KR20070086070A - 다공성 저 ｋ 유전 필름의 자외선 지원 기공 밀봉 - Google Patents

다공성 저 ｋ 유전 필름의 자외선 지원 기공 밀봉 Download PDF

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카를로 왈드프라이드
올란도 에스코르시아
이반 베리
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액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

다공성 저 k 유전 필름을 밀봉하는 공정은 탄화, 산화 및/또는 필름 조밀화에 의해서 다공성 유전 표면을 밀봉하는데 효과적인 강도, 시간, 파장 길이 및 공기에서 자외선(UV) 복사에 다공성 저 k 유전 필름의 다공성 표면을 노출하는 것을 일반적으로 포함한다. 다공성 저 k 유전 물질의 표면은 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 밀봉되고, 상기 표면은 UV 노출 이후에 실질적으로 기공이 없다.
다공성 저 k 유전 물질, 자외선 복사, 에칭, 어닐링

Description

다공성 저 ｋ 유전 필름의 자외선 지원 기공 밀봉{ULTRAVIOLET ASSISTED PORE SEALING OF POROUS LOW K DIELECTRIC FILMS}
본 발명은 일반적으로 반도체 장치의 제조에 관한 것이고, 특히, 반도체 장치에서 사용되는 다공성 저 K 유전 물질에 대한 자외선 지원 구멍 밀봉 공정에 관한 것이다.
반도체 및 다른 마이크로일렉트릭 장치가 점진적으로 크기가 감소함에 따라, 장치상에 위치되는 소자에 대한 요구 사항이 계속 증가한다. 예를 들어, 상호 연결된 전선 간 용량성 혼선 예방은 소형 장치와 함께 상당히 중요하게 된다. 용량성 혼선은 일반적으로 컨덕터들 사이의 거리 및 컨덕터들 사이에 위치된, 유전 상수(k)를 갖는 두 개의 물질에 대한 기능이다. 고려할 수 있는 주의점은 저 유전 상수를 갖는 새로운 절연체를 사용하여 서로로부터 컨덕터를 전기적으로 절연시키는 것에 중점을 두는데, 이는 실리카(SiO2)가 그의 상대적으로 양호한 전기적이고 물리적인 특성으로 인해, 이런 장치에서 전부터 사용되어왔지만, 장치가 더 작아지고, 약 4보다 작은 SiO2의 값인 유전 상수를 필요로 하기 때문이다. 이런 새로운 저 k 물질(즉, 유전 상수가 4보다 작음)은 예컨대, 층간 유전체(ILD)로써 사용하기를 희 망한다.
저 유전 상수를 획득하기 위해서, 저 유전 상수를 가지고/가지거나 물질에 다공성을 도입하는 물질을 사용할 수 있는데, 이는 공기의 유전 상수가 일반적으로 1이기 때문에 유전 상수를 효과적으로 낮춘다. 다공성은 여러 수단을 통해 저 k 물질에 도입되어왔다. 스핀-온(spin-on) 저 k 유전체의 경우에, k 값을 낮추는 것은 끓는점이 높은 용매를 사용하거나, 주형을 사용하거나 포로겐(porogen) 기반에 의해 성취될 수 있다. 그러나 반도체 장치의 제조시 다공성 저 k 물질의 통합은 일반적으로 어렵다.
예를 들어, 다공성 저 k 유전 물질의 공개된 특성으로 인해, 그 후의 프로세싱(즉, 다공성 저 k 유전 물질의 형성(formation) 이후)에서 사용되는 공정 가스 및 화학물질이 다공성 네트워크로 확산될 수 있는데, 여기서 그들은 손상을 가져올 뿐만 아니라 유전 상수를 바꾸도록 트립(trip)된다. 게다가, 표면과 직접 연결된 기공은 핀홀(pinhole)이 예컨대 장벽층과 같은 곳 위에서 증착되고/되거나 형성되는 다음 층 상에서 형성되도록 한다.
따라서, 반도체 장비 내에서 통합을 위해 다공성 저 k 유전 물질에 대한 개선된 방법을 기술적으로 제공할 필요가 있다. 적어도 종래 기술에서 주의되는 문제점으로 인해서, 부가적은 층들을 증착하기 전 및/또는 부가적인 프로세싱 전에 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하기를 희망할 것이다. 다공성 저 k 유전물질의 표면을 밀봉하는 것은 공정 가스 및 화학 물질의 침투(및 트랩핑)를 막는데 유리할 것이다. 게다가, 밀봉은 부가적인 층을 표면층 위에 코팅/증착하기 위해 연속적인 표면 층을 제공할 것이다. 따라서, 그 다음의 층에서 핀홀 형성은 실제로 예방될 수 있다.
