KR101002449B1 - 집적 드라이버 공정 흐름 - Google Patents

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Abstract

집적 디바이스는 하나 이상의 디바이스 드라이버, 및 그 하나 이상의 디바이스 드라이버에 모놀리식 결합된 회절 광 변조기를 포함한다. 하나 이상의 디바이스 드라이버는 수신된 제어 신호를 처리하여, 그 처리된 제어 신호를 회절 광 변조기에 송신하도록 구성된다. 집적 디바이스를 제조하는 방법은, 복수의 트랜지스터 각각의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계, 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계, 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부를 제조하는 단계, 회절 광 변조기에 접근하기 위하여 개방 어레이 마스크 및 습식 에칭을 적용하는 단계, 및 회절 광 변조기의 백엔드 부분을 제조하여, 회절 광 변조기와 복수의 트랜지스터를 모놀리식 결합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
회절 광 변조기, 디바이스 드라이버, 모놀리식 결합

Description

집적 드라이버 공정 흐름{INTEGRATED DRIVER PROCESS FLOW}
본 발명은 광 변조기와 디바이스 드라이버의 집적을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 회절 광 격자(diffractive light grating) 및 관련 디바이스 드라이버를 동일 칩 상에 모놀리식 집적하기 위한 것이다.
회절 광 격자는 입사 광빔을 변조하는 데에 사용된다. 이러한 회절 광 격자 중 하나로는 격자 광밸브(grating light valve)가 있다. 디바이스 드라이버는, 격자 광밸브가 자신에 입사되는 광빔을 적절하게 변조하도록 지시하는 제어 신호를 격자 광밸브에 제공한다. 격자 광밸브는 와이어 본드(wire bond)를 통해 디바이스 드라이버에 접속되며, 각각의 와이어 본드는 격자 광밸브 상의 하나의 본드 패드와 디바이스 드라이버 상의 대응 본드 패드에 접속된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 격자 광밸브 어셈블리는, 격자 광밸브 칩(10) 및 4개의 개별 드라이버 다이(12, 14, 16, 18)로 구성된다. 각각의 드라이버 다이(12, 14, 16, 18)는 복수의 와이어 본드(11)에 의해 격자 광밸브 칩(10)에 연결된다. 격자 광밸브는 별도의 자체 공정에 의해 실리콘 상에 형성된다. 격자 광밸브는 가동 소자들(moveable elements)을 포함하며, 각각의 소자는 대응 본드 패드에 접속된다. 격자 광밸브는 본질적으로 수동 디바이스로서, 소자들을 이동시키기 위해 전압이 인가된다. 반면에, 디바이스 드라이버는 능동이다. 각각의 디바이스 드라이버는 적절한 상호접속층들을 갖는 복수의 트랜지스터를 포함한다. 디바이스 드라이버는 디지털 데이터를 수신하여, 그것을 아날로그 전압 형태의 아날로그 응답으로 변환한다. 그리고, 아날로그 전압은 적절한 본드 패드에 인가된 후, 격자 광밸브 상의 대응 소자에 의해 수신된다. 이러한 방식으로, 디바이스 드라이버는 격자 광밸브에 제어 신호를 제공함으로써 다양한 소자의 이동을 지시한다.
광 변조 디바이스 분야에서, 격자 광밸브 상의 각각의 소자는 광 변조 디바이스 내의 화소에 대응한다. 예를 들어, 1088 화소의 경우에서는, 디바이스 드라이버로부터 격자 광밸브로의 입력으로서 1088개의 와이어 본드가 요구된다. 1088개의 와이어 본드는, 4개의 디바이스 드라이버 각각의 출력측에 272개의 본드 패드를 필요로 한다. 그러나, 와이어 본딩보다는, 표준 반도체 공정 단계들을 이용하여 고밀도 배선을 행하는 것이 훨씬 더 용이하다. 각각의 디바이스 드라이버의 입력측에는 60-70개의 와이어 본드만이 필요하기 때문에, 디바이스 드라이버와 격자 광밸브 간의 접속을 동일 칩 상에서 내부적으로 배선하는 것이 유리할 것이다. 이러한 방식에서는, 집적 칩에 대한 입력으로서 60-70개의 와이어 본드만이 필요하므로, 종래의 격자 광밸브 어셈블리의 추가의 1088개의 와이어 본드를 제거할 수 있다. 와이어 본드의 개수를 감소시킴으로써, 제조 공정이 더 용이해진다. 또한, 와이어 본드의 수가 적어지면, 각각의 디바이스의 패키지 비용이 감소된다. 또한, 디바이스 드라이버와 격자 광밸브 간의 와이어 본드를 제거함으로써, 종래에는 와이어 본드의 기생 용량으로 인해 기능 및/또는 속도가 제한되던 유형의 디바이스 드라이버 설계를 이용할 수 있게 된다.
