KR100243785B1 - 스텝된 반도체 웨이퍼 위에 알루미늄층을 형성시키기위한 다단계 스퍼터링 방법 - Google Patents

스텝된 반도체 웨이퍼 위에 알루미늄층을 형성시키기위한 다단계 스퍼터링 방법 Download PDF

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Abstract

다단계 알루미늄 스퍼터링 단계는 알루미늄이 반도체 웨이퍼의 표면에 스퍼터되고 웨이퍼위의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 볼록부들, 좁은 트렌치들 또는 작은 직경 바이어들과 같은 사이의 하부들은 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이, 즉, 증착된 알루미늄을 평탄하게 하기 위해 이온으로 웨이퍼에 충격을 가함이 없이 스퍼터링된 알루미늄에 의해서 완전히 채워진다. 그 결과 알루미늄층은 이런 하부에서 얇게되지 않고 실제적 평면으로부터 양 기울기 범위의 제2도에서 도면부호(24'와 26')에서 보인것과 같은 표면을 갖는다. 웨이퍼온도가 150℃ 미만의 온도에 유지되는 동안, 웨이퍼를 히이터에서 떼어 놓으므로서, 제1단계는 200 내지 300Å의 초당 증착속도를 부여하는 타켓 파워레벨에서 스퍼터링 알루미늄에 의해서 수행된다. 파워레벨범위는 20 내지 40Å의 초당 증착속도를 부여하기위해 변화되고, 히이터는 웨이퍼와 접촉으로 이동한다. 그리고 웨이퍼를 가열하고 웨이퍼 온도를 유지하기위해 600℃ 미만의 온도범위에 유지된 히이터에 웨이퍼를 연관시키기 위한 열전도가스로 웨이퍼의 후면을 접촉시킴으로써 600℃ 미만의 온도까지 웨이퍼로 가열하면서 웨이퍼상에 부가적인 알루미늄이 증착된다. 그리고, 웨이퍼는 여전히 600℃ 미만의 온도에 유지되는 동안, 부가적인 알루미늄은 제3단계에서 120 내지 250Å의 초당 증착속도를 부여하기위해 타켓 파워 레벨이 증가하는 동안 웨이퍼상에 증착된다.

Description

스텝된 반도체 웨이퍼 위에 알루미늄층을 형성시키기 위한 다단계 스퍼터링 방법
제1도는 종래의 방법에 의해 밀접하게 거리를 가져 떨어져 있는 스텝부를 갖는 반도체 웨이퍼 상에 스퍼터된 알루미늄층의 부분 수직 단면도.
제1a도는 제1도의 하부 영역(14)에 알루미늄층이 음 기울기로 언급된 알루미늄층의 잔류부로 형성되는, 명확하게 나타내기 위해 숫자가 생략된, 90°보다 더 큰 각을 보이는 제1도의 일부를 도시한 부분 수직 단면도.
제2도는 본 발명의 방법에 의해 밀접하게 거리를 가져 떨어져 있는 스텝부를 갖는 반도체 웨이퍼 위에 스퍼터된 알루미늄층의 부분 수직 단면도.
제2a도는 제2도의 하부 영역(14)에 알루미늄층이 양 기울기로 언급된 알루미늄층의 잔류부로 형성되는, 명확하게 나타내기 위해 숫자가 생략된, 90°보다 더 작은 각을 보이는 제2도의 일부를 도시한 부분 수직 단면도.
제3도는 웨이퍼를 챔버로 이동시킨 후 및 웨이퍼를 스퍼터링 위치로 상승시키기 전의 웨이퍼를 나타낸, 본 발명의 방법에 이용된 스퍼터링 챔버의 수직 단면도.
제4도는 제3도에 도시한 스퍼터링 챔버의 수직 단면도이지만, 하나의 챔버가 전체의 스프터링 공정에 사용되어질 때, 첫번째 스퍼터링 단계를 위해 웨이퍼가 스퍼터링 위치로 상승된 것을 나타내는 스퍼터링 챔버의 수직 단면도.
제5도는 제3도와 제4도에 도시된 것과 같은 스퍼터링 챔버의 수직 단면도이지만, 웨이퍼 지지대와 가열대가 웨이퍼 온도를 조절하기 위해 웨이퍼의 후면과 접촉할 위치까지 올려진 스퍼터링 챔버의 수직 단면도.
제6도는 본 발명의 방법을 설명하는 흐름도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 반도체 웨이퍼 11,12,13 : 스텝부
14 : 좁은 구역 16 : 넓은 구역
20,24 : 알루미늄층 22 : 박층 영역
30 : 웨이퍼 40 : 스퍼터링 챔버
44 : 스퍼터링 가스 입구 50 : 지지대
60 : 알루미늄 타켓 62 : 절연체
100 : 가열대 110 : 올림 수단
120 : 가열 장치
본 발명은 반도체 웨이퍼위에 알루미늄층을 형성시키는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 바이어싱이 없이 밀접하게 거리를 가져 떨어져 있는 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼 표면 위에 알루미늄층을 증착시키는 다단계 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
집적 회로 구조가 반도체 웨이퍼상에 간격진 라인, 트랜치 및/또는 바이어스 또는 접촉홀을 포함하고, 간격은 작고, 예를 들어 간격진 라인 또는 트랜치 벽은 1.6 마이크로미터(미크론) 이하이거나 바이어 직경은 1.6 마이크로미터 이하인 스텝된 표면상에 알루미늄을 증착하기 위해 스퍼터링에 의해 알루미늄층을 형성함에 있어서, 종래의 스퍼터링 방법에 의해 형성된 알루미늄층들은 편평하지 못할 뿐만 아니라, 알루미늄층들은 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부들 사이, 즉, 스텝부들 혹은 트렌치 벽들 또는 경유 구멍들 위의 사이 영역에서 더 얇았다.
원자가 웨이퍼에 거의 수직한 경로로부터 웨이퍼에 도달하지 않으면, 좁은 영역의 어느 한 측면에 있는 융기부 또는 스텝부는 스퍼터된 원자가 좁은 구역에 증착되지 못하게 하는 그림자 효과 때문에 상기 상황이 발생한다. 이것은 웨이퍼를 향해 이동하는 스퍼터된 원자들이 융기부 또는 트렌치 혹은 바이어의 측면에 도달하고, 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부들 사이에 있는 웨이퍼상의 하부 영역에 도달함이 없이 그대로 증착한다.
종래의 방법을 사용하여 얻는 결과를 예시하는 제 1도는, 반도체 웨이퍼상 스텝부가 밀접한 간격을 갖고 떨어질 때의 그림자 효과를 도시한다. 반도체 웨이퍼(10)는 알루미늄층(20)의 스퍼터링되기 전 웨이퍼상에 형성되는 여러 스텝부(11,12,13)를 도시하고 있다. 알루미늄층(20)은 밀접한 간격을 갖고 떨어진 스텝부(11,12) 사이의 좁은 구역(14)을 채우지 않고, 알루미늄층(20)의 잔류부보다 더 얇은 박층 영역(22)을 형성하는데, 이것은 구역(14)이 인접해 있는 높은 위치의 스텝부(11,12)에 의해 그늘지기 때문이다. 이와는 반대로 밀접하지 않게 간격을 갖고 떨어져 있는 스텝부(12,13) 사이의 넓은 구역(16)은 24로 도시된 바와 같이 알루미늄층(20)의 잔류부보다 얇지 않게 알루미늄으로 완전히 채워지는데, 그 이유는 넓은 구역에서 좁은 구역(14)에서와 같은 그림자 효과가 없기 때문이다.