다공성 저 k 유전 물질의 자외선 지원 기공 밀봉 공정이 여기서 개시된다. 한 실시예에서, 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정은 약 20나노미터보다 작거나 같은 깊이로 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계를 포함하고, 여기서 상기 표면은 실질적으로 기공이 없다.
다른 실시예에서, 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정이 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 패터닝하는 단계; 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사에 다공성 저 k 유전 필름을 노출시키는 단계를 표현하는데, 상기 표면은 실질적으로 기공이 없으며; 패턴된 다공성 저 k 유전 물질 상에 장벽층 및/또는 전도층을 증착시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정이 공기 중에서 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하도록 산소를 포함하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 표면을 노출시킴으로써 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 산화시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정은 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 표면을 노출시킴으로써 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 탄화시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정은 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 표면을 노출시킴으로써 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 조밀하게 하는 것을 포함한다.
다른 실시예에서, 기판상에 배치된 유전 물질의 기공을 밀봉하는 공정은 그 후의 물질에 대한 본딩 지점(bonding site)이 기공을 밀봉할 때 적용되도록 표면 본드(surface bond)를 변경하기 위해서 자외선 복사에 기판을 노출시키는 것을 포함한다.
다른 실시예에서, 기판상에 배치된 유전 물질의 기공을 밀봉하는 공정은 그 후의 물질에 대한 본딩 지점이 기공을 밀봉할 때 적용되도록 표면 본드를 변경하기 위해서 공기를 산화시키거나 감소시키기 전에 자외선 복사에 기판을 노출시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판상에 배치된 유전 물질의 기공을 밀봉하는 공정은 기공을 밀봉하는 UV 공정에 의해 형성되는 본드에 선택적으로 반응하는 밀봉 물질의 증착에 이어 표면 본드를 변경하기 위해서 공기를 산화시키거나 감소시키거나/시키지 않고 자외선 복사에 유전 물질을 노출시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판상에 배치된 유전 물질의 기공을 밀봉하는 다단계 공정은 밀봉체 물질 또는 밀봉체 전구체에 유전 물질을 노출하는 것 및 밀봉체를 기판과 반응시키고/시키거나 기공을 밀봉하는 밀봉 물질의 본딩 구조를 변경하기 위해서 공기를 산화시키거나 감소시키고/시키지않고 기판을 자외선 복사에 노출시키는 것을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 기판상에 배치된 유전 물질의 기공을 밀폐하는 공정은 유전 물질을 밀봉체 물질에 노출시키는 반면, 공기를 산화시키거나 감소시키고/시키기 않고 기판을 자외선 복사에 노출시키는 것을 포함하는데, 여기서 자외선 복사는 밀봉체, 기판 및/또는 둘 다와 반응하고, 이는 기공을 밀봉한다.
상술된 특징 및 다른 특징은 다음의 도면 및 상세한 설명으로 예시된다.
이제 예시적인 실시예인 도면을 참조하는데, 여기서 동일한 요소는 동일한 번호가 매겨진다.
도1은 본 발명에 따라 UV 처리 전 및 후의 다공성 저 k 유전층을 포함하는 회로에 대한 피치(pitch)의 함수로써 항복 전압(breakdown voltage)의 그래프; 및
도2는 시간의 함수로써 플루오르화 수소 습식 에칭 공정에 노출된 후에 다공성 유전 물질의 상대적인 손실을 도시하는 도면.