또한, 이와 같이 많은 수의 와이어 본드와 관련된 신뢰도 문제도 있다. 각각의 와이어 본드와 관련하여 유한한 실패율이 있기 때문에, 와이어 본드의 수가 많을수록 와이어 본드들 중 하나가 실패할 확률도 커진다. 와이어 본드의 수를 감소시키면 실패하는 와이어 본드의 수도 반드시 감소하고, 디바이스의 신뢰도가 증가한다.
물리적으로, 각각의 본드 패드는 풋프린트(footprint)를 남긴다. 이와 같이, 격자 광밸브 어셈블리의 크기는 대부분 본드 패드의 총 개수에 의해 결정된다. 본드 패드의 수가 감소되면, 격자 광밸브 어셈블리의 크기도 감소될 수 있다. 디바이스는 본드 패드 제한적이기 때문에, 상당량의 면적(real estate)이 낭비된다. 이러한 낭비되는 면적이 디바이스 드라이버를 제조하는 데에 사용될 수 있는 실리콘 상에 존재하기 때문에, 디바이스 드라이버는 현재 본드 패드에 의해 사용되는 면적 상에 제조될 수 있다.
통상적으로, 다이오드로부터 트랜지스터 및 집적 회로에 이르는 범위의 능동 디바이스에는, ESD(electro-static discharge) 보호가 포함된다. 집적 회로 상에 트랜지스터를 제조하는 동안, 패드에 ESD 보호 구조를 추가하는 것은 레이아웃 및 설계의 문제이다. 이러한 보호는 회로가 ESD에 의해 손상되는 것을 방지한다. 그러나, 격자 광밸브 칩 상에는 능동 디바이스가 없기 때문에, ESD 보호도 존재하지 않는다. 그 결과, 격자 광밸브를 제조하는 동안, ESD에 의한 "스냅 다운(snap-down)"으로 인해 상당량의 수율이 손실된다. 스냅 다운에서, 격자 광밸브 상의 패드는 안테나로서 동작하고, ESD 이벤트를 발견한다. ESD 이벤트는 격자 광밸브 상의 소자에 의해 전압으로 간주되며, 그 소자는 스냅 다운되어 자체적으로 파괴된다. 격자 광밸브의 통상적인 제조 공정에 ESD 보호를 포함시키는 것이 유리할 것이다.
전술한 단점들을 고려할 때, 디바이스 드라이버를 격자 광밸브와 함께 동일한 실리콘 상에 모놀리식 집적하면, 상당한 이점을 얻을 수 있을 것이 분명하다.
불행하게도, 디바이스 드라이버와 격자 광밸브의 제조 공정들은 동일하지 않다. 또한, 디바이스 드라이버와 격자 광밸브를 동일 실리콘 기판 상에 집적함으로써, 중대한 제조상의 문제가 도입된다.
이하에서는, 도 2 및 도 3과 관련하여 종래의 트랜지스터 제조 공정의 문제점을 설명한다. 도 2는 격자 광밸브 어셈블리의 디바이스 드라이버에서 사용되는 예시적인 트랜지스터를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 트랜지스터는 제조 공정 초기의 것으로, 주로 트랜지스터의 프론트엔드로 칭해진다. 제1 단계에서, 실리콘 기판(20) 상에 실리콘 이산화물막(22)이 성장된다. 다음으로, 반도체 제조 분야에 공지되어 있는 제조 공정에 의하여, 게이트(24) 및 소스-드레인(26)이 추가된다. 도 3에 도시된 것과 같이, 다음 단계는 트랜지스터의 프론트엔드 상에 산화물층(30)을 성막하는 것이다. 그 다음, 산화물층(30)은 전형적으로 화학기계적 연마 기술에 의하여 평탄화된다. 그 다음, 예를 들어 게이트(24) 및 실리콘 기판(20)에 접근하기 위한 컨택트홀이 산화물막(30) 내에 에칭된다. 디바이스 드라이버의 배선을 위하여 금속화가 수행된다. 전형적으로, 금속화는 산화물층(30) 상에 금속층을 스퍼터링하고, 그 금속층을 패터닝 및 에칭하여 컨택트(32 및 34)를 형성함으로써 수행된다.