구역(14,16)에 증착된 알루미늄 두께 차이 외에, 알루미늄층(20)이 좁은 구역(14)의 측벽에 박층(26)을 형성한다. 그래서 알루미늄층(20)은 음 기울기로 점차 안쪽으로 기울어져, 종래 기술을 도시한 제 1도의 부분(28)에 소위 "음"의 기울기라 불리는 알루미늄층(20)의 내향 넥킹(necking) 또는 오우버 행(over hang)을 형성시킨다. 이 효과는 또한 제1도의 넓은 구역(16)위 알루미늄층(20,24)에서 약하게 나타나지만, 이런 넓은 구역에서 효과는 무시되어질 수 있다. 그러나 제 1도의 좁은 구역(14)에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부들 사이의 구역에서의 이런 음 기울기 효과는 알루미늄층에 공극을 형성시키고 좁은 구역(14)으로 스퍼터링된 알루미늄의 통행을 더 방해함으로써 그림자 효과를 부가시킨다.
반도체 웨이퍼상에 형성된 집적 회로 구조가 미세 지형으로 점점 작아지고 얇은 라인, 소라인 피치(pitch) 및 소접촉 홀을 구비하므로, 반도체 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부 영역에서 이런 그림자 효과와 알루미늄의 음 기울기 증착을 극복할 수 있는 것 및 집적 회로 구조물의 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부 사이의 구역에 박막 또는 박층을 형성하지 않고서, 오히려 반도체 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부 사이의 하부 구역을 완전히 채우고 알루미늄 증착 단계 중 음 기울기를 형성시키지 않을, 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부를 갖는 웨이퍼 표면 위에 알루미늄층을 스퍼터링시키는 것이 중요하다.
이런 집적 회로 구조에 알루미늄층을 만들기 위한 종전 기술은, 이런 하부 구역에 증착된 알루미늄을 채우기 위한 웨이퍼의 이온 충돌을 제공하기 위해서, 여러 증착 단계 전 또는 후에 스퍼터링 증착 방법과 웨이퍼의 기울임을 조합하여 구성한다. 예를 들면, 라몬트 주니어. 등의 미합중국 특허 제4,756,810호는 5kHz에서 1MHz까지의 RF 주파수에서 하부에 바이어스 전압이 가해짐으로써 플라즈마에서 튀어나온 이온들은 이미 증착된 알루미늄을 재분배시키고 알루미늄층을 평편화시키며, 바이어스를 채우는 것을 돕기 위해서 하부에 충돌하는 것에 있어서 증착된 알루미늄층에 의해서 채워질 바이어스가 집적 회로 위 하부상에 알루미늄층을 스퍼터링하기 위한 방법과 장치를 기술하고 있다.
이노(lnoue) 미합중국 특허 제4,810,342호는 웨이퍼의 온도를 가열가스의 첫번째 소오스를 사용함으로써 유지하고, 온도와 압력을 일정하게 유지하기 위해 웨이퍼의 온도가 올라감에 따라 가열 가스의 흐름을 감소시킴과 동시에 두번째 소오스로부터의 같은 가스의 흐름을 증가시킨 상태에서 반도체 웨이퍼 위의 알루미늄 선들과 같은 스퍼터링 와이어링 물질을 스퍼터링하는 방법을 기술하고 있다.
카모시다(Kamoshida)등의 미합중국 특허 제4,816,126 호는 온도가 상승함에 따라 알루미늄 막을 액화하기 위해, 850volts 이상의 바이어스 전압에 의해 가속화된 챠아징된 입자들이 막에 충돌함으로써 기판 위의 알루미늄 막을 평탄화하는 방법을 기술한다.
(a) 알루미늄막이 하부상에 먼저 생성되고, 알루미늄막 위에 충돌하기 위한 플라즈마에서 아르곤 이온 같은 이온이 생성될 바이어스 전압을 기판에 인가함으로써 액화되는 제1단계 실시예; (b) 기판은 스퍼터링 증착 동안 바이어스되고 알루미늄은 기판이 바이어스된 결과 챠아징된 입자로 기판 충돌과 하부의 온도 상승에 의해서 점차적으로 액화된다는 제2단계 실시예; (c) 알루미늄의 첫번째 막은 바이어스 없이, 즉, 이온충돌 없이 증착된다. 그리고, 알루미늄의 두번째 층은 바이어스 전압이 가해지는 동안, 즉, 막을 액체화하기 위해 이온들이 하부에 충돌하는 동안 증착된다고 기술한다.
특허출원번호 제07/502,362호에는 제2단계 및 제3단계 동안에 바이어스가 웨이퍼에 가해지고 웨이퍼 온도는 제3증착 단계 동안에만 조절되는, 3단계 과정으로 반도체 웨이퍼상에 알루미늄이 증착된다.
이제, 여러 증착 단계 동안에 웨이퍼를 바이어싱 없이, 즉, 알루미늄의 증착 동안 플라즈마에서 튀어나온 이온으로 웨이퍼를 조사함이 없이 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 여러 융기부 사이의 하부 구역을 채울 다단계 방법으로 평탄한 알루미늄이 반도체 웨이퍼상에 증착되는 것을 알았다.
