KR101054841B1 - 전기도금에 의한 수직형 장치의 형성 - Google Patents

전기도금에 의한 수직형 장치의 형성 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기도금에 의해 수직형 전도성 구조물을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 더 자세하게, 기판, 기판 표면 상에 위치된 별도의 금속 접촉 패드, 별도의 금속 접촉 패드 및 기판 모두 위에 위치한 레벨간 유전체(ILD) 층, 및 ILD 층을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되는 금속 비아 구조물을 포함하는 템플릿 구조물이 우선 형성된다. 다음으로, ILD 층을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되는 수직형 비아가 템플릿 구조물에 형성된다. 그 다음, 금속 비아 구조물을 통해 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 수행되는 전기도금에 의해 수직형 전도성 구조물이 수직형 비아에 형성된다. 바람직하게, 템플릿 구조물은 복수의 수직형 전도성 구조물의 형성을 위해 복수의 별도의 금속 접촉 패드, 복수의 금속 비아 구조물, 및 복수의 수직형 비아를 포함한다.

Description

전기도금에 의한 수직형 장치의 형성{FORMATION OF VERTICAL DEVICES BY ELECTROPLATING}
본 발명은 전기도금에 의한 수직형 장치의 형성에 관한 것으로서, 더 자세하게는 전기도금 기술을 이용한 수직형 구조물의 형성에 관한 것이다.
전착(electrodeposition)이라고도 언급되는 전기도금은 반도체 제조에서 금속배선(metallization)을 위해 널리 이용되고 있다. 전기도금은 상이한 금속 레벨들의 금속 접촉부들을 접속 접속시키기 위하여 레벨간 유전체(ILD, inter-level dielectric) 층을 통해 연장되는 깊은 금속 비아들을 형성하는데 특히 유용하다.
미국 특허 제6,709,562호(발명의 명칭, "METHOD OF MAKING ELECTROPLATED INTERCONNECTION STRUCTURES ON INTEGRATED CIRCUIT CHIPS")에 개시되어 있는 바와 같이, 반도체 제조 공정에서 구리 금속배선을 위해 흔히 이용되는 종래의 전기도금 방법들 중 하나는 다마신(damascene) 또는 초과충전(superfilling) 방법으로서 언급되며, 본 명세서의 도 1a 내지 도 1c에 도시되어 있다. 우선, 도 1a에 도시된 바와 같이 기판(100) 및 레벨간 유전체(ILD) 층(101)을 포함하는 템플릿 구조물이 형성된다. 기판(100)은 절연체 또는 약간의 전도성을 갖거나 또는 사실상 전도성을 갖지 않는 반도체 중 하나로 형성될 수 있다. ILD 층(101)은 잘 알려져 있는 포토 리소그래피 및 에칭 기술에 의해 용이하게 형성될 수 있는 깊은 비아(102)를 포함한다. 그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전체 템플릿 구조물 위에 연속 금속 시드 층(103)이 증착된다. 금속 시드 층(103)은 ILD 층(101)의 최상부(top) 표면 및 깊은 비아(102)의 측벽과 최하부(bottom) 표면 모두를 피복한다. 금속 시드 층(103)은 하나 이상의 접촉부들(도시 생략)을 포함하는데, 이 하나 이상의 접촉부들을 통해 전기도금 전류가 금속 시드 층(103)에 인가될 수 있다. 그 다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 빈 공간 없는 금속 와이어 구조물을 형성하기 위하여, 우선적으로 ILD 층(101)의 깊은 비아(102) 내로 금속(104)을 증착시키는(즉, ILD 층(101)의 최상부 표면 상에 증착되는 속도보다 훨씬 더 빠른 속도로 금속(104)이 깊은 비아(102) 내로 증착됨) 특수한 전기도금 화학물을 이용함으로써 템플릿 구조물의 전기도금이 수행된다.
