KR101481851B1 - 유전체 축적 층의 레이저 보조된 에칭을 이용하여 패턴화되고 함입된 전도성 층을 제공하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 절연 물질을 포함하는 축적 층을 제공하는 단계; 제공될 패턴화된 전도성 층의 사전결정된 패턴에 따라 상기 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 단계로서, 상기 레이저 조사가, 상기 절연 물질의 화학적 결합의 적어도 일부의 결합 에너지 보다 더 높은 광자 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 상기 사전결정된 패턴에 따라 상기 축적 층의 사전결정된 레이저-약화된 부분을 생성하는 것을 포함하는, 단계; 상기 축적 층의 레이저-약화된 부분을 제거하여 상기 사전결정된 패턴에 따라 오목부를 생성하는 단계; 및 상기 오목부를 전도성 물질로 충진시켜, 패턴화된 전도성 층을 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명의 양태는, 일반적으로 마이크로 전자 공학 디바이스를 위한 전도성 층(예컨대, 높은 I/O 밀도 기재)의 패턴화 분야에 관한 것이다.
예를 들어, 높은 I/O 밀도 기재와 같은 전도성 층을 패턴화시키는 종래의 방법은 전형적으로, 예를 들면 적층한 후 리토그래피에 근거한 반-첨가 공정에 의해 초기 유전체 층을 제공하는 것을 포함한다. 이런 공정은 전형적으로 무전해 시드 층 도금, 무수 필름 레지스트 적층, 노출, 현상, 전기분해 금속 도금 및 무수 필름 레지스트 스트리핑을 포함한다. 생성된 패턴화된 전도성 금속 층은 축적 층의 상부에 위치할 것이다.
불리하게도, 종래 기술의 전도성 층 패턴화 방법은, 차세대 디바이스용으로 고안된 감소된 특징부 크기 및 증가된 I/O 밀도에 그다지 적합하지 않다. 특히, 전도성 층을 패턴화하는 종래 기술의 방법은 약 10마이크론 이하의 선 및 공간 특징부에는 어렵다. 또한, 이런 방법은 전형적으로 광범위한 공정 단계를 요구하고, 따라서 연장된 작업 처리 시간이 요구된다.
종래의 기술은, 유전체 물질에 함입되고 패턴화된 전도성 층을 제공하는 비용 효과적이고, 적절하고, 신뢰성있는 방법을 제공하는데 실패하였다.
도 1a 내지 1c는 레이저 조사의 3가지 양태를 나타낸다.
도 2는 이 양태에 따른 레이저-약화된 영역을 포함하는 축적 층을 나타낸다.
도 3은, 하나의 양태에 따른 패턴화된 전도성 층이 포함되어 있는 축적 층을 나타낸다.
도 4는, 패턴화된 전도성 층의 오목부 내에 전도성 물질을 추가로 포함하는, 도 3의 패턴화된 전도성 층과 축적 층의 조합을 나타낸다.
설명의 단순성과 명확성을 위해서, 도면의 요소가 반드시 축적대로 그려질 필요는 없다. 예를 들면, 명확성을 위해서 요소의 일부의 치수는 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 적절한 것으로 간주되는 경우, 상응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해 도면에서 참조 번호가 반복된다.
하기의 상세한 설명에서는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법이 개시되어 있다. 본 발명이 실시될 수 있는 특정한 양태를 예로서 도시하고 있는 첨구된 도면을 참고하여 설명한다. 다른 양태가 존재할 수 있고, 본 발명의 범위 및 진의를 벗어나지 않고 다른 구조적 변화가 만들어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본원에서 이용되는 용어인 "상", "위", "아래" 및 "옆"은, 한 요소에 대한 다른 요소의 위치를 의미한다. 따라서, 제 2 요소 상에, 위에 또는 아래에 배치된 제 1 요소는 제 2 요소와 직접 접촉할 수 있거나, 또는 이는 하나 이상의 사이 요소를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 요소의 옆 또는 이에 인접하게 배치된 제 1 요소는 제 2 요소와 직접 접촉하거나, 또는 이는 하나 이상의 사이 요소를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서, 도면 및/또는 요소는 대안적 방식으로 언급될 수도 있다. 이런 경우, 예를 들어 명세서에서 요소 A/B를 도시하고 있는 도 X/Y를 기재하는 경우, 이는, 도 X는 요소 A를 도시하고 도 Y는 요소 B를 도시함을 의미한다. 또한, 본원에서 이용되는 "층"은 단일 물질로 제조된 층, 서로 다른 성분의 혼합물로 제조된 층, 다양한 하부 층으로 제조된 층(각각의 하부 층은 또한 상기 개시된 층과 동일한 정의의 층을 갖는다)을 지칭할 수 있다.