본 발명의 목적은 스퍼터 증착과정 동안 웨이퍼를 바이어싱함이 없이 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 여러 융기부 사이의 하부 구역을 완전히 채우고, 알루미늄 증착 동안 음의 기울기를 형성하지 않을 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 가지는 반도체 웨이퍼상 알루미늄 층을 스퍼터링 하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 150℃ 이하 온도와 6 내지 18초 동안에 초당 200 내지 300Å의 증착 속도를 충분히 제공하기 위한 타켓 전력 레벨을 유지하는 동안 3000Å 미만의 알루미늄층을 웨이퍼상에 스퍼터링시키는 제1단계; 및 타켓 전력 레벨 범위는 12초 내지 66초 동안에 초당 20Å 내지 40Å의 증착 속도를 충분히 제공하기 위해 낮추고, 웨이퍼 온도는 600℃ 미만의 온도까지 올려지게 하는 제2단계; 그리고 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 0.6 내지 2㎛ 최종 두께에 도달할 때까지 웨이퍼 온도를 약 600℃ 미만에 유지하는 동안에 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부는 실질적으로 완전히 채워지고 음 기울기는 형성되지 않도록, 초당 100Å 내지 250Å의 증착 속도를 충분히 제공하기 위한 타켓 전력 레벨을 증가함에 의해 수행되도록 하는 단계로 이루어지는, 다단계 공정을 사용하여 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 알루미늄층을 스퍼터링시키는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 (a) 6 내지 18초 동안에 150℃ 이하 온도와 초당 200Å 내지 300Å의 증착 속도를 충분히 제공하기 위한 타켓 전력 레벨을 유지하는 동안 3000Å을 초과하지 않게 알루미늄층을 웨이퍼상에 스퍼터링시키는 제1단계; 및 타켓 전력 레벨 범위는 36초 내지 66초 동안에 초당 20Å 내지 40Å의 증착 속도를 충분히 제공하기 위해 낮추고, 웨이퍼 온도는 475℃ 내지 600℃로 올려지게 하는 제2단계; 그리고 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 1 내지 2㎛의 최종 두께가 될 때까지 웨이퍼 온도를 475℃ 내지 600℃에 유지하는 동안에 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부는 실질적으로 완전히 채워지고 음 기울기는 형성되지 않도록, 100 내지 250Å의 초당 증착 속도를 충분히 제공하기 위한 타켓 전력 레벨을 증가함에 의해 수행되도록 하는 단계로 이루어지는, 다단계 공정을 사용하여 밀접한 간격을 갖고 떨어져 있는 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 알루미늄층을 스퍼터링시키는 개선된 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼를 150℃ 미만의 온도로 유지하고 6 내지 18초 동안에 200 내지 300Å의 초당 증착 속도를 제공하기 위한 타켓 전력 레벨을 유지하는 동안 진공 장치에서 150℃ 미만의 온도로 웨이퍼를 공급; 웨이퍼를 진공 장치내 스퍼터링 구역으로 이동; 웨이퍼상에 1000 내지 3000Å의 알루미늄층을 스퍼터링하는 것으로 구성되는 제1단계; 및 히터를 장치한 웨이퍼 지지대를 웨이퍼의 후면에 접촉시키기 위해 이동하고 웨이퍼의 온도를 안정화하기 위해 웨이퍼를 웨이퍼 지지대에 열적으로 결합하기 위해 열전도 가스로 웨이퍼의 후면을 접촉함에 의해서 웨이퍼 온도를 500℃ 내지 600℃의 온도로 올리는 동안, 36 내지 66초 동안에 초당 20 내지 40Å의 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨 범위를 낮추는 제2스퍼터링 단계; 그리고 최종 두께가 0.6 내지 2㎛ 이를 때까지 웨이퍼를 500℃ 내지 600℃의 온도에 유지하는 것에 의해 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부 구역이, 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 실제로 완전히 채워지고 음 기울기가 발생하지 않는 동안 100 내지 250Å의 초당 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨을 올리는 것으로 수행되는 제3스퍼터 증착 단계로 구성되는 다단계 과정을 사용함으로써 밀접한 간격을 갖고 떨어져 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 알루미늄층을 스퍼터링하기 위한 개선된 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 웨이퍼를 150℃ 미만의 온도에 유지하고 6 내지 12초 동안에 초당 200 내지 300Å의 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨을 유지하는 동안, 진공 장치내 웨이퍼를 150℃ 미만의 온도까지 낮추는 방법, 웨이퍼를 진공장치내 스퍼터링 구역으로 이동하는 방법, 및 웨이퍼상에 1000 내지 3000Å의 알루미늄층을 스퍼터링하는 방법으로 구성되는 제1단계; 36 내지 66초 동안에 초당 20 내지 40Å의 증착 속도를 제공하기 위한 타켓 전력 레벨 범위를 공급하는 동안, 웨이퍼 온도를 500 내지 600℃의 온도까지 올리는 방법, 히터를 장치한 웨이퍼 지지대를 웨이퍼의 후면에 접촉시키기 위해 이동하는 방법, 웨이퍼의 온도를 안정화하기 위해 웨이퍼를 웨이퍼 지지대에 열적 연관을 위해 열전도 가스로 웨이퍼의 후면을 접촉하는 방법으로 구성되는 제2증착 단계; 그리고 최종 두께가 0.6 내지 2 마이크로미터에 이를 때까지 웨이퍼를 500 내지 600℃의 온도에 유지하는 것에 의해 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부 구역이 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 실제로 완전히 채워지고 음 기울기가 발생하지 않는 동안 100 내지 250Å의 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨을 올리는 방법의 제3증착 단계로 구성되는 다단계 과정을 사용함으로써 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 알루미늄층을 스퍼터링하기 위한 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따라서, 제 2도의 층(22')이 나타낸 것처럼 웨이퍼 위의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 여러 스텝부 사이의 구역은 제1도의 종전 기술과정에서 보여준 결과와는 반대로 실제로 완전히 채워지는 다단계 과정을 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 알루미늄층이 스퍼터된다. 더구나, 알루미늄층은 제 1도의 층(26)에서 보여준 것과 같은 음 기울기를 갖는 표면이 생기지 않고, 오히려 알루미늄은 제 2도에서 여러층(24' 그리고 26')에서 보여준 것과 같은 실제로 평탄한 층에서 양 기울기까지의 층 범위를 형성하기 위해 증착된다.
여러 상층 라인, 트렌치의 반대 벽, 혹은 여러 벽이 웨이퍼 표면에 대해서 80°혹은 그 미만으로 끝이 가늘어졌을 때 이런 올려진 부분의 높이 사이의 종횡비가 0.625 내지 0.83이고, 어떤 경우엔 1.2와 같은 높이인 범위의 하부 구역 넓이 이상인 공극의 양벽과 같은 반도체 웨이퍼의 올라온 부분은 "밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부"를 의미한다.
본 발명과 일치하며 반도체 웨이퍼상에 스퍼터링된 알루미늄층의 표면을 설명할 때 사용된 용어 "음 기울기" 및 "양 기울기", 알루미늄층 표면의 잔존부에 한정된 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이 반도체 웨이퍼의 하부 구역 위의 알루미늄층의 표면각을 언급한다. 제 1도와 제 1a도에서 층 26과 같은 각도가 90°이상이면 기울기는 용어 "음 기울기"라 하고, 반면에 제 2도와 제 2a도에서 보여준 것처럼 각도가 90°미만이면 용어 "양 기울기"라 한다.
웨이퍼가 스퍼터링 단계 동안에 충돌을 당하지 않기 위해서 웨이퍼에 바이어싱 전압을 가하지 않는다는 것에 관해서, "웨이퍼에 바이어스 전압을 적용함이 없이…" 같은 표현의 사용은 전술한 카모시다 등의 특허에서 언급한 바와 같은, 바이어싱 전압을 알루미늄이 타켓으로부터 스퍼터되는 동안, 즉, 증착 동안이거나 실제 스퍼터링이 정지한 후, 즉, 타켓에의 전력이 소멸된 후 웨이퍼에 가하지 않는다는 것을 의미하려고 의도한다.
본 발명의 과정에 의해 형성된 스퍼터링된 알루미늄층은 99.9 웨이트 퍼센트의 순 알루미늄이거나, 2 웨이트 퍼센트의 실리콘 혹은 4 웨이트 퍼센트의 구리를 함유하는 알루미늄 합금 혹은 이런 범위내의 둘의 혼합물의 알루미늄 합금을 구성한다. 그러므로, 여기서 용어 "알루미늄" 사용은 순 알루미늄 및 실리콘 혹은 구리로 합금된 알루미늄 혹은 상술한 범위내의 둘을 섞은 합금 알루미늄을 포함한다고 의도한다.