상술된 초과충전 방법은 단일 원소 또는 2 이상의 상이한 원소의 균일 합금으로 비아를 충전하는데 이점을 갖는다. 그러나, 초과충전 방법은 몇몇 이유에 기인하여, 컬럼(column)의 세로 축을 따라 조정된 혼합물(modulated composition)로 컬럼을 형성하는데 이용될 수 없다. 우선, 이 방법의 전기도금 단계는 깊은 비아(102)의 최하부 표면 상에 그리고 측벽 위에 동시에 진행된다. 따라서, 초과충전 방법은 오직 구성적으로 균일한 구조물(즉, 구조물 전체가 동일한 금속 또는 금속 합금을 포함하는 구조물)을 형성하는데만 이용될 수 있고, 구성적으로 조정된 구조물(즉, 세로 방향을 따라 상이한 금속 혼합물의 교대(alternating) 층을 포함하는 구조물)을 형성하는데는 이용될 수 없다. 또한, 초과충전 방법은, 우선되는 금속 증착을 공동으로 달성하기 위하여 각각이 금속 도금 속도에 상이한 효과를 미치는 많은 상이한 첨가물들을 포함하는 특수한 전기도금 화학물을 요구한다. 따라서, 초과충전 방법은 이제껏 구리와 같은 단일 금속의 도금에만 사용되어 왔고, 특수한 전기도금 화학물의 상이한 첨가물들이 상이한 금속의 도금 속도에 어떻게 영향을 미치는지에 관련된 불확실성에 기인하여, 상이한 금속의 금속 합금 또는 교대 층의 도금을 위해서는 사용되지 않았다.
금속 와이어 구조물을 형성하는데 흔히 사용되는 또 다른 종래의 전기도금 방법을 마스크를 통한 도금(plating through mask) 방법이라 하며, 이는 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 이 방법에서, 연속 금속 시드 층(203)이 우선 기판(200)의 표면 위에 증착되고, 이어서 금속 시드 층(203) 상으로 포토 레지스트, 유전체, 또는 상대적으로 낮은 전도성을 갖는 도핑된 반도체의 레벨간 층(201)이 증착된다. 다음으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피 및 에칭에 의해 레벨간 층(201)에 깊은 비아(202)가 형성된다. 후속 전기도금 동안에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 깊은 비아(202)의 최하부 표면 위에 금속(204)을 증착하고 단계적으로 깊은 비아(202)을 충전하여 수직형 금속 와이어 구조물을 형성하기 위하여, 전기도금 전류가 금속 시드 층(203)에 인가된다.
마스크를 통한 도금 방법은, 단일 금속을 포함하는 금속 와이어 구조물뿐만 아니라, 금속 합금을 포함하는 금속 와이어 구조물을 형성하는데 이용될 수 있는 상향식(bottom-up) 충전 공정이다. 또한, 이 방법은 구조물의 세로 축을 따라 상이한 금속 혼합물의 교대 층을 포함하는 구성적으로 조정된 구조물을 형성하는데 이 용될 수 있다.
그러나, 종래의 마스크를 통한 도금 공정 또는 상향식 도금 공정의 주요 단점은, 연속 금속 시드 층(203)이 요구된다는 것이다. 금속 시드 층(203)이 기판(200)의 전체 표면 위에서 연속적이고 금속 와이어 구조물 모두를 접속시키기 때문에, 이와 같은 금속 와이어들은 서로에 독립적으로 기능할 수 없으며, 따라서 금속 시드 층(203)이 선택적으로 제거되지 않는 한 개별적인 전자 장치를 형성하는데 이용될 수 없다. 그러나, 금속 시드 층(203)이 레벨간 층(201)과 기판(200) 사이에 샌드위치되어 있기 때문에, 레벨간 층(201)과 기판(200)을 파열시키거나 또는 손상시키지 않고서는 금속 시드 층(203)을 제거하는 것은 거의 불가능하다.
수직형 장치 구조물을 형성하기 위한 향샹된 방법에 대한 지속적인 필요성이 존재한다. 더 중요하게는, 상이한 전도성 물질의 합금 또는 교대 층을 포함하는 개별적인 수직형 장치 구조물을 형성하기 위한 향상된 방법에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 전기도금 단계 동안에 전기도금 전류를 인가하기 위하여 별도의 금속 접촉 패드 및 금속 비아를 이용한다. 이와 같은 별도의 금속 접촉 패드 및 금속 비아는 최종적인 장치의 일부로 남으며, 따라서 수직형 전도성 구조물 모두를 함께 접속시키지 않는, 또는 그렇지 않다면 각각의 수직형 전도성 구조물의 독립적인 기능성에 영향을 주지 않는, 상이한 전도성 물질의 합금 또는 상이한 전도성 물질의 교대 층을 포함하는 수직형 전도성 구조물의 형성을 허용한다. 이런 방식으로, 결과의 수직형 전도성 구조물을 용이하게 이용하여 개별적인 전자 장치들을 형성할 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은,
기판, 기판의 최상부 표면 위에 위치된 별도의 금속 접촉 패드, 기판 및 금속 접촉 패드 모두를 피복하는 레벨간 유전체(ILD) 층, 및 ILD 층(들)을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 연장되는 금속 비아 구조물을 포함하는 템플릿 구조물을 형성하고,
ILD 층을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 연장되는 수직형 비아를 템플릿 구조물에 형성하며,
금속 비아 구조물을 통해 ILD 층 아래의 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 수행되는 전기도금에 의해 수직형 비아에 수직형 전도성 구조물을 형성하는 것을 포함한다.