본 발명의 양태 및 다른 양태는 하기 도 1a 내지 3을 참고하여 논의될 것이다. 그러나, 도면은 제한하고자 하는 것이 아니라 설명 및 이해를 목적으로 하는 것이다.
도 1a 내지 1c를 참고하면, 본 발명의 양태들은, 사전결정된 패턴에 따른 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 단계를 포함한다. 축적 층은, 임의의 잘 공지된 유전체 물질중 임의의 하나, 예를 들자면 에폭시 수지계 유전체 물질(예를 들면 유리 섬유 강화된 에폭시 수지), 유리 섬유 강화된 폴리이미드 또는 비스말레이미드-트라이아진(BT)을 포함할 수 있다. 본 발명의 양태에 따른 축적 층 상의 레이저 조사의 사전결정된 패턴은, 축적 층에 제공하고자 하는 패턴화된 전도성 층의 사전결정된 패턴에 상응한다. 본 명세서에서, "패턴화된 전도성 층"이란, 그의 횡 단면에서 보았을 때 하나 이상의 전도성 물질을 포함하는 다수의 층 성분을 한정하는 층을 의미한다. 따라서, 본 발명의 양태에 따르면, 패턴화된 전도성 층은 예를 들면 한 편으로는 전도성 금속화 층(트레이스, 패드 및 기준선을 포함하고, 비아(via)는 배제한다)을 포함하거나, 다른 한편으로는 축적 층 내부에 함입된 전도성 비아 층을 포함한다. 본 발명의 양태에 따른 패턴화된 전도성 층은 필요한 용도에 따라 단일 전도성 물질을 포함할 수 있거나 또는 다수의 전도성 물질을 포함할 수 있다.
도 1a 내지 1c를 참조하면, 축적 층(10)은 이의 선택된 부분(12)(도 1a 내지 1c에서 점선으로 도시됨) 상에 레이저 조사될 수 있고, 이러한 선택된 부분은, 제공될 패턴화된 전도성 층의 패턴을 갖는다. 이러한 레이저 조사는, 도시된 바와 같은 레이저 빔(16)을 방사하는 레이저 공급원 또는 디바이스(14)를 이용하여 수행될 수 있다. 레이저 공급원이 생성하는 레이저 빔이 축적 층(10)의 절연 물질 내부에 존재하는 화학적 결합의 적어도 일부의 결합 에너지보다 더 높은 광자 에너지를 갖는 레이저 공급원이 양태에 따라 선택될 수 있다. 이런 방식으로, 레이저 빔은 도 2와 관련하여 보다 상세히 설명될 레이저-약화된 대역을 생성하기 위해 이들 화학적 결합의 일부를 파괴할 수 있다. 선택된 부분의 레이저 조사는 잘 공지된 임의의 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들면, 도 1a를 참조하면, 한 양태에 따르면, 레이저 조사는, 축적 층(10) 상에 접촉 마스크(18)를 제공하는 단계, 및 레이저 빔(16)을 이용하여 접촉 마스크(18)를 통해 축적 층(10)을 레이저 조사하는 단계를 포함한다. 도 1b를 참조하면, 레이저 조사는, 일정한 거리에서 축적 층(10) 상에 프로젝션 마스크(20)를 제공하는 단계 및 프로젝션 마스크를 통해 축적 층(10)을 레이저 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 레이저 조사는, 도 1b에 도시된 바와 같은 잘 공지된 프로젝션 렌즈(17)를 통해 보조될 수 있다. 다음으로 도 1c를 참조하면, 레이저 조사는, 레이저 빔(16)을 이용하여 선택된 부분(12)에서 축적 층(10)을 조사하는 직접적인 레이저 영상 장치(22)에 의한 직접적인 레이저 영상의 이용을 포함할 수 있다.
