이 이러한 상호접속부 사이에 잠재적으로 발생한다. 인접한 금속 상호접속부 사이의 용량성 결합은, 집적회로의 전 체 성능을 열화시키는 크로스 토크 (cross talk) 및/또는 저항-커패시턴스 (RC) 지연을 초래할 수 있다.
인접한 금속 상호접속부 사이의 용량성 결합을 방지하기 위해, 낮은 유전율 (낮은 k) 의 절연 재료 (예를 들어, 약 4.5 보다 작은 유전율) 가 필요하다.
따라서, 당해 기술분야에서는 집적회로 제조에 적당한 저유전율의 재료가 요청되고 있다.
집적회로 제조용 유기실리케이트층을 형성하는 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 유기실리케이트층은 유기실란 (organosilane) 화합물과 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물에 전계를 인가하여 형성한다.
유기실리케이트층은 집적회로 제조 공정에 적합하다. 일 집적회로 제조 공정에서, 유기실리케이트층은 금속간 유전층으로 이용한다. 그러한 실시예에 있어서, 바람직한 공정 순서는, 기판 상에 형성된 도전체 상에 유기실리케이트층을 증착시키는 단계를 포함한다.
또다른 집적회로 제조 공정에서는, 유기실리케이트층은 다마신 구조 (damascene structure) 에 포함된다. 그러한 실시예에 있어서, 바람직한 공정 순서는 기판 상에 제 1 유전층을 증착시키는 단계를 포함한다. 그 다음에, 유기실리케이트층을 제 1 유전층 상에 형성한다. 그 후에, 유기실리케이트층을 패터닝하고 에칭하여 그것을 통하는 접촉/비어 (contacts/vias) 를 한정한다. 유기실리케이트을 패터닝하고 에칭한 후에, 제 2 유전층을 그 위에 증착시킨다. 그다음에, 제 2 유전층을 패터닝하고 에칭하여 그것을 통하는 상호접속부를 한정한다. 제 2 유전층 내에 형성되는 상호접속부는 유기실리케이트층 내에 형성된 접촉/비어 위에 위치한다. 이 상호접속부를 형성한 후에, 유기실리케이트층 내에 한정되어진 접촉/비어를 제 1 유전층을 통해 기판 표면까지 에칭한다. 그 후에, 상호접속부 및 접촉/비어를 도전성 재료로 충전시킴으로써 다마신 구조를 완성하게 된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
도 1 은 이하 설명할 실시예들에 따른 집적회로를 제조하는데 사용할 수 있는 웨이퍼 공정 시스템 (35) 을 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 장치는 전형적으로, 전원 (도시 안됨) 및 진공 펌프 (도시 안됨) 등의 다른 하드웨어 부품과 함께, 공정 챔버 (36, 38, 40, 41), 로드락 챔버 (load-lock chamber; 46), 운송 챔버 (50), 및 마이크로프로세서 제어기 (54) 를 구비한다. 이러한 웨이퍼 공정 시스템 (35) 의 일례가, 캘리포니아, 산타클라라에 있는 어플라이드 머티리얼스사 (Applied Materials, Inc.) 로부터 구입할 수 있는 CENTURA System 이다.
이 웨이퍼 공정 시스템의 상세한 사항은, 참고로, "Staged-Vacuum Substrate Processing System and Method" 라는 명칭으로 1993년 2월 16일에 특허된 미국 특허 제 5,186,718 호에 설명되어 있다. 이 시스템 (35) 의 현저한 특징을 이하에서 간단히 설명한다.
웨이퍼 공정 시스템 (35) 은, 운송 로봇 (51) 을 포함한 운송 챔버 (50) 를 포함한다. 운송 챔버 (50) 는 일단의 공정 챔버들 (36, 38, 40, 41) 뿐만 아니라 로드락 챔버 (46) 에도 결합되어 있다.
로드락 챔버 (46) 를 통하여 웨이퍼 공정 시스템 (35) 내로 기판 (도시 안됨) 을 탑재한다. 그 후에, 운송 로봇 (51) 이 하나 이상의 공정 챔버 (36, 38, 40, 41) 사이에서 기판을 운반한다.
공정 챔버 (36, 38, 40, 41) 는 다양한 집적회로 제조 순서들을 실행하는 데 사용한다. 예를 들어, 공정 챔버 (36, 38, 40, 41) 는 물리 기상 증착 (PVD) 챔버, 이온화 금속 플라즈마 물리 기상 증착 (IMP PVD) 챔버, 화학 기상 증착 (CVD) 챔버, 급속 열처리 (RTP) 챔버, 및 무반사 코팅 (ARC) 챔버 등을 포함할 수 있다.
