KR100629540B1 - 감소된 온도에서의 티타늄 질화물의 금속 유기 화학 기상 증착 수행 방법 - Google Patents

감소된 온도에서의 티타늄 질화물의 금속 유기 화학 기상 증착 수행 방법 Download PDF

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Abstract

금속 유기 화합물의 열분해를 이용하는 티타늄 질화물 필름의 화학 증착 방법이 개시된다. 특히, 테트라키스 디메틸아미노-티타늄(TDMAT)으로부터 티타늄 질화물 필름을 증착하는 것은 헬륨 및 질소가 존재하는 상태에서 바람직하게는 350℃ 이하의 온도에서 수행된다. 공정은 약 5 torr의 전체 압력, 적어도 500 sccm, 바람직하게는 1000 sccm의 질소 희석 가스 유동, 및 적어도 500 sccm의 엣지 퍼지 가스 유동에서 수행된다. 웨이퍼와 가열된 받침대 사이의 향상된 열전도율과 결부되는 이들 공정 매개변수는 적어도 6Å/sec의 비율로 티타늄 질화물의 등각 증착에 이르게 한다.

Description

감소된 온도에서의 티타늄 질화물의 금속 유기 화학 기상 증착 수행 방법 {METHOD FOR PERFORMING METALLO-ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF TITANIUM NITRIDE AT REDUCED TEMPERATURE}
도 1은 본 발명에 따른 TiN 필름의 MOCVD에 사용된 장치의 개략도.
도 2a는 본 발명을 실행하는데 사용된 처리 챔버의 내측의 부분 단면도.
도 2b는 도 2a의 처리 챔버의 받침대, 퍼지 링 및 엣지 링 조립체의 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 티타늄 질화물 필름을 증착하기 위한 처리 레서피를 도시하는 도면.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
12 : 진공 펌프 16 : AC 공급원
20 : 제어 유닛 30 : 가스 패널
100 : 처리 챔버 120 : 샤워 헤드
150 : 지지 받침대 170 : 히터 요소
172 : 온도 센서 190 : 반도체 웨이퍼
본 출원은 1995년 12월 5일 출원된 발명의 명칭이 "박막의 플라즈마 어닐링"인 미국 특허 출원 제 08/567,461호와, 1994년 11월 14일 출원되고 지금 포기된 발명의 명칭이 "화학 증착에 의해 증착된 개선 티타늄 질화물 층과 이의 제조 방법"인 미국 특허 출원 제 08/339,521호와, 1995년 7월 6일 출원되고 지금 포기된 발명의 명칭이 "박막의 바이어스된 플라즈마 어닐링"인 미국 특허 출원 제 08/498,990호의 일부 연속 출원인 1997년 2월 28일 출원된 발명의 명칭이 "반도체 웨이퍼 상의 필름의 구성"인 미국 특허 출원 제 08/810,221호의 일부 연속 출원인 1998년 1월 20일 출원된 발명의 명칭이 "접착성을 개선하는 기판의 플라즈마 어닐링"인 계류중인 미국 특허 출원 제 09/008,796호의 일부 연속 출원이다. 또한, 본 출원은 본 출원과 동시에 미국에서 출원된 발명의 명칭이 "퍼지 링을 가진 웨이퍼 받침대"(대리인 번호: 3105)로 허여된 미국 특허 제 6,159,299호에 관련된 내용을 포함한다. 상술한 관련 특허 출원의 각각은 여기서 참조로 사용된다.
본 발명은 필름 증착 방법, 특히 금속 유기 전구체를 사용하는 티타늄 질화물 필름 증착 방법에 관한 것이다.