필수적인 것은 아니지만 바람직하게, 수직형 전도성 구조물은 하나 이상의 강자성 금속을 포함한다. 더 바람직하게, 수직형 전도성 구조물은 상이한 강자성 금속의 교대 층을 포함한다. 대안으로서, 수직형 전도성 구조물은 전도성 폴리머 또는 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같은 템플릿 구조물은 기판의 상부 표면 상에 단일 금속 접촉 패드를 포함할 수 있으며, 단일 수직형 전도성 구조물의 형성을 위해 단일 금속 비아 구조물 및 단일 수직형 비아가 그 단일 금속 접촉 패드까지 연장된다. 더욱 바람직하게, 본 발명의 템플릿 구조물은, 기판의 상부 표면 상에 위치된 복수의 별도의 금속 접촉 패드를 포함하고, 이 패드에까지 복수의 금속 비아 구조물 및 복수의 수직형 비아가 연장되어 있다. 이런 방식으로, 복수의 수직형 전도성 구조물이 단일 웨이퍼 또는 칩에 전기도금됨으로써 후속 형성될 수 있지만, 결과의 수직형 전도성 구조물은 서로 상호접속되지 않는다.
본 발명의 특정 실시예에서, 템플릿 구조물은, ILD 층의 상부 표면 상에 위치되는 패터닝된 금속 층을 더 포함하며, 패터닝된 금속 층 및 복수의 금속 비아 구조물을 통해 복수의 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 전기도금이 수행될 수 있도록, 금속 비아 구조물 모두에 전기적으로 접속된다.
패터닝된 금속 층은 바람직하게는 수직형 비아 앞에 형성된다. 더 바람직하게, 각각이 복수의 별도의 금속 접촉 패드 중 하나와 수직 정렬되는 복수의 개구부를 형성하기 위하여 우선 ILD 층 위에 블랭킷 금속 층을 증착한 다음, 블랭킷 금속 층을 패터닝함으로써 패터닝된 금속 층이 형성된다.
또한, 이어서 형성된 수직형 비아가 절연 층 및 ILD 층 모두를 통해 연장되도록, 복수의 수직형 비아의 형성 전에 절연 층이 패터닝된 금속 층 위에 형성될 수 있다. 더 바람직하게, 후속 전기도금 동안에 가장자리 영역을 통해 전기도금 전류가 패터닝된 금속 층에 전달될 수 있도록, 패터닝된 금속 층은 처리 유닛의 가장자리 영역, 즉 웨이퍼 또는 금속의 가장자리 영역을 제외하고 절연 층에 의해 완전히 피복된다. 전기도금 후에, 패터닝된 금속 층 및 절연 층 모두가 ILD 층의 상부 표면으로부터 제거되고 그 위에 복수의 표면 금속 접촉부들이 형성되어 복수의 수직형 전도성 구조물로의 액세스를 제공할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 기판, 기판의 최상부 표면 위에 위치된 금속 접촉 패드, 기판 및 금속 접촉 패드 모두를 피복하는 레벨간 유전체(ILD) 층, ILD 층을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 연장되는 금속 비아 구조물, 및 ILD 층을 통해 별도의 금속 접촉 패드까지 연장되는 수직형 전도성 구조물을 포함하는 장치 구조물에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 후속되는 개시 및 첨부된 청구항을 통해서 본 발명의 특징 요소 및 이점들이 더욱 완전히 명백해질 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 깊은 금속 비아를 형성하기 위한 종래의 초과충전 공정의 공정 단계들을 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 깊은 금속 비아를 형성하기 위한 종래의 마스크를 통한 도금 공정의 공정 단계들을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 각각이 기능 유닛, 2개의 보조 유닛, 기능 유닛의 각 단부에 있는 금속 접촉 패드, 및 ILD 층을 통해 비 전도성 기판 위에 위치되는 금속 접촉 패드까지 연장되는 금속 비아 구조물을 포함하는 2개의 전자 장치의 단면도이다. 금속 접촉 패드와 함께 이 금속 비아 구조물은 기능 유닛으로의 액세스를 제공한다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 장치 구조물을 형성하기 위한 예시적 공정 단계들을 도시한 단면도이다.
