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반도체 기판 상에 하부 절연 구조체를 형성하고,상기 하부 절연 구조체를 관통하면서 상기 반도체 기판과 접촉하는 하부 접속 구조체를 형성하고,상기 하부 절연 구조체와 상기 하부 접속 구조체를 덮는 상부 절연 구조체를 형성하고,상기 상부 절연 구조체를 관통하면서 상기 하부 접속 구조체와 접촉하는 상부 접속 구조체를 형성하는 것을 포함하고,상기 하부 접속 구조체가 상기 하부 절연 구조체에 복수의 라인 형상으로 형성되는 때,반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 하부 절연 구조체 상에서 상기 하부 접속 구조체의 길이 방향에 직각되게 상기 하부 접속 구조체의 측부마다 상기 하부 절연 구조체와 상기 상부 절연 구조체 사이에 위치되어 상기 상부 절연 구조체와 함께 상기 상부 접속 구조체를 한정하는 단락방지 원자층 적층 패턴, 및상기 상부 접속 구조체에서 상기 하부 접속 구조체의 표면에 존재하고 상기 상부 절연 구조체를 따라 존재(存在)하는 확산방지 원자층 적층 막, 또는 상기 상부 접속 구조체에서 상기 하부 접속 구조체의 표면에 부재(不在)되며 상기 상부 절연 구조체를 따라 존재(存在)하는 확산방지 원자층 적층 패턴을 형성하거나, 상기 하부 접속 구조체가 상기 하부 절연 구조체에 하나의 라인 형상 또는 플러그 형상으로 배열되는 때,반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 상부 접속 구조체에서 상기 하부 접속 구조체의 표면에 부재(不在)되며 상기 상부 절연 구조체를 따라 존재(存在)하는 확산방지 원자층 적층 패턴을 형성하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제1 항에 있어서,상기 하부 절연 구조체 또는 상기 상부 절연 구조체는, 아로마틱 폴리머(aromatic polymer), 비정질 카본(amorphous C), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄 옥사이드(Al2O3), 비피에스지(BPSG; borophosphosilicate glass), 가돌리늄 옥사이드(Gd2O3), 갈륨 나이트라이드(GaN), 하프늄 옥사이드(HfO2), 인듐 옥사이드(In2O3), 마그네슘 옥사이드(MgO), 몰리브덴 나이트라이드(MoN), 피에스지(PSG; phos-pho silicate glass), 폴리이미드(polyimide), 스칸듐 옥사이드(Sc2O3), 실리콘(Si), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 실리콘 옥사이드(SiO2), 카본도핑 실리콘 옥사이드 (SiOC), 불소도핑 실리콘 옥사이드(SiOF), 수소도핑 실리콘 옥사이드(SiO:H), 실리콘 옥사이드 나이트라이드(SiON), 탄탈 옥사이드(Ta2O5), 티타늄 옥사이드(TiO2), 텅스텐 옥사이드(WO3), 이트륨 옥사이드(Y2O3) 및 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 중 적어도 하나를 포함하고,상기 하부 절연 구조체는 상기 상부 절연 구조체와 동일한 물질로 이루어져 상기 단락방지 원자층 적층 패턴 또는 상기 확산방지 원자층 적층 패턴에 대해 식각 선택비를 가지는 반도체 배선 장치의 제조방법
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3
제1 항에 있어서,상기 하부 접속 구조체가 상기 하부 절연 구조체에 상기 복수의 라인 형상으로 형성되는 때,상기 하부 접속 구조체를 형성하는 것은,반도체 포토 장비를 사용하여 상기 하부 절연 구조체 상에 복수의 포토레지스트 패턴을 형성하고, 반도체 식각 장비에서 상기 복수의 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 하부 절연 구조체의 식각을 통해 상기 하부 절연 구조체를 지나 상기 반도체 기판을 노출시키는 복수의 제1 트랜치를 형성하고,상기 반도체 식각 장비에서 상기 반도체 기판으로부터 상기 복수의 포토레지스트 패턴을 제거하고,반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 복수의 제1 트랜치 주변에 그리고 개별 제1 트랜치의 측벽 상에 그리고 상기 개별 제1 트랜치의 내부에서 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 