도 2 는 웨이퍼 공정 시스템 (35) 의 화학 기상 증착 (CVD) 공정 챔버 (36) 의 개략 단면도를 나타낸다. CVD 공정 챔버 (36) 는 여기서 설명되는 실시예들에 따른 유기실리케이트층을 증착시키는 데 사용할 수 있다. 이러한 CVD 공정 챔버 (36) 의 일례가, 캘리포니아, 산타클라라에 있는 어플라이드 머티리얼스사로부터 구입할 수 있는, DXZTM 챔버이다.
CVD 공정 챔버 (36) 는 전형적으로, 전원 및 진공 펌프 등의 다른 하드웨어 부품과 함께, 가스 패널 (gas panel; 130), 제어 유닛 (110) 을 구비한다. CVD 공정 챔버 (36) 의 상세한 사항은, 참고로, "High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber" 라는 명칭으로 1998년 12월 14일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/211,998 호에 설명되어 있다. 이 CVD 공정 챔버 (36) 의 현저한 특징을 이 하에서 간단히 설명한다.
일반적으로, CVD 공정 챔버 (36) 는 반도체 웨이퍼 (190) 등의 기판을 지지하는 데 사용하는 지지대 (support pedestal; 150) 를 가지고 있다. 전형적으로, 이 지지대 (150) 는 변위 기구 (displacement mechanism; 도시 안됨) 를 사용하여 챔버 (36) 내에서 수직 방향으로 이동할 수 있다. 특정 공정에 따라, 웨이퍼 (190) 는 층 증착 전에 어떤 원하는 온도로 가열할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 지지대 (150) 는 매립된 가열 소자 (170) 에 의해 가열된다. 이 지지대 (150) 는 AC 전원 (106) 으로부터 가열 소자 (170) 에 전류를 인가하여 저항가열할 수 있다. 그리하여, 지지대 (150) 에 의해 웨이퍼 (190) 를 가열한다. 또한, 열전쌍 (thermocouple) 등의 온도 센서 (172) 가 웨이퍼 지지대 (150) 내에 매립되어 있어서 종래의 방법으로 지지대 (150) 의 온도를 감시하도록 한다. 측정된 온도는 가열 소자 (170) 에 공급되는 전력을 제어하도록 궤환 루프 (feedback loop) 에 사용하여, 웨이퍼 온도가 특정 공정의 적용에 적합한 원하는 온도에서 유지되거나 제어될 수 있도록 한다. 선택적으로, 지지대 (150) 는 플라즈마를 사용하거나 방사열 (도시 안됨) 에 의하여 가열된다.
진공 펌프 (102) 는, 공정 챔버 (36) 을 진공시키고 이 챔버 (36) 내에 적절한 가스 흐름 및 압력을 유지하는 데 사용한다. 샤워헤드 (showerhead; 120) 는 웨이퍼 지지대 (150) 위에 위치해 있으며, 이를 통해 공정 가스가 챔버 (36) 내로 도입된다. 샤워헤드 (120) 는 가스 패널 (130) 에 연결되어 있고, 이 가스 패널은 공정 순서의 다른 단계들에서 사용하는 다양한 가스를 제어하고 공급한다.
샤워헤드 (120) 및 웨이퍼 지지대 (150) 는 또한, 간격을 두고 배치된 한쌍의 전극을 형성한다. 이 전극들 사이에서 전계가 발생될 때, 챔버 (36) 내로 도입된 공정 가스는 점화되어 플라즈마로 된다. 통상, 이 전계는, 정합 회로망 (도시 안됨) 을 통해 RF 전원 (도시 안됨) 에 웨이퍼 지지대 (150) 를 연결시킴으로써 발생한다. 선택적으로, RF 전원 및 정합 회로망은 샤워헤드 (120) 에 결합될 수 있거나, 샤워헤드 (120) 및 웨이퍼 지지대 (150) 모두에 결합될 수 있다.
플라즈마 강화 화학 기상 증착 (PECVD) 기술은, 기판 표면 근방의 반응 지역에 전계를 인가함으로써 반응 가스의 여기 (excitation) 및/또는 해리 (disassociation) 를 촉진하여, 반응 종들의 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 내의 종들의 반응성은, 화학 반응이 발생하는 데에 요구되는 에너지를 감소시켜, 이러한 PECVD 공정에 대해 요구되는 온도를 효과적으로 낮추게 한다.