본원은 일반적으로 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 관한 것이다. 공정은 실질적으로 자외선 복사에 반응할 때 기공을 밀봉하는 물질의 증착 및/또는 동시적으로 자외선 복사와 반응할 때 기밀을 밀봉하는 물질의 증착에 의해서, 기공 을 밀봉하는 증착된 물질의 화학적 반응을 가능하게 하는 표면 반응 지점의 생성, 필름 조밀화, 산화, 탄화의 방법으로 다공성 유전 표면을 밀봉하는데 효과적인 강도, 시간, 파장 길이 및 공기에서 자외선(UV) 복사에 다공성 저 k 유전 필름의 다공성 표면을 노출하는 것을 일반적으로 포함한다. UV 지원 밀봉 공정은 집적 회로 제조 공정 내에서 다공성 저 k 유전 물질을 통합하는 수단을 포함하는 것이 유리하다. 선택적으로, 자외선 복사에 노출된 후에, 퍼나스 어닐링(furnace annealing) 및 이와 같은 공정들은 여러 애플리케이션 및 제조 공정 동안 필요로 될 수 있기 때문에 여러 증착 층을 어닐링하는데 사용될 수 있다. 여기서 사용되는 바와 같이, "다공성 저 k 유전 물질"이라는 어휘는 일반적으로 다공성 매트릭스를 포함하는 물질에 관한 것이고, 여기서 약 3.0보다 작은 유전 상수(k)를 갖는 기공 지름은 약 2 나노미터(nm)보다 작다.
진보적인 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정은 기판상에 다공성 저 k 유전 물질을 형성하는 것 및 그 후에 낮은 저 k 유전 물질의 표면을 밀봉하거나 적용되는 밀봉 물질에 본딩 지점을 생성하는데 효과적인 시간, 파장 길이, 강도 및 공기의 자외선 복사 패턴에 표면을 노출시키는 것을 일반적으로 포함한다. 한 실시예에서, 자외선 복사는 20나노미터의 깊이, 바람직하게는 약 10나노미터의 깊이, 더 바람직하게는 평균 기공 지름과 동일한 깊이로 다공성 저 k 유전 물질의 노출 표면을 밀봉하는데 효과적이다. 유전 물질을 밀봉하는 것이 20나노미터를 초과할 수 있을지라도, 밀봉 침투력이 저 k 물질의 벌크 유전 비해비어(behavior)에 영향을 미치기 때문에 진보적인 반도체 제조 동안에 덜 바람직한 것이 일반적이다. 적어도 이 런 깊이로 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 것이 실질적으로 부가적인 프로세싱에서 유전 물질에 계속적인 손상을 방지한다고 보여진다. 이와 같이, 그 다음의 프로세싱 동안에 사용되는 공정 가스 및 화학물질들은 다공성 저 k 유전 물질의 다공성 표면에 침투할 수 없다. 게다가, 다공성 저 k 유전층을 밀봉함으로써, 다음 층, 예컨대, 장벽층 또는 확산층의 증착 및/또는 코팅은 행해져, 밑에 있는 다공성 유전 물질이 실질적으로 핀홀이 없기 때문에, 즉 밀봉되었기 때문에, 실질적으로 핀홀이 없다. 집적 회로의 제조에서, 확산층 또는 장벽층이 중요할 수 있는데, 이런 층들이 중간층 유전물질 및 예컨대, 구리 내부접속과 같은 그 다음에 증착된 전도성 물질 사이의 경계를 형성하는데 사용되기 때문이다.
다공성 저 k 유전 필름을 형성하는데 사용될 수 있는 종래 기술에 의해 일반적으로 사용되는 공정들의 일부 예들은 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 고밀도 PECVD, 포톤 지원 CVD, 플라즈마-포톤 지원 CVD, 극저온 CVD, 화학 지원 기상 증착, 고온-필라멘트 CVD, 액체 중합체 전구체로 된 CVD, 임계 초과 유체로부터 증착 또는 트랜스포트 중합("TP")이다. 필름을 형성하는데 사용될 수 있는 다른 공정들은 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), Langmuir-blodgett 자기-어셈블리, 또는 미스팅 증착(misting deposion) 방법이다.