본 발명의 다단계 스퍼터링 과정은 같은 챔버내에서 혹은 하나 이상의 챔버내에서 수행됨을 알아야 한다. 전 증착 과정을 하나의 챔버로 사용함은 한 챔버에서 다른 챔버로 웨이퍼의 이동 동안 웨이퍼의 오염을 피하기 위해 적당하다. 예를 들면, 산화(알루미늄 산화를 형성)와 같은 오염은 증착 변수가 한 단계에서 다른 단계로 변할 때 실제로 웨이퍼 위에 알루미늄을 계속 증착하는 것에 의해 단일 챔버를 사용하면 억제된다. 반대로 아래에 상술한 것처럼, 고진공은 증착 과정의 이런 중단 상태 동안 오염 발생을 피하기 위해 전송 동안 사용되어질 필요가 있다. 이런 이유 때문에, 본 발명의 장치 및 여러 과정 단계는 진공 장치의 같은 증착 챔버내에서 수행되는 다단계 증착에 관해서 먼저 서술한 것이다.
본 발명의 과정을 수행하기 위해 사용되는 전형적인 스퍼터링 장치는 제 3도 내지 제 5도에 도시했다. 웨이퍼(30)는 처음에 탑벽(42)과 측벽(48)으로 구성되는 스퍼터링 챔버(40)에 삽입되고 제 3도 내지 제 5도에 나타난 웨이퍼(30)를 지지하도록 적당한 지름의 확대된 상층 플랜지(52)가 공급된 실린더형 혹은 링형 지지대(50)와 같은 웨이퍼 지지대 위에 놓인다. 지지대(50)는 챔버(40)내에서 지지대(50)를 허용하는 확장할 수 있는 벨로우 요소(58) 위에 올려진 컬라(56)에 의해 놓여지거나 지지된다. 그리고, 그 위 웨이퍼(30)는 챔버(40)내 스퍼터링 위치까지 올려진다.
챔버(40)는 15 내지 300sccm의 속도로 챔버(40)내로 흐르는 아르곤(보이지 않는다)같은 스퍼터링 가스원(108)에 연결된 스퍼터링 가스 입구(44)를 갖추고 있다. 같은 스퍼터링 가스원은 다음에 상술할 입구(106)을 통해 웨이퍼의 후면에 가스를 공급하기 위해 사용된다. 챔버(40)내 출구(46)는 스퍼터링 챔버(40)내 압력을 1 내지 8 밀리토르의 범위내에 유지하기 위해 진공 펌프 장치(보이지 않는다)에 연결되어 있다.
챔버(40)의 탑벽(42)까지 올려진 것은 절연체(62)에 의해 챔버(40)의 접지된 벽(48)으로부터 떨어진 알루미늄 타켓(60)이다.
타켓(60) 주변에 있고 챔버(40)의 탑벽(42)에 설치된 것은, 웨이퍼가 스퍼터링 위치까지 올려졌을 때 웨이퍼(30)를 원형 웨이퍼 지지대와 아래에 상술한 목적의 가열대(100)에 봉합하고 웨이퍼(30) 표면의 상부를 맞물리게 하기 위해 클램핑 링(80)을 옮기는 상향 확장 인너 립(74)과 하부 플렌저 혹은 쇼울더(72)를 갖춘 실린더형 보호 요소(70)이다.
웨이퍼 지지대와 가열대(100)와 웨이퍼 지지링(50)은 챔버(10)내로 처음 웨이퍼(30) 삽입을 용이하게 하기 위해 제 3도에 도시된 것처럼 웨이퍼(30) 하부 위치에 있다. 가열대(100)와 지지링(50)은 제 4도와 제 5도에 각각 도시된 것처럼 타켓(60) 하부 증착 위치에 웨이퍼(30)를 지지하기 위해 각자 독자적으로 올려질 수 있다.
제 4도에 도시된 것처럼 웨이퍼 지지대(50)와 그 위의 웨이퍼(30)를 웨이퍼가 가열되기 전, 즉, 지지대와 가열대(100)를 접촉함에 의해 온도 제어를 받기 전 제1단계 증착 단게에서 웨이퍼(30) 위 알루미늄층의 스퍼터 증착을 허용하기 위한 타켓(60) 근처에, 그리고 보호(70)내 증착 위치에 올리기 위해 외부 유압 수단을 통해(보이지 않는다), 팽창할 수 있는 벨로우 요소(58)는 팽창된다.
지지대와 가열대(100)는 제 5도에 도시한 바와 같이, 그것이 웨이퍼(30)의 후면에 접촉하는 위치까지 올림 수단(110)을 통하여 독자적으로 올려진다. 예를 들면, 올림 수단(110)은 속이 빈 샤프트, 즉, 봉(114)를 통해 가열대에 연결된 유압 실린더를 구성한다. 웨이퍼(30)에 증착할 준비로 지지대와 가열대(100)가 타켓(60) 아래 웨이퍼 지지 위치까지 올릴 때 링 지지요소는 웨이퍼의 하단면과 가열대 끝 사이를 아래에 설명한 것과 같이 잘 맞추어지도록 낮추어진다는 것을 알았다.
가열대(100)는 속이 빈 샤프트(114)를 통해 열 공급기(114)에 전기적으로 연결된 전기 저항 히터를 구성하는 가열 장치(120)를 포함한다. 가열 장치(120)가 웨이퍼(30)를 접촉하기 위해 이동한 후, 아래에 설명하는 것처럼 가스가 입구(106)에서부터 히터(120)와 가열대(100)에 열적으로 연관된 웨이퍼에 흐를지라도 가열 장치는 스퍼터 증착 과정의 제2단계 동안 웨이퍼(30)를 가열하고 나머지 과정 동안 웨이퍼를 가열 온도에 유지하기 위해 작동한다. 가열대(100)는 똑같은 열 연결을 통해 가열대(100)의 온도를 안정시키기 위해 수냉 코일(보이지 않는다)과 같은 냉각 장치를 갖추고 있다.
가열대(100)가 올려진 위치에 있을 때 본 발명의 스퍼터링 과정의 단계 동안 웨이퍼(30)의 온도를 올리고 안정시키기 위해, 가열대(100)는 웨이퍼의 후면의 끝을 가열대(100)의 상부에 밀봉함으로써 다음에 상술할 바와 같이, 아르곤 같은 열전도 가스는 탑 표면(102)이 개방일지라도 과정 단계 동안 가열 장치(120)의 온도를 초과하지 않는 온도에 웨이퍼의 온도를 유지하기 위해 웨이퍼(30)의 후면과 탑 표면(102) 사이에 밀봉된 챔버를 정하는 클램핑 링(80)과 협력된 가열대(100)의 융기부 끝 주위에 크라운(104)이 공급된다.
상술한 것처럼, 열전도 가스는 입구(44)를 통해 챔버(40)에 들어가는 스퍼터링 가스원으로 작용하는 가스원(108)에서 공급된다. 속이 빈 샤프트(114)를 통해 출구(106)로 흐르는 열전도 가스는 가열대(100)에 웨이퍼(30)를 열적 연관을 위해 작용한다. 초과 열이 본 발명의 스퍼터링 단계 동안 웨이퍼(30)에 생기면, 이런 열은 가스를 통해서 웨이퍼보다 상당히 커서 생성된 부가적인 열을 흡수하는 큰 열 소멸기로서 작동하는 가열대(100)로 웨이퍼(30)에서 전도된다.
