KR100276779B1 - 집적회로 제조시 재료를 증착시키는 개선된 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 재료를 증착시키는 개선된 방법은 먼저, 저온에서 증착하는 단계와 다음 고온/고전력에서 증착하는 단계를 이용한다. 제1 단계에서 조준판은 스퍼터링 타켓과 기판사이에 설치되고, 따라서 스퍼터링 재료의 조준된 흐름은 기판위에 증착된다. 조준된 흐름은 기판표면에 있는 구멍 및 홈을 부분적으로 채움으로써 기공을 제거시키는 시드층을 제공한다. 제2 증착단계는 고온성 스퍼터링 증착으로서 수행된다. 고온에서 스퍼터링된 재료는 시드층과 결합되어서 유동되고, 이에 의해서 구멍 및 홈은 기공없이 더욱 쉽게 채워지며 개선된 편평한 층이 형성된다.

Description

집적회로 제조시 재료를 증착시키는 개선된 방법
제1도는 본 발명의 제1 증착 공정단계를 도시한 측면도.
제2도는 본 발명의 제1 증착 공정단계의 기판을 도시한 측단면도.
제3도는 본 발명의 제2 증착 공정단계 및 결과적으로 생성된 기판을 도시한 측 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 기판 14 : 지지대
18 : 타켓 24 : 플라즈마
32 : 조준판 40 : 제1층
50 : 홈 80 : 제2층
본 발명은 반도체 기판위에 재료를 증착하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 비교적 저온의 조준된(collimated) 스퍼터링 공정단계인 제1 단계와 고온성 표준형 스퍼터링 공정단계를 이용하는 제2 단계로 이루어지는 두 단계 증착공정방법에 관한 것이다.
집적회로의 제조시 표준형 공정단계는 웨이퍼 표면상에 금속성층의 증착단계를 포함한다. 전형적으로, 웨이퍼 표면은 미리 다수의 로케이션(location)에 에칭되며, 이에 의해서 표면은 구멍과 홈으로 구성되고 결과적으로 편평한 면이 되지 못한다. 증착단계의 목적은 증착단계가 수행된 후 구멍과 홈을 균일하고 완전하게 채우고 일반적으로 편평한 외부면을 얻는 것이다. 그러나, 기공(Void)이 존재하지 않도록 구멍과 홈을 완전히 채우는 것은 어렵다. 공지된 것처럼, 기공의 존재는 불충실한 수행능력 및 결함성 장치의 결과가 될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래기술은 증착된 층이 녹아 흘러서 구멍 및 홈을 완전히 채우도록 증착재료의 녹는점(알루미늄의 경우 거의 450℃ 정도)에 증착용 기판의 온도를 설정하는 것이다. 이러한 공정의 성공여부은 기판전체를 통하여 균일한 온도의 설정이 광범위하게 기대되며, 따라서 증착용 재료의 증착 및 흘러내림이 실질적으로 균일하게 조절된다. 그러나, 기판 전체를 통하여 균일한 온도를 설정함은 정밀한 온도조절기가 요구되며, 따라서 이것은 어렵고 시간 소모적일 수 있다.
본 발명은 개선된 재료 증착방법은 저온성 증착단계인 제1 단계에 이어서 고온성 증착단계인 제2 단계가 이용된다. 제1 증착단계에서 조준된 흐름의 스퍼터링 재료가 기판상에 증착된다. 조준된 재료는 기판표면에 구멍 및 홈을 채우는 제 1층을 제공한다. 제2 증착단계는 고온성 스퍼터링 공정으로서 수행된다. 고온에서 스퍼터링 재료는 제 1층과 결합되고 녹아서 흐르며, 이에 의해서 구멍 및 홈부는 더욱 용이하게 채워지며, 따라서 기공은 제거되고 개선된 편평한 층이 형성된다.
본 발명의 유익한 점은 정밀한 온도조절기가 요구되지 않는 개선된 재료증착 공정방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 다른 유익한 점은 조준된 저온성 제1 증착단계 및 고온성 제2 증착단계로 이루어지는 개선된 재료증착 공정방법을 제공한다는 것이다.