여기서 사용되는 바와 같이, "다공성 저 k 유전 물질"이라는 어휘는 매트릭스 및 포로겐을 포함하는 이런 물질에 관한 것이 일반적이고, 여기서 포로겐의 제거 후 유전 물질은 다공성 구조를 갖는다. "포로겐 물질"이라는 어휘는 포로겐의 제거 후에 저 k 유전 필름 내에 기공을 발생시키거나 형성하는, 종래 기술에서 공 지된 희생적인 유기체 기반 물질(sacrificial organic based materials)이라고 일반적으로 칭해진다. 포로겐 물질은 매트릭스 또는 매트릭스 전구체에서 도메인(또는 분리된 영역)을 형성하는데, 이는 제거시 매트릭스 또는 매트릭스 전구체에 기공을 형성한다. 바람직하게는, 도메인이 최종적으로 희망하는 기공 크기보다 크지 않아야만 한다. 본원에서, 적합한 포로겐 물질은 제한을 위해서가 아니라 휘발성 일부분 또는 근원을 형성하기 위해서 열 및/또는 광 복사(photo radiation)에 노출시 강등하는 물질을 포함할 수 있는데, 이는 예컨대, 불활성 기체의 흐름 하에 매트릭스 물질 또는 매트릭스 전구체 물질로부터 제거될 수 있다. 이런 방법으로, 복사에 노출시, 기공들은 매트릭스 내에 그리고 매트릭스 도처에 형성되고, 일반적으로 하부 표면으로부터 하부 표면으로 늘어난다. 이와 같이, 결과적인 표면은 다수의 핀홀을 포함할 수 있다.
열적으로 불안정하고, 열적으로 제거할 수 있고, 광화학적으로 불안정하고, 광화학적으로 제거할 수 있는 등 기술에서 일반적으로 특징지어지는 포로겐 물질은 일반적으로 다공성 저 k 유전 물질을 형성하기에 적합하다. 이런 정류의 물질은 U.S. 특허 제 6,653,358호의 "A Composition Containing a Cross-linkable Matrix Precursor and a Porogen and a Porous Matrix Prepared Therefrom"이라는 제목의 문서에서 일반적으로 개시되고, 이 문서의 내용은 참조의 방법으로 본원에 전적으로 통합된다. 예시적인 포로겐 물질들은 일반적으로 탄화 수소 물질, 불안정한 유기 그룹, 용매, 분해성 중합체, 계면 활성제, 덴드리머, 가지형 중합체, 폴리옥시알킬렌 화합물, 또는 이들의 결합물이지만, 이에 국한되지는 않는다.
적합한 매트릭스 및 매트릭스 전구체는 일반적으로 실리콘-함유 중합체, 또는 이런 중합체에 대한 전구체, 예컨대, 알킬기와 같은 실세스퀴옥산(바람직하게는 메틸실세스퀴옥산과 같은 저급 알킬기, 아릴기(예컨대, 페닐기) 또는 알킬/아릴 실세스퀴옥산, 및 실세스퀴옥산의 공중합체(예컨대, 폴리이미드 및 실세스퀴옥산의 공중합체)); 아다만틴 기반 열경화성 화합물; 가교화 폴리페닐렌; 폴리아릴 에테르; 폴리스티렌; 가교화 폴리아릴렌; 폴리메틸메타크릴레이트; 방향족 폴리카보네이트; 방향족 폴리이미드; 및 등을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
예를 들어 적합한 실세스퀴옥산은 (RSiO1.5)n 유형의 중합 실리케이트 물질이고, R은 유기 치환기이다. 두 개 이상의 다른 실리콘 함유 화합물의 결합물이 사용될 수 있다. 다공성 유전 물질에 대한 다른 적합한 실리콘 함유 화합물은 일반적으로 실리콘, 탄소, 산소 및 수소 이온을 포함하는 물질을 포함하는데, 또한 흔히 SiCOH 유전체라 칭해진다. 예시적인 실리콘 함유 결합물은 (i) 상술된 실세스퀴옥산, (ii) 알콕시 실란, 바람직하게는 부분적으로 응축된 알콕시시란(예컨대, 약 500 내지 20,000의 Mn을 갖는 테트라에톡시실란의 가수분해를 제어함으로써 부분적으로 응축됨), (iii) R이 유기 치환기인 RSiO3 및 R2SiO2 화합물을 갖는 유기적으로 수정된 실리케이트, 및 (iv)오소실리케이트, 바람직하게는 Si(OR)4 합성물을 갖는 부분적으로 응축된 오소실리케이트를 포함한다.
또한, 실리콘 기반 유전체 전구체는 예컨대, 테트라메틸시클로테트라실록산, 헥사메틸시클로테트라실록산 및 옥타메틸시클로테트라실록산을 포함할 수 있다.
매트릭스 전구체의 다른 클래스는 열경화성 벤토시클로부틸렌(BCS) 또는 그의 비-스테이징된(b-staged) 산물을 포함한다. 예를 들어, 1,3-비스(2-비클로[4.2.0]옥타-1,3,5-트리안-3-일에티닐)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산(DVS-비스BCB라 칭해짐)이 적합하고, 이것의 비-스테이징된 기질(resin)은 상업적으로 CYCLLOTENE®resin(Dow Chemical Company)라 사용될 수 있다.