하부 확산방지 막과 하부 씨드 막을 형성하고,반도체 도금 장비 또는 반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 개별 제1 트랜치를 채울 때까지 상기 하부 씨드 막 상에 하부 접속 막을 형성하고,반도체 연마 장비를 사용하여 상기 식각된 하부 절연 구조체가 노출될 때까지 상기 하부 접속 막과 상기 하부 씨드 막과 상기 하부 확산방지 막의 식각을 통해 하부 접속 패턴과 하부 씨드 패턴과 하부 확산방지 패턴을 형성하는 것을 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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4
제1 항에 있어서,상기 하부 접속 구조체가 상기 하부 절연 구조체에 상기 하나의 라인 형상 또는 상기 플러그 형상으로 배열되는 때,상기 하부 접속 구조체를 형성하는 것은,반도체 포토 장비를 사용하여 상기 하부 절연 구조체 상에 제1 개구부 또는 상기 제1 개구부보다 더 작은 크기의 제2 개구부를 한정하는 포토레지스트 막을 형성하고, 반도체 식각 장비에서 상기 포토레지스트 막을 식각 마스크로 사용하여 상기 하부 절연 구조체의 식각을 통해 상기 하부 절연 구조체를 지나 상기 반도체 기판을 노출시키는 제1 트랜치 또는 개구홀을 형성하고,상기 반도체 식각 장비를 사용하여 상기 반도체 기판으로부터 상기 포토레지스트 막을 제거하고,반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 제1 트랜치 또는 상기 개구홀 주변에 그리고 상기 제1 트랜치 또는 상기 개구홀의 측벽 상에 그리고 상기 제1 트랜치 또는 상기 개구홀의 내부에서 반도체 기판 상에 순차적으로 적층되는 하부 확산방지 막과 하부 씨드 막을 형성하고,반도체 도금 장비 또는 반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 제1 트랜치 또는 상기 개구홀을 채울 때까지 상기 하부 씨드 막 상에 하부 접속 막을 형성하고,반도체 연마 장비를 사용하여 상기 식각된 하부 절연 구조체가 노출될 때까지 상기 하부 접속 막과 상기 하부 씨드 막과 상기 하부 확산방지 막의 식각을 통해 하부 접속 패턴과 하부 씨드 패턴과 하부 확산방지 패턴을 형성하는 것을 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제3 항 또는 제4 항에 있어서,상기 하부 확산방지 막은 망간 나이트라이드(MnN), 몰리브덴 설파이드 (MoS2), 루테늄-망간(Ru-Mn), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 탄탈륨 실리콘 나이트라이드(Ta-Si-N), 타이타늄 나이트라이드(TiN), 타이타늄 실리콘 나이트라이드(Ti-Si-N), 바나듐 나이트라이드(VN), 텅스텐 카본(WC) 및 텅스텐 나이트라이드(WN) 중 적어도 하나를 포함하여 상기 식각된 하부 절연 구조체 및 상기 반도체 기판을 향해 상기 하부 접속 막으로부터 구성 원자의 침투를 막아주고,상기 하부 씨드 막은 상기 하부 접속 막과 동일한 물질로 이루어지며 상기 하부 접속 막의 형성을 도와주는 씨드(seed) 역할을 하고,상기 하부 접속 막은, 카본나노튜브(CNT), 코발트(Co), 코발트 나이트라이드(CoN), 코발트 실리콘(CoSiX), 카파(Cu), 카파 나이트라이드(CuN), 카파 옥사이드(CuOX), 카파 설파이드(CuS), 그래핀(graphene), 망간(Mn), 니켈(Ni), 니켈 실리콘(NiSiX), 루테늄(Ru), 루테늄 옥사이드(RuO2), 텅스텐(W) 및 텅스텐 나이트라이드(WN) 중 적어도 하나로 이루어지는 반도체 배선 장치의 제조방법
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6