후속하는 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 특정 구조물, 컴포넌트, 물질, 치수, 공정 단계 및 기술과 같은 많은 특정 상세사항들이 기술된다. 그러나, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 이러한 특정 상세사항들 없이 또는 특정 상세사항들을 이들의 알려져 있는 등가물로 대체함으로써 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 또한, 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 당업자들에게 잘 알려져 있는 표준의 구조물 또는 공정 단계들에 대해서는 상세히 기술하지 않았다.
층, 영역, 또는 기판으로서의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있는 것으로 언급되는 경우, 이 구성요소는 다른 구성요소 바로 위에 있거나 또는 개재(intervening) 구성요소가 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소 "바로 위에" 있다고 언급되는 경우에는 재개 구성요소는 존재하지 않는다. 구성요소가 다른 구성요소에 "접속" 또는 "결합"되어 있는 것으로 언급되는 경우, 이 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 접속 또는 결합되거나, 또는 개재 구성요소가 존재할 수 있다는 것 또한 이해될 것이다. 대조적으로, 구성요소가 다른 구성요소에 "직접적으로 접속" 또는 "직접적으로 결합"되어 있는 것으로 언급되는 경우에는 개재 구성요소는 존재하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "수직형"은 기판 표면 위에 위치되는 구조물 또는 장치로서, 그와 같은 구조물 또는 장치의 수직 축이 기판의 표면 위에 수직인 구조물 또는 장치를 언급하는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "금속 접촉부" 또는 "금속 접촉부들"은 측면 확장이 제한된 금속 구조물을 언급하는 것이다. 전체 기판 표면 또는 기판 표면의 대부분을 피복하는 연속 금속 층과는 달리, 금속 접촉부 또는 금속 접촉부들은 후속 장치 구조물이 구축될 기판 표면의 선택된 영역 또는 선택된 영역들 상으로만 연장된다. 금속 접촉부 또는 금속 접촉부들은 연속 금속 층을 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "별도의(discrete)" 구조물이란, 서로 절연되어 있고 서로 오버립하지 않는 구조물을 언급하는 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "강자성 물질"은 외부 자기장을 인가함으로써 자화될 수 있고, 외부 자기장이 제거된 후에도 잔존 자성을 나타내는 임의의 물질을 언급하는 것이다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명은 수직형 전도성 구조물을 형성하기 위해 전기도금 동안에 전기도금 전류를 인가하기 위하여, 집적 회로의 기존의 소자들인 별도의 금속 접촉 패드 및 금속 비아 구조물을 이용한다. 결과의 수직형 전도성 구조물은 바람직하게, 상이한 전도성 물질의 합금(즉, 금속, 전도성 폴리며, 또는 도핑된 반도체) 또는 상이한 전도성 물질의 교대 층을 포함하지만, 필수적인 것은 아니다. 본 발명은 상이한 물질 혼합물의 교대 강자성 층을 포함하는 강자성 구조물을 형성하는데 특히 유용하다. 그러나, 본 발명의 애플리케이션은 강자성 구조물로 한정되는 것은 아니며, 수직형 전도성 구조물을 요구하는 임의의 장치 구조물에 적용되도록 그 범위가 널리 확장된다.
도 3은 수직형 전도성 구조물(305)을 갖는 2개의 일반적인 전자 장치를 포함 하는 장치 구조물의 단면도를 보여준다. 전자 장치 각각은, (1) 수직형 기능 유닛, 즉 수직형 전도성 구조물(305), (2) 기능 유닛(305)의 양단에 있는 전도성 접촉부(302 및 304), (3) 하단 전도성 접촉부(302)로의 액세스를 제공하기 위해 하단 전도성 접촉부(302)까지 확장되는 금속 비아(303), 및 (4) 특정 보조 소자 및 연관 회로(306)를 포함할 수 있다. 보조 소자 및 회로(306)는 기능 유닛(305)의 판독 및 기록 소자 또는 기능 유닛(305)의 다른 감지 및 제어 소자일 수 있다.