하나 이상의 실시예에서, 유기실리케이트층 증착은, 예를 들어, 트리메틸실란 (trimethylsilane) 등의 유기실란 화합물의 플라즈마 강화 산화 (plasma enhanced oxidation) 에 의해서 이루어진다. 유기실란 화합물은 조절된 흐름을 갖는 가스로서, 가스 패널 (130) 의 제어 하에서 공정 챔버 (36) 내로 도입된다.
가스 패널 (130) 을 통한 가스 흐름의 적절한 제어 및 조절은 유량 제어기 (mass flow controllers; 도시 안됨) 및 컴퓨터 (도시 안됨) 에 의해 실행한다. 샤워헤드 (120) 는, 공정 가스가 가스 패널 (130) 로부터 공정 챔버 (100) 내로 균일하게 도입되어 분포되게 한다.
도 1 을 참조하면, CVD 공정 챔버 (36) 는 마이크로프로세서 제어기 (54) 에 의해 제어된다. 마이크로프로세서 제어기 (54) 는, 다양한 챔버 및 서브 프로세서를 제어하기 위한 산업 장치에 사용될 수 있는 어떠한 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 (CPU) 중의 하나일 수 있다. 컴퓨터는 임의 접근 기억 장치 (random access memory), 판독 전용 기억 장치 (read only memory), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 근거리 또는 원격의 디지탈 기억 장치 등의 적절한 메모리를 포함한다. 종래 방법으로 이 프로세서를 지원하기 위해, 다양한 지원 회로가 이 CPU 에 결합될 수 있다. 요구되는 소프트웨어 루틴은 메모리에 기억되거나 원격으로 배치된 제 2 의 CPU 에 의해 실행될 수 있다.
소프트웨어 루틴은 기판이 지지대에 배치된 후에 실행된다. 소프트웨어 루틴은, 실행 시에, 범용 컴퓨터를 챔버 동작을 제어하는 특정 공정 컴퓨터로 변환시켜, 챔버 공정을 실행하도록 한다. 선택적으로, 본 발명의 공정은, 응용 주문형 집적 회로 또는 다른 형태의 하드웨어 구현으로서, 하드웨어, 또는 하드웨어나 소프트웨어의 조합으로 행할 수 있다.
유기실리케이트층 증착
일 실시예에서, 유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물에 전계를 인가하여 유기실리케이트층을 형성한다. 유기실란 화합물은 일반식 SiaCbHcOd 를 가지며, 여기서 a 는 1 내지 2 의 범위이고, b 는 1 내지 10 의 범위이고, c 는 6 내지 30 의 범위이고, d 는 0 내지 6 의 범위이다.
예를 들어, 유기실란 화합물로는, 메틸실란 (SiCH6), 디메틸실란 (SiC2H8), 트리메틸실란 (SiC3H10), 테트라메틸실란 (SiC4H12), 메톡시실란 (SiCH6O), 디메틸디메톡시실란 (SiC4H12O2), 디에틸디에톡시실란 (SiC8H20
O2), 디메틸디에톡시실란 (SiC6H16O2), 디에틸디메톡시실란 (SiC6H16O2
), 헥사메틸디실록산 (Si2C6H18O), 비스(메틸실라노)메탄 (Si2C3H12), 1,2-비스(메틸실라노)에탄 (Si2C
4H14), 등을 사용할 수 있다.
산소 함유 가스로는, 산소 (O2), 오존 (O3), 아산화질소 (N2O), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2), 또는 그 조합 등을 사용할 수 있다. 산화 가스는 헬륨 (He) 및/또는 아르곤 (Ar) 등의 불활성 가스로 희석될 수 있다.
일반적으로, 다음의 증착 공정 파라미터는 도 2 에 나타난 공정 챔버와 유사한 CVD 공정 챔버를 사용하여 유기실리케이트층을 형성하는 데 사용할 수 있다. 공정 파라미터는 약 50 ℃ 내지 약 500 ℃ 의 웨이퍼 온도, 약 1 torr 내지 약 500 torr 의 챔버 압력, 약 50 sccm 내지 약 1,000 sccm 의 유기실란 화합물 가스의 유량, 약 10 sccm 내지 약 1,000 sccm 의 산소 함유 가스의 유량, 및 약 1 watts/cm2 내지 약 500 watts/cm2 범위의 RF 전력을 포함한다. 어플라이드 머티리얼스사로부터 구입할 수 있는 증착 챔버 내에서 200 mm (밀리미터) 기판 상에서 실시하는 경우, 상기 공정 파라미터는 약 0.1 micron/min 내지 약 2 micron/min 의 범위에 있는 유기실리케이트층의 증착 속도를 제공한다.