본 발명의 다른 유익한 점은 조준판이 제1 증착단계에 이용되며, 따라서 기판표면에 있는 구멍 및 홈은 실질적인 제1층으로 덮여지며, 이에 의해서 기공의 형성은 감소되고 더욱 균일한 제 2층이 제1층 위에 증착된다는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점은 도면을 참조로 하여 기재된 상세한 설명에 의해서 당업자들에게 명백해진다.
본 발명은 기공충진과 반도체 기판상의 재료의 증착에서 외부면을 편평화시키는 개선된 두 단계 증착공정방법을 포함한다. 제1도 및 제2도는 제1 증착단계에 관한 도면이다. 제1도 및 제2도에 도시된 것처럼, 기판(12)은 적절한 지지대(14)상에 고정되게 지지된다. 타켓(18)은 제2 지지대(20)상에 지지되며 플라즈마(24)는 타켓(18) 표면에 근접하여 표면을 때리므로서 타켓의 재료(28)는 플라즈마(24)의 충격에 의해서 타켓(18) 표면에서 스퍼터링된다. 제1도에 도시된 것처럼, 스퍼터링된 재료(28)는 불규칙한 방향으로 타켓(18) 표면에서 발산된다. 조준판(32)은 타켓(18)과 기판(12) 사이에 설치되며, 안정된 지지구조체(도시되지 않음)에 의해서 제자리에 지지된다. 조준판(32)은 플라즈마(24)로부터 떨어져서 설치되므로써, 판(32)의 모서리는 플라즈마에 노출되지 않는다.
조준판(32)은 얇고 평행한 벽들에 의해서 나누어진 다수의 구멍을 포함하여서, 벽에 일반적으로 평행한 방향으로 타켓으로부터 발산된 스퍼터링 재료(36)만이 판을 관통하도록 된다. 조준판의 광범위한 영역이 본 발명에 있어서 유용하지만, 다른 한편으로는 벽이 약 0.75인치의 높이이고 구멍이 약 1.5인치의 너비를 갖는, 즉, 조준판의 종횡비(aspect ratio)가 약 1.5인 벌집형 판으로도 적절한 결과는 얻어질 수 있다. 조준판(32; collimation plate)은 증착 챔버의 분위기 조건에 적절한 재료, 즉, 알루미늄 및 스테인레스 스틸 등으로 구성된다.
제2도는 제1 증착단계의 결과 생성된 기판(12)의 확대 단면도이다. 제2도에 도시된 것처럼, 기판(12)의 표면상에 증착된 시드 층(seed layer)(40)을 제공하는 것이 제1 증착단계의 목표다. 집적회로 제조분야의 당업자들에게 공지된 것처럼, 기판(12)의 표면은 제2도의 단면도상에 도시된 홈처럼 다수의 구멍과 홈을 포함한다. 시드층(40)은 시드층의 조준 특성 때문에 홈(50)의 바닥표면(51)상에 두꺼운 층(52)이 형성되고 측면을 따라서 얇은층(54)이 형성된다. 홈 외부면의 층(56)은 홈(50)의 바닥내에 형성되어 있는 두꺼운 층(52)보다 더욱 두껍게 형성된다. 그러므로, 조준된 증착층(52)은 홈(50)의 바닥표면(51)을 실질적으로 덮고 홈(50)의 바닥표면(51)에 증착된 재료의 완전한 접착(52)이 형성된다는 것은 이해될 수 있다. 제1 증착단계는 상온에서 약 100℃ 정도까지의 저온에서 수행되므로, 제1층(40)은 용해되어서 흘러내릴 정도로 충분한 온도로 가열되어질 필요가 없다. 제1단계에서 이러한 온도를 이용하는 것이 필요하지 않으나, 더욱 높은 온도, 즉 증착재료가 흘러내리기에는 불충분한 온도가 또한 사용될 수 있다.