그 다음, 또 다른 산화물층(36)이 성막 및 평탄화된다. 컨택트(32 및 34)에 접근하기 위한 컨택트홀이 산화물층(36) 내에 에칭된다. 컨택트(38 및 40)를 형성하기 위하여 금속화가 수행된다. 디바이스의 설계 고려사항에 의하여 결정된 대로, 추가의 산화물층 및 금속화층이 추가된다. 전형적으로, 디바이스 드라이버의 상호접속부를 형성하는 3-5개의 금속층이 존재한다.
이하에서는, 도 4-7과 관련하여 종래의 격자 광밸브 제조 공정을 설명한다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 단계는 실리콘 기판(56) 상에 절연층(51)을 성막한 후, 희생층(52) 및 저응력 실리콘 질화물막(54)을 성막하는 것이다.
제2 단계에서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 질화물막(54)이 긴 소자(58) 형태의 격자 소자의 그리드로 리소그래피 패터닝된다. 이러한 리소그래피 패터닝 공정 후에, 실리콘 기판(56)의 상측 표면의 전체 둘레 부근에 주변 실리콘 질화물 프레임(60)이 남아있게 된다. 제2 단계의 패터닝 공정 후에, 희생층(52)이 에칭되어, 도 6에 도시되어 있는 구성으로 된다. 각각의 소자(58)가 무지지(free standing) 실리콘 질화물 브리지를 형성하고 있음을 볼 수 있다. 도 6에서 더 볼 수 있는 바와 같이, 희생층(52)은 프레임(60) 아래에서 완전히 에칭되지 않고, 따라서 프레임(60)은 이와 같이 남겨진 희생층(52)의 부분에 의하여 실리콘 기판(56) 상에 지지된다.
도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 최종 제조 단계는, 소자(58) 및 기판(56)둘다의 반사율을 개선하고, 소자와 기판 간에 전압을 인가하기 위한 제1 전극을 제공하기 위하여, 알루미늄막(62)을 스퍼터링하는 것이다. 제2 전극은 실리콘 기판(56)의 베이스 상에 알루미늄막(64)을 스퍼터링함으로써 형성된다. 이와 달리, 절연층(51)을 성막하기 전에, 실리콘 기판(56)의 상부에 알루미늄막을 스퍼터링함으로써, 제2 전극이 공정 초기에 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9는 종래의 격자 광밸브의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 격자 광밸브는, 동일 간격 및 동일 크기를 갖는 복수의 고정 소자(72)와, 동일 간격 및 동일 크기를 갖는 복수의 가동 소자(74)로 구성되며, 가동 소자(74)는 고정 소자(72)들 간의 공간에 배치된다. 각각의 고정 소자(72)는 고정 소자(72)의 전체 길이에 걸친 지지 재료체(76)에 의해 지지되고 위치고정된다. 지지 재료체(76)는 지지 재료체(76)들 사이의 재료가 제거되는 리소그래피 에칭 공정 동안에 형성된다.
문제는 어떻게 격자 광밸브를, 디바이스 드라이버를 포함하는 트랜지스터와 동일한 칩 상에 제조하는가이다. 격자 광밸브와 그 관련 디바이스 드라이버를 종래의 제조 공정 단계들을 사용하여 모놀리식 집적 디바이스 상에 결합하는 것이 유리할 것이다.
<발명의 요약>
본 발명은 집적 디바이스를 제조하는 방법의 실시예를 포함한다. 이러한 방법은, 복수의 트랜지스터 각각에 대한 프론트엔드 부분을 제조하는 단계, 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계, 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부를 제조하는 단계, 회절 광 변조기에 접근하기 위하여 개방 어레이 마스크 및 습식 에칭을 적용하는 단계, 및 회절 광 변조기의 백엔드 부분을 제조하여, 회절 광 변조기와 복수의 트랜지스터를 모놀리식 결합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 복수의 트랜지스터 및 관련 상호접속부는 수신된 제어 신호를 처리하고, 그 처리된 제어 신호를 회절 광 변조기에 송신하도록 구성된 하나 이상의 디바이스 드라이버를 형성할 수 있다. 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계, 및 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계는, 고온 공정 단계들을 사용하여 수행될 수 있다. 상호접속부를 제조하는 단계, 및 회절 광 변조기의 백엔드 부분을 제조하는 단계는 저온 공정 단계들을 사용하여 수행될 수 있다. 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계는, 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분 상에 산화물층을 성막하는 단계 및 산화물층을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다. 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계는, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분 상에 산화물층을 성막하는 단계 및 산화물층을 평탄화하는 단계를 포함할 수 있다.