다른 증착 챔버도 본 발명의 범위 내에 있으며, 상기 열거된 파라미터는 유 기실리케이트층을 형성하는 데 사용되는 특정 증착 챔버에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 다른 증착 챔버는 더 큰 (예를 들어, 300 mm 기판을 수용하도록 구성된) 또는 더 작은 부피를 가질 수 있고, 어플라이드 머티리얼스사로부터 구할 수 있는 증착 챔버에 대해 언급한 가스 유량보다 더 크거나 더 작은 가스 유량을 요할 수 있다.
유기실리케이트층을 형성한 후, 선택적으로, 어닐링한다. 어닐링 가스로는, 질소 (N2), 수소 (H2), 산소 (O2), 또는 이들의 조합 등을 사용할 수 있다. 어닐링 단계는 증착된 유기실리케이트층의 수증기 흡수 능력을 최소화하여, 그 유전 특성을 개선시킨다.
일반적으로, 도 2 에 나타난 공정 챔버와 유사한 공정 챔버에서 유기실리케이트층을 어닐링하는 데에 다음의 공정 파라미터를 사용할 수 있다. 공정 파라미터는 약 200 ℃ 내지 약 500 ℃ 의 웨이퍼 온도 및 약 1,000 sccm 내지 약 10,000 sccm 의 어닐링 가스 유량의 범위를 갖는다. 유기실리케이트층은 약 30 분 미만동안 어닐링된다.
이렇게 증착된 유기실리케이트층은 약 3.0 보다 작은 유전율을 가지므로, 집적회로 내의 절연 재료로 사용하기에 적합하다. 유기실리케이트층의 유전율이 반응 온도의 함수로서 약 2.0 내지 약 3.0 의 범위에서 변할 수 있다는 점에서 유기실리케이트층의 유전율을 조절할 수 있다. 특히, 반응 온도가 감소할수록, 그 증착된 층의 유전율은 감소한다.
또한, 유기실리케이트층의 유전율은 층착 형성동안에 가스 혼합물의 조성의 함수로서 조절할 수 있다. 가스 혼합물 내의 탄소 (C) 농도가 증가할수록, 그 증착된 유기실리케이트층의 C 함량이 증가하므로, 유전율이 감소하게 된다.
집적회로 제조 공정
A. 유기실리케이트 금속간 유전층
도 3a 및 3b 는 금속간 유전층으로서 유기실리케이트층을 포함하는 집적회로 제조 순서의 다른 단계들에 있어서의 기판 (200) 의 개략 단면도를 나타낸다. 일반적으로, 기판 (200) 은 그 위에서 막 공정이 수행되는 임의의 공작물을 말한다. 공정의 특정 단계에 따라, 기판 (200) 은 실리콘 웨이퍼, 또는 기판 상에 형성된 다른 재료의 층에 해당될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 는, 기판 (200) 이 그 기판 상에 형성된 도전체 (204) 를 갖는 실리콘 웨이퍼인 기판 구조 (250) 의 단면도를 나타낸다. 도전체 (204) 는 금속 (예를 들어, 구리, 알루미늄, 텅스텐) 으로 이루어질 수 있다.
도전체 (204) 는, 예를 들어, 정사각형, 직사각형, 및 원형 등의 다양한 단면 형상을 갖는다. 도전체는 전형적으로 약 1:4 보다 큰 종횡비 (aspect ratio) 를 가진다. 종횡비는 물체의 높이를 그 폭으로 나눈 것으로 정의된다.
도 3b 는 전술한 공정 파라미터에 따라 기판 구조 (250) 상에 형성된 유기실리케이트층 (206) 을 나타낸다. 유기실리케이트층 (206) 의 두께는 특정 공정 단계에 따라 변한다. 전형적으로, 유기실리케이트층 (206) 은 약 500 Å 내지 약 10,000 Å 의 두께로 증착된다.
유기실리케이트층 (206) 을 기판 구조 (250) 상에 형성한 후에, 선택적으로 유기실리케이트층을 어닐링한다. 유기실리케이트층 (206) 은 전술한 공정 파라미터에 따라 어닐링한다.