제1 항에 있어서,상기 단락방지 원자층 적층 패턴을 형성하는 것은,상기 반도체 원자층 증착 장비의 챔버에 상기 하부 절연 구조체와 상기 하부 접속 구조체를 포함하는 반도체 기판을 투입시킨 후, 상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 전구체 가스를 주입시켜 상기 하부 절연 구조체와 상기 하부 접속 구조체에 일부 전구체 가스의 화학 흡착을 통해 전구체 층을 형성시키는 제1 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제1 불활성 가스를 주입시켜 상기 하부 절연 구조체와 상기 하부 접속 구조체에 화학 흡착되지 않은 나머지 전구체 가스를 상기 챔버로부터 퍼지시키는 제2 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 반응체 가스의 주입 동안 일부 반응체 가스를 바탕으로 상기 전구체 층 상에 반응체 층을 형성시켜 상기 전구체 층에 상기 반응체 층의 화학 표면 반응을 통해 원자층을 형성하는 제3 단계를 수행하고,상기 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제2 불활성 가스를 주입시켜 상기 전구체 층에 화학 표면 반응되지 않은 나머지 반응체 가스를 상기 챔버로부터 퍼지시키는 제4 단계를 수행하고,상기 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 식각 가스를 주입시켜 상기 하부 절연 구조체와 상기 하부 접속 구조체 상에서 상기 원자층의 식각을 통해 상기 하부 접속 구조체로부터 원자층을 제거시키는 제5 단계를 수행하고, 상기 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제3 불활성 가스를 주입시켜 상기 챔버로부터 상기 식각 가스를 퍼지시키는 제6 단계를 수행하고,상기 원자층 증착 장비를 사용하여, 상기 하부 절연 구조체 상에 상기 원자층을 목적하는 두께까지 적층시키기 위해, 상기 제1 단계 내지 상기 제6 단계를 반복적으로 수행하는 것을 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제6 항에 있어서,상기 하부 접속 구조체 상에 위치되는 상기 원자층은, 상기 반도체 기판 상에 식각을 수행하기 전,상기 하부 접속 구조체의 구성 원자의 확산을 통해 상기 하부 접속 구조체로부터 상기 구성 원자를 공급받아 해리되어 상기 하부 절연 구조체 상에 위치되는 원자층보다 더 약한 강도 및 더 높은 화학적 반응성을 가지는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제6 항에 있어서,상기 단락방지 원자층 적층 패턴은, 알루미늄 옥사이드(Al-2O3), 코발트 옥사이드(CoOx), 가돌리늄 옥사이드(Gd2O3), 게르마늄 옥사이드(GeOx), 하프늄 옥사이드(HfO2), 니켈 옥사이드(NiO), 스칸듐 옥사이드(Sc2O3), 실리콘 옥사이드(SiO2), 틴 옥사이드(SnO), 탄탈륨 옥사이드(TaOx), 바나듐 옥사이드(VO2), 징크 옥사이드(ZnO) 또는 지르코늄 옥사이드 (ZrO2) 를 포함하는 금속 산화물; 알루미늄 나이트라이드(AlN), 코발트 나이트라이드(CoN), 카파 나이트라이드(CuN), 몰리브덴 나이트라이드(MoN), 실리콘 나이트라이드(SiN), 실리콘 옥사이드 나이트라이드(SiON), 틴 나이트라이드(SnN), 탄탈 나이트라이드(TaN), 탄탈-실리콘-나이트라이드(Ta-Si-N), 티타늄-알루미늄-나이트라이드(Ti-Al-N) 또는 티타늄 나이트라이드(Ti-N)를 포함하는 금속 질화물; 및카드뮴 설파이드(CdS), 몰리브덴 설파이드(MoS2), 틴 설파이드(SnS), 텅스텐 설파이드(WS2) 또는 징크 설파이드(ZnS) 를 포함하는 금속 황화물, 중 하나를 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제1 항에 있어서,상기 상부 접속 구조체를 형성하는 것은,상기 하부 접속 구조체 상에서, 상기 상부 절연 구조체에 의해 순차적으로 한정되는 비아 홀과 제2 트랜치를 포함하는 반도체 기판을, 상기 반도체 원자층 증착 장비의 챔버에 투입시킨 후, 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여, 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 외부에서 상부 절연 구조체 상에 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 측벽에서 상부 절연 구조체 상에 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 내부에서 하부 접속 구조체 상에 위치되는 예비 확산방지 적층 막, 또는 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 외부에서 상기 상부 절연 구조체 상에 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 측벽에서 상기 상부 절연 구조체 상에 위치되는 예비 확산방지 원자층 적층 