상호접속부를 제조하는 단계는 하나 이상의 금속층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 바람직한 방법은 각각의 금속층이 제조된 후, 회절 광 변조기 상의 금속을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 금속층은 오버 에칭에 의하여 회절 광 변조기 상에서 제거될 수 있으며, 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분 상에 성막된 산화물층은 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 손상시키지 않고서 오버 에칭을 행할 수 있게 하는 충분한 두께를 갖는다. 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부는 복수의 트랜지스터 각각에 대한 컨택트를 포함할 수 있다. 컨택트는 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분 상의 산화물층 및 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분 상의 산화물층의 최대 결합 두께를 제한하는 최대 종횡비를 포함할 수 있다. 회절 광 변조기와 복수의 트랜지스터는 모놀리식 결합되어, 복수의 트랜지스터로부터의 제어 신호를 회절 광 변조기에 송신하여, 회절 광 변조기가 제어 신호에 응답해서 입사 광빔을 변조하게 한다. 습식 에칭은 회절 광 변조기 상의 층을 선택적으로 에칭하기 위하여 약 10:1 버퍼링된 산화물 습식 에칭을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 집적 디바이스의 실시예를 포함한다. 집적 디바이스는 하나 이상의 디바이스 드라이버, 및 그 하나 이상의 디바이스 드라이버에 모놀리식 결합된 회절 광 변조기를 포함한다. 하나 이상의 디바이스 드라이버는 수신된 제어 신호를 처리하여, 처리된 제어 신호를 회절 광 변조기에 송신하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 1은 회절 광 격자가 개별 디바이스 드라이버들에 접속되어 있는 종래의 컴포넌트 구성을 도시한 도면.
도 2는 예시적인 트랜지스터 구성을 상호접속부없이 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 예시적인 트랜지스터 구성을 상호접속부와 함께 나타낸 도면.
도 4-7은 종래의 반사형 변형가능 회절 광 격자의 제조 공정을 나타낸 실리콘 기판을 통한 단면도.
도 8은 도 7과 유사한 단면도로서, 종래의 회절 광 격자의 대안적인 실시예 를 비회절 모드로 나타낸 도면.
도 9는 도 8에 도시된 회절 광 격자의 단면도로서, 회절 모드의 회절 광 격자를 나타낸 도면.
도 10-14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모놀리식 집적 디바이스의 프론트엔드 제조 공정을 나타낸 실리콘 기판을 통한 단면도.
도 15-20은 도 10-14와 유사한 단면도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모놀리식 집적 디바이스의 백엔드 제조 공정을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 모놀리식 집적된 회절 광 격자 및 디바이스 드라이버를 제조하는 데에 필요한 제조 공정이 도 10 - 도 20에 나타나 있다. 상세하게는, 제조 공정은 도 10 - 도 14에 도시된 프론트엔드 제조 공정으로 시작한다. 제조 공정은 도 15 - 도 20에 도시된 백엔드 제조 공정으로 완료된다. 프론트엔드 제조 공정은 디바이스 드라이버를 형성하는 트랜지스터의 프론트엔드 제조, 및 회절 광 격자의 프론트엔드의 제조를 포함한다. 트랜지스터의 프론트엔드 및 회절 광 격자의 프론트엔드의 제조는 고온 공정 단계들을 사용하여 수행된다. 백엔드 제조 공정은 트랜지스터 상호접속부의 금속화 및 회절 광 격자의 금속화를 포함한다. 금속화는 저온 공정 단계들을 사용하여 수행된다. 모놀리식 집적 디바이스의 제조와 관련된 전체 열 예산(thermal budget)은, 각각의 저온 공정 단계 뿐만 아니라 각각의 고온 공정 단계와 관련된 열 예산을 고려해야 한다.
도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 프론트엔드 제조 공정의 제1 단계는, 종래의 MOS 트랜지스터(100)의 프론트엔드의 제조이다. MOS 트랜지스터(100)는 p형 트랜지스터 또는 n형 트랜지스터일 수 있다. 트랜지스터(100)는 도 2 및 도 3과 관련하여 전술한 것과 유사한 종래의 제조 단계들을 사용하여 제조될 수 있다. 트랜지스터(100)는 실리콘 기판(102) 상에 제조된 게이트(98) 및 소스-드레인(96)을 포함한다. 도 10 - 도 20에 도시된 것과 같은 트랜지스터(100)의 구성은 단지 설명을 위한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 트랜지스터(100)에 더하여, 또는 트랜지스터(100)를 대신하여, 다른 종래의 트랜지스터 구성이 사용될 수 있다.