C. 유기실리케이트층을 포함하는 다마신 구조
도 4a 내지 4e 는 내부에 유기실리케이트층을 포함하는 다마신 구조 제조 순서의 다른 단계에 있는 기판 (300) 의 개략 단면도를 나타낸다. 다마신 구조는 전형적으로, 집적회로 상에 금속 상호접속부를 형성하는 데에 사용된다. 특정 공정 단계에 따라서, 기판 (300) 은 실리콘 기판, 또는 기판 (300) 상에 형성된 다른 재료의 층에 해당될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 는 도전체 (301), 금속간 유전체 (303), 장벽층 (305) 및 그 위에 형성된 제 1 유전층 (302) 을 갖는 기판 (300) 의 단면도를 나타낸다. 도전체 (301) 는 금속 (예를 들어, 알루미늄, 구리) 일 수 있다. 금속간 유전체 (303) 및 장벽층 (305) 은 저유전율의 재료 (예를 들어, 유기실리케이트 재료, 실리콘 카바이드) 일 수 있다. 제 1 유전층 (302) 은 산화물 (예를 들어, 실리콘 산화물, 플루오로실리케이트 유리 (fluorosilicate glass)) 일 수도 있고, 또는 비정질 탄소, 플루오르화 비정질 탄소, 파릴렌, 플루오르화 실리케이트 유리 (FSG), 실리콘 카바이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수도 있다. 일반적으로, 기판 (300) 은 실리콘, 실리사이드, 금속, 또는 다른 재료의 층을 포함한다.
도 4a 는, 기판 (300) 이 실리콘이고, 도전체 (301) 가 구리이고, 금속간 유전체 (303) 가 실리콘 산화물인 일 실시예를 나타낸다. 장벽층 (305) 는 전형적으로, 도전체로부터 제 1 유전층 (302) 으로의 금속의 확산을 최소화하기에 적절한 실리콘 카바이드층이다. 장벽층 (305) 은, 위에 피복된 유전 재료에 대한 장벽층의 에치 선택도 (etch selectivity) 뿐만 아니라 (예를 들어, 장벽층은 위에 피복된 유전층에 대해 약 10:1 보다 큰 에치 선택도를 갖는 것이 바람직함) 그 유전율에 따라, 약 200 Å 내지 약 1,000 Å 의 두께를 가진다. 제조될 그 구조의 크기에 따라, 제 1 유전층 (302) 은 약 1,000 Å 내지 약 10,000 Å 의 두께를 가진다.
유기실리케이트층 (304) 은 제 1 유전층 (302) 상에 형성한다. 유기실리케이트층 (304) 은 전술한 공정 파라미터에 따라 제 1 유전층 (302) 상에 형성한다. 유기실리케이트층 (304) 은 3.0 보다 작은 유전율을 가져서, 다마신 구조 내에 형성될 금속 상호접속부들 사이의 용량성 결합을 방지하거나 최소화하도록 한다. 유기실리케이트층 (304) 의 유전율은, 층 형성동안의 가스 혼합물의 조성뿐만 아니라 반응 온도의 함수로서 원하는 범위 내에서 변할 수 있다는 점에서, 조절 가능하다.
유기실리케이트층 (304) 의 두께는 특정 공정 단계에 따라 변한다. 전형적으로, 유기실리케이트층 (304) 은, 그 위에 이어서 형성되는 위에 피복되는 유전 재료에 대한 유기실리케이트층의 에치 선택도뿐만 아니라 (예를 들어, 장벽층은 위에 피복되는 유전층에 대해서 약 10:1 보다 큰 에치 선택도를 갖는 것이 바람직함) 그 유전율에 따라서, 약 200 Å 내지 약 1,000 Å 의 두께를 가진다.
도 4b 를 참조할 때, 유기실리게이트층 (304) 은 패터닝되고 에칭되어, 접촉/비어 개구 (306) 을 한정하고 접촉/비어가 형성될 영역에서 제 1 유전층 (302) 을 노출시킨다. 접촉/비어 개구 (306) 는 도전체 (301) 상에 위치한다.
유기실리케이트층 (304) 은 종래 리소그래피 공정을 사용하여 패터닝할 수 있다. 예를 들어, 종래 리소그래피 공정에서, 에너지에 민감한 레지스트 재료 (도시 안됨) 의 층이 유기실리케이트층 (304) 상에 형성된다. 에너지 민감성 레지스트 재료층은 약 4000 Å 내지 약 10,000 Å 의 범위 내의 두께로 기판 상에 스핀코팅될 수 있다. 대부분의 에너지 민감성 레지스트 재료는 약 450 nm (나노미터) 보다 작은 파장을 갖는 자외선 (UV) 에 민감하다. 딥 울트라바이올렛 (Deep ultraviolet (DUV)) 레지스트 재료는 약 245 nm 보다 작은 파장을 갖는 UV 선에 민감한다.
마스크 (도시 안됨) 를 통해 이러한 에너지 민감성 레지스트 재료를 UV 선에 노출시켜, 패턴의 상 (image) 을 에너지 민감성 레지스트 재료로 도입한다. 에너지 민감성 레지스트 재료의 층에 도입된 패턴의 상은 적절한 현상액 내에서 현상되어 그것을 통해 패턴을 한정한다. 그 후에, 도 4b 를 참조할 때, 에너지 민감성 레지스트 재료 내에 한정되어진 패턴이 유기실리케이트층 (304) 을 통해 전사된다.