ILD 층(301)이 그 위에 위치되는 비 전도성 기판(300) 위에, 상술된 바와 같은 장치 구조물이 형성된다. 비 전도성 기판(300)은 임의의 비 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 Al2O3, SiO2, Si3N4, 및 HfO2를 포함하여, 세라믹, 유전체, 유리, 또는 폴리머 물질을 포함하지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 비 전도성 기판(300)은 다른 III-V 또는 II-VI 화합물 반도체뿐만 아니라 Si, SiC, SiGe, SiGeC, Ge합금, GaAs, InAs, InP를 포함하여, 도핑되지 않은 반도체 물질 또는 낮은 농도로 도핑된 반도체 물질을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. ILD 층(301)은 예컨대 SiO2, Si3N4, HfO2, 및 Al2O3와 같은 임의의 적합한 포토레지스트 또는 유전체 물질로 형성될 수 있다.
도 3의 장치 구조물은 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 4 내지 도 10에 도시된 바와 같은 예시적 공정 단계들에 의해 형성될 수 있다.
도 4는 비 전도성 기판(300), ILD 층(301), 하부 금속 접촉부(302), 금속 비아(303), 및 보조 소자(306)(선택사항)를 포함하는 템플릿 구조물을 보여준다. 이 와 같은 템플릿 구조물은, 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 본 명세서에 기술되지 않은 종래의 반도체 공정 및 금속배선 기술에 의해 용이하게 형성될 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 패터닝된 금속 층(404)이 ILD 층(301)의 최상부 표면 위에 증착된다. 패터닝된 금속 층(404)은 모든 금속 비아(303)와의 전기적 접촉을 형성하고, 이와 같은 금속 비아(303)를 통해, 패터닝된 금속 층(404)은 모든 하부 금속 접촉부(302)와의 전기적 접촉을 형성한다. 패터닝된 금속 층(404)은 우선 ILD 층(301)의 전체 최상부 표면 위에 블랭킷 금속 층(도시 생략)을 증착시키고, 후속하여 복수의 개구부(405)를 형성하기 위해 블랭킷 금속 층(도시 생략)을 패터닝함으로써 용이하게 형성될 수 있다. 패터닝된 금속 층(404)의 개구부(405) 각각은 하부 금속 접촉부(302)들 중 하나와 수직으로 정렬됨으로써, 수직형 전도성 구조물(305)이 형성될 위치들을 정의한다. 블랭킷 금속 층(도시 생략)의 패터닝은 리소그래피, 에칭 백(etch back), 리프트 오프(lift-off) 등과 같은 임의의 종래의 금속 패터닝 기술을 이용함으로써 용이하게 수행될 수 있다.
그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 가장자리 영역(407)을 제외한 전체 층을 피복하기 위해 패터닝된 금속 층(404) 위에 절연 물질 층(406)이 증착된다. 절연 물질 층(406)은 ILD 층(301)과 동일한 절연 물질로 형성될 수 있지만, 일반적으로 상이한 절연 물질로 형성된다. 반도체 제조 공정에서, 많은 장치들이 동일한 웨이퍼 상에 동시에 제조된다. 따라서, 가장자리 영역(407)은 웨이퍼의 가장자리 영역을 나타낸다. 동일한 방식으로, 절연 금속 층(406)의 형성 후에도 패터닝된 금속 층(404)은 여전히 가장자리 영역(407)에서 액세스될 수 있으며, 패터닝된 금속 층(404)은 차례로 금속 비아(303)를 통해 하부 금속 접촉부(302)로의 액세스를 제공한다.
이어서 도 7에 도시된 바와 같이, 절연 층(406) 및 ILD 층(301)을 통과하는 수직형 비아(또는 깊은 비아)(408)를 형성하기 위해 패터닝 공정(바람직하게, 반응 이온 에칭과 같은 에칭 공정)이 수행된다. 수직형 비아(408)의 치수 및 모양은 형성될 수직형 전도성 구조물(305)의 치수 및 모양을 정의한다. 수직형 비아(408)는 최종적인 장치에 대한 요구조건 및 제조 공정에서의 제약에 의존하여, 임의의 크기 또는 모양일 수 있다. 바람직하게, 그와 같이 형성된 수직형 비아(408) 각각은 약 1마이크론 내지 약 1000마이크론 범위의 깊이 및 약 10nm 내지 약 1000nm 범위의 단면 직경을 갖는다. 수직형 비아(408)는 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 반원형, 타원형, 링형 등을 포함하는 임의의 적합한 단면 모양을 가질 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 절연 층(406) 및 ILD 층(301)이 동일한 또는 상이한 절연 물질(들)을 포함하는지 여부에 따라, 에칭 공정은 단일 에칭 단계 또는 복수의 에칭 단계들을 포함할 수 있다.