실리콘 기판(102) 상에 트랜지스터(100)의 프론트엔드를 제조한 후, 실리콘 기판(102) 및 트랜지스터(100) 상에 산화물층(104)을 성막한다. 그리고, 산화물층(104)은 평탄화되며, 이 때 산화물층(104)의 두께는 적당한 평탄화를 제공하는 데에 충분한 최소량이다. 산화물층(104) 및 후속 산화물층들을 평탄화하는 바람직한 방법은 화학기계적 연마(CMP)이다. 대안적으로, 종래의 어떠한 평탄화 방법이라도 사용될 수 있다. 산화물층(104)을 성막하고 평탄화하는 것에 의해, 트랜지스터(100)는 보호 산화물층으로 밀봉된다. 이 단계에서의 웨이퍼는 평탄하기 때문에, 웨이퍼는 격자 광밸브의 프론트엔드의 제조를 시작하기 위한 바람직한 상태에 있다. 이와 달리, 트랜지스터(100)를 산화물층(104)으로 보호하지 않은 상태의 트랜지스터 토폴로지 바로 위에서 격자 광밸브의 제조를 시작하는 경우, 트랜지스터(100)는 아마도 손상될 것이다. 트랜지스터(100)가 손상되지 않더라도, 공정상 심각한 어려움이 발생할 것이다. 이러한 어려움으로는, 다양한 트랜지스터 소자의 측벽으로부터 막을 제거하는 것이 있다. 측벽으로부터 박막을 제거하는 것으로 인해, 플라즈마 손상, 산화물의 비평탄화 및 기타 해로운 효과가 발생한다. 이러한 어려움 등을 극복하기 위해서는, 격자 광밸브 제조 공정이 더 복잡해진다. 트랜지스터(100)를 보호 산화물층 내에 고립시킴으로써, 격자 광밸브 제조 공정의 잠재적인 손상 국면들이 제거된다.
다음 단계는, 산화물층(104) 상에 도핑된 폴리실리콘층을 성막한 후, 도핑된 폴리실리콘 상에 절연층(전형적으로 산화물)을 성막하는 것이다. 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 패터닝 및 에칭되면, 폴리실리콘층은 격자 광밸브의 하부 전극(106)을 형성하고, 절연층은 에칭 정지부(108)를 형성한다.
도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 다음 단계는 희생층(110)을 성막하는 것이다. 그 다음, 도 13에 도시되어 있는 바와 같이, 희생층(110)을 패터닝하고 에칭한다. 도 14에 도시되어 있는 바와 같이, 다음 단계는 실리콘 질화물층(112)을 성막하는 것이다. 실리콘 질화물층(112)은 격자 소자의 그리드로 리소그래피 패터닝되며, 그 형태는 입사 광빔을 원하는 대로 변조하는 데에 필요한 특정 격자 광밸브의 사양에 따라 달라진다. 도 10 내지 도 18은 격자 광밸브의 단면도로서, 특히 격자 광밸브의 에지부를 나타낸 것이다. 이러한 단면도는 단지 예시적인 것일 뿐이며, 제조 공정에 대한 이해를 돕기 위한 것임을 알 것이다. 이러한 리소그래피 패터닝 공정 후, 격자 광밸브의 격자 소자의 일부 또는 전부를 위한 비교적 단단한 지지 구조의 역할을 하는 실리콘 질화물 프레임이 남는다.
다음 단계는 산화물층(114)을 성막하는 것이며, 그 다음, 이 산화물층(114)은 평탄화된다. 산화물층(114)은 CMP에 의하여 평탄화되는 것이 바람직하다. 산화물층(114)을 성막하고 평탄화하는 것에 의하여, 격자 광밸브는 보호 산화물층 내에 매립되게 된다. 산화물층(114)은, 후속하는 오버 에칭 단계가 실리콘 질화물층(112)을 손상시키지 않고서 수행될 수 있도록 하는 최소한의 두께(116)를 가질 필요가 있다. 이러한 오버 에칭 단계는 나중에 더 상세히 설명될 것이다. 이로써 프론트엔드 제조 공정이 완료된다.