마스크로서 에너지 민감성 레지스트 재료 (도시 않됨) 를 사용하여 유기실리케이트층 (304) 을 통해 패턴을 전사한다. 적절한 화학 부식액 (chemical etchant) 을 사용하여 유기실리케이트층 (304) 을 통해 패턴을 전사한다. 예를 들어, 유기실리케이트층 (304) 을 화학적으로 에칭하기 위해, 카본 테트라플로라이드 (CF4), 플루오로에탄 (C2F6), 및 플루오로부텐 (C4F8
) 을 사용할 수 있다.
유기실리케이트층 (304) 이 패터닝된 후에, 도 4c 에 나타난 바와 같이, 제 2 유전층 (308) 을 유기실리케이트층 (304) 상에 증착한다. 제 2 유전층 (308) 은 산화물 (예를 들어, 실리콘 산화물, 플루오로실리케이트 유리) 일 수도 있고, 또는 비정질 탄소, 플루오르화 비정질 탄소, 파릴렌, 플루오르화 실리케이트 유리 (FSG), 실리콘 카바이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수도 있다. 제 2 유전층 (308) 은, 제조될 구조의 크기에 따라 약 1,000 Å 내지 약 10,000 Å 의 두께를 가진다.
그 다음에, 도 4d 에 나타난 바와 같이, 바람직하게는 전술한 바와 같이 종래의 리소그래피 공정을 사용해서 제 2 유전층 (308) 을 패터닝하여, 상호접속부 (310) 를 한정한다. 제 2 유전층 (308) 내에 형성된 상호접속부 (310) 는 유기실리케이트층 (304) 내의 접촉/비어 개구 (306) 위에 배치된다. 그 후에, 반응성 이온 에칭 또는 다른 이방성 에칭 기술을 사용해서 상호접속부 (310) 및 접촉/비어 (306) 모두를 에칭하여, 도전체 (301) 의 표면을 노출시킨다.
도 4e 를 참조할 때, 상호접속부 (310) 및 접촉/비어 (306) 는 알루미늄, 구리, 텅스텐, 또는 그것들의 조합 등의 도전체 (314) 로 충전된다. 전형적으로, 낮은 저항률 (약 1.7 μΩ-cm 의 저항률) 때문에, 상호접속부 및 접촉/비어 (306) 를 충전하는 데에 구리가 사용된다. 화학 기상 증착, 물리 기상 증착, 전기도금, 또는 그것들의 조합을 사용하여 도전성 재료 (314) 를 증착해서, 다마신 구조를 형성한다. 유기실리케이트층 (304) 뿐만 아니라 유전층 (302, 308) 주위로의 금속 마이그레이션 (migration) 을 방지하기 위해, 탄탈, 탄탈 질화물, 또는 다른 적당한 장벽 재료 등의 장벽층 (312) 을 먼저 상호접속부 (310) 및 접촉/비어 (306) 의 측벽상에 정합하여 증착하는 것이 바람직하다.
본 발명의 범위에 해당하는 몇몇 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 그 외에 다른 많은 변형례들도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.
본 발명에 의하면, 유기실리케이트층은 3.0 보다 작은 유전율을 가지므로, 집적회로에 형성될 금속 상호접속부들 사이의 용량성 결합을 방지하거나 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 유기실리케이트층의 유전율이 층 형성동안의 가스 혼합물의 조성뿐만 아니라 반응 온도의 함수로서 원하는 범위 내에서 변할 수 있다는 점에서, 유기실리케이트층의 유전율을 조절할 수 있다.
