KR0161390B1 - Sputtering method for semiconductor device and sputtering apparatus for this method - Google Patents

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Abstract

반도체소자의 스퍼터링 증착방법 및 이에 사용되는 스퍼터링 장치가 개시되어 있다. 반응성 기체를 웨이퍼 상부에서 웨이퍼 표면으로 직접 분사시키고, 상기 반응 가스를 웨이퍼 하부에서 하향 배기시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 증착 방법 및 이에 사용되는 스퍼터링 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 질소가스가 웨이퍼 위로 바로 투입되어 반응에 참여하게 되고, 미반응 가스는 바로 웨이퍼 하부로 하향배기 되기 때문에 미반응 가스에 의해 타겟 표면이 질화되는 것을 감소시켜 종래의 스퍼터링 장치에 비해 증착속도를 크게 향상시킬 수 있으므로 제조공정시간 및 제조원가를 감소시킬 수 있다.Disclosed are a sputtering deposition method for a semiconductor device and a sputtering apparatus used therein. Provided is a sputtering deposition method and a sputtering apparatus used therein, wherein a reactive gas is directly injected from the top of the wafer to the surface of the wafer and the reaction gas is exhausted downward from the bottom of the wafer. According to the present invention, since nitrogen gas is directly injected onto the wafer to participate in the reaction, and unreacted gas is directly exhausted downward to the lower portion of the wafer, the target surface is not nitrided by the unreacted gas, and thus compared with the conventional sputtering apparatus. Since the deposition rate can be greatly improved, manufacturing process time and manufacturing cost can be reduced.

Description

반도체 소자의 스퍼터링 방법 및 이에 사용되는 스퍼터링 장치Sputtering method of semiconductor device and sputtering device used therein

제1도는 종래 스퍼터링 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a conventional sputtering apparatus.

제2도는 본 발명에 의한 스퍼터링 장치의 개략도.2 is a schematic view of a sputtering apparatus according to the present invention.

본 발명은 고집적 반도체 소자의 금속배선에 관한 것으로, 특히, 티타늄 나이트라이드(이하 TiN이라 칭함)의 증착율을 개선할 수 있는 스퍼터링 방법과 이에 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to metallization of highly integrated semiconductor devices, and more particularly, to a sputtering method capable of improving the deposition rate of titanium nitride (hereinafter referred to as TiN) and a sputtering apparatus used therein.

반도체 소자의 배선 방법은 반도체 장치의 속도, 수율 및 신뢰성을 결정하는 요인이 되기 때문에 반도체 제조공정중 가장 중요한 위치를 점유하고 있다.Since the wiring method of a semiconductor element becomes a factor which determines the speed | rate, yield, and reliability of a semiconductor device, it occupies the most important position in a semiconductor manufacturing process.

최근, 반도체 소자의 고집적화 및 미세화에 따라서 콘택사이즈(contact size)는 매우 작아지고 있고, 어스펙트비(aspect ratio)는 증가하고 있다. 특히 64Mega 비트 DRAM 이상의 차세대 반도체 장치의 콘택홀 사이즈는 0.5㎛ 이하, 어스펙트 비는 3 이상이 되고 있다. 따라서, 반도체 장치의 수율, 속도 및 신뢰성을 유지하기 위해서는 어스펙트 비가 높고 사이즈가 작은 콘택홀을 금속이나 절연층으로 평탄하게 매립할 수 있어야 한다.In recent years, the contact size has become very small and the aspect ratio has increased with the high integration and refinement | miniaturization of a semiconductor element. In particular, the contact hole size of a next-generation semiconductor device of 64 Megabit DRAM or more is 0.5 µm or less, and the aspect ratio is 3 or more. Therefore, in order to maintain the yield, speed and reliability of the semiconductor device, a contact hole having a high aspect ratio and a small size should be filled with a metal or an insulating layer.