전술한 바와 같이, 트랜지스터의 프론트엔드 제조 및 격자 광밸브의 프론트엔드 제조는 고온 공정 단계들을 사용하여 수행된다. 트랜지스터의 프론트엔드에서, 실리콘 이산화물막은 800-1200℃에서 성장되고, 게이트의 성막은 550-650℃에서 수행되고, 소스-드레인은 800-1200℃에서 어닐링되는 것이 바람직하다. 어닐링 온도는 디바이스 제조 공정의 전체 열 예산에 기초하여 결정된다. 어닐링 온도를 결정하기 위하여, 백엔드 제조에 관련된 저온 공정의 열 예산 및 격자 광밸브의 프론트엔드 제조 공정의 열 예산이 결정되어, 전체 열 예산으로부터 감산된다. 그 결과가 프론트엔드 트랜지스터 열 예산이다. 그리고, 프론트엔드 트랜지스터 열 예산에 기초하여 어닐링 온도가 결정된다. 격자 광밸브의 프론트엔드에서, 도핑된 폴리실리콘층이 550-650℃에서 성막된 후, 800-1200℃에서 짧게 어닐링되며, 절연층의 성막이 800-1200℃에서 수행되고, 희생층의 성막이 550-650℃에서 수행되며, 실리콘 질화물층의 성막이 700-900℃에서 수행된다. 전술한 각각의 온도 범위는 근사에 의한 것이다. 전술한 각각의 성막 단계들은 저압 화학 기상 증착, 즉 LPCVD를 이용하여 수행되는 것이 바람직하다. 바람직한 온도 범위는 전술한 공정들에 대하여 추천된 온도 범위이다. 여기에 개시된 것 또는 그 이외의 종류의 트랜지스터를 제조하기 위하여 다른 공정들이 사용될 수 있음이 이해되며, 이와 같이 사용되는 다른 공정들은 상이한 온도 범위들에서 수행되는 것으로 알려져 있다.
도 15에 도시되어 있는 바와 같이, 백엔드 제조 공정의 제1 단계는 트랜지스터(100)의 게이트(98)에 접근하기 위한 컨택트홀(118)을 패터닝하고 에칭하는 것이다. 컨택트홀(118)은 본 기술 분야에 공지되어 있는 바와 같이 제한된 최대값을 갖는 종횡비를 포함한다. 최대 종횡비는 컨택트홀(118)의 최대 깊이를 제한한다. 산화물층(104) 및 산화물층(114)의 두께를 결정할 때에, 이러한 최대 깊이와 관련하여 고려되어야 할 설계 사항은, 컨택트홀(118)의 깊이가 그 최대 종횡비에 의해 허용되는 최대 깊이를 초과하지 않도록 하는 것이다. 컨택트홀(118)을 에칭한 후, 금속층(120)을 스퍼터링한다. 바람직하게, 금속은 알루미늄이지만, 그 외의 도전성 금속도 사용될 수 있다.
도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 다음 단계는 금속층(120)을 패터닝하고 에칭하여, 트랜지스터(100)에 대한 상호접속부의 제1 금속층을 형성하는 것이다. 또한, 격자 광밸브 상의 영역으로부터 금속을 제거하기 위하여, 금속층(120)을 에칭할 필요가 있다. 상호접속부 이외의 모든 금속층(120)이 제거될 것을 보장하기 위하여, 산화물층(114)으로의 오버-에칭이 수행된다. 따라서, 격자 광밸브 상의 산화물층(114)은 최소 산화물 두께(116)를 가질 필요가 있다. 산화물 두께(116)는 격자 광밸브의 실리콘 질화물층(112)을 손상시키지 않고서 금속층(120)을 오버 에칭할 수 있게 하는 버퍼 존(buffer zone)의 역할을 한다. 오버 에칭 단계가 수행된 후, 산화물 두께(116)는 오버 에칭 단계가 수행되기 전보다 얇아질 것이 분명하다.
도 17에 도시된 바와 같이, 다음 단계는 산화물층(122)을 성막하는 것이다. 그 다음, 산화물층(122)은 평탄화된다. 산화물층(122)은 CMP에 의해 평탄화되는 것이 바람직하다. 그 다음, 금속 상호접속부(120)에 접근하기 위한 컨택트홀이 패터닝되고 에칭된다. 그 다음, 다른 금속층이 스퍼터링된 후에 패터닝되고 오버 에칭되어 트랜지스터(100)에 대한 상호접속부의 제2 금속층(124)을 형성한다. 전술한 바와 같이, 오버 에칭에 의하여, 격자 광밸브 상의 영역으로부터 금속층이 또한 제거된다. 이러한 제2 금속층이 제조된 후, 산화물층(산화물층(126))을 성막하는 단계, (바람직하게는 CMP에 의해) 산화물층을 평탄화하는 단계, (금속층(124)에 접근하기 위한) 컨택트홀을 패터닝하고 에칭하는 단계, 금속층을 스퍼터링하는 단계, 및 금속층을 패터닝하고 오버 에칭하는 단계를 반복하는 것에 의하여, 제3 금속층이 제조된다. 이러한 방식으로, 제3 금속층(128)이 형성되고, 격자 광밸브 상의 영역에는 금속이 존재하지 않게 된다. 금속층(120, 124, 128)은 디바이스의 표면과 트랜지스터(100)의 게이트(98) 간의 상호접속부를 형성한다. 도 17에 도시된 상호접속부는 3개의 금속층으로 이루어져 있지만, 본 기술분야의 당업자라면, 상호 접속부는 필요에 따라 더 많거나 적은 수의 금속층을 포함할 수 있음을 알 것이다. 3-5개의 금속층을 사용하여 상호접속부를 형성하는 것이 바람직하다. 본 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이, 이들 금속화층은 저온 공정 단계들을 이용하여 제조된다.