한 양태에 따르면, 레이저 공급원(14)은 약 2.00eV 내지 7.00eV, 바람직하게는 약 2.25eV 내지 약 3.65eV의 광자 에너지 수준에서 방출하여, 축적 층(10)의 절연 물질 내부에 존재하는 화학적 결합의 적어도 일부를 파괴한다. 레이저 공급원(14)이 절연 물질을 제거하지 않고 단지 약화시키기 위해서, 레이저 공급원은 약 0.5J/cm2 이하의 평균 레이저 플루언스(fluence)를 나타낼 수 있다. 레이저 빔(16)은 짧은 가시광 내지 깊은 UV 영역(약 550nm 내지 약 150nm)의 파장을 가질 수 있다. 레이저 장치는, 각각 약 532nm 및 약 355nm의 파장을 갖는 제 2 및 제 3 하모닉 ND:YAG 또는 바나데이트 레이저를 포함할 수 있다. 다르게는, 레이저 장치는, 각각 약 527nm 및 약 351nm의 파장을 갖는 제 2 및 제 3 하모닉 Nd:YLF 레이저 장치, 또는 약 354nm의 파장을 갖는 XeCl 엑시머 레이저 장치 또는 약 308nm의 파장을 갖는 XeF 엑시머 레이저 장치를 포함할 수 있다. 양태에 따르면, 상기 언급된 엑시머 레이저 장치가 이들의 높은 펄스 에너지(약 100mJ 내지 약 2J)로 인해서 일반적으로 바람직하다.
상기 열거된 축적 층(10)을 위한 절연 물질에 존재하는 화학적 결합은 대부분 약 1eV 내지 약 10eV의 범위의 결합 에너지를 갖는다. 레이저 빔, 예를 들면 빔(16)을 이용한 조사시, 선택된 부분(12)의 결합된 원자는 광자를 흡수하여 더 높은 에너지 수준으로 여기될 수 있다. 광자 에너지가 결합 에너지보다 더 높으면, 광자 에너지를 흡수한 원자는 결합된 원자의 화학 결합을 파괴할 수 있다. 레이저 조사의 결과인 파괴된 결합의 비율은 광자 흡수 횡단면, 국소적 광자 밀도 및 플루언스에 의존한다. 광자 에너지의 선택을 포함한 레이저 조사의 매개변수는 축적 층(10)의 절연 물질이 사전결정된 깊이의 레이저 빔(16) 흡수를 달성할 수 있도록 양태에 따라 선택될 수 있다. 레이저 투과 깊이는, 도 1a 내지 1c를 비롯한 도면 상에 표시된 치수 D에 의해 표기된다. 양태에 따르면, 선택된 부분(12)이 깊이 D까지 약화되도록 레이저 광자가 축적 층에 흡수될 필요가 있다. 바람직한 양태에 따르면, 깊이 D는 약 5 내지 15 마이크론이다.
이제 도 2를 참조하면, 선택된 부분(12)의 레이저 조사는 축적 층(10) 상에 사전결정된 레이저-약화된 부분(24)을 야기한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 양태에 따른 축적 층(10)의 레이저 조사는 선택된 부분(12)의 모든 물질을 제거하는 것이 아니라(도 1a 내지 1c 참고), 오히려 이들 선택된 부분 내부에서 적어도 일부의 화학적 결합을 파괴하여 레이저-약화된 부분(24)을 생성한다. 레이저-약화된 부분은, 다른 것들 중에서도, 이들이 동일한 에칭 화학과 에칭 공정 변수에 대해 축적 층의 원래 물질보다 더 높은 속도로 에칭될 수 있다는 특징을 갖는다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 양태는 레이저-약화된 부분(24)을 제거하여 오목부(26)를 생성하고, 이는 제공되고자 하는 패턴화된 전도성 층의 사전결정된 패턴에 따라 함입된 패턴을 나타낸다. 본 발명의 양태에 따른 제거는 에칭, 예를 들면 레이저 드릴링 후에 레이저 드릴링된 비아 개구를 스미어 제거하는데 전형적으로 이용되는 잘 공지된 스미어 제거(desmearing) 용액 및 스미어 제거 공정 변수중 하나를 이용한 에칭을 포함할 수 있다. 이런 스미어 제거 용액의 예는 과망간화제를 포함한다. 에칭 용액은 원래의 축적 물질 상에서는 조금 에칭하지만, 레이저-약화된 부분에서는 이들 부분의 화학적 결합이 약화되어 있기 때문에 훨씬 더 많이 에칭할 수 있도록 선택된다.