한편 어스펙트 비가 높은 콘택홀을 매립하는 방법으로 텅스텐 플러그(W-Plug)공정이 제안되었다. 특히 상기 텅스텐 플러그 공정은 하부에 접착층(adhesion layer) 또는 장벽층(barrier layer)으로 TiN층 또는 Ti층을 필요로 한다. 일반적으로 이러한 TiN층 또는 Ti층은 스퍼터링 방법으로 형성되고, 스퍼터링 방법으로 형성된 TiN층 또는 Ti층은 단차피복성(step coverage)이 나쁘다. 따라서, 상기 텅스텐으로 상기 어스펙트 비가 높고 사이즈가 작은 콘택홀을 완전하게 매립할 수 없고, 이로인해 상기 텅스텐 플러그상의 금속층의 단락 및 신뢰성의 문제점이 발생한다.Meanwhile, a tungsten plug (W-Plug) process has been proposed as a method of filling contact holes having a high aspect ratio. In particular, the tungsten plug process requires a TiN layer or a Ti layer as an adhesion layer or a barrier layer at the bottom. In general, such a TiN layer or a Ti layer is formed by a sputtering method, and the TiN layer or Ti layer formed by the sputtering method has poor step coverage. Therefore, the contact hole having a high aspect ratio and small size cannot be completely filled with the tungsten, which causes short circuit and reliability problems of the metal layer on the tungsten plug.

최근에, 상기 문제점을 개선하기 위하여, TiN층 또는 Ti층 형성시, 콜리메이터(collimater)를 이용한 스퍼터링 방법이 제안되었다. 상기 스퍼터링 방법에 사용되는 콜리메이터는 스퍼터된 원자(예를 들면 TiN 또는 Ti 입자)들에 방향성을 주어 성장되는 막의 균일성을 향상시키기 위해 사용된다.Recently, in order to improve the problem, a sputtering method using a collimator has been proposed in forming a TiN layer or a Ti layer. The collimator used in the sputtering method is used to improve the uniformity of the grown film by directing sputtered atoms (for example, TiN or Ti particles).

이와 같이 콜리메이터를 이용하여 스퍼터링한 TiN 박막은 단차피복성이 기존의 스퍼터링한 박막에 비하여 우수하고, 또한 낮은 비저항을 얻을 수 있기 때문에 차세대 금속 콘택의 확산 방지 금속으로서 유력시되고 있다.The TiN thin film sputtered using the collimator as described above is highly regarded as a diffusion preventing metal of the next-generation metal contact because the step coverage is superior to the conventional sputtered thin film and low resistivity can be obtained.

일반적으로 콜리메이터를 이용하여 TiN 박막을 스퍼터링하는 경우 막의 형성은 소오스(source)로 사용되는 티타늄 타겟(target) 표면에서, 이온화된 아르곤 가스에 의해 스퍼터링된 티타늄 입자가 콜리메이터를 통하여 실리콘 웨이퍼에 증착함으로써 형성된다. 이때, 반응성 기체로 투입되는 질소 가스와 상기 티타늄 입자가 표면반응하여 TiN 박막을 형성하게 된다. 한편 상기 스퍼터링된 티타늄 입자 중에서 콜리메이터를 통하여 실리콘 웨이퍼의 표면으로 수직입사되는 티타늄 입자들만이 선택적으로 질소 가스와 반응하여 상기 웨이퍼 표면에 증착된다. 따라서, 콜리메이터를 이용하게 되면, 형성되는 막의 균일성은 물론 단차도포성을 향상시키는 잇점이 있다.Generally, when sputtering a TiN thin film using a collimator, the film is formed by depositing titanium particles sputtered with ionized argon gas on a silicon wafer through a collimator on a titanium target surface used as a source. do. At this time, the nitrogen gas introduced into the reactive gas and the titanium particles react with each other to form a TiN thin film. Meanwhile, only titanium particles vertically incident on the surface of the silicon wafer through the collimator among the sputtered titanium particles are selectively reacted with nitrogen gas and deposited on the wafer surface. Therefore, the use of a collimator has the advantage of improving the uniformity of the film formed as well as the step coating property.

제1도를 참조하여 콜리메이터를 채용한 종래의 스퍼터링 장치와 이를 이용한 TiN 박막 형성방법을 설명한다.Referring to FIG. 1, a conventional sputtering apparatus employing a collimator and a method of forming a TiN thin film using the same will be described.