Claims (83)
- 증착 챔버 내에 기판을 배치시키는 단계;유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물을 상기 증착 챔버에 제공하는 단계; 및상기 증착 챔버 내의 상기 가스 혼합물에 전계를 인가하여 상기 기판 상에 유기실리케이트층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, SiaCbHcOd 의 일반식을 갖고, 여기서 a 는 1 내지 2 의 범위이고, b 는 1 내지 10 의 범위이고, c 는 6 내지 30 의 범위이고, d 는 0 내지 6 의 범위인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, 메틸실란 (SiCH6), 디메틸실란 (SiC2H8), 트리메틸실란 (SiC3H10), 테트라메틸실란 (SiC4H12), 메톡시실란 (SiCH 6O), 디메틸디메톡시실란 (SiC4H12O2), 디에틸디에톡시실란 (SiC8H18O 2), 디메틸디에톡시실란 (SiC6H16O2), 디에틸디메톡시실란 (SiC6H16O2), 헥사메틸디실록산 (Si2C6 H18O), 비스(메틸실라노)메탄 (Si2C3H12), 1,2-비스(메틸실라노)에탄 (Si2C4H 14) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는, 아산화질소 (N2O), 산소 (O2), 오존 (O3), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 증착 챔버 내의 상기 가스 혼합물에 인가되는 상기 전계는 고주파 (RF) 전력인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 RF 전력은 1 watts/cm2 내지 500 watts/cm2 의 범위인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 증착 챔버는 1 torr 내지 500 torr 의 압력에서 유지되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은 50 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는 10 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버에 제공되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산소 함유 가스 대 상기 유기실란 화합물의 비율은 1:1 내지 1:5 인 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 증착 챔버는 50 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 0.1 microns/min 보다 큰 속도로 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 상에 형성된 상기 유기실리케이트층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 200 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 어닐링 단계는, 질소 (N2), 수소 (H2), 및 산소 (O2) 로 된 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 30 분 미만의 시간동안 실시되는 것을 특징으로 하는 박막 증착 방법.
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- 소프트웨어 루틴을 실행시, 층 증착 방법을 사용하여 범용 컴퓨터로 하여금 증착 챔버를 제어하게 하는 상기 소프트웨어 루틴을 포함하는 컴퓨터 저장매체로서,상기 층 증착 방법은,상기 증착 챔버 내에 기판을 배치시키는 단계;유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물을 상기 증착 챔버에 제공하는 단계; 및상기 증착 챔버 내의 상기 가스 혼합물에 전계를 인가하여 상기 기판 상에 유기실리케이트층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, SiaCbHcOd 의 일반식을 갖고, 여기서 a 는 1 내지 2 의 범위이고, b 는 1 내지 10 의 범위이고, c 는 6 내지 30 의 범위이고, d 는 0 내지 6 의 범위인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 34 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, 메틸실란 (SiCH6), 디메틸실란 (SiC2H8), 트리메틸실란 (SiC3H10), 테트라메틸실란 (SiC4H12), 메톡시실란 (SiCH6O), 디메틸디메톡시실란 (SiC4H12O2), 디에틸디에톡시실란 (SiC8H18O2), 디메틸디에톡시실란 (SiC6H16O2), 디에틸디메톡시실란 (SiC6H16O2), 헥사메틸디실록산 (Si2C6H18O), 비스(메틸실라노)메탄 (Si2C3H12), 1,2-비스(메틸실라노)에탄 (Si2C4H14) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는, 아산화질소 (N2O), 산소 (O2), 오존 (O3), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 증착 챔버 내의 상기 가스 혼합물에 인가되는 상기 전계는 고주파 (RF) 전력인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 37 항에 있어서,상기 RF 전력은 1 watts/cm2 내지 500 watts/cm2 의 범위인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 증착 챔버는 1 torr 내지 500 torr 의 압력에서 유지되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은 50 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는 10 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버에 제공되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 산소 함유 가스 대 상기 유기실란 화합물의 비율은 1:1 내지 1:5 인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 증착 챔버는 50 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 0.1 microns/min 보다 큰 속도로 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 33 항에 있어서,상기 층 증착 방법은, 상기 기판 상에 형성된 상기 유기실리케이트층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 45 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 200 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 45 항에 있어서,상기 어닐링 단계는, 질소 (N2), 수소 (H2), 및 산소 (O2) 로 된 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 제 45 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 30 분 미만의 시간동안 실시되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 저장매체.
- 장치를 형성하는 방법으로서,기판 위에 도전체가 형성되는 상기 기판을 제공하는 단계; 및상기 도전체 상에 유기실리케이트층을 형성하는 단계를 포함하고,상기 유기실리케이트층은 유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물에 전계를 인가하여 형성되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 도전체는 구리, 알루미늄, 텅스텐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, SiaCbHcOd 의 일반식을 갖고, 여기서 a 는 1 내지 2 의 범위이고, b 는 1 내지 10 의 범위이고, c 는 6 내지 30 의 범위이고, d 는 0 내지 6 의 범위인 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 51 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, 메틸실란 (SiCH6), 디메틸실란 (SiC2H8), 트리메틸실란 (SiC3H10), 테트라메틸실란 (SiC4H12), 메톡시실란 (SiCH 6O), 디메틸디메톡시실란 (SiC4H12O2), 디에틸디에톡시실란 (SiC8H18O 2), 디메틸디에톡시실란 (SiC6H16O2), 디에틸디메톡시실란 (SiC6H16O2), 헥사메틸디실록산 (Si2C6 H18O), 비스(메틸실라노)메탄 (Si2C3H12), 1,2-비스(메틸실라노)에탄 (Si2C4H 14) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는, 아산화질소 (N2O), 산소 (O2), 오존 (O3), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 가스 혼합물에 인가되는 상기 전계는 고주파 (RF) 전력인 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 54 항에 있어서,상기 RF 전력은 1 watts/cm2 내지 500 watts/cm2 의 범위인 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 1 torr 내지 500 torr 의 압력에서 유지되는 증착 챔버 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 56 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은 50 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 56 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는 10 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버에 제공되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 56 항에 있어서,상기 산소 함유 가스 대 상기 유기실란 화합물의 비율은 1:1 내지 1:5 인 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 56 항에 있어서,상기 증착 챔버는 50 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 0.1 microns/min 보다 큰 속도로 상기 도전체 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 49 항에 있어서,상기 기판 상에 형성된 상기 유기실리케이트층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 62 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 200 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 62 항에 있어서,상기 어닐링 단계는, 질소 (N2), 수소 (H2), 및 산소 (O2) 로 된 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 제 63 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 30 분 미만의 시간동안 실시되는 것을 특징으로 하는 장치 형성 방법.