트랜지스터(100)에 대한 상호접속이 완료되면, 격자 광밸브 상의 모든 재료가 제거된다. 도 18에 도시되어 있는 바와 같이, 이러한 단계는 개방 어레이 마스크라고 칭해지는 마스크를 적용함으로써 달성된다. 개방 어레이 마스크는 트랜지스터(100) 및 관련 상호접속부를 보호하면서 격자 광밸브 상의 재료가 제거될 수 있게 한다. 격자 광밸브 상의 재료를 제거하기 위하여, 습식 딥핑(wet dip process)이 이용된다. 습식 딥핑은 BOE(buffered oxide etch) 습식 딥핑인 것이 바람직하다. 또한, 습식 딥핑은 선택적인 10:1 BOE 습식 에칭인 것이 더 바람직하다. 대안적으로, 습식 딥핑은 20:1 BOE 습식 에칭, 50:1 불화수소(HF) 습식 에칭, 패드 에칭, 또는 그 외의 유사한 불화수소계 습식 산화물 에칭 화학 작용일 수 있다. 습식 딥핑은 격자 광밸브 상의 영역(130)에서 재료를 제거하기 위한 선택적 에칭을 가능하게 한다. 습식 딥핑이 수행되면, 영역(130)이 깨끗하게 되고, 격자 광밸브에 접근할 수 있게 된다.
그 다음, 격자 광밸브 상에 반사층을 형성하는 것은 물론, 격자 광밸브와 트랜지스터(100)의 상호접속부 사이에 금속 경로를 제공하기 위하여, 금속화가 행해진다. 금속 경로뿐만 아니라, 격자 광밸브 상의 금속화층도 저온 공정 단계들을 이용하여 제조되며, 이러한 단계들은 트랜지스터(100)의 금속층을 형성하는 데에 이용된 저온 공정 단계들과 호환가능하다. 영역(130)이 깨끗하게 된 후, 도 19에 도시되어 있는 바와 같이, 격자 광밸브의 실리콘 질화물층(112) 상에 반사층(130)을 스퍼터링하고, 패터닝 및 에칭하는 것에 의하여, 격자 광밸브의 금속화가 수행된다. 반사층(130)은 알루미늄인 것이 바람직하다. 그 다음, 두꺼운 금속층(132)이 스퍼터링되고 패터닝되고 에칭되어, 격자 광밸브의 반사층(130)과 트랜지스터(100)의 상호접속부 간에 금속 경로가 형성된다. 격자 광밸브를 금속화하고 금속 경로를 형성하는 어떠한 종래의 방법이라도 이용될 수 있음을 알 것이다.
그 다음, 반사층(130) 및 실리콘 질화물층(112)의 선택적 영역에 희생층(110)을 제거하기 위한 XeF2가 방출하여, 그 선택적 영역을 관통하는 리브 커트(rib cut)(134)를 패터닝하고 에칭함으로써, 격자 광밸브가 완성된다. 그리고, 밀봉 공정이 수행되어, 본 발명의 모놀리식 집적 디바이스가 완성된다.
격자 광밸브를 금속화하는 것과는 별도로, 트랜지스터를 금속화할 필요가 있다. 이것은 개방 어레이 마스크를 적용하는 동안 이용되는 습식 딥핑의 특징으로 인한 것이다. 전술한 바와 같이, 습식 딥핑은 격자 광밸브 상의 산화물층을, 실리콘 질화물층(112)인 에칭 정지부까지 하방 에칭한다. 전술한 에칭 화학 작용들 중 하나를 사용하면, 실리콘 질화물에 대한 산화물층의 선택도는 200 대 1 정도(on the order of 200 to 1)로 매우 높다. 이것은 산화물층을 실리콘 질화물층(112)까지 하방 에칭하는 데에 있어서 매우 효과적이다. 그러나, 이들 에칭 화학 작용은 금속, 특히 격자 광밸브 상에 성막된 얇은 고품질의 금속을 많이 에칭한다. 그러므로, 트랜지스터를 금속화하면서 격자 광밸브를 금속화하지 않는 것이 유리하다. 개방 어레이 마스크를 적용하기 전에 격자 광밸브가 금속화되어 있는 경우, 에칭제는 격자 광밸브 금속을 에칭할 것이다. 이와 달리, 트랜지스터 상호접속부가 형성된 후, 습식 딥핑과 함께 개방 어레이 마스크를 적용하여, 격자 광밸브의 프론트엔드를 덮고 있는 산화물층을 제거한 후, 격자 광밸브의 반사층 및 금속 경로를 형성한다.