매트릭스 물질의 다른 클래스는 폴리아릴렌을 포함한다. 여기서 사용되는 폴리아릴렌은 반복되는 아릴렌 유닛으로 만들어진 백본을 갖는 화합물 및 예컨대, 폴리아릴렌 에테르에서 산소와 같은, 백본 내의 다른 링킹 유닛과 함께 아릴렌 유닛을 갖는 결합물을 포함한다. 상업적으로 사용할 수 있는 폴리아릴렌 합성물의 예들은 The Dow Chemical Company에서 상업적으로 사용할 수 있는 SiLK®유전체 및 Allied Signal, Inc.에서 상업적으로 사용할 수 있는 Flare®유전체, 및 폴리(AirProducts/Shumacher에서 상업적으로 사용할 수 있는 아릴렌 에테르)인 Velox®을 포함한다. 폴리 아릴렌 매트릭스 전구체들 중 한 클래스는 열경화성 혼합물 또는 폴리시클로펜타디에논 및 폴리아세틸렌으로 된 비-스테이징된 산물이다. 열경화성 합성물 또는 화합물에서 사용될 수 있는 가교화 풀리아릴렌은 방향족 환에서 다른 것에 대해 오르토(ortho) 위치에 있는 에티닐 그룹으로 치환되는 방향족 화합물과 같은 단량체; 방향족 아세틸렌 화합물과 함께 결합된 시클로펜타디에논 기능 화합물; 및 폴리아릴렌 에테르를 포함한다. 특히, 열경화성 합성물은 상술된 단량체의 부분적으로 중합된 반응 산물(즉, 비-스테이징된 저중합체)을 포함한다.
매트릭스 전구체는 열경화성 혼합물 또는 폴리시클로펜타디에논 및 폴리아세 틸렌으로 된 비-스테이징된 산물을 포함하고, 전구체는 일반적으로 브랜칭(branching)이 경화 동안에 상대적으로 일찍 발생하도록 특징지어진다. 경화 공정에서 일찍 브랜치된 매트릭스의 형성은 매트릭스의 계수 강하를 최소화시킬 수 있고, 또한 경화 공정 동안에 가능한 기공 붕괴를 최소화하는 것을 도울 수 있다.
다공성 유전 물질에 대한 준비에 적합한 매트릭스 전구체의 다른 예는 (3 이상의 기능을 갖는) 열경화성 페르플루오르에틸렌 단량체 또는 그의 비-스테이징된 산물, 예컨대, 1,1,1-트리(4-트리플루오르비닐옥시페틸)에탄이다. 열경화성 페르플루오르에틸렌 단량체가 또한 두 개의 기능을 갖는 페르플루오르에틸렌 단량체와 알맞게 공중합체 된다. 다른 적합한 폴리아릴렌 매트릭스 전구체는 열경화성 비스-오-디아세틸렌 또는 그의 비-스테이징된 산물이다.
일반적으로 다공성 유전 물질의 기공의 집합물은 매트릭스의 유전 상수를 낮추기에 충분히 많지만, 매트릭스가 기계적인 형태(예를 들어, 집적 회로, 다칩 모듈, 또는 편평한 패널 디스플레이 장치)를 유지하기 위해서 소정의 마이크로 전자 공학 장치의 제조에서 필요로 되는 공정 단계를 견디기에는 충분히 적다. 기공의 밀도는 일반적으로 매트릭스 유전 상수를 3.0보다 낮추기에 충분하고, 다른 실시예에서는 2.5보다 낮추기에 충분하며, 또 다른 실시예에서는 2.0보다 낮추기에 충분하다. 일부 실시예에서, 기공의 집합물은 적어도 4 볼륨 퍼센트일 수 있고, 다른 실시예에서는 적어도 10 볼륨 퍼센트, 또 다른 실시예에서는 적어도 20 볼륨 퍼센트일 수 있으며, 일반적으로 70 볼륨 퍼센트보다 크지 않으며, 다른 실시예에서는 다공성 매트릭스 총 볼륨에 기초하여 60 볼륨 퍼센트보다 크지 않다.