- 다마신 구조를 제조하는 방법으로서,기판 상에 제 1 유전층을 형성하는 단계;유기실란 화합물 및 산소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물에 전계를 인가하여 상기 제 1 유전층 상에 유기실리케이트층을 형성하는 단계;상기 유기실리케이트층을 패터닝하여 그것을 통하는 접촉/비어를 한정하는 단계;상기 패터닝된 유기실리케이트층 상에 제 2 유전층을 형성하는 단계;상기 제 2 유전층을 패터닝하여, 상기 유기실리케이트층 내에 한정되어진 상기 접촉/비어 상에 위치하는 상호접속부를 한정하는 단계;상기 제 1 절연층을 에칭하여 그것을 통하는 접촉/비어를 형성하는 단계; 및도전성 재료로 상기 접촉/비어 및 상기 상호접속부를 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 제 1 유전층 및 상기 제 2 유전층은 각각, 비정질 탄소, 플루오르화 비정질 탄소, 파릴렌, 플루오르화 실리케이트 유리 (FSG), 실리콘 카바이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 접촉/비어 및 상호접속부를 충전시키는 상기 도전체는 구리, 알루미늄, 텅스텐, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, SiaCbHcOd 의 일반식을 갖고, 여기서 a 는 1 내지 2 의 범위이고, b 는 1 내지 10 의 범위이고, c 는 6 내지 30 의 범위이고, d 는 0 내지 6 의 범위인 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 69 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은, 메틸실란 (SiCH6), 디메틸실란 (SiC2H8), 트리메틸실란 (SiC3H10), 테트라메틸실란 (SiC4H12), 메톡시실란 (SiCH 6O), 디메틸디메톡시실란 (SiC4H12O2), 디에틸디에톡시실란 (SiC8H18O 2), 디메틸디에톡시실란 (SiC6H16O2), 디에틸디메톡시실란 (SiC6H16O2), 헥사메틸디실록산 (Si2C6 H18O), 비스(메틸실라노)메탄 (Si2C3H12), 1,2-비스(메틸실라노)에탄 (Si2C4H 14) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는, 아산화질소 (N2O), 산소 (O2), 오존 (O3), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2) 및 이들의 조합으로 된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 가스 혼합물에 인가되는 상기 전계는 고주파 (RF) 전력인 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 72 항에 있어서,상기 RF 전력은 1 watts/cm2 내지 500 watts/cm2 의 범위인 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 1 torr 내지 500 torr 의 압력에서 유지되는 증착 챔버 내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 74 항에 있어서,상기 유기실란 화합물은 50 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버로 제공되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 74 항에 있어서,상기 산소 함유 가스는 10 sccm 내지 1,000 sccm 범위의 유량으로 상기 증착 챔버에 제공되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 74 항에 있어서,상기 산소 함유 가스 대 상기 유기실란 화합물의 비율은 1:1 내지 1:5 인 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 74 항에 있어서,상기 증착 챔버는 50 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 유기실리케이트층은 0.1 microns/min 보다 큰 속도로 상기 제 1 유전층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 66 항에 있어서,상기 제 1 유전층 상에 형성된 상기 유기실리케이트층을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 80 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 200 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 80 항에 있어서,상기 어닐링 단계는, 질소 (N2), 수소 (H2), 및 산소 (O2) 로 된 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
- 제 80 항에 있어서,상기 어닐링 단계는 30 분 미만의 시간동안 실시되는 것을 특징으로 하는 다마신 구조의 제조 방법.
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