에칭 후에, 우선 상술된 구조물을 전기도금액(electroplating solution)에 침전시킨(immersing) 다음, 가장자리 영역(407)에 접촉함으로써 패터닝된 금속 층(404)에 전기도금 전류를 인가함으로써 전기도금이 수행된다. 이러한 방식으로, 전도성 물질(305)이 별도의 금속 접촉 패드(302) 상에 증착되고, 상향식 방식으로 수직형 비아(408)를 단계적으로 충전하도록, 전기도금 전류는 패터닝된 금속 층(404) 및 금속 비아(303)를 통해 ILD 층(301)의 하부 표면에 있는 별도의 금속 접촉 패드(302)까지 전달된다. 상술된 바와 같은 전기도금액은 단일 소자의 증착을 위해 단일 염류(salt)를 포함하거나 또는 합금의 증착을 위해 상이한 원소들의 염류를 포함할 수 있다. 결과 구조물(305)은 금속, 도핑된 반도체, 전도성 폴리머, 및 이들의 합금과 같은 임의의 적합한 전도성 물질을 포함할 수 있지만, 금속 또는 금속 합금을 포함하는 것이 선호된다. 금속, 도핑된 반도체, 및 전도성 폴리머의 전착은 종래 기술에 잘 알려져 있으며, 따라서 본 명세서에는 상세히 기술하지 않겠다.
바람직하게, 강자성 금속 합금의 증착을 위해 전기도금액은 2 이상의 상이한 강자성 금속의 염류를 포함하지만 필수적인 것은 아니다. 더 바람직하게, 상이한 물질의 혼합물의 교대 강자성 층의 증착을 위해 고전위 및 저전위 펄스로 펄스화된 전기도금 전류를 인가함으로써 전기도금이 수행될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 수직형 전도성 구조물(305)을 형성하기 위해 수직형 비아(408)가 금속으로 완전히 충전될 때까지 전기도금 단계의 진행이 허용된다. 수직형 전도성 구조물(305)의 치수 및 모양은 수직형 비아(408)에 의해 정의된다. 따라서, 수직형 전도성 구조물(305) 또한, 약 1마이크론 내지 약 1000마이크론 범위의 깊이 및 약 10nm 내지 약 1000nm 범위의 단면 직경을 가질 수 있고, 또한 원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 반원형, 타원형, 링형 등을 포함하는 임의의 적합한 단면 모양을 가질 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
전기도금 후에, 도 9에 도시된 바와 같이, 수직형 전도성 구조물(305), 절연 층(406), 및 패터닝된 금속 층(404)의 과도 성장된 부분들을 제거하고, 금속 비아(303) 및 새롭게 형성된 수직형 전도성 구조물(305)과 함께 ILD 층(301)의 재노출된 상부 표면을 평탄화하기 위해 복수의 에칭 및/또는 연마(polishing) 단계들이 수행될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 패터닝된 절연 층(410)이 ILD 층(301)의 노출된 상부 표면 위에 증착된다. 패터닝된 절연 층(410)은 ILD 층(301)의 물질과 동일하거나 또는 상이한 물질을 포함할 수 있고, 복수의 개구부(411)를 포함하는데, 이들 개구부를 통해 수직형 전도성 구조물(305) 및 금속 비아(303)가 노출된다. 이러한 방식으로, 수직형 전도성 구조물(305) 및 금속 비아(303)로의 액세스를 제공하기 위하여 표면 금속 접촉부(304)가 개구부(411)에 형성됨으로써, 도 3에 도시된 바와 같은 완성된 장치 구조물을 형성할 수 있다.
주목할 것은, 도 3 내지 도 10이 본 발명의 특정 실시예들에 따른 예시적 장치 구조물 및 공정 단계들을 도시적으로 설명하고 있지만, 당업자는 특정 애플리케이션 요구조건들에 대한 적응을 위해 이와 같은 장치 구조물 및 공정 단계들을 상술한 설명과 부합되도록 용이하게 변경할 수 있다는 것은 명백하다는 것이다. 예를 들어, 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같은 예시적 장치 구조물들 각각이 단일 ILD 층, 2개의 별도의 금속 접촉 패드, 및 2개의 수직형 전도성 구조물을 포함하지만, 본 발명의 장치 구조물은 임의의 수의 ILD 층, 별도의 금속 접촉 패드, 및 수직형 전도성 구조물을 포함할 수 있다는 것이 용이하게 이해된다. 또한, 본 발명의 장치 기판들은 적어도 하나의 하부 금속 접촉부를 갖는 수직형 전도성 구조물을 요구하 는 임의의 반도체 장치를 형성하는데 용이하게 이용될 수 있다.