모놀리식 집적 디바이스 및 그에 관련된 제조 공정이 단일의 트랜지스터(100)와 관련하여 설명되었다. 이러한 설명은 단지 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 바람직한 실시예가 복수의 트랜지스터 및 관련 상호접속부를 포함하는 것은 자명하다. 또한, 본 발명이 게이트(98)에 대한 단일 상호접속부를 포함하는 것으로 설명되었지만, 디바이스의 설계 고려사항에서 요구되는 대로 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부를 비롯한 추가의 상호접속부도 포함된다는 것도 자명하다. 예를 들어, 실리콘 기판에 대한 추가의 상호접속부가 포함될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 집적 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 복수의 트랜지스터 각각의 프론트엔드(front-end) 부분을 제조하는 단계;
    (b) 상기 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분들을 고립시키는 단계;
    (c) 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 제조하는 단계;
    (d) 상기 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계;
    (e) 상기 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부들을 제조하는 단계;
    (f) 상기 회절 광 변조기에 접근하기 위하여 개방 어레이 마스크(open array mask) 및 습식 에칭(wet etch)을 적용하는 단계; 및
    (g) 상기 회절 광 변조기의 백엔드(back-end) 부분을 제조하여, 상기 회절 광 변조기와 상기 복수의 트랜지스터를 모놀리식 결합하는 단계
    를 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터 및 관련 상호접속부들은, 수신된 제어 신호들을 처리하여 처리된 제어 신호들을 상기 회절 광 변조기에 송신하도록 구성된 하나 이상의 디바이스 드라이버를 형성하는 집적 디바이스 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분들을 고립시키는 단계는,
    (a) 상기 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분들 상에 산화물층을 성막하는 단계; 및
    (b) 상기 산화물층을 평탄화하는 단계
    를 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분을 고립시키는 단계는,
    (a) 상기 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분 상에 산화물층을 성막하는 단계; 및
    (b) 상기 산화물층을 평탄화하는 단계
    를 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상호접속부들을 제조하는 단계는 하나 이상의 금속층을 제조하는 단계를 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 금속층을 제조한 후, 상기 회절 광 변조기 상의 금속을 제거하는 단계를 더 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터에 대한 상호접속부들은 상기 복수의 트랜지스터 각각에 대한 컨택트들을 포함하고,
    상기 컨택트들은 상기 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분 상의 산화물층 및 상기 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분 상의 산화물층의 최대 결합 두께를 제한하는 최대 종횡비를 포함하는 집적 디바이스 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회절 광 변조기 및 상기 복수의 트랜지스터는 상기 복수의 트랜지스터로부터의 제어 신호들을 상기 회절 광 변조기에 송신하여, 상기 회절 광 변조기가 상기 제어 신호들에 응답하여 입사 광빔을 변조하게 하도록 모놀리식 결합되는 집적 디바이스 제조 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 집적 디바이스에 있어서,
    (a) 하나 이상의 디바이스 드라이버; 및
    (b) 상기 하나 이상의 디바이스 드라이버에 모놀리식 결합된 회절 광 변조기
    를 포함하고,
    상기 하나 이상의 디바이스 드라이버는 상기 회절 광 변조기에 제어 신호들을 송신하도록 구성되는 집적 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회절 광 변조기는 상기 제어 신호들을 수신하고, 그에 응답하여 상기 회절 광 변조기에 입사하는 광빔을 변조하는 집적 디바이스.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 하나 이상의 디바이스 드라이버는 복수의 트랜지스터 및 관련 상호접속부들을 포함하는 집적 디바이스.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 트랜지스터들은 MOS 트랜지스터들인 집적 디바이스.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터 각각은 프론트엔드 부분을 포함하고, 상기 회절 광 변조기는 프론트엔드 부분을 포함하며, 상기 회절 광 변조기의 프론트엔드 부분은 성막된 제1 산화물층에 의하여 상기 복수의 트랜지스터의 프론트엔드 부분으로부터 고립되는 집적 디바이스.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 트랜지스터 각각은 상호접속부들을 포함하는 백엔드 부분을 포함하고, 상기 회절 광 변조기는 상호접속부들을 포함하는 백엔드 부분을 포함하며, 상기 회절 광 변조기는 각각의 상호접속부를 통하여 상기 하나 이상의 디바이스 드라이버에 모놀리식 결합되는 집적 디바이스.
  20. 삭제
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