이제 도 4를 참조하면, 본 발명의 양태는, 오목부(26)를 전도성 물질(27)로 충진하여 패턴화된 전도성 층(28)을 생성하는 것을 포함한다. 양태에 따르면, 충진은 먼저 오목부(26)의 표면을 무전해 도금된 구리 시드 층으로 충진한 후, 전기분해 구리 도금을 이용하여 무전해 도금된 구리 시드 층의 상부를 도금하는 것일 수 있다. 그런 다음, 기계적 연마 방법, 예를 들면 CMP를 이용하여 구리를 오목부 영역으로 한정할 수 있다. 오목부를 금속화시키는 다른 방법도 당 분야의 숙련자의 지식 범위 이내이다. 도 4의 도시된 양태에서는, 패턴화된 전도성 층(27)이 전도성 금속화된 층(빗금 영역으로 도시됨)을 포함한다.
비록 패턴화된 전도성 층에 대한 도 4의 도시된 양태가 이전에 한정된 바와 같은 전도성 금속화 층만을 나타내고 있지만, 양태가 이로 한정되는 것은 아니고, 상기 언급된 바와 같이 다수의 전도성 비아를 포함하는 패턴화된 전도성 층이 본 발명의 범위에 포함된다. 비아는 용도상의 필요에 따라 출구가 없거나(blind) 또는 통과-비아(through-via)일 수 있다. 따라서, 이런 경우, 레이저 조사는 전도성 금속화 패턴 층과 전형적으로 관련된 깊이보다 더 깊은 깊이로 축적 물질을 약화시키도록 선택될 수 있다.
유리하게는 본 발명은 무수 필름 레지스트 적층, 노출, 현상 및 스트리핑을 포함하는 리토그래피를 이용하여 않고 리토그래피 공정 흐름을 레이저 조사와 화학적 에칭만을 요구하는 것으로 대체함으로써 패턴화된 전도성 층, 예를 들면 전도성 금속화 층 또는 전도성 비아 층을 제공하는 방법을 제공한다. 또한, 제안된 본 발명은 유리하게는 축적 층 내부에 함입된 금속 특징부를 생성하고, 이로 인해 종래 기술의 방법에서 보다 더 미세한 선 및 간격, 예를 들면 약 10마이크론 미만의 미세 선 및 간격 특징부를 제공할 수 있다. 또한, 유리하게는 본 발명은 단순한 레이저 제거 공정에 비해 상당히 더 낮은 레이저 강도 및 플루언스(축적 물질에 따라 약 2 내지 약 10배 더 낮다)을 요구하는 레이저 조사를 제공하고, 이 이점은 동일한 레이저 경비가 주어졌을 때 훨씬 더 넓은 면적을 커버하는 것으로 해석될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 레이저-약화된 부분의 화학적 에칭은 유리하게는 종래 기술에서 필요한 축적 표면을 위한 표면 청소 및 조면화(roughening) 공정으로서 작용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래 기술에 비해 공정 단계를 추가하지 않고, 오히려 공정 단계를 감소시킨다. 또한, 유리하게는, 본 발명을 이용하여 종래 기술의 레이저 비아 및 리토그래피 패턴화 방법에 비해 개선된 배열 정확성을 가능하게 할 수 있는 비아 및 선 및 간격 특징부를 패턴화할 수 있다. 종래 기술의 축적 공정에서의 한가지 문제점은 레이저 드릴링된 비아 배열과 리토그래피 특징부 배열이 서로 상호작용하고, 레이저 배열이 축적 배열 제한을 나타낸다는 점이다. 이러한 제한점은 비아 및 전도성 패턴화 둘 모두에 동일한 패턴화 기법을 이용함으로써 극복될 수 있다.