상기한 것처럼, 본 발명의 다단계 알루미늄 증착 단계는 많은 챔버를 사용함으로써 수행되지만, 바람직하게 새로이 증착된 알루미늄 표면의 오염을 피하기 위해 한개의 챔버를 사용함으로써 수행된다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예 세 단계의 상술은 세 증착 단계를 위해 하나의 증착 챔버 사용을 언급하는 것이 이해된다.
본 발명의 다단계 스퍼터링 단계는 6 내지 18초 동안, 전형적으로 12초 동안 웨이퍼 표면상에 우선 알루미늄을 스퍼터링함으로써 수행된다.
타켓 전력 공급은 -300 내지 -600 볼트, 바람직하게는 -450 내지 -550볼트, 더욱 바람직한 것은 -500 볼트에, 그리고 초당 200 내지 300Å의 증착 속도를 공급하기에 충분한 전력 레벨에 설치하는 것이다. 6인치 직경 웨이퍼를 위해, 예를 들면 이런 증착 속도는 제1증착 단계 동안 9 내지 17kW, 전형적으로 10kW의 전력 범위를 사용함으로써 유지될 수 있다.
이 시간 간격과 증착 속도는 1000 내지 3000Å, 전형적으로 2000Å의 두께를 갖는 초기 알루미늄층을 형성하기에 충분하다.
제1증착 단계 동안, 웨이퍼의 온도는 지지대를 유지하고 웨이퍼(30)로부터 떨어진 가열대(100)를 가열함으로써, 즉, 제 4도에 도시한 것처럼 가열대(100)(히터(120)를 포함)를 웨이퍼(30)에 접촉하는 위치까지 올리는 것에 의하지 않고 150℃ 미만에 유지한다.
제1스퍼터링 단계 동안, 스퍼터링 챔버내 압력은 나머지 단계와 마찬가지로 아르곤 가스 같은 스퍼터링 가스가 15 내지 300sccm의 속도로 스퍼터링 챔버내로 흐르는 동안 1 내지 8 밀리토르의 범위내에 유지한다.
본 발명의 스퍼터링 증착 공정의 제1단계를 수행하기 위해 웨이퍼는 로드 락 진공 챔버에서 챔버(40)내 링 지지 요소(50)상에 처음으로 올려지고 챔버(40)는 증착 챔버에서 모든 오염을 실제적으로 제거하기 위해 10-8토르까지 처음에 진공시킨다. 웨이퍼(30)를 챔버(40)내에 삽입하기 전에, 가열대(100)내 가열 수단(120)은 475 내지 600℃, 바람직하게는 500 내지 550℃에, 제2증착 단계에 의해 상세히 설명할 목적으로 이미 가열된 가열대(100)를 갖는다.
챔버(40)내 링 지지 요소(50)상에 웨이퍼의 삽입 후, 웨이퍼(30)는 제 4도에 도시한 스퍼터링 위치까지 웨이퍼(30)를 갖는 링 지지 요소(50)를 올리기 위해 유압을 벨로우 요소(58)에 흐르게 함으로써 제4도에 도시한 스퍼터링 위치까지 올리는 것이다.
그래서, 증착 과정의 제1단계는 챔버를 1 내지 8 밀리토르의 요구된 압력 범위에 유지하는 동안, 아르곤 같은 스퍼터링 가스를 상기한 범위내에 챔버로 흐르는 것과 타켓(60)과 타켓(40)에 노출된 챔버(40)의 접지 부분, 원리적으로 보호(70) 사이에 플라즈마를 발화하는 것에 의해 시작한다. 제1증착 단계는 상기한 것처럼 6 내지 18초 동안에 수행된다.
제2알루미늄 증착 단계는 475 내지 600℃, 바람직하게는 500 내지 550℃에 유지된 최대 웨이퍼 온도를 가진 증착 챔버(40)내에서 수행된다. 이것은 웨이퍼(30)의 후면이 가열대(100)의 전면(102)상에 올려진 크라운(104)에 의해 접촉된 제 5도에 도시한 위치로 지지대 외 가열대(100)를 이동, 즉, 올림에 의해 수행된다.
상기한 것처럼, 가열대(100)내 히터(120)는 제1단계 동안 요구된 웨이퍼 온도보다 뜨거운 온도로 유지한다. 이것은 제2,3단계 동안에 높은 온도에 있어야 하기 때문이다. 그리고, 그것은 제1단계 동안에 낮은 온도에 히터를 유지하고, 제2,3단계 동안에 본 발명에 주어진 단계 속도에 높은 온도까지 올리는 것은 불가능하다.
그래서, 히터가 전과정 동안 500 내지 600℃의 같은 온도에 유지되는 반면, 제1증착 단계 동안 전도열 연관 혹은 전송의 부재와 마찬가지로, 제1단계 동안 웨이퍼(30)로부터 가열대(100)의 공간은 과정의 나머지 단계 동안의 온도보다 제1증착 단계 동안 웨이퍼 온도를 낮게 유지하는 요구된 목적을 수행한다.
제2증착 단계 동안 웨이퍼 온도는 올려지고 웨이퍼(30)와 가열대(100) 표면(102) 사이의 봉합된 구역으로 입구(106)를 통해 아르곤 같은 열전도 가스를 흐르는 것에 의해 600℃ 미만의, 즉, 475 내지 600℃ 범위의 요구된 온도내에 유지된다. 이것은 웨이퍼(30)를 가열대(100)와 히터(120)에 열 연관하는 것에 의해 웨이퍼 온도 증가를 제한하는 것이다.
하부 타켓 전력 레벨은 20 내지 40Å의 증착 속도를 제공하기 위해 제2단계내에 사용된다. 예를 들면, 6인치 웨이퍼용 전력 레벨은 제2증착 단계 동안 1 내지 3kW, 그리고 전형적으로 2kW일 것이다.
제2증착 단계는 36 내지 66초 동안, 바람직하게는 42 내지 60초 동안 증착 챔버(40)에서 수행된다. 이것은 전에 증착된 알루미늄 위 웨이퍼(30)상에 1000 내지 3000Å의 증착, 전형적으로는 2000Å의 부가적인 알루미늄 증착이 생긴다.
본 발명의 스퍼터링 공정의 제2단계가 끝났을 때, 고타켓 전력 레벨을 사용함으로써 웨이퍼 표면 위에 3000Å의 부가적인 알루미늄 증착이 수행되는 제3단계가 시작된다. 제3증착 단계는 18 내지 24초 동안, 0.6 내지 2㎛의 총 증착 두께가 이를 때까지 증착 챔버(40)를 여전히 사용함으로써, 초당 100 내지 250Å의 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨을 충분히 사용하여 부가적인 알루미늄을 증착하기 위해 수행된다. 예를 들면, 6인치 웨이퍼용은 전력 레벨이 4 내지 17kW, 그리고 전형적으로 9kW 범위일 것이다. 제3증착 단계 동안 웨이퍼 표면상에 부가적인 알루미늄을 증착하기를 원한다면 제3단계의 증착 시간 길이는 연장된다.
제3증착 단계 동안 웨이퍼 온도는 제2증착 단계와 같은 범위에, 즉, 475 내지 600℃ 범위에, 바람직하게는 500 내지 550℃ 범위에, 최대 웨이퍼 온도가 600℃ 미만의 온도에 유지된다. 필요하다면, 전력 레벨은 제3단계 동안 웨이퍼 온도를 열거된 온도 범위내에 유지하기 위해 낮춘다.