본 발명은 특정 실시예들, 특징 요소들, 및 양태들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않으며, 오히려 다른 조정, 변경, 용례, 및 실시예들에 대한 유용으로 확장된다는 것이 인식될 것이며, 이에 따라, 모든 이와 같은 다른 조정, 변경, 용례 및 실시예는 본 발명의 정신 및 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.

Claims (16)

  1. 방법에 있어서,
    기판, 상기 기판의 최상부(top) 표면 위에 위치된 별도의 금속 접촉 패드, 상기 기판 및 상기 금속 접촉 패드 모두를 피복하는 레벨간 유전체(ILD, inter-level dielectric) 층, 상기 ILD 층의 최상부 표면으로부터 상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되는 금속 비아 구조물, 및 상기 ILD 층의 상부 표면 상에 위치되어 있고 상기 금속 비아 구조물에 전기적으로 접속되어 있는 패터닝된 금속 층을 포함하는 템플릿 구조물을 형성하고,
    상기 금속 비아 구조물을 형성한 후에 상기 템플릿 구조물에 수직형 비아를 형성하며―상기 수직형 비아는 적어도 상기 ILD 층의 최상부 표면으로부터 상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되고, 상기 별도의 금속 접촉 패드의 표면은 상기 수직형 비아의 최하부(bottom)에서 노출됨―,
    상기 금속 비아 구조물을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 수행되는 전기도금에 의해 상기 수직형 비아에 수직형 전도성 구조물을 형성하고,
    상기 수직형 비아의 형성 전에 상기 패터닝된 금속 층 위에 절연 층을 형성하는―상기 패터닝된 금속 층은 상기 절연 층에 의해 가장자리(edge) 영역을 제외하고 완전히(completely) 피복되고, 상기 전기도금 동안에 상기 가장자리 영역을 통해 상기 패터닝된 금속 층에 상기 전기도금 전류가 인가되며, 상기 후속 형성된 수직형 비아는 상기 절연 층 및 상기 ILD 층 모두를 통해 확장됨―것
    을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직형 전도성 구조물은 하나 이상의 강자성 물질들을 포함하는 것인, 방법.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항에 있어서, 상기 수직형 전도성 구조물은 강자성 물질들과 상이한 교대(alternating) 층들을 포함하는 것인, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 템플릿 구조물은 복수의 별도의 금속 접촉 패드들을 포함하고, 상기 복수의 별도의 금속 접촉 패드들 각각에는 금속 비아 구조물이 확장되어 있으며, 전기도금에 의한 복수의 수직형 전도성 구조물들의 후속 형성을 위해 상기 ILD 층에 상기 복수의 수직형 비아들이 형성되는 것인 방법.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제4항에 있어서, 상기 전기도금 동안에, 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 금속 비아 구조물들을 통해 상기 전기도금 전류가 상기 복수의 별도의 금속 접촉 패드들에 인가될 수 있도록, 상기 템플릿 구조물은, 상기 ILD 층의 상부 표면 상에 위치되어 있고 상기 금속 비아 구조물들 모두에 전기적으로 접속되어 있는 패터닝된 금속 층을 더 포함하는 것인 방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제5항에 있어서, 상기 복수의 수직형 비아들의 형성 전에,
    상기 패터닝된 금속 층은,
    상기 ILD 층의 상기 상부 표면 위에 블랭킷(blanket) 금속 층을 증착하고,
    각각이 상기 복수의 별도의 금속 접촉 패드들 중 하나와 수직으로 정렬되는 복수의 개구부들을 형성하기 위해 상기 블랭킷 금속 층을 패터닝함으로써 형성되는 것인, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전기도금 및 과도성장된 도금된 물질의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면으로부터 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층 모두를 제거하는 것을 더 포함하는 방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제7항에 있어서, 상기 수직형 전도성 구조물로의 액세스를 제공하기 위해 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면 위에 복수의 표면 금속 접촉부들을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  9. 방법에 있어서,
    기판, 상기 기판의 최상부 표면 위에 위치된 별도의 금속 접촉 패드, 상기 기판 및 상기 금속 접촉 패드 모두를 피복하는 레벨간 유전체(ILD) 층, 및 상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되는 금속 비아 구조물을 포함하는 템플릿 구조물을 형성하고,