제1도를 참조하면, 도면부호 10은 웨이퍼를 지지하는 지지대를, 12는 티타늄 질화막이 형성될 실리콘 웨이퍼를, 14는 스퍼터 되는 소스물질로 된 타겟을, 16은 비활성 기체 주입을 위한 비활성 기체 인젝터를, 18은 반응성 스퍼터링에 사용되는 기체 주입을 위한 반응성 기체 인젝터를, 20은 가스배기 펌프를, 22는 상기 타겟에 접착된 제1전극(음극)을, 24는 상기 지지대에 접착된 제2전극(양극)을, 26은 수직입사되는 티타늄 입자들만을 선택적으로 증착되도록 하는 콜리메이터를, 28 쉴드(shield)를 각각 나타낸다.Referring to FIG. 1, reference numeral 10 denotes a support for supporting a wafer, 12 a silicon wafer on which a titanium nitride film is to be formed, 14 a target of a sputtered source material, and 16 an inert gas injector for inert gas injection. 18 is a reactive gas injector for gas injection used for reactive sputtering, 20 is a gas exhaust pump, 22 is a first electrode (cathode) bonded to the target, and 24 is a second electrode bonded to the support. 26 denotes a collimator for selectively depositing only titanium particles which are incident vertically, and 28 shields, respectively.

상기 종래의 스퍼터링 장치에 의하면, 아르곤 가스에 의해 스퍼터된 티타늄 입자가 상기 콜리메이터(26)를 통과하여 상기 반응성 기체 인젝터(18)를 통해 분사되는 질소가스와 반응함으로써 상기 웨이퍼(12) 표면에 TiN박막을 형성한다. TiN 박막 형성에 사용되는 상기 질소가스는 복수개의 노즐(nozzle)을 구비하는 반응성 기체 인젝터(18)를 통해 분사되고, 여분의 미반응 가스는 상기 챔버의 측면에 배치된 가스배기 펌프(20)를 통해 챔버 외부로 배기된다. 즉, 웨이퍼(12) 하부에 위치하는 노즐을 통해 질소 가스가 웨이퍼 표면으로 확산되어 타겟에서 스퍼터된 티타늄 입자와 반응하여 웨이퍼(12) 상에 TiN 박막을 형성한다. 이때, 반응에 참여하지 못한 미반응 질소 가스는 챔버 측면에 설치된 상기 가스배기 펌프(20)에 의해 챔버 외부로 배기된다.According to the conventional sputtering apparatus, the TiN thin film sputtered by argon gas reacts with the nitrogen gas injected through the reactive gas injector 18 through the collimator 26 to form a TiN thin film on the surface of the wafer 12. To form. The nitrogen gas used to form the TiN thin film is injected through a reactive gas injector 18 having a plurality of nozzles, and the excess unreacted gas is supplied to the gas exhaust pump 20 disposed at the side of the chamber. Through the chamber is exhausted. That is, nitrogen gas is diffused to the wafer surface through a nozzle positioned below the wafer 12 to react with titanium particles sputtered from the target to form a TiN thin film on the wafer 12. At this time, the unreacted nitrogen gas not participating in the reaction is exhausted to the outside of the chamber by the gas exhaust pump 20 installed on the side of the chamber.

그러나, TiN 박막 형성서에 참여하지 못한 미반응 질소 가스 중에서, 가스배기 펌프(20)에 의해 배기되지 못한 질소 가스는 티타늄 타겟(14)쪽으로 확산되고, 티타늄 타겟과 반응하여 티타늄 타겟 표면을 질화시킨다. 이와 같이 티타늄 타겟 표면이 질화되면 티타늄질화막이 생성되어 박막 증착속도가 크게 감소하게 되므로, 스퍼터링 수율(yield)이 저하된다. 스퍼터링 수율의 감소는 결국 TiN 박막 제조 제조수율 감소를 초래한다.However, among the unreacted nitrogen gas that did not participate in the TiN thin film formation, the nitrogen gas not exhausted by the gas exhaust pump 20 diffuses toward the titanium target 14 and reacts with the titanium target to nitride the titanium target surface. . As such, when the titanium target surface is nitrided, a titanium nitride film is generated, and thus the thin film deposition rate is greatly reduced, so that the sputtering yield is reduced. The decrease in sputtering yield eventually leads to a decrease in the manufacturing yield of the TiN thin film.

