유전체 막을 처리하기 위한 처리 시스템 및 처리 방법 document_id A220623064803

반도체 분야의 당업자에게 알려져 있듯이, 인터커넥트 지연(interconnect delay)은 집적 회로(IC)의 속도 및 성능을 개선시키기 위한 드라이브 내의 주요 제한 인자이다. 인터커넥트 지연을 최소화하는 하나의 방법은, IC 장치 내 금속 와이어를 위한 절연 유전체로서 저 유전 상수(low-k) 재료를 사용함으로써 인터커넥트 커패시턴스를 줄이는 것이다. 이와 같이, 최근 몇 년간, 이산화규소와 같은 비교적 높은 유전 상수 절연 재료를 대체하기 위해 저 유전 상수 재료가 개발되어 왔다. 특히, 반도체 장치 내 금속 와이어 간의 인터레벨 및 인트라레벨 유전체 층(inter-level and intra-level dielectric layers)에 대하여 저 유전 상수 막이 이용되고 있다. 또한, 절연 재료의 유전 상수를 더 줄이기 위해서, 재료 막에 구멍이 형성되며, 즉 이것은 다공성 저 유전 상수 유전체 막이다. 이러한 저 유전 상수 막은 포토레지스트의 적용과 유사한 스핀-온 유전체(SOD) 방법, 또는 화학적 기상 증착(CVD)에 의해 증착될 수 있다. 따라서, 저 유전 상수 재료의 사용은 기존의 반도체 제조 공정에 용이하게 적용될 수 있다. 저 유전 상수 재료는 보다 종래의 이산화규소보다 덜 강하고, 다공성의 도입으로 그 기계적 강도는 더 악화된다. 상기 다공성 저 유전 상수 막은 플라즈마 공정 동안 쉽게 손상될 수 있어, 기계적 강화 공정을 요하게 한다. 다공성 저 유전 상수 유전체의 성공적인 집적화를 위해, 저 유전 상수 유전체의 재료 강도의 개선이 필수적이라는 것이 이해되어 왔다. 기계적 강화를 위해서, 다공성 저 유전 상수 막을 더욱 강하게 하고 집적화에 적합하도록 하는 경화 기술이 연구되고 있다. 중합체의 경화는, 예컨대 스핀-온 또는 기상 증착(화학적 기상 증착(CVD)과 같은)을 사용하여 증착된 박막이 그 박막 내에 교차 결합(cross-linking)을 유발시키기 위하여 처리되는 공정을 포함한다. 경화 공정 동안에, 프리 라디컬 중합(free radical polymerization)이 교차 결합을 위한 주요 루트라는 것이 이해된다. 중합체가 교차 결합을 엮기(chain) 때문에, 예컨대 영률, 막 경도, 파괴 인성, 및 계면 부착성과 같은 기계적 특성이 개선되고, 그로 인하여 저 유전 상수 막의 제조 견고성을 개선시킨다. 초 저 유전 상수를 갖는 다공성 유전체 막을 형성하는 데에는 여러가지 전략이 있기 때문에, 예컨대 수분 제거, 용매 제거, 다공성 유전체 막에 구멍을 형성하기 위해 사용되는 포로겐(porogens)의 소진(burn-out), 이러한 막에 대한 기계적 특성의 개선 등을 포함하여, 증착후 처리(경화)의 목적은 막마다 상이할 수도 있다. 저 유전 상수(low-k) 재료는 CVD 막에 대해 종래에는 300℃ 내지 400℃의 온도에서 열 경화된다. 예를 들어, 노 경화는 약 2.5 보다 큰 유전 상수를 갖는 강하고 고밀도의 저 유전 상수 막을 생산하는 데 충분하였다. 그러나, 높은 레벨의 다공성을 갖는 다공성 유전체 막(초 저 유전 상수 막과 같은)을 처리할 때, 열 처리(또는 열 경화)로 달성할 수 있는 교차 결합도는, 강고한 인터커넥트 구조에 대하여 적합한 강도의 막을 생성시키는 데 더 이상 충분하지 않다. 열 경화 동안에, 적절량의 에너지가 유전체 막을 파손시키지 않고 전달되는 것을 알게 되었다. 그러나, 관심있는 온도 범위 내에서는, 소량의 프리 라디컬만이 생성될 수 있다. 기판으로의 열 결합에서 손실되는 열 에너지 및 대기 중 열 손실 때문에, 소량의 열 에너지만이 경화될 저 유전 상수 막에 실제로 흡수될 수 있다. 그러므로, 종래의 저 유전 상수 노 경화에 고온 및 긴 경화 시간이 요구된다. 그러나 높은 열적 버짓(budget)으로도, 열 경화시 기폭제 생성의 부족 및 증착된 상태(as-deposited)인 저 유전 상수 막에서의 다량의 메틸 말단(termination)의 존재는 바람직한 교차 결합도를 달성하는 것을 상당히 어렵게 할 수 있다.