증착공정의 제2 단계는 일반적으로 제3도에 도시되어 있다. 제2 증착단계는 비록 필수적이지는 않지만 제1 증착단계와 다른 챔버에서 수행되며, 종래 증착공정과 비슷한 방식으로 수해오디는 것이 바람직하다. 제3도에서는 제2도에 도시된 기판(12)과 비슷한 기판(12)이 확대 단면도로 도시되어 있고, 그러나 타켓 및 플라즈마는 제1도에 도시된 타켓 및 플라즈마와 비슷한 형상으로 도시되어 있다. 제3도에 도시된 것처럼, 적절한 증착재료로 구성된 타켓(70)은 플라즈마(74)에 의해서 스퍼터링되어서, 증착재료(78)는 플라즈마로부터 불규칙한 방향으로 발산된다. 증착재료(78)는 제1 증착단계에서 생성된 층(40)의 상부위에 하나의 층(80)으로 증착된다. 본 분야에서 실시된 것처럼, 제2 증착단계의 온도는 제2 증착재료의 유동온도(flow temperature) 정도이며, 제2 증착층은 기판의 홈(50)과 비슷한 형상인 제1층(40)의 홈과 같이 균일하지 않은 곳으로 흘러내린다. 그러므로, 제2 증착 재료로 형성된 층(80)의 유동은 홈(84)을 채우고, 따라서, 기판(12)의 홈(50)내에 결합된 층(40 및 80)의 개선된 증착이 생성된다.
그러므로, 조준된 제1층을 이용하는 제1 증착단계에서 홈(50)의 바닥표면(51)이 증착재료로 완전히 덮여진다. 이러한 형상은 바닥표면(51)이 전기적 연결에 알맞은 접점부로 작용하는 곳에서 중요하다. 제2 증착단계에서 이용된 온도 및 전력 때문에, 제2 증착층은 제1 증착층으로 유동되고 성장될 수 있으며, 이에 의해서 홈내 기공의 형성은 실질적으로 감소되고 전반적으로 개선된 증착층의 결과가 생성된다.
증착공정의 바람직한 실시예에서 제1 증착단계 및 제2 증착단계에 알맞은 증착재료는 알루미늄이다. 제1 증착단계는 약 50℃ 온도, 2mTorr 압력, 140초 동안 9kw 전력으로 제1 챔버에서 수행되어서 홈의 바닥(51)에 있는 구멍 및 홈내에서 약 1200Å의 두께인 제 1층이 생성된다. 제2 증착단계는 처음에 약 50℃ 온도에서 시작되어서 약 150℃ 온도까지 증가시키며, 4.0mTorr 압력, 30초 동안 2kw의 전력의 조건하에서 수행되는 제1 부분 단계와 4.0mTorr 압력, 30초동안 2kw의 전력조건하에서 기판가열기가 웨이퍼 온도를 약 450℃로 급히 증가시키는 제2 부분단계와 그리고 같은 온도 및 압력하에서 25초동안 전력을 9kw로 증가시키는 제3 부분단계로 구성되어서 제2 챔버에서 수행된다. 상기 제1 부분단계 및 제2 부분단계에서 증착된 층두께는 약 2600Å 이다. 그리고, 제3 부분단계에서 추가된 층은 5000Å 두께이다. 제2 증착단계중 제3 부분단계에서 사용된 온도 및 전력은 제2층에 증착된 재료를 유동시키기에 충분하여서 구멍 및 홈은 채워지고 결과적으로 편평한 외부면이 생성된다. 부가적으로, 제1층의 알루미늄은 성장하여서 제2층에 증착된 알루미늄과 결합되도록 의도된다. 그러나, 본 발명은 두 재료를 같은 재료로 한정되는 것은 아니다. 특히, 제1층의 재료는 티타늄 혹은 적절한 재료로 구성될 수 있다. 이와 유사하게, 제2층의 재료는 알루미늄과 다른 재료가 될 수 있고, 제2 단계중 적어도 한 부분단계에 사용되는 공정온도 및 전력은 거의 제2 재료의 유동온도 및 전력 매개변수이다.
본 발명은 어떤 바람직한 실시예를 참조로 하여 특별히 도시되고 기재될 수 있지만, 본 발명은 본 분야의 당업자에게 있어서 다양한 형태의 변형 및 수정이 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않은 범위내에서 모든 변형 및 수정을 포함한다.