또한, 제1도에 도시된 바와 같이, 티타늄 타겟(14)과 웨이퍼(12) 사이에 콜리메이터(26)를 장착하는 경우, 미반응 질소 가스중 콜리메이터(26)로 확산된 질소 가스는 콜리메이터를 통과하는 티타늄과 반응하여 콜리메이터(26) 내벽에 티타늄 질화물을 형성한다. 이에 따라, 티타늄 입자가 통과되는 콜리메이터의 구멍 크기가 감소되어, 티타늄 입자들의 통과속도가 감소된다.In addition, as shown in FIG. 1, when the collimator 26 is mounted between the titanium target 14 and the wafer 12, nitrogen gas diffused into the collimator 26 in the unreacted nitrogen gas passes through the collimator. Reacts with titanium to form titanium nitride on the inner wall of the collimator 26. Accordingly, the pore size of the collimator through which the titanium particles pass is reduced, thereby reducing the passage speed of the titanium particles.

결국, 콜리메이터(26)를 채용한 종래의 스퍼터링 장치에 따르면, 타겟(14)으로부터 수직으로 입사되는 원자만이 반응에 참여하게 되므로 단차피복성이 개선되기는 하나, TiN 박막의 증착속도가 크게 감소하는 문제가 있다.As a result, according to the conventional sputtering apparatus employing the collimator 26, since only the atoms perpendicularly incident from the target 14 participate in the reaction, the step coverage is improved, but the deposition rate of the TiN thin film is greatly reduced. there is a problem.

본 발명의 목적은 미반응 기체가 타겟 또는 콜리메이터 쪽으로 확산되어 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 스퍼터링 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a sputtering method that can solve the problem caused by the diffusion of unreacted gas toward the target or collimator.

본 발명의 다른 목적은 상기 스퍼터링 증착방법에 적합한 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a sputtering apparatus suitable for the sputtering deposition method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스퍼터링 방법은,Sputtering method according to the present invention for achieving the above object,

스퍼터 되는 물질로 이루어진 타겟과 반응성 기체를 사용하여 웨이퍼상에 박막을 형성함에 있어서, 웨이퍼 상부에서 반응성 기체를 웨이퍼 표면으로 직접 분사시켜 박막을 형성하고, 상기 반응성 기체 중 반응에 참여하지 않은 미반응 기체가 웨이퍼 상부에 위치한 타겟쪽으로 확산되지 않도록, 웨이퍼 하부에서 하향 배기시킨다.In forming a thin film on a wafer by using a target made of a sputtered material and a reactive gas, an unreacted gas that does not participate in the reaction among the reactive gases is formed by directly injecting a reactive gas from the top of the wafer onto the wafer surface. It is evacuated downward from the bottom of the wafer so that it does not diffuse toward the target located above the wafer.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 스퍼터 되는 소스물질로 된 타겟; 상기 타겟의 일면에 접착된 제1전극; 제1전극이 접착된 상기 타겟면의 반대면과 일정거리 이격되어 위치하고, 웨이퍼가 장착되는 지지대; 상기 지지대에 접착된 제2전극; 상기 타겟과 지지대 사이에 위치하고, 비활성 기체 주입을 위한 비활성 기체 인젝터; 상기 비활성 기체 인젝터와 지지대 사이에 위치하고 상기 웨이퍼 표면으로 직접 반응성 기체를 주입하는 반응성 기체 인젝터; 및 상기 반응성 기체 인젝터를 통해 주입되는 반응성 기체 중 미반응 기체가 상기 타겟쪽으로 확산되지 않도록, 상기 지지대의 하부에 위치하여 상기 미반응 기체를 하향 배기시키는 배기 펌프를 구비한다.Sputtering apparatus according to the present invention for achieving the above another object, the target material of the sputtered source material; A first electrode adhered to one surface of the target; A support on which the first electrode is spaced apart from the opposite surface of the target surface to which the first electrode is bonded by a predetermined distance and on which the wafer is mounted; A second electrode bonded to the support; An inert gas injector, positioned between the target and the support, for inert gas injection; A reactive gas injector positioned between the inert gas injector and the support and injecting reactive gas directly into the wafer surface; And an exhaust pump positioned below the support to exhaust the unreacted gas downward so that the unreacted gas of the reactive gas injected through the reactive gas injector does not diffuse toward the target.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 반응성 기체 인젝터는 튜브 구조 또는 링 구조이며, 상기 반응성 기체 인젝터의 노즐(nozzle)은 상기 반응성 기체 인젝터의 하부면에 위치하여 상기 웨이퍼에 반응성 기체를 직접 주입한다. 또한, 상기 비활성 기체는 아르곤이고, 상기 반응성 기체는 질소인 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the reactive gas injector is a tube structure or a ring structure, the nozzle of the reactive gas injector is located on the lower surface of the reactive gas injector to directly inject reactive gas into the wafer. . Further, it is preferable that the inert gas is argon, and the reactive gas is nitrogen.