매트릭스 내의 기공에 대한 평균 지름은 일반적으로 약 20 나노미터(nm)보다 작고; 다른 실시예에서는 2nm보다 작으며; 또 다른 실시예에서는 약 1보다 크지 않다.
집적 회로 제조 동안에, 포로겐 물질을 함유하는 저 k 유전 물질은 적합한 기판상에 배치되고, 적합한 에너지원에 노출되어 포로겐을 제거하고 다공성 저 k 유전체 구조를 형성한다. 적합한 기판은 실리콘, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator), 실리콘 게르마늄, 실리콘 이산화물, 유리, 실리콘 질화물, 세라믹, 알루미늄, 구리, 갈륨 비화물, 폴리카르보나이트와 같은 플라스틱, FR-4 및 폴리이미드와 같은 회로 기판, 알루미늄 나이트라이드-알루미나와 같은 하이브리드 회로 기판, 등을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 이런 기판들은 또한 그 위에 증착된 박막 필름을 포함할 수 있는데, 이런 필름은 금속 나이트라이드, 금속 카바이드, 금속 규화물, 금속 산화물 및 그의 혼합물을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 다층 집적 회로 장치에서, 절연되고, 평면화된 회로 전선의 밑에 있는 층은 또한, 기판의 기능을 할 수 있다. 그러나 기판 및 장치의 선택은 단지 기판의 열적 안정성 및 화학적 안정성에 대한 필요에 의해 제한된다.
UV 지원 밀봉 공정은 UV 라디에이터 도구를 사용할 수 있는데, 이는 한 실시예에서 질소, 헬륨 또는 아르곤으로 일차적으로 정화될 수 있어서 UV 복사가 특히 예컨대, 약 20nm보다 작은 파장 길이에 대해서 최소 스펙트럼 흡수로 공정 챔버에 진입하도록 한다. 다공성 유전 물질은 공정 챔버 내에 위치되고, 그 후에 소정의 공정 가스 또는 가스 혼합물(예컨대, N2, H2, Ar, He, Ne, H2O 증기, NH3, COz, O2, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 그의 혼합물)로 각각 정화되는데, 여기서 x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인데, 이들은 여러 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 특정한 공정 가스는 UV 노출 동안에, 예컨대, Si-OH와 같은 화학적 반응 지점의 가교화 및/또는 형성에 의해 선택적으로 탄화 및/또는 산화, 및/또는 필름 조밀화를 활성화시키도록 선택될 수 있다. 이에 관하여, 산소가 없이 또는 산화 가스와 함께 또는 가스가 감소하면서, 또는 특히 탄화를 활성화시키는 가스와 함께, 또는 가교화를 활성화시키는 가스와 함께 및 이와 같은 변화와 함께 UV 밀봉이 발생할 수 있다.
UV 지원 밀봉 공정은 UV 라디에이터 도구를 사용할 수 있는데, 이는 한 실시예에서 질소, 헬륨 또는 아르곤으로 일차적으로 정화될 수 있어서 UV 복사가 특히 예컨대, 약 20nm보다 작은 파장 길이에 대해서 최소 스펙트럼 흡수로 공정 챔버에 진입하도록 한다. 다공성 유전 물질은 공정 챔버 내에 위치되고, 그 후에 자외선 복사, 및 헥사메틸디실란(HMDS), 트리메틸리실란(TMDS), 디에틸아미노트리실란(DEATS), 트리메틸클로로실란(TCMS) 등 및 그의 혼합물과 같은 소정의 밀봉제 물질에 분리되어 노출된다. 밀봉제는 자외선 광 노출 전에, 동안에 또는 후에 도입될 수 있다. 이에 관하여, 산소가 없이 또는 산화 가스와 함께 또는 가스가 감소하면서, 또는 특히 탄화를 활성화시키는 가스와 함께, 또는 가교화를 활성화시키는 가스와 함께 및 이와 같은 변화와 함께 UV 밀봉이 발생할 수 있다.
UV 광원은 마이크로파장으로 구동될 수 있고, 아크 방전, 유전 장벽 방전, 또는 전자 충돌로 발생된다. 게다가, 여러 스펙트럼으로 분리되는 UV 발생 전구가 애플리케이션에 따라 선택될 수 있다.
