KR20010030168A - Process For Fabricating Low Dielectric Constant(low-k) Layers In Integrated Circuits - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적 회로 구조 및 그의 감소된 라인 대 라인 정전 용량을 가진 직접 회로의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated circuit structure and a method for manufacturing an integrated circuit having reduced line-to-line capacitance thereof.
집적 회로의 집적화 및 소형화는 집적 회로 부분들 사이의 간격을 줄이는 결과가 된다. 이러한 감소는 상기 집적 회로 안에 뛰어난 플라스틱 정전 용량의 구성요소가 될 라인 대 라인 정전 용량(CL-L) 또는 수평 전도체(intralevel conductor)를 야기한다. 낮은 유전 상수를 가지는 물질들은 라인 대 라인 정전 용량을 감소시키기 위하여 집적 회로 안의 간격층 유전체(ILD)와 같이 이용된다.Integration and miniaturization of integrated circuits results in reducing the spacing between integrated circuit portions. This reduction results in a line-to-line capacitance (C LL ) or horizontal level conductor that will be a component of excellent plastic capacitance in the integrated circuit. Materials with low dielectric constants are used like gap layer dielectrics (ILDs) in integrated circuits to reduce line-to-line capacitance.
CL-L의 증가에 대한 문제는 트렌치와 비아를 합병한 이중 다마스커스 전도체 구조(dual damascene conductor structure)에 작용할 수 있다. 따라서, 낮은 유전 상수(로우-케이)을 갖는 물질은 이중 다마스커스 구조에 대하여 이용된다. 하나의 기술에서는 트렌치층과 비아층에 대하여 로우-케이 유전체 단일층을 이용한다. 단일 로우-케이 유전층 이용으로 라인 대 라인 정전 용량이 감소되는 동안, 단일 로우-케이 층을 갖는 이중 다마스커스 구조의 제조는 어려워 질 수 있다. 처리 단계에서는 매우 바람직하게 제어될 트렌치 에칭(trench etch)을 요구한다. 상기 트렌치 에칭은 우수한 내부의 웨이퍼 및 웨이퍼 대 웨이퍼 균일성을 구비해야 하고, 에칭비는 트렌치 폭과 무관해야 한다. 또한, 트렌치의 하부는 대체로 평면으로 이루어진다. 상술한 것은 여러 종래의 에칭 도구를 이용하여 획득하는 것을 어렵게 한다.The problem of increasing C LL can work on a dual damascene conductor structure incorporating trenches and vias. Thus, materials with low dielectric constants (low-kay) are used for the double damascus structure. One technique uses a low-k dielectric monolayer for the trench and via layers. While line-to-line capacitance is reduced with the use of a single low-k dielectric layer, the fabrication of a double damascus structure with a single low-k layer can be difficult. The processing step requires a trench etch to be controlled very preferably. The trench etch should have good internal wafer and wafer to wafer uniformity, and the etch ratio should be independent of the trench width. In addition, the lower portion of the trench is generally planar. The foregoing makes it difficult to obtain using various conventional etching tools.
이중 다마스커스 구조의 로우-케이 물질들을 통합시키는 다른 기술에서는 트렌치층과 비아층 사이의 에칭-중단층을 이용한다 (또한, 동일한 물질은 트렌치층과 비아층을 이용한다). 상기 에칭-중단층이 트렌치 유전층과 비아 유전층 사이의 에칭을 높게 선택하는 동안, 에칭 중단 처리는 상대적으로 어려워진다. 에칭-중단층은 증착을 처리하는 단계에 다른 단계를 부가하고, 여러 경우에 있어서, 중단 에칭을 위해 필요한 증착 도구들은 트렌치 유전체 및 비아 유전체의 증착에 이용한 도구들과 같지 않다. 상술된 것은 제조 방법의 시간과 비용을 증가시킨다. 결국, 광학 막두께의 측정은 복잡한 구조처럼 어렵게 형성되어 있기 때문에 3층 막 스택(stack)을 제어하는 것은 어렵다.Another technique for incorporating low-k materials of dual damascus structure employs an etch-interruption layer between the trench and via layers (also, the same material uses trench and via layers). While the etch-stop layer selects a high etch between the trench dielectric layer and the via dielectric layer, the etch stop process becomes relatively difficult. The etch-stop layer adds another step to the processing of the deposition, and in many cases the deposition tools required for the stop etch are not the same tools used for the deposition of the trench dielectric and the via dielectric. The above increases the time and cost of the manufacturing method. After all, it is difficult to control the three-layer film stack because the measurement of the optical film thickness is made difficult like a complicated structure.