본 발명에 의하면, 질소 가스를 웨이퍼 표면에 직접 분사시키고, TiN 형성 반응에 참여하지 않는 여분의 질소 가스를 웨이퍼 아래쪽으로 하향 배기시킴으로써 타겟 표면이 질화되는 것을 방지하여 TiN 박막의 증착율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the deposition rate of the TiN thin film can be improved by preventing nitrogen from being directly nitrided by directly injecting nitrogen gas onto the wafer surface and evacuating excess nitrogen gas that does not participate in the TiN formation reaction down the wafer. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도를 참조하여 본 발명에 의한 스퍼터링 장치를 이용한 TiN 박막형성방법을 설명한다.With reference to FIG. 2, the TiN thin film formation method using the sputtering apparatus by this invention is demonstrated.

제2도는 본 발명에 의한 스퍼터링 장치의 개략적 사시도이다.2 is a schematic perspective view of a sputtering apparatus according to the present invention.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 웨이퍼를 지지하는 지지대(100)와, 상기 지지대(100) 상에 장착되어 그 표면에 티타늄 질화막이 형성될 실리콘 웨이퍼(102)와, 스퍼터 되는 소스물질로 된 타겟(104)이 구비된다. 또한, 상기 지지대(100)와 타겟(104) 사이에 위치하여 비활성 기체 주입에 사용되는 비활성 기체 인젝터(106)와, 상기 비활성 기체 인젝터(106)와 상기 지지대(100) 사이에 위치하고, 상기 웨이퍼(102) 표면으로 직접 반응성 기체를 주입하는데 사용되는 반응성 기체 인젝터(108) 및 상기 웨이퍼(102)의 하부에 위치하여 상기 반응성 기체를 하향 배기시키는 배기 펌프(110)가 더 구비된다. 상기 타겟에는 제1전극(음극, 112)이, 상기 지지대에는 제2전극(양극, 114)이 각각 접착된다. 또한, 수직입사되는 티타늄 입자들만이 선택적으로 증착되도록 하기 위한 콜리메이터(116)가 타겟(104)과 웨이퍼(102) 사이에 장착되어 있으며, 스퍼터된 입자들이 챔버 내벽에 증착되지 않도록 차단하는 쉴드(118)가 설치되어 있다.The sputtering apparatus according to the present invention includes a support 100 for supporting a wafer, a silicon wafer 102 mounted on the support 100 to form a titanium nitride film on the surface thereof, and a target made of a sputtered source material ( 104 is provided. In addition, between the support 100 and the target 104 is located between the inert gas injector 106 and the inert gas injector 106 and the support 100 is used for inert gas injection, the wafer ( 102 is further provided with a reactive gas injector 108 used to inject reactive gas directly into the surface and an exhaust pump 110 positioned below the wafer 102 to exhaust the reactive gas downward. A first electrode (anode) 112 is attached to the target, and a second electrode (anode) 114 is attached to the support. In addition, a collimator 116 is mounted between the target 104 and the wafer 102 to selectively deposit only vertically incident titanium particles, and a shield 118 to block sputtered particles from being deposited on the chamber inner wall. ) Is installed.

상기 비활성 기체 인젝터(106)를 통해서는 아르곤과 같은 비활성기체가 주입되고, 상기 반응성 기체 인젝터(108)를 통해서는 질소와 같은 반응성 기체가 주입된다.An inert gas such as argon is injected through the inert gas injector 106, and a reactive gas such as nitrogen is injected through the reactive gas injector 108.