Claims (21)

  1. 기판상에 재료를 증착시키기 위한 공정방법에 있어서, 기판상에 제1 재료로 형성되어 있는 조준된(collimated) 제1층을 증착시키는 단계; 상기 제1층 위에 제2 재료로 형성된 제2층을 증착시키는 단계; 및 상기 제2 재료가 상기 제1층 상에서 유동되도록(flow) 상기 제2 재료를 처리하고, 이에 의해 평탄화된 표면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1층은 상대적으로 낮은 온도에서 증착되며 상기 제2층은 상기 제2 재료의 유동온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 재료 및 제2 재료는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1층은 상대적으로 낮은 온도에서 증착되며 상기 제2층은 거의 알루미늄의 유동온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조준된 제1층은, 상기 제1 재료를 스퍼터링 하는 단계; 상기 스퍼터링된 제1 재료를 조준판을 통과시키는 단계; 및 상기 조준판을 통과하는 상기 스퍼터링된 재료를 상기 기판상에 증착 시키는 단계로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조준판은 약 1.5의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 기판상에 재료를 증착시키기 위한 방법에 있어서, 타켓으로부터 제1 재료를 스퍼터링 하는 단계, 및 상기 기판상에 상기 스퍼터링된 제1 재료가 증착되기 전에 상기 스퍼터링된 상기 제1 재료가 조준판을 통과하는 단계를 포함하여 상기 기판상에 상기 제1 재료로 형성되어 있는 조준된 제1층을 증착시키는 단계; 제2 재료를 상기 제1층상에 증착시키기 위하여 상기 제2 재료를 타켓으로부터 스퍼터링 함으로써 상기 기판의 상기 제1층상에 상기 제2 재료로 형성된 제2층을 증착시키는 단계; 및 상기 제2 재료가 상기 제1층 상에서 유동되도록(flow) 상기 제2 재료를 처리하고, 이에 의해 평탄화된 표면을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1층은 상대적으로 낮은 온도에서 증착되며 상기 제2층은 상기 제2 재료의 유동온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1층은 상대적으로 낮은 온도에서 증착되며 상기 제2층은 알루미늄의 유동온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 조준판은 약 1.5의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 집적회로 웨이퍼의 기판상에 재료를 증착시키는 방법에 있어서, 상기 웨이퍼를 공정처리챔버내에서 하나의 지지구조체에 고정시키는 단계; 스퍼터링 타켓을 상기 공정처리챔버내에서 하나의지지구조채에 고정시키는 단계; 조준판을 상기 타켓과 상기 웨이퍼 사이에 설치되도록 상기 공정처리 챔버내에서 하나의 지지구조체에 고정시키는 단계; 플라즈마가 근접한 상기 타켓표면을 때려서, 상기 타켓을 구성하는 재료가 상기 타켓표면에서 스퍼터링되고, 이에 의해서 상기 스퍼터링된 재료의 일부는 상기 조준판을 통과하여 상기 웨이퍼상의 상기 제1 재료로 형성되어 있는 조준된 제1 증착층을 형성하는 단계; 제2층 공정처리챔버내에서 상기 제1층이 증착되어 있는 상기 웨어퍼를 하나의 지지체에 고정시키는 단계; 상기 제2층 공정처리챔버 내에서 제2 재료의 제2 타켓을 하나의 지지구조체에 고정 시키는 단계; 약 상기 제2 타켓 재료를 유동시키는 온도까지 상기 웨이퍼를 가열하는 단계; 및 상기 제2층 공정처리챔버내에서 플라즈마가 근접하는 상기 제2 타켓의 표면을 때려서 타켓 표면으로부터 제2 재료가 스퍼터링되고, 이에 의해 상기 스퍼터링된 제2 타켓 재료가 상기 웨이퍼의 상기 제1층 상에 평탄화된 제2층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 타켓 재료는 상기 제2 재료와 같은 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1층은 상대적으로 낮은 온도에서 증착되며, 상기 제2층은 거의 알루미늄의 유동온도에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 조준판은 약 1.5의 종횡비를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 제1 증착층 및 상기 제2 증착층은 같은 공정처리챔버에서 증착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 같은 하나의 타켓이 상기 제1 증착층 및 상기 제2 증착층을 형성하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 제1 증착층은 제1 증착처리챔버에서 수행되고 상기 제2 증착층은 제2 증착처리챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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