상술된 결점에 부가하여, 이용 가능한 많은 로우-케이 유전체 물질들이 처리방법이 어려운 실리콘 옥사이드와 비교하여 연성이라는 단점이 있다.In addition to the drawbacks described above, many of the low-k dielectric materials available have the disadvantage of being soft compared to silicon oxide, which is difficult to process.
따라서, 집적 회로의 로우-케이 층을 제조하는 제조기술이 요구되고 있다.Thus, there is a need for fabrication techniques to fabricate low-k layers of integrated circuits.
본 발명은 라인 대 라인 정전 용량(CL-L)를 감소시키는 멀티층 유전체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에서는 제 1 유전층 위에 형성된 제 2 유전층을 위하여 지지대를 제공하도록 형성된 제 1 유전층을 포함한다. 상기 제 2 유전층은 금속 러너(metal runner)와 같은 전도성의 소자들 사이에 형성될 수 있는 로우-케이이다. 두 개의 유전층 사이에 선택적으로 에칭하는 것은 멀티-수평 집적 회로의 수평사이에 상호 연결하는 제조를 조성한다.The present invention is directed to a method of manufacturing a multilayer dielectric that reduces line to line capacitance (C LL ). The method includes a first dielectric layer formed to provide a support for a second dielectric layer formed over the first dielectric layer. The second dielectric layer is low-k which can be formed between conductive elements such as a metal runner. Selective etching between two dielectric layers creates a manufacturing interconnect between the horizontals of multi-horizontal integrated circuits.
도 1은 본 발명에 따른 양호한 실시예의 단면도.1 is a cross-sectional view of a preferred embodiment according to the present invention.
도 2(a) 내지 도 2(e)는 제조 방법의 순서를 도시하는 본 발명에 따른 양호한 실시예의 단면도.2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views of a preferred embodiment according to the present invention showing the sequence of the manufacturing method.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예를 도시하는 도면.3 shows a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 양호한 실시예를 도시하는 도면..4 shows a preferred embodiment of the present invention.
*도면 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of Symbols for Major Parts of Drawings
100 : 기판 101 : 제 1 유전층100 substrate 101 first dielectric layer
102 : 제 2 유전층 103 : 전도성 소자102: second dielectric layer 103: conductive element
203 : 비아층 204 : 트렌치층203: via layer 204: trench layer
206 : 포토레지스트층 301 : 비아 포토레지스트206: photoresist layer 301: via photoresist
요약하면, 본 발명은 집적 회로에서 플라스틱 정전 용량을 감소한 집적 회로를 이용하는 멀티층 유전체의 제조 방법에 관한 것이다. 도 1에 있어서, 제 1 유전층(101)은 기판(100) 위에 형성되고, 제 2 유전층(102)은 제 1 유전층(101) 위에 형성된다. 상기 제 1 유전층(101)은 제 2 유전층을 위하여 구조적 지지대를 제공하여 양호한 열의 전도성 특성을 가진다. 상기 제 2 유전층은 낮은 유전 상수(로우-케이)를 갖는 물질이다. 상기 로우-케이 층(102)은 전도성 소자들 사이의 플라스틱 정전 용량의 감소를 조성하기 위하여 전도성 소자들(103)사이에 형성된다.In summary, the present invention relates to a method for manufacturing a multilayer dielectric using an integrated circuit with reduced plastic capacitance in an integrated circuit. In FIG. 1, a first dielectric layer 101 is formed over a substrate 100, and a second dielectric layer 102 is formed over the first dielectric layer 101. The first dielectric layer 101 provides structural support for the second dielectric layer to have good thermal conductivity. The second dielectric layer is a material having a low dielectric constant (low-k). The low-k layer 102 is formed between the conductive elements 103 to create a reduction in the plastic capacitance between the conductive elements.