본 발명에 의한 스퍼터링 장치는 종래의 스퍼터 장치에서 반응성 기체 인젝터가 웨이퍼의 하부에 위치하던 구조와는 달리, 반응성 기체 인젝터(108)를 지지대(100) 또는 웨이퍼(102)와 타겟 사이에 위치시킨다. 따라서, 반응성 기체 인젝터(108)로부터 웨이퍼(102) 표면으로 주입되는 반응성 기체는 타겟(104)과는 반대방향으로 확산된다.In the sputtering apparatus according to the present invention, unlike the structure in which the reactive gas injector is positioned below the wafer in the conventional sputtering apparatus, the reactive gas injector 108 is positioned between the support 100 or the wafer 102 and the target. Thus, reactive gas injected from the reactive gas injector 108 to the wafer 102 surface diffuses in the opposite direction to the target 104.

또한, 종래의 스퍼터 장치에서 배기 펌프가 챔버의 측면에 위치하던 구조와는 달리, 배기 펌프를 지지대(100) 하부에 배치한다. 따라서, 반응성 기체 인젝터(108)로부터 주입된 반응성 기체 중 반응에 참여하지 않은 미반응 기체들은 지지대(100) 아래에 설치된 상기 배기 펌프(110)에 의해 챔버 외부로 배기된다. 이때, 상기 배기 펌프(110)가 지지대(110) 아래쪽에 위치하므로, 미반응 기체들은 지지대(100) 위쪽에 위치한 타겟(104)이나 콜리메이터(116)와는 반대방향으로 배기된다.In addition, unlike the structure in which the exhaust pump is located on the side of the chamber in the conventional sputtering device, the exhaust pump is disposed under the support 100. Therefore, unreacted gases in the reactive gas injected from the reactive gas injector 108 are not exhausted to the outside of the chamber by the exhaust pump 110 installed under the support 100. At this time, since the exhaust pump 110 is located below the support 110, the unreacted gases are exhausted in a direction opposite to the target 104 or the collimator 116 located above the support 100.

이와 같은, 본 발명에 따른 스퍼터 장치는, 비활성기체 인젝터(106)와 지지대(100) 사이에 반응성 기체 인젝터(108)를 설치하고, 지지대(110) 아래쪽에 배기 펌프(110)를 설치하여 미반응 가스들이 하향배기되도록 함으로써, 타겟이나 콜리메이터 쪽으로 확산되는 것을 방지한다. 그 결과, 티타늄 타겟과 반응하여 타겟 표면이 질화되는 것이 방지되고 또한, 콜리메이터를 통과하는 티타늄 입자와 반응하여 콜리메이터 내벽에 티타늄질화물이 증착되는 것이 방지되므로, 스퍼터 증착 속도가 향상된다.As described above, the sputtering apparatus according to the present invention is provided with a reactive gas injector 108 between the inert gas injector 106 and the support 100, and an exhaust pump 110 is installed below the support 110 to unreacted. By allowing the gases to exhaust downward, they prevent them from diffusing into the target or collimator. As a result, the target surface is prevented from being nitrided by reacting with the titanium target, and titanium nitride is prevented from being deposited on the inner wall of the collimator by reacting with the titanium particles passing through the collimator, so that the sputter deposition rate is improved.

계속해서, 제2도에 도시된 스퍼터링 장치를 사용하여 웨이퍼 상에 박막, 예를 들면 티타늄 질화막을 형성하는 과정을 설명한다.Subsequently, a process of forming a thin film, for example a titanium nitride film, on a wafer using the sputtering apparatus shown in FIG. 2 will be described.

제1 및 제2전극(112 및 114)에 고전압이 걸린 진공챔버내에 비활성기체, 예컨대, 아르곤을 비활성기체 인젝터(106)를 통해 주입시켜 상기 아르곤을 플라즈마 상태, 즉, Ar+ 이온으로 만든다. 이 Ar+이온들은 반대극성을 갖는 전극(112), 즉, 마이너스(-)가 인가되어 있는 제1전극(112)과 접착된 타겟, 예컨대, 티타늄타겟(104)과 충돌하여 소오스물질, 예컨대, 티타늄을 상기 티타늄타겟(104)으로부터 떼어낸다. 타겟(104)으로부터 떨어져 나온 상기 티타늄은 웨이퍼(102)쪽으로 이동하고, 반응성 기체 인젝터(108)로부터 주입되는 질소와 반응하여 상기 웨이퍼(102)상에 티타늄 질화막을 형성한다.An inert gas, such as argon, is injected through the inert gas injector 106 into a vacuum chamber in which high voltage is applied to the first and second electrodes 112 and 114 to make the argon into a plasma state, that is, Ar + ions. These Ar + ions collide with a target, eg, titanium target 104, bonded to the electrode 112 having the opposite polarity, that is, the first electrode 112 to which minus (−) is applied, so that a source material such as titanium Is removed from the titanium target 104. The titanium, away from the target 104, moves toward the wafer 102 and reacts with nitrogen injected from the reactive gas injector 108 to form a titanium nitride film on the wafer 102.