제3단계 동안 알루미늄의 증착에 관하여, 웨이퍼상에 증착될 알루미늄의 최소양은 웨이퍼의 놓여 있는 부분의 어떤 양에 의존한다. 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 여러 융기부 사이의 웨이퍼의 하부상에 증착된 알루미늄의 최소 총 두께는 바이 혹은 트렌치의 깊이 혹은 웨이퍼상 라인 높이의 80%이고, 바람직하게는 100 내지 200%이다.
상기 방법을 사용함으로써 알루미늄층은 놓여진 반도체 웨이퍼의 가장 높은 부분 위에 0.6 내지 2 마이크론 혹은 1.0 마이크론의 평균 두께를 갖도록 증착된다. 증착된 알루미늄층은 실제로 웨이퍼상에 밀접한 간격을 떨어진 여러 융기부 사이를 완전히 채우고 웨이퍼의 이런 하부 구역상에 음 기울기를 형성하지 않는다.
이런 점에서, 본 발명의 과정을 사용함은 직벽 트렌치 및 종횡비가 1.2인 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 구역들은 상술한 알루미늄층의 얇은 층을 형성함이 없이 알루미늄으로 완전히 채워진다. 그리고, 벽들이 80°각도 이하, 즉, 수평보다 낮게 끝이 가늘어진다면 트렌치 및 종횡비가 1.5인 융기부 사이의 구역들은 본 발명의 방법을 사용하여 알루미늄으로 완전히 채울 수 있다.
비슷하게도, 종횡비가 0.83인 직벽 바이어스(Vias)는 본 발명의 과정을 사용함으로써 만족스럽게 채워질 수 있고, 수평에 70° 혹은 적은 각을 갖는 벽의 끝이 가늘은 바이어스(Vias)는 종횡비가 1.2이더라도 본 발명에 상응하여 만족스럽게 채워질 수 있다.
증착 과정의 세 단계를 위해서 하나의 증착 챔버를 사용함으로써 증착은 연속적인 기저 위에 수행되고, 하나의 챔버 사용의 주요한 이익 중 하나다. 알루미늄 증착이 계속됨에 의해서 증착 매개, 즉, 웨이퍼 온도 및 타켓 전력 레벨을 변화할지라도 증착될 알루미늄의 오염은 방지된다.
이것은 알루미늄이 계속적으로 증착되어 표면상의 알루미늄이 다른 가능성 있는 오염물, 즉, 산소 원자와 반응할 기회를 갖지 않기 때문이다. 반대로, 한 챔버 이상이 사용되면 증착 과정은 웨이퍼가 한 챔버에서 다른 챔버로 이동할 때 정지하여야 한다. 이것은 표면 위의 알루미늄 원자가 진공 기구내 어떤 오염 원자와 반응할 시간을 제공한다. 증착의 중단 때문에 웨이퍼의 이동 동안 웨이퍼는 오염을 피하기 위해 진공하에 유지되어야만 하며, 이것은 다음에 기술한다.
세 증착 단계 모두를 위해서 하나의 증착 챔버의 사용이 적절한 반면, 분리된 스퍼터링 증착 챔버내에서 상술한 첫번째 증착 단계를 수행하는 것 및 웨이퍼를 두번째 증착 챔버로 이동하는 것(같은 진공 기구내에 포함되어짐으로써 웨이퍼의 오염을 방지)은 본 발명의 취지다.
초기 단계에서는 한 챔버를 사용하고 진공하에서 두번째 챔버로 웨이퍼를 이동시키는 것이 요망될 때, 두 챔버는 웨이퍼 조절기 및 증착 기구의 같은 형태를 이용하나, 제 4도에 도시한 웨이퍼 증착 지점은 사용될 필요가 없다. 각 증착을 위해서, 웨이퍼(30) 및 웨이퍼 지지대와 가열대(100)는 제5도에 도시한 바와 같이 증착 위치에 올려지고 열전도 가스는 입구(106)를 통해 웨이퍼 후면까지 흐른다.
그리고, 한 챔버내 가열대(100)는 첫 증착 단계를 위해서 요구된 온도에 유지되고, 반면에 두번째 증착 챔버내 히터(100)는 제2 및 제3증착 단계를 위해 요구된 온도에 유지된다.
한 증착 챔버 이상이 본 발명의 알루미늄 증착 공정에 사용될 때, 공정 매개 변수는 계속적으로 플라즈마를 유지하지 않기 위해서 보충하기 위해 약간 변화되어진다. 예를 들면, 첫번째 증착 단계를 위해서 웨이퍼는 증착 챔버내 가열 온도를 조정함으로써 100℃ 이하에 유지된다. 다른 매개 변수들, 증착 속도 및 총 증착 시간 같은 것들은 공정의 첫번째 증착 단계가 분리된 증착 챔버내에서 수행될 때 다를 것이다.
예를 들면 낮은 증착 속도, 즉, 초당 100Å, 만약 요구된다면 2000Å의 증착에 도달할 때까지 제1단계를 위하여 두개의 챔버 처리에 사용될 수 있다. 그래서, 첫번째 챔버내 총 증착 시간은 길어진다. 타켓 전력 레벨은 1 내지 20kW의 범위내에서 첫번째 챔버내에 유지된다.
다단계 챔버 증착이 수행되면, 웨이퍼는 첫번째 증착 챔버에서 두번째 증착 챔버로 이동하는 동안 웨이퍼 알루미늄 표면의 오염을 피하기 위해 10-8 내지 10-9토르(Torr) 범위의 진공하에 있는 진공 챔버를 통과한다. 상기한 것처럼, 하나의 증착 단계가 사용될 때, 증착 공정은 알루미늄의 오염이 형성되어질 때 이를 최소화하기 위해 연속된 기저상에서 사용된다. 그러므로, 증착 공정은 다단계 챔버 증착이 수행될 때 방해되어지므로, 언급된 고진공이 유지되지 않는다면, 하나의 챔버 증착 공정과 달리 웨이퍼를 한 증착 챔버에서 다른 증착 챔버로 운반 동안 일어날 수 있는 오염을 방지하기 위해 미리 주의하는 것이 중요하다.
진공 상호 연결 챔버를 갖고 웨이퍼를 고진공하에 유지하는 동안 한 진공 챔버에서 다른 진공 챔버로 웨이퍼를 이동시키는 것이 허용된 진공 기구는 토시마(Toshima) 미합중국 특허 제4,785,962호 및 Maydan 등 미합중국 특허 제4,951,601호에 언급된다.
웨이퍼를 두번째 증착 챔버로 이동한 후, 웨이퍼 온도는 50초 이상(두번째 챔버내에서 히터(100)에 접촉함으로써) 530 내지 600℃의 온도까지 올리고, 반면에 초당 0 내지 40Å의 속도에 알루미늄을 증착한다. 상기한 것처럼, 낮은 타켓 전력 레벨은 두번째 증착 단계 동안 사용된다. 예를 들면 6" 웨이퍼의 경우, 전력 레벨은 두번째 증착 단계 동안 1 내지 3kW 범위가 되고, 전형적으로 2kW가 된다.