되 1에 도시된 양호한 실시예에 있어서, 본 발명은 금속 러너가 될 수 있는 전도성 소자(103) 사이의 CL-L를 감소시킨다. 제 1 유전층(101)은 구조적 층과 같이 참조될 수 있고, 제 2 유전층(102)은 로우-케이 유전층과 같이 참조될 수 있다. 도 2(a) 내지 도 2(e), 도 3 및 도 4에 도시된 양호한 실시예에는, 감소된 라인 대 라인 정전 용량을 가진 이중 다마스커스 구조가 공지되어 있다. 이중 다마스커스 구조를 기술한 실시예에 있어서, 제 1 유전층은 비아가 형성된 층이기 때문에 비아 유전체와 같이 참조될 수 있고, 제 2 유전층은 트렌치가 형성된 층이기 때문에 트렌치 유전체 같이 참조될 수 있다. 결국, 도 1에 도시된 구조를 형성하는 양호한 제조 기술은 후술될 양호한 실시예에 대하여 실질적으로 비아 유전체와 트렌치 유전체를 이용하는 것과 같다.In the preferred embodiment shown in Figure 1, the present invention reduces the C LL between conductive elements 103, which can be a metal runner. The first dielectric layer 101 may be referred to as a structural layer, and the second dielectric layer 102 may be referred to as a low-k dielectric layer. In the preferred embodiment shown in FIGS. 2 (a) -2 (e), 3 and 4, a dual damascus structure with reduced line-to-line capacitance is known. In embodiments describing the dual damascus structure, the first dielectric layer may be referred to as the via dielectric because it is a via formed layer, and the second dielectric layer may be referred to as a trench dielectric because it is a trenched layer. As a result, the preferred fabrication technique for forming the structure shown in FIG. 1 is substantially the same as using via dielectric and trench dielectric for the preferred embodiment described below.
도 2(a)에 있어서, 상기 기판(201)은 표준 기술에 의해 기판 위에 증착된 전도성 소자(202)를 가진다. 기판은 집적 회로를 제조하는 것에 이용하는 다른 금속뿐만 아니라 유전체 금속 또는 실리콘, GaAs 또는 SiGe와 같은 반도체가 될 수 있다. 비아층(203)은 종래의 증착 기술에 의해 기판(201) 위에 형성되어 600nm 내지 900nm 의 양호한 두께를 가진다. 예시로서, 상기 비아층은 플라즈마 강화된 화학 작용의 증기 증착(PECVD) 또는 고밀도 플라즈마 화학 작용의 증기 증착(HDP-CVD)에 의해 형성된다. 비아 유전체 물질은 상기 물질의 기계적, 온도적 및 플라즈마 에칭에 대해서 선택된다. 끝으로, 비아층은 트렌치층(204)에 기계적 안정도/강도를 제공한다. 또한, 비아층(203)은 트렌치 유전체 물질보다 더 높은 열을 발산할 수 있어 후술된 트렌치 유전체 보다 상이한 비율로 에칭될 수 있다. 약 60 GPa 내지 120 GPa 의 범위에서 적은 계수 및 약 9.0 mW/cm-K 내지 17.0 mW/cm-K의 범위에서 열 전도성을 가지는 물질들은 비아 유전층과 같이 이용될 수 있다. 양호한 물질들은 실리콘 다이옥사이드 및 불소 도프된 실리콘 다이옥사이드(플루오로실리케이트 글라스(FSG)로 공지된)제한하지 않고 포함한다.In FIG. 2A, the substrate 201 has a conductive element 202 deposited over the substrate by standard techniques. The substrate can be a dielectric metal or a semiconductor such as silicon, GaAs or SiGe as well as other metals used to fabricate integrated circuits. Via layer 203 is formed over substrate 201 by conventional deposition techniques and has a good thickness between 600 nm and 900 nm. By way of example, the via layer is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD). Via dielectric material is selected for the mechanical, thermal and plasma etching of the material. Finally, the via layer provides mechanical stability / strength to the trench layer 204. In addition, the via layer 203 may dissipate higher heat than the trench dielectric material and may be etched at a different rate than the trench dielectric described below. Materials with low modulus in the range of about 60 GPa to 120 GPa and thermal conductivity in the range of about 9.0 mW / cm-K to 17.0 mW / cm-K can be used with the via dielectric layer. Preferred materials include, but are not limited to, silicon dioxide and fluorine doped silicon dioxide (known as fluorosilicate glass (FSG)).