UV 노출 동안에 웨이퍼 온도는 선택적으로 적외선 광원, 가시광선 광원, 뜨운 표면 또는 그 자신의 광원에 의해서 실온으로부터 425℃로 범위가 제어될 수 있다. 공정 압력은 대기압보다 적거나, 크거나, 동일할 수 있다. 전형적으로, UV 밀봉된 다공성 유전 물질은 더 이상 UV 처리되지 않거나 약 450초 동안 처리되고, 특히, 약 5초 내지 30초 동안 처리된다. 또한, UV 처리는 약 실온으로부터 약 450℃의 온도로 수행될 수 있고, 공정 압력은 대기압보다 작거나, 크거나, 동일하며, UV 전력은 1 제곱센티미터당 약 0.1 밀리와트 내지 약 2,000 밀리와트(mW/cm2)이며, UV 파장 길이 스펙트럼은 약 150 nm 내지 약 400nm이다. 선택적으로 서브 주변 온도는 약 20nm보다 작은 깊이로 표면 치밀화 침투 범위를 최소화하도록 사용될 수 있다.
밀봉의 범위는 표준 분석 기술을 사용함으로써 측정될 수 있다. 예를 들어, FTIR 분석뿐만 아니라 변환 전자 현미경이 사용될 수 있다. 또한, 저 k 유전체의 표면 특성이 변하기 때문에, 물에 접촉하는 각의 변화가 밀봉의 범위를 결정하도록 측정될 수 있다. 또한, 습식 에칭 레이트 및/또는 플라즈마 에칭 레이트의 변화가 밀봉 효과 및 침투에 대한 표시를 제공하도록 모니터될 수 있다. 이런 방법으로, 밀봉의 작업처리량뿐만 아니라 깊이가 특정한 애플리케이션에서 최적화될 수 있다.
유리하게는, UV 경화 공정이 항복 전압 비해비어 및 에칭 저항을 개선시키는 반면, 밀봉된 다공성 유전 물질의 벌크 유전 상수에 가장 적게 영향을 미치는 것이 보여진다. 게다가, FTIR 해석은 필름 실라놀 내용물 상에서 중요하지 않은 영향이 실리콘 기반 유전 필름에 대해 발견된다는 것을 보여준다.
본원이 더 쉽게 이해되기 위해서, 다음의 예들을 참조하는데, 이는 본 발명을 설명하기 위한 것이지 그의 범위를 제한하는 것이 아니다.
예시
예1. 이런 예에서, 피치의 함수로써의 항복 전압이 본원에 따라 패턴된 다공성 유전 물질을 UV 밀봉하기 전후에 측정된다. 두 개의 기판이 어닐링된다. 전선 폭은 175 마이크론이다. 도1에서 도시되는 바와 같이, 고밀도 어레이에 대해서 절연파괴 전계(breakdown field)가 상당히 개선되었다는 것이 발견된다.
예2. 이런 예에서, 기판상에 다공성 유전 물질이 배치된 기판은 다른 시간 기간 동안에 희석 불화수소 습식 에칭 공정에 노출된다. 기판들은 비활성 환경(정화-1), 감소하는 환경(정화-2) 또는 산화 환경(정화-3)에서 본원에 따라 UV 복사에 노출된다. UV에 조금도 노출되지 않고 습식 에칭 공정에 노출되도록 제어된다. 결과들은 도2에서 도시되는데, 여기서 UV 복사뿐만 아니라 UV 노출이 발생되는 환경에 의존 상태에 노출시 습식 에칭 저항이 증가하는 것을 명확하게 도시한다.
본원이 예시적인 실시예를 참조하여 개시되지만, 당업자는 다양한 변화가 행해지고 등가물이 본원의 범위를 벗어나지 않고 그의 요소에 적합할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 여러 수정이 본원의 핵심적인 범위를 벗어나지 않고 본원의 이론에 특정한 상태 또는 물질을 적응시키도록 행해질 수 있다. 그러므로 본원 을 수행하는데 고려되는 최상의 방법으로써 개시되는 특정한 실시예에 본원이 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에 존재하는 모든 실시예를 포함할 것이라고 의도된다.