종래와는 달리, 반응가스로 사용되는 질소가스는 상기 웨이퍼 상부에 위치한 반응성 기체 인젝터(108)의 노즐을 통해 웨이퍼 위에 직접 주입되고, 타겟으로부터 스퍼터 되어 나온 티타늄 원자와 반응하여 TiN 박막이 형성된다. 또한 미반응 질소가스는 지지대(100) 아래에 설치된 상기 배기 펌프(110)에 의해 챔버 외부로 배기된다. 즉, 웨이퍼(102)상에 분사된 질소 가스 중 TiN 박막 형성에 참여하지 않은 가스는 배기 펌프(110)를 통해 하향배기된다.Unlike the related art, the nitrogen gas used as the reaction gas is injected directly onto the wafer through the nozzle of the reactive gas injector 108 positioned on the wafer, and the TiN thin film is formed by reacting with titanium atoms sputtered from the target. In addition, the unreacted nitrogen gas is exhausted to the outside of the chamber by the exhaust pump 110 installed under the support (100). That is, the gas that does not participate in the formation of the TiN thin film among the nitrogen gas injected on the wafer 102 is exhausted downward through the exhaust pump 110.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는, 비활성기체 인젝터(106)와 지지대(100) 사이에 반응성 기체 인젝터(108)가 설치되고, 지지대(110) 아래쪽에 배기 펌프(110)가 설치된다. 따라서, 질소가스와 같은 반응성 기체가 웨이퍼 바로 위에서 투입되어 반응에 참여하게 되고, 미반응 질소가스는 즉시 웨이퍼 아래쪽으로 하향배기된다. 그 결과, 미반응 가스에 의해 타겟 표면이 질화되는 것을 방지하여 종래의 스퍼터링 장치에 비해 증착속도를 크게 향상시킬 수 있다. 특히, 수직입사되는 티타늄 입자들만을 선택적으로 증착되도록 하는 콜리메이터를 채용한 경우 증착되는 박막의 단차피복성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 콜레메이터 내벽에 티타늄질화물이 증착되는 것을 방지하여 스퍼터 속도를 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 제조공정시간과 제조 원가가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the sputtering apparatus according to the present invention, a reactive gas injector 108 is installed between the inert gas injector 106 and the support 100, and an exhaust pump 110 is installed below the support 110. Thus, a reactive gas such as nitrogen gas is introduced directly above the wafer to participate in the reaction, and the unreacted nitrogen gas is immediately exhausted down the wafer. As a result, the target surface is prevented from being nitrided by the unreacted gas, so that the deposition rate can be greatly improved as compared with the conventional sputtering apparatus. In particular, in the case of employing a collimator to selectively deposit only vertically incident titanium particles, not only the step coverage of the deposited thin film can be improved, but also the titanium nitride is prevented from being deposited on the inner wall of the collimator, thereby greatly increasing the sputtering speed. Can be improved. Therefore, the manufacturing process time and the manufacturing cost can be reduced.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명이 속한 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea to which the present invention pertains.

Claims (6)