패턴을 형성하고,반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 외부 및 상기 내부에서 상기 하부 접속 구조체 및 상기 상부 절연 구조체 중 적어도 하나 상에 상부 씨드 막을 형성하고,반도체 도금 장비 또는 반도체 물리 기상 증착 장비 또는 반도체 화학 기상 증착 장비를 사용하여 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치를 채울 때까지 상기 상부 씨드 막 및 상기 하부 접속 구조체 상에 상부 접속 막을 순차적으로 형성하고,반도체 연마 장비를 사용하여 상기 상부 절연 구조체가 노출될 때까지 상기 예비 확산방지 적층 막 또는 상기 예비 확산방지 원자층 적층 패턴과 함께 상기 상부 씨드 막과 상기 상부 접속 막의 식각을 통해 확산방지 적층 막 또는 확산방지 원자층 적층 패턴 상에 순차적으로 적층되는 상부 씨드 패턴과 상부 접속 패턴을 형성하는 것을 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제9 항에 있어서,상기 예비 확산방지 원자층 적층 패턴을 형성하는 것은,상기 하부 접속 구조체 상에서, 상기 상부 절연 구조체에 의해 순차적으로 한정되는 비아 홀과 제2 트랜치를 포함하는 반도체 기판을, 상기 반도체 원자층 증착 장비의 챔버에 투입시킨 후, 상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 전구체 가스를 주입시켜 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 외부에서 상부 절연 구조체에, 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 측벽에서 상부 절연 구조체에, 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 내부에서 하부 접속 구조체에 일부 전구체 가스의 화학 흡착을 통해 전구체 층을 형성시키는 제1 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제1 불활성 가스를 주입시켜 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 외부와 상기 측벽에서 상기 상부 절연 구조체에, 그리고 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 내부에서 상기 하부 접속 구조체에 화학 흡착되지 않은 나머지 전구체 가스를 상기 챔버로부터 퍼지시키는 제2 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 반응체 가스의 주입 동안 일부 반응체 가스를 바탕으로 상기 전구체 층 상에 반응체 층을 형성시켜 상기 전구체 층에 상기 반응체 층의 화학 표면 반응을 통해 원자층을 형성하는 제3 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제2 불활성 가스를 주입시켜 상기 전구체 층에 화학 표면 반응되지 않은 나머지 반응체 가스를 상기 챔버로부터 퍼지시키는 제4 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 식각 가스를 주입시켜 상기 원자층의 식각을 통해 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 내부에서 상기 하부 접속 구조체로부터 원자층을 제거시키는 제5 단계를 수행하고, 상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여 상기 챔버에 제3 불활성 가스를 주입시켜 상기 챔버로부터 상기 식각 가스를 퍼지시키는 제6 단계를 수행하고,상기 반도체 원자층 증착 장비를 사용하여, 상기 비아 홀과 상기 제2 트랜치의 상기 외부와 상기 측벽에서 상기 상부 절연 구조체 상에 상기 원자층을 목적하는 두께까지 적층시키기 위해, 상기 제1 단계 내지 상기 제6 단계를 반복적으로 수행하는 것을 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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11