상기 개시된 다양한 양태는 예로서 제공되었을 뿐 본 발명을 한정하고자 함이 아니다. 본 발명의 상세한 양태가 개시되어 있지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된 본 발명이 상기 상세한 설명에 개시된 특정한 세부사항으로 제한되지 않고, 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 이의 많은 변형이 가능하다.
Claims (20)
- 절연 물질을 포함하는 축적(build-up) 층을 제공하는 단계;제공될 패턴화된 전도성 층의 사전결정된 패턴에 따라 상기 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하되, 상기 레이저 조사는, 상기 절연 물질의 화학적 결합의 적어도 일부의 결합 에너지보다 더 높은 광자 에너지를 갖는 레이저 빔을 이용하여 상기 사전결정된 패턴에 따라 상기 축적 층의 사전결정된 레이저-약화된 부분을 생성하는 것을 포함하고, 상기 축적 층의 레이저-약화된 부분은 축적 층의 비-레이저 조사 부분보다 고속으로 에칭될 수 있는, 단계;상기 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 단계 후, 상기 축적 층의 레이저-약화된 부분을 제거하여 상기 사전결정된 패턴에 따라 오목부를 생성하되, 에칭 용액을 이용하여 상기 레이저-약화된 부분을 상기 비-레이저 조사 부분보다 고속으로 에칭하는 단계; 및상기 오목부를 전도성 물질로 충진시켜, 패턴화된 전도성 층을 생성하는 단계를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 2.00eV 내지 7.00eV의 광자 에너지를 갖는 레이저 공급원을 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 0.5J/cm2 이하의 평균 레이저 플루언스(fluence)를 갖는 레이저 공급원을 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 150nm 내지 550nm의 파장을 갖는 레이저 공급원을 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 각각 532nm 및 355nm의 파장을 갖는 제 2 및 제 3 하모닉 Nd: YAG 또는 바나데이트 레이저 장치를 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 각각 527nm 및 351nm의 파장을 갖는 제 2 및 제 3 하모닉 Nd:YLF 레이저 장치를 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 354nm의 파장을 갖는 XeCl 엑시머 레이저 장치 또는 308nm의 파장을 갖는 XeF 엑시머 레이저 장치를 이용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,절연 물질 및 레이저 빔이, 절연 물질에 의한 레이저 빔의 사전결정된 흡수 깊이를 달성하도록 선택되는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 8 항에 있어서,패턴화된 전도성 층의 깊이가 5 내지 15마이크론인, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가축적 층 상에 접촉 마스크를 제공하는 단계; 및상기 접촉 마스크를 통해 축적 층을 레이저 조사하여, 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 단계를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가축적 층 상에 프로젝션 마스크를 제공하는 단계; 및상기 프로젝션 마스크를 통해 축적 층을 레이저 조사하여, 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 단계를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,레이저 조사가, 레이저 직접 영상화를 이용하여 축적 층의 선택된 부분을 레이저 조사하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,제거가, 레이저-약화된 부분을 에칭하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 13 항에 있어서,에칭이, 과망간화제를 사용하는 것을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,충진이,축적 층 상에 및 오목부 내에 무전해 도금된 전도성 시드 층을 제공하는 단계,상기 무전해 도금된 전도성 시드 층 상에 전기분해 도금된 전도성 층을 제공하는 단계, 및상기 전기분해 도금된 전도성 층을 기계적으로 연마하는 단계를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,축적 층이, 에폭시 수지계 유전체 물질, 유리 섬유 강화된 폴리이미드 또는 비스말레이미드-트라이아진(BT)중 하나를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 15 항에 있어서,축적 층이, 유리 섬유 강화된 에폭시 수지를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,전도성 물질이 구리를 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,패턴화된 전도성 층이 전도성 금속화 층을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,패턴화된 전도성 층이 전도성 비아(via) 층을 포함하는, 패턴화된 전도성 층을 제공하는 방법.
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