Claims (29)

  1. 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    거의 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는데, 상기 표면은 실질적으로 미세기공이 없는 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴이 400나노미터보다 작은 광대역 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴이 약 100 내지 400나노미터 사이의 광대역 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  4. 제 1항에 있어서,
    시간 기간, 강도 및 파장 길이의 상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계는 반응성 청정 환경에서 행해지는 것을 특징 으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 시키는 단계는 N2, H2, Ar, He, Ne, H20 증기, NH3, CO, CO2, O2, O3, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 이들의 혼합물로 된 공기에서 행해지고, x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시키는 단계는 약 10나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이로 행해지는 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시키는 단계가 평균 기공 지름과 거의 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이로 행해지는 것을 특징으로 하는 기판상에 위치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  8. 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정에 있어서,
    기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 패터닝하는 단계;
    약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사에 상기 다공성 저 k 유전 필름을 노출시키는 단계; 및
    상기 패턴된 다공성 저 k 유전 물질 상에 장벽층 및/또는 전도층을 증착시키는 단계를 포함하는데, 상기 표면은 실질적으로 미세 기공이 없는 것을 특징으로 하는 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전도층을 증착하기 전에, 상기 다공성 저 k 유전 물질 상에 상기 장벽층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 자외선 복사가 400나노미터보다 작은 광대역 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 자외선 노출이 상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계는 N2, H2, Ar, He, Ne, H20 증기, NH3, CO, CO2, O2, O3, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 이들의 혼합물로 된 공기에서 행해지고, x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 전기 내부접속 구조를 형성하는 공정.
  12. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    산소를 포함하는 공기에서 약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하기에 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 상기 표면을 노출시킴으로써 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 자외선 복사 패턴이 400나노미터보다 작은 광대역 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 자외선 복사에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시키는 단계 이후에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  15. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 상기 표면을 노출시킴으로써 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 탄화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 자외선 복사가 400나노미터보다 작은 광대역 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 자외선 복사에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시킨 후에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  18. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    약 20나노미터보다 작거나 동일한 깊이로 상기 다공성 저 k 물질의 표면을 밀봉하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 상기 표면을 노출시킴으로써 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 조밀하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 자외선 복사가 400나노미터보다 작은 광대역 파장 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 자외선 복사에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시킨 후에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  21. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    표면 본드를 발생시키고 상기 표면상에 반응 지점을 형성하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계; 및
    상기 표면을 밀봉하기 위한 물질과 반응 지점을 반응시키는 단계를 포함하는데, 상기 표면과 상기 물질을 반응시킨 후에, 상기 표면이 실질적으로 미세 기공이 없는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 시간 기간, 세기 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계가 상기 노출 동안에 반응성 기체를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 반응 가스가 상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계는 N2, H2, Ar, He, Ne, H20 증기, NH3, CO, CO2, O2, O3, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 이들의 혼합물로 구성되고, x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  24. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    표면 본드를 생성하고 상기 표면상에 반응 지점을 형성하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 패턴 및 밀봉제에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계; 및
    상기 표면을 밀봉하기 위한 밀봉 물질을 반응시키는 단계를 포함하는데, 상기 표면은 실질적으로 미세 기공이 없는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  25. 제 24항에 있어서,
    시간 기간, 강도 및 파장 길이의 상기 자외선 복사 패턴에 상기 다공성 저 k 유전 물질을 노출시키는 단계가 상기 노출 동안에 반응 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 반응 가스가 N2, H2, Ar, He, Ne, H20 증기, NH3, CO, CO2, O2, O3, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 이들의 혼합물로 구성되고, x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  27. 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정에 있어서,
    표면 본드를 생성하고 상기 표면상에 반응 사이트를 형성하는데 효과적인 시간 기간, 강도 및 파장 길이의 자외선 복사 및 밀폐제 전구체에 상기 다공성 저 k 유전 물질의 표면을 노출시키는 단계; 및
    상기 표면을 밀봉하기 위해서 상기 반응 지점 및 표면 본드와 상기 밀폐제 전구체를 반응시키는 단계를 포함하는데, 상기 표면은 실질적으로 미세 기공이 없는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  28. 제 27항에 있어서,
    반응 가스가 UV 노출 동안에 밀폐제 또는 밀폐제 전구체와의 반응을 돕는데 사용되는 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 반응 가스가 N2, H2, Ar, He, Ne, H20 증기, NH3, CO, CO2, O2, O3, CxHy, CxFy, CxHzFy 및 이들의 혼합물로 구성되고, x는 1 내지 6 사이의 정수이고, y는 4 내지 14 사이의 정수이며, z는 1 내지 14 사이의 정수인 것을 특징으로 하는 기판상에 배치된 다공성 저 k 유전 물질을 밀봉하는 공정.
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