50초 후 증착 속도는 초당 100 내지 300Å에 유지되고, 0.6 내지 2㎛ 알루미늄 증착이 될 때까지 600℃ 미만 온도에 유지한다. 세번째 증착단계 동안에, 예를 들면 6" 웨이퍼의 경우, 타켓 전력 레벨은 4 내지 17kW의 범위내 전형적으로는 9kW에 유지된다.
다음은 본 발명의 또다른 실시예이다.
[실시예Ⅰ]
0.6mm Si 웨이퍼는 상기한 것처럼 스퍼터링 챔버내로 운반된다. 웨이퍼는 1μ의 스텝이 있고, 이 위에 형성된 일련의 1μ 높이 및 1μ넓이의 SiO2스텝을 갖는다.
스퍼터링 챔버 압력은 증착 공정 동안 3 밀리토르에 유지된다. 타켓 전력 공급은 초기에 -428V DC 타켓 전압으로 10kW에 놓는다. 가열 온도는 증착 전체를 통해 600℃에 유지하여 스퍼터링 챔버의 전체 온도가 600℃가 되게 한다. 웨이퍼를 챔버내로 운송한 후, 웨이퍼가 있는 웨이퍼 지지링은 웨이퍼를 스퍼터링 지점에 이동하기 위해 올려진다. 그리고, 아르곤(Ar) 가스는 100sccm에서 챔버를 통해 흐른다. 그래서, 플라즈마는 점화되고 알루미늄은 12초 동안 이 전력 레벨에서 웨이퍼상에 증착하여 2000Å의 알루미늄 증착이 된다.
타켓 전력 공급의 전력 레벨은 2kW로 감소하고 가열대가 있는 지지대는 웨이퍼의 후면에 접촉하기 위해 위로 이동한다. 이후 아르곤 가스는 두번째 증착 단계 동안 웨이퍼 온도를 600℃ 이상으로 올리기 위해 웨이퍼의 후면과 지지대 사이의 지역에 허용된다. 그래서, 웨이퍼는 이 전력 레벨에서 부가적인 48초 동안 스퍼터되고, 웨이퍼 위에 부가적인 2000Å의 증착이 생긴다.
그리고, 스퍼터링 공정은 두번째 단계에서와 같은 조건에서, 단 타켓 전력 레벨을 9kW로 상승하는 것만 제외하고 세번째 증착 단계가 계속된다. 증착은 부가적인 12초 동안 수행되어 (총 3 단계는 72초) 웨이퍼 표면상에 부가적인 3000Å의 알루미늄, 총 9000Å의 알루미늄이 증착된다.
웨이퍼는 챔버에서 제거된 후 SEM으로 점검된다. 밀접한 간격을 갖고 떨어진 스텝부 사이의 하부는 알루미늄으로 완전히 채워지고, 공극의 형성은 없으며, 하부위 증착된 알루미늄 층의 기울기는 양이다.
[실시예 Ⅱ]
두개의 증착 챔버의 사용을 예시하기 위해, 실시예 Ⅰ에 사용된 것과 실질적으로 같은 0.6mm 실리콘 웨이퍼는 상기한 대로 첫번째 스퍼터링 챔버로 운송되고, 가열대는 50℃ 온도에 유지한다. 이 경우에, 제1증착 단계 동안 웨이퍼를 50℃에 유지하기 위해 가열대는 웨이퍼와 접촉하기 위해 위로 이동하고, 가스는 웨이퍼 후면을 흐른다. 스퍼터링 챔버 압력은 증착 동안 3밀리토르에 유지되고, 2000Å의 알루미늄은 실시예 Ⅰ의 첫번째 단계에 사용된 같은 조건하에서 웨이퍼상에 스퍼터된다.
코팅된 웨이퍼는 첫번째 스퍼터링 챔버에서 제거되고 웨이퍼상의 알루미늄 오염을 피하기 위해 10-8 내지 10-9 토르에 유지된 상호 연결 챔버를 통해 같은 진공 기구내 두번째 스퍼터링 챔버로 이동된다. 두번째 챔버는 첫번째 챔버와 같다. 단 두번째 챔버내 가열대는 두번째 및 세번째 증착단계 동안 600℃의 온도에 유지되는 것만 제외된다. 두번째 챔버는 두번째 및 세번째 증착 단계 동안 3밀리토르 압력에 유지된다. 부가적인 알루미늄은 실시예 Ⅰ에서 언급된 두번째 및 세번째 증착 단계와 동일하게 두 단계에서 증착된다. 단 두번째 단계는 50초 동안 수행되고, 세번째 증착 단계는 총 1㎛ 두께가 될 때까지 수행된다.
상기 예에서와 같이, 웨이퍼는 실질적으로 챔버에서 제거되고 SEM으로 점검된다. 밀접한 간격을 갖고 떨어진 스텝부 사이의 하부는 알루미늄으로 완전히 채워지고, 공극의 형성은 없으며, 하부위 증착된 알루미늄층의 기울기는 양이다.
따라서, 본 발명은 증착 공정 동안 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이, 즉, 이온으로 웨이퍼 표면을 때려줌 없이, 반도체 웨이퍼상의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 구역 사이의 지역이 알루미늄으로 완전히 채워지고 웨이퍼의 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부 사이의 하부위에 증착된 알루미늄층의 음의 기울기는 피해진다.