제9 항에 있어서,상기 확산방지 적층 막 또는 확산방지 원자층 적층 패턴은 망간 나이트라이드(MnN), 몰리브덴 설파이드(MoS2), 루테늄-망간(Ru-Mn), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 탄탈륨 실리콘 나이트라이드(Ta-Si-N), 타이타늄 나이트라이드(TiN), 타이타늄 실리콘 나이트라이드(Ti-Si-N), 바나듐 나이트라이드(VN), 텅스텐 카본(WC) 또는 텅스텐 나이트라이드(WN)를 포함하여 상기 상부 절연 구조체를 향해 상기 상부 접속 막으로부터 구성 원자의 침투를 막아주고,상기 상부 씨드 막은 상기 상부 접속 막과 동일한 물질로 이루어지며 상기 상부 접속 막의 형성을 도와주는 씨드(seed) 역할을 하고,상기 상부 접속 막은, 카본나노튜브(CNT), 코발트(Co), 코발트 나이트라이드(CoN), 코발트 실리콘(CoSiX), 카파(Cu), 카파 나이트라이드(CuN), 카파 옥사이드(CuOX), 카파 설파이드(CuS), 그래핀(graphene), 망간(Mn), 니켈(Ni), 니켈 실리콘(NiSiX), 루테늄(Ru), 루테늄 옥사이드(RuO2), 텅스텐(W) 및 텅스텐 나이트라이드(WN) 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제10 항에 있어서,상기 하부 접속 구조체 상에 위치되는 상기 원자층은, 상기 반도체 기판 상에 식각을 수행하기 전,상기 하부 접속 구조체의 구성 원자의 확산을 통해 상기 하부 접속 구조체로부터 상기 구성 원자를 공급받아 해리되어 상기 상부 절연 구조체 상에 위치되는 원자층보다 더 약한 강도 및 더 높은 화학적 반응성을 가지는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제6 항 또는 제10 항에 있어서,상기 식각 가스는,메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 또는 부탄(C4H10)을 포함하는 알케인(Alkane, 분자식 CNH2N+2)계열 가스;메틸알코올(CH3OH), 에틸알코올(C2H5OH), 프로필알코올(C3H7OH) 또는 부틸알코올(C4H9OH)을 포함하는 알코올(acohol, 분자식 ROH(단, R=메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl) 또는 부틸(butyl)))계열 가스;아민(amine, 분자식 RNH2(단, R=메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl) 또는 부틸(butyl)))계열 가스;알킬아민(alkylamine, 분자식 HNR1R2(단, R1(=메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl) 또는 부틸(butyl)), R2(=메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl) 또는 부틸(butyl)))계열 가스;베타-디케톤(beta-diketone, 분자식 Hacac(단, acac=acetylacetonate(아세틸아세토네이트), 또는 분자식 Hhfac(단, hfac=1, 1, 1, 5, 5, 5-hexafluoroacetylacetonate(헥사플루오로아세틸아세토네이트), 또는 분자식 Htmhd(단, tmhd=2, 2, 6, 6-tetramethyl(테트라메틸)-heptane(헵탄)-3, 5-dionate(디오네이트)))계열 가스;아미노알코올(aminoalcohol, 분자식 dmampH(단, 1-dimethylamino(디메틸아미노)-2-methyl(메틸)-2-propanol(프로판올)), 또는 분자식 dmambH(단, dimethylamino(디메틸아미노)-2-methyl(메틸)-2-butanol(부탄올)))계열 가스;사이클로펜타디엔(cyclopentadiene, 분자식 CpH) 계열 가스; 및염화수소(HCl), 플루오르화수소(HF), 브롬화수소(HBr) 또는 요오드화수소(HI)를 포함하는 할로겐화 수소(분자식 HX(단, X=halide))계열 가스, 중 적어도 하나를 포함하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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제13 항에 있어서,상기 식각 가스는,상기 원자층의 금속과 유기금속화합물 또는 무기화합물 또는 착화합물을 형성하여 상기 유기금속화합물 또는 상기 무기화합물 또는 상기 착화합물에서 상기 금속 주변에 리간드(ligand)를 이루는 분자 또는 원자를 제공하며 상기 유기금속화합물 또는 상기 무기화합물 또는 상기 착화합물에 휘발성을 부여하는 반도체 배선 장치의 제조방법
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