스퍼터 되는 물질로 이루어진 타겟과 반응성 기체를 사용하여 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 스퍼터링 방법에 있어서, 웨이퍼 상부에서 반응성 기체를 웨이퍼 표면으로 직접 분사시켜 박막을 형성하고, 상기 반응성 기체 중 반응에 참여하지 않은 미반응 기체가 웨이퍼 상부에 위치한 타겟쪽으로 확산되지 않도록, 웨이퍼 하부에서 하향 배기시키는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방법.In the sputtering method of forming a thin film on a wafer using a target made of a sputtered material and a reactive gas, a thin film is formed by directly injecting a reactive gas onto the wafer surface from the top of the wafer, and does not participate in the reaction in the reactive gas. A sputtering method, wherein the unreacted gas is exhausted downward from the bottom of the wafer so that the unreacted gas does not diffuse toward the target located above the wafer. 스퍼터 되는 소스물질로 된 타겟; 상기 타겟의 일면에 접착된 제1전극; 제1전극이 접착된 상기 타겟면의 반대면과 일정거리 이격되어 위치하고, 웨이퍼가 장착되는 지지대; 상기 지지대에 접착된 제2전극; 상기 타겟과 지지대 사이에 위치하고, 비활성 기체 주입을 위한 비활성 기체 인젝터; 상기 비활성 기체 인젝터와 지지대 사이에 위치하고 상기 웨이퍼 표면으로 직접 반응성 기체를 주입하는 반응성 기체 인젝터; 및 상기 반응성 기체 인젝터를 통해 주입되는 반응성 기체 중 미반응 기체가 상기 타겟쪽으로 확산되지 않도록, 상기 지지대의 하부에 위치하여 상기 미반응 기체를 하향 배기시키는 배기 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.A target of sputtered source material; A first electrode adhered to one surface of the target; A support on which the first electrode is spaced apart from the opposite surface of the target surface to which the first electrode is bonded by a predetermined distance and on which the wafer is mounted; A second electrode bonded to the support; An inert gas injector, positioned between the target and the support, for inert gas injection; A reactive gas injector positioned between the inert gas injector and the support and injecting reactive gas directly into the wafer surface; And an exhaust pump positioned below the support to exhaust the unreacted gas downward so that unreacted gas of the reactive gas injected through the reactive gas injector is not diffused toward the target. 제2항에 있어서, 상기 반응성 기체 인젝터는 튜브 구조 또는 링 구조인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the reactive gas injector is a tube structure or a ring structure. 제2항에 있어서, 상기 반응성 기체 인젝터의 노즐(nozzle)은 상기 반응성 기체 인젝터의 하부면에 위치하여 상기 웨이퍼에 반응성 기체를 직접 주입하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The sputtering apparatus of claim 2, wherein a nozzle of the reactive gas injector is positioned at a lower surface of the reactive gas injector to directly inject reactive gas into the wafer. 제2항에 있어서, 상기 비활성 기체는 아르곤이과, 상기 반응성 기체는 질소인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.The sputtering apparatus according to claim 2, wherein the inert gas is argon and the reactive gas is nitrogen. 스퍼터 되는 소스물질로 된 타겟; 상기 타겟의 일면에 접착된 제1전극; 제1전극이 접착된 상기 타겟면의 반대면과 일정거리 이격되어 위치하고, 웨이퍼가 장착되는 지지대; 상기 지지대에 접착된 제2전극; 상기 타겟과 지지대 사이에 위치하고, 비활성 기체 주입을 위한 비활성 기체 인젝터; 상기 비활성 기체 인젝터와 지지대 사이에 위치하고 상기 웨이퍼 표면으로 직접 반응성 기체를 주입하는 반응성 기체 인젝터; 상기 타겟과 상기 반응성 기체 인젝터 사이에 위치하고, 상기 타겟으로부터 수직입사되는 스퍼터 입자들만을 선택적으로 통과시키는 콜리메이터; 및 상기 반응성 기체 인젝터를 통해 주입되는 반응성 기체 중 미반응 기체가 상기 타겟이나 콜리메이터쪽으로 확산되지 않도록, 상기 지지대의 하부에 위치하여 상기 미반응 기체를 하향 배기시키는 배기 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.A target of sputtered source material; A first electrode adhered to one surface of the target; A support on which the first electrode is spaced apart from the opposite surface of the target surface to which the first electrode is bonded by a predetermined distance and on which the wafer is mounted; A second electrode bonded to the support; An inert gas injector, positioned between the target and the support, for inert gas injection; A reactive gas injector positioned between the inert gas injector and the support and injecting reactive gas directly into the wafer surface; A collimator positioned between the target and the reactive gas injector and selectively passing only sputter particles vertically incident from the target; And an exhaust pump positioned below the support to exhaust the unreacted gas downward so that unreacted gas of the reactive gas injected through the reactive gas injector does not diffuse toward the target or the collimator. Device.
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