Claims (24)

  1. 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 스텝된 반도체 웨이퍼위에 알루미늄층을 증착하기 위한 스퍼터링 방법에 있어서, (a) 200 내지 300Å의 초당 증착 속도를 제공하기에 충분한 타켓 전력 레벨을 유지하고 웨이퍼를 150℃ 미만의 온도로 유지하는 동안 상기 웨이퍼에 타켓으로부터의 알루미늄을 스파터링하는 제1증착 단계; (b) 웨이퍼를 600℃ 미만의 온도로 상승시키고 나서 상기 온도로 유지시키는 동안, 초당 증착 속도가 20Å 내지 40Å이 되도록 타켓 전력 레벨을 변화시켜서 웨이퍼상에 부가적인 알루미늄을 스퍼터링시키는 제2증착단계; 및 (c) 상기 웨이퍼를 600℃를 초과하지 않는 온도에 계속하여 유지시키는 동안, 초당 증착 속도를 100 내지 250Å으로 제공하기 위해 타켓 전력 레벨 범위를 올리고 웨이퍼 표면상에 추가의 알루미늄을 스퍼터링시키는 제3증착 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 후면을 열전도 가스로 접촉시킴으로써, 상기 웨이퍼 온도를 상승시켜서 상기 제2 및 제3증착 단계동안 600℃ 미만의 상기 온도로 유지함을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1단계가 약 6초 내지 18초 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 1000 내지 3000Å의 범위로 상기 웨이퍼 상에 추가의 알루미늄이 증착될 때가지 상기 제1단계가 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2단계가 42 내지 66초 동안에 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 1000 내지 3000Å의 범위로 상기 웨이퍼상에 추가의 알루미늄이 증착될 때까지 상기 제2단계가 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 타켓 전압이 공정을 통해서 -300 내지 -600V의 범위내에 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 스퍼터링 챔버에서의 압력이 공정을 통하여 1 내지 8 밀리토르의 범위내에 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2증착 단계와 제3증착 단계 동안에 웨이퍼 지지대에 위치한 히터에 상기 웨이퍼를 열적 결합함으로써 상기 웨이퍼 온도를 상승시켜 상기 제2증착 단계 동안 600℃ 미만의 상기 온도로 유지함을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대와 히터는 상기 제1스퍼터링 단계 전에 500 내지 600℃의 온도로 처음에 가열됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대와 히터는 상기 제1증착 단계 동안에 상기 웨이퍼로부터 떨어져 있음을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지대가 제2 및 3증착 단계 동안에 상기 웨이퍼의 후면과 맞물리기 위해 올려짐을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 열전도 가스는 상기 웨이퍼를 상기 지지대와 상기 히터에 열적으로 결합하기 위해 상기 제2 및 3증착 단계 동안에 상기 웨이퍼 지지대의 상부 표면과 상기 웨이퍼의 후면 사이의 밀봉된 구역에 유입됨을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 열전도 가스는 상기 웨이퍼를 600℃ 미만의 온도로 유지된 상기 히터에 결합함을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1증착 단계는 상기 웨이퍼가 100℃ 미만의 온도로 유지되는 진공 챔버에서 수행되고, 상기 웨이퍼는 진공하에서 상기 제2 및 3증착 단계가 수행된 제2챔버로 이동됨을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 챔버내 웨이퍼 지지대에 배치된 히터에 열적으로 결합함으로써 상기 제1증착 단계 동안에 상기 온도로 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 웨이퍼 온도는 상기 제1증착 단계의 시작 전에 100℃를 초과하지 않음을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 제2 및 3증착 단계가 수행되는 제2챔버로 진공하에서 이동하는 상기 단계는 10-8 내지 10-9 토르 범위의 진공하에서 상기 웨이퍼를 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 상기 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 실질적으로 평탄한 표면을 가지는 알루미늄층을 스퍼터링하기 위한 방법에 있어서, (a) 스퍼터링 챔버에 히터 수단을 갖는 웨이퍼 지지대를 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계; (b) 스퍼터링 공정을 통해서 티켓상의 전압을 -300 내지 -600V DC 범위내로 유지할 수 있는 타켓 전력 공급기에 연결된 알루미늄 타켓을 갖는 상기 스퍼터링 챔버에 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼를 삽입하는 단계; (c) 상기 챔버의 압력을 1 내지 8 밀리토르 범위로 유지하는 동안 스퍼터링 가스가 상기 챔버내로 30 내지 300SCCM의 속도로 흐르게 하는 단계; (d) 상기 웨이퍼를 150℃ 미만에 유지하고 증착 속도가 초당 200 내지 300Å이 되도록 상기 타켓의 전력 레벨을 유지하는 동안 제1증착 단계에서 상기 웨이퍼에 상기 타켓으로부터 알루미늄을 스퍼터링하기 위해 상기 챔버의 플라즈마를 점화하는 단계; (e) 상기 가열된 지지대를 상기 웨이퍼의 후면에 접촉시키기 위해 올리는 단계; (f) 상기 웨이퍼를 상기 지지대 및 상기 가열 수단에 열적으로 결합하여 상기 웨이퍼의 온도를 600℃ 미만까지 올리기 위해 열전도 가스를 상기 웨이퍼 지지대의 상부 표면과 상기 웨이퍼의 후면 사이의 밀폐된 지역에 흘리는 단계; (g) 600℃ 미만의 온도로 상기 웨이퍼를 유지하는 동안 제2증착 단계에서 초당 20 내지 40Å의 증착 속도를 제공하기 위해 타켓 전력 레벨 범위를 변화시키고 웨이퍼 위에 부가적인 알루미늄을 스퍼터링시키는 제2증착 단계; 및 (h) 타켓 전력 레벨 범위를 초당 100 내지 250Å의 증착 속도로 하기 위해 올리고 증착된 알루미늄의 최종 평균 두께가 1 내지 2μ이 될 때까지 상기 웨이퍼를 600℃ 미만의 온도로 계속적으로 유지하는 동안, 웨이퍼 표면상에 추가의 알루미늄을 스퍼터링하는 제3단계로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1증착 단계가 6 내지 18초 동안에 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제2증착 단계가 42 내지 66초 동안에 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1증착 단계 전에 상기 챔버의 스퍼터링 증착 위치까지 상기 챔버의 상기 웨이퍼를 더 이동시킴을 특징으로 하는 방법.
  23. 상기 웨이퍼에 바이어스 전압을 가함이 없이, 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼상에 실질적으로 평탄한 표면을 갖는 알루미늄층을 스퍼터링하기 위한 방법에 있어서; (a) 타켓 전압을 -300 내지 -600V DC의 범위내로 유지할 수 있는 타켓 전력 공급기와 접속된 알루미늄 타켓을 갖는 상기 제1챔버를 100℃ 미만의 온도와 1 내지 8 밀리토르의 압력이 유지되게 하여 밀접한 간격을 갖고 떨어진 융기부를 갖는 반도체 웨이퍼를 상기 제1스퍼터 증착 챔버에 삽입하는 단계; (b) 상기 웨이퍼상에 2000Å까지 증착하기 위해 상기 웨이퍼를 100℃ 미만의 온도로 유지시키는 제1증착 단계에서 상기 웨이퍼상에 상기 타켓으로부터 알루미늄을 스퍼터하기 위해 상기 챔버내 플라즈마를 점화시키는 단계; (c) 10-8내지 10-9토르 범위의 진공하에서 상기 제1챔버로부터 상기 웨이퍼를 제거하고, 상기 웨이퍼를 스퍼터링 가스가 있는 제2스퍼터 증착 챔버로 삽입하고서 온도를 475 내지 600℃까지 가열하며 압력은 1 내지 8 밀리토르를 유지하는 단계를 포함하는데, 상기 제2챔버는 또한 -300 내지 -600V DC 범위의 타켓 전압을 유지할 수 있는 타켓 전력 공급기와 접속된 알루미늄 타켓을 가지며; (d) 제2증착 단계에서 상기 웨이퍼상에 부가적인 알루미늄을 스퍼터링하고, 상기 제2챔버내 상기 타켓의 전력 레벨 범위를 0에서부터 40Å의 초당 증착 속도를 얻는 레벨에 유지하고 상기 웨이퍼를 500 내지 600℃의 온도로 유지하는 것으로 이루어지는 단계; 및 (e) 타켓 전력 레벨 범위를 100 내지 300Å의 초당 증착 속도를 낼 수 있는 레벨로 올리고, 제3증착 단계에서 상기 제2증착 챔버내 웨이퍼 표면상에 추가의 알루미늄을 스퍼터링하고, 상기 웨이퍼를 550 내지 600℃의 온도로 계속적으로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 웨이퍼는 히터가 있는 가열된 웨이퍼 지지대로 상기 웨이퍼의 후면을 접촉시킴으로써 상기 온도로 가열되고 상기 온도로 유지하며 상기 웨이퍼를 상기 지지대 및 상기 히터와 열적으로 결합하기 위해 상기 웨이퍼 지지대 위표면과 상기 웨이퍼의 상기 후면 사이의 밀봉 지역에 열전도 가스를 흘리는 것을 특징으로 하는 방법.
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