비아 유전체를 형성한 이후, 트렌치 유전체(204)는 300nm 내지 800 nm 의 양호한 두께를 가진 비아 유전체 위에 형성된다. 트렌치 유전층은 PECVD 뿐만 아니라 기술상의 표준 회전에 의해 증착될 수 있다. 양호한 트렌치 유전체 물질은 낮은 유전체 유기 중합체(low dielectric organic polymer)(예를 들면, DOW 화학 회사의 트레이드마크, SILK), 하이브리도 유기 사일로자니 중합체(hybrido organo siloxane polymer)(예를 들면, 시그널 연합 회사 트레이드네임, HOSP), 나노폴로우스어스 실리케이트 글라스(nanoporousous silicate glass)(예를 들면, 시그널 연합 회사 트레이드네임, 나노글래스(Nanoglass)) 및 유기 실리케이트 글라스(예를 들면, 물질 연합 회사 트레이드네임, COREL)를 포함한다. 양호한 실시예에 있어서, 층(204)의 유전 상수는 층(203)의 유전 상수보다 작다. 예시로서, 상기 트렌치층(204)은 2.0 내지 3.7 정도의 유전 상수를 가질 수 있다. 그러나, 상술된 것은 2.0 미만의 유전 상수를 가진 트렌치 유전체(203)와 같은 물질을 이용하는 본 발명의 범위 내에서 가질 수 있다. 로우-케이 트렌치 유전체는 공지된 바와 같이 라인 대 라인 정전 용량을 감소시키는 것에 의해 간격층 유전체(ILD)의 전체 유전 상수를 감소시킨다.After forming the via dielectric, the trench dielectric 204 is formed over the via dielectric with a good thickness of 300 nm to 800 nm. Trench dielectric layers can be deposited by PECVD as well as standard rotation in the art. Preferred trench dielectric materials are low dielectric organic polymers (e.g., DOW Chemical's trademark, SILK), hybrido organo siloxane polymers (e.g., signal association Corporate trade name, HOSP), nanoporousous silicate glass (e.g., signal federation company tradename, Nanoglass) and organic silicate glass (e.g., material association company tradename, COREL). In a preferred embodiment, the dielectric constant of layer 204 is less than the dielectric constant of layer 203. For example, the trench layer 204 may have a dielectric constant of about 2.0 to about 3.7. However, what has been described above may be within the scope of the present invention using a material such as trench dielectric 203 having a dielectric constant of less than 2.0. Low-k trench dielectrics reduce the overall dielectric constant of the interlayer dielectric (ILD) by reducing line-to-line capacitance as is known.
도 2(b)에는 비아(205)가 도시된다. 양호한 실시예에 있어서, 비아(205)의 에칭은 반작용의 이론 에칭에 의해 실행된다. 상기 에칭은 수직의 측면 에칭을 이루도록 공지된 기술에 의해 실행 될 수 있다. 비아 에칭 방법은 전도성 소자(202) 위에 위치된 하부층의 패시베이션(bottom passivation layer)(도시되지 않음) 전에 종료된다. 결국, 실리콘 다이옥사이드와 FSG의 에칭에 이용된 종래의 화학 작용은 비아 에칭 단계에서 이용된다.2B shows via 205. In a preferred embodiment, the etching of the vias 205 is performed by reactive theoretical etching. The etching can be performed by known techniques to achieve vertical side etching. The via etch method ends before the bottom passivation layer (not shown) of the underlying layer located over the conductive element 202. As a result, the conventional chemistry used to etch silicon dioxide and FSG is used in the via etch step.
도 2(c)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트층(206)은 트렌치로 규정되어 이용된다. 도 2(d)에 있어서, 트렌치(207)는 트렌치층(204)와 비아층(203) 사이의 높은 선택비를 제공하는 방법을 이용하여 반작용의 이온 에칭에 의해 에칭되는 것이 도시된다. 따라서, 종래 기술에 의해 요구된 바와 같이 에칭-중단층을 가지는 복잡성이 선행될 수 있다.As shown in Fig. 2C, the photoresist layer 206 is defined and used as a trench. In FIG. 2 (d), trench 207 is shown to be etched by reactive ion etching using a method that provides a high selectivity between trench layer 204 and via layer 203. Thus, the complexity of having an etch-stop layer may be preceded by the prior art as required.