    상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되는 수직형 비아를 상기 템플릿 구조물에 형성하며,
    상기 금속 비아 구조물을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 수행되는 전기도금에 의해 상기 수직형 비아에 수직형 전도성 구조물을 형성하고―상기 템플릿 구조물은 각각에 금속 비아 구조물이 확장되어 있는 복수의 별도의 금속 접촉 패드들을 포함하고, 전기도금에 의한 복수의 수직형 전도성 구조물들의 후속 형성을 위해 상기 복수의 수직형 비아들이 상기 ILD 층에 형성되며, 상기 템플릿 구조물은 상기 ILD 층의 상부 표면 상에 위치되어 있고 상기 금속 비아 구조물들 모두에 전기적으로 접속되어 있는 패터닝된 금속 층을 더 포함하고, 상기 전기도금 동안에 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 금속 비아 구조물들을 통해 상기 전기도금 전류가 상기 복수의 별도의 금속 접촉 패드들에 인가될 수 있고, 상기 복수의 수직형 비아들의 형성 전에 상기 ILD 층의 상기 상부 표면 위에 블랭킷 금속 층을 증착하고 각각이 상기 복수의 별도의 금속 접촉 패드들 중 하나와 수직으로 정렬되는 복수의 개구부들을 형성하기 위해 상기 블랭킷 금속 층을 패터닝함으로써 상기 패터닝된 금속 층이 형성됨―,
    상기 수직형 비아의 형성 전에 상기 패터닝된 금속 층 위에 절연 층을 형성하는―상기 패터닝된 금속 층은 상기 절연 층에 의해 가장자리 영역을 제외하고 완전히 피복되고, 상기 전기도금 동안에 상기 가장자리 영역을 통해 상기 패터닝된 금속 층에 상기 전기도금 전류가 인가되며, 상기 후속 형성된 금속 비아는 상기 절연 층 및 상기 ILD 층 모두를 통해 확장됨―것
    을 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전기도금 및 과도성장된 도금된 물질의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면으로부터 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층 모두를 제거하는 것을 더 포함하는 방법.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제10항에 있어서, 상기 수직형 전도성 구조물로의 액세스를 제공하기 위해 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면 위에 복수의 표면 금속 접촉부들을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
  12. 방법에 있어서,
    기판, 상기 기판의 최상부 표면 위에 위치된 별도의 금속 접촉 패드, 상기 기판 및 상기 금속 접촉 패드 모두를 피복하는 레벨간 유전체(ILD) 층, 상기 ILD 층의 최상부 표면으로부터 상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장되고 상기 별도의 금속 접촉 패드의 최상부 표면에 직접적으로 접촉하는 금속 비아 구조물, 및 상기 ILD 층의 상부 표면 상에 위치되어 있고 상기 금속 비아 구조물에 전기적으로 접속되어 있는 패터닝된 금속 층을 포함하는 템플릿 구조물을 형성하고,
    상기 금속 비아 구조물을 형성한 후에 상기 템플릿 구조물에 수직형 비아를 형성하며―상기 수직형 비아는 적어도 상기 ILD 층의 최상부 표면으로부터 상기 ILD 층을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드까지 확장됨―,
    상기 금속 비아 구조물을 통해 상기 별도의 금속 접촉 패드에 전기도금 전류를 인가함으로써 수행되는 전기도금에 의해 상기 수직형 비아에 수직형 전도성 구조물을 형성하고,
    상기 수직형 비아의 형성 전에 상기 패터닝된 금속 층 위에 절연 층을 형성하며,
    상기 전기도금 및 과도성장된 도금된 물질의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면으로부터 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층 모두를 제거하는 것
    을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 별도의 금속 접촉 패드의 표면은 상기 수직형 비아의 형성 후에 상기 수직형 비아의 최하부(bottom)에서 노출되는 것인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 패터닝된 금속 층은 상기 절연 층에 의해 가장자리 영역을 제외하고 완전히 피복되며, 상기 전기도금 동안에 상기 가장자리 영역 통해 상기 패터닝된 금속 층에 상기 전기도금 전류가 인가되는 것인, 방법.
  15. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제12항에 있어서, 상기 후속 형성된 수직형 비아는 상기 절연 층 및 상기 ILD 층 모두를 통해 확장되는 것인, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 수직형 전도성 구조물로의 액세스를 제공하기 위해 상기 패터닝된 금속 층 및 상기 절연 층의 제거 후에 상기 ILD 층의 상부 표면 위에 복수의 표면 금속 접촉부들을 형성하는 것을 더 포함하는 방법.
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