임의의 양호한 물질을 위한 에칭 화학 작용의 실예가 후술된다. 예시로서, SILK와 같은 순수 유기 물질이 트렌치층(204)에 이용되고 비아층은 SiO2또는 FSG 일 때, 산소 및 수소(불소)를 포함하는 에칭 화학 작용의 이용은 20:1 정도의 에칭 선택비를 제공할 것이다. 트렌치층(204)이 나노글라스(다공성 SiO2)이고 비아층(203)이 SiO2또는 FSG 일 때, CHF3/CF4또는 C4F8/CO 와 같은 종래의 옥사이드 에칭 화학 작용은 층(204)와 층(203) 사이에 4:1 정도의 에칭 선택비를 제공한다.Examples of etching chemistries for any good material are described below. As an example, SILK When a pure organic material such as is used in the trench layer 204 and the via layer is SiO 2 or FSG, the use of an etching chemistry comprising oxygen and hydrogen (fluorine) may provide an etch selectivity of about 20: 1. will be. When the trench layer 204 is nanoglass (porous SiO 2 ) and the via layer 203 is SiO 2 or FSG, conventional oxide etch chemistries such as CHF 3 / CF 4 or C 4 F 8 / CO may be applied to the layer ( An etching selectivity of about 4: 1 is provided between 204 and layer 203.
그 결과, 에칭 선택비는 웨이퍼 대 웨이퍼 결과로부터 웨이퍼 안의 트렌치 깊이의 제어를 개선하게 된다. 또한, 트렌치(207)의 에칭은 수직의 측면 에칭을 이루도록 실행된다. 결국, 상기 트렌치 에칭은 비아를 재에칭한 이후 에칭을 끝내기 위하여 본 기술 분야의 숙련된 기술자들이 아는 바와 같이 종점 검출 기술(endpoint detection technique)을 사용할 수 있다. 결과적으로 이중 다마스커스 구조는 비아(205)와 트렌치(207)가 표준 기술에 의해 전도체(208)를 충진한 이후 도 2(e)에 도시된다.As a result, the etch selectivity improves the control of trench depth in the wafer from wafer to wafer results. Further, etching of the trench 207 is performed to achieve vertical side etching. As a result, the trench etch can use an endpoint detection technique as known to those skilled in the art to finish the etch after reetching the via. As a result, the double damascus structure is shown in FIG. 2E after vias 205 and trenches 207 fill conductor 208 by standard techniques.
도 3 및 도 4에는 본 발명의 범위 안의 다른 제조 기술이 도시된다. 도 3에 도시된 다른 실시예를 이용하는 물질 및 방법은 실질적으로 구조에 대한 설명이 같고, 충진된 비아가 우선 제조된다. 도 3은 공지된 본 발명에 따른 양호한 실시예를 도시하고, 트렌치는 층(203)과 층(204) 사이의 선택비를 통하여 제조된다. 트렌치층(207)로부터 트레치층(204)까지 에칭한 이후, 비아 포토레지스트(301)는 증착되고, 충진된 비아(205)는 에칭된다. 도 4에 도시된 구조에 있어서, 일부 비아는 (401)에서 도시된 바와 같이 형성된다. 이후, 트렌치 포토레지스트(402)는 트렌치층(204) 위에 증착된다. 이후, 플라즈마 에칭 단계는 결과적으로 제조된 트렌치와 충진된 비아의 표준 기술에 의해 실행된다.3 and 4 show another manufacturing technique within the scope of the present invention. The materials and methods using the other embodiments shown in FIG. 3 have substantially the same description of the structure, and filled vias are first made. 3 shows a preferred embodiment according to the known invention, wherein trenches are made through the selectivity between layers 203 and 204. After etching from trench layer 207 to trench layer 204, via photoresist 301 is deposited and filled via 205 is etched. In the structure shown in FIG. 4, some vias are formed as shown at 401. Afterwards, trench photoresist 402 is deposited over trench layer 204. The plasma etch step is then performed by standard techniques of the resulting trenches and filled vias.
본 발명의 변형 및 변화는 본 기술 분야의 범위 내에서 상세한 설명에 의해 명백해진다. 상기 변형은 공지된 집적 회로와 멀티층 유전체 구조의 이용을 통하여 감소된 ILD 유전 상수를 가진 제조 방법의 범위 내에서 이루어진다.Modifications and variations of the present invention will become apparent from the detailed description within the scope of the art. Such modifications are made within the scope of fabrication methods with reduced ILD dielectric constants through the use of known integrated circuits and multilayer dielectric structures.
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