티타늄 질화물(TiN) 필름은 특히 소자 응용분야에 적합한 집적 회로 제조시 배리어 또는 접촉층으로서 널리 사용된다. TiN 필름은 테트라키스(디알킬아미노)-티타늄, 또는 Ti(NR2)4(여기서 R는 알킬 그룹)와 같은 전구체를 사용하는 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들어, 1993년 9월 21일 특허 허여된 미국 특허 제 5,246,881호는 200 내지 600℃의 온도와 약 0.1 내지 100 토르의 압력에서 TiN 증착에 대해서, 활성 종과 조합해서 테트라키스(디알킬아미노)-티타늄, 또는 TDMAT의 열분해를 기술한다. 1996년 11월 19일 특허 허여된 미국 특허 제 5,576,071호('071 특허)는 0.1 내지 10 토르의 압력과 200 내지 700℃ 범위의 온도에서 질소와 같은 반응성 캐리어 가스의 존재하에서의 유사한 TiN 증착 공정을 기술한다.
증착 매개 변수의 선택이 주로 증착된 필름의 요구된 전기적 및 물리적 특성에 의해서 결정되지만, 또한 웨이퍼 기판상에 이미 존재하는 다른 재료와 필요한 호환성에 의해 구속된다. 예를 들면, 서브-0.25㎛ 소자 응용분야에 대해서, 금속 상호접속부의 캐패시턴스는 신호 지체(signal delay)에 크기 기여할 수 있다. 금속 상호접속부 사이의 누화 조건(cross-talk requirement)과 회로 속도 양자 모두를 만족시키기 위해서, 적합하게 절연체는 저 유전 상수를 가진 재료(즉, 3.8 이하의 k를 가진 저 k 유전 재료)로 만들어진다. 그러나 다양한 범위의 플루오르화된 유기 또는 무기 화합물을 포함하는 저 k 유전 재료는 약 400℃까지만 안정하다. 그러므로 TiN 증착을 포함하는 백엔드 공정은 적합하게 상당히 낮은 온도에서 수행되어 이들 저 k 유전체와 호환성을 보장하고 소자 특성 내의 악영향을 방지해야 한다. 그러나 저 k 유전 재료와 호환가능한 온도에서 금속 유기 전구체를 사용하는 TiN의 증착은 느린 증착 속도를 가진다.
본 발명의 목적은 실행가능한 소자 제조 공정에 필요한 증착 속도를 희생하지 않고, 저 k 유전 재료와 호환가능한 상당히 저온의 TiN 증착 공정을 제공하고자 하는 것이다.
종래 기술과 관련된 단점은 티타늄 질화물(TiN) 필름을 증착하기 위한 방법에 의해서 약 5 토르 이상의 챔버내의 압력을 생성하도록 기판을 포함하는 챔버에 금속 유기 화합물, 희석 가스와 500 sccm 이상의 유량을 가진 퍼지 가스(purge gas)를 공급하는 단계, 상기 금속성 유기체 화합물의 열적 분해를 야기하도록 기판을 가열하여 기판에 TiN 필름을 형성하는 단계에 의해 극복된다.
특히, 테트라키스(디알킬아미노)-티타늄(TDMAT)과 같은 전구체 분자는 본 열적 분해 공정에 사용되어, TDMAT가 충분히 낮은 온도에서 분해되어 상당히 낮은 유전 상수(예, k가 3.8 이하)를 가진 유전 재료와 호환성 있고 높은 온도의 TiN 증착 공정에 의해 얻은 증착 속도를 거의 감소하지 않는 공정을 보장하도록 한다.
본 발명에서, 웨이퍼는 서브-0.25㎛ 소자 제조용으로 사용된 대부분의 저 k 재료에 안정성을 유지하기에 충분히 낮은 상당히 일정한 처리 온도에서 유지된다. 헬륨 및 질소와 같은 캐리어와 희석 가스와 함께, TDMAT는 TDMAT의 열적 분해가 가열된 웨이퍼 표면에 아주 근접해서 일어나는 처리 챔버로 도입된다. 웨이퍼는 적합하게 가열된 지지 받침대와의 열적 접촉을 통해서 350℃ 이하의 온도에서 유지된다. 필름 증착동안, 증착 챔버의 전체 압력은 약 1000sccm의 질소 유량, 약 600sccm의 헬륨 유량과 약 3.5 토르의 웨이퍼 배면 가스 압력과 더불어, 약 5 토르에서 유지된다.
본 발명의 한 양태에 따라서, 1000 sccm 보다 큰 속도에서 질소의 이중 퍼지 가스 흐름이 가열된 받침대의 엣지뿐만 아니라 받침대를 에워싸는 엣지 링 조립체의 표면상에 바람직하지 않은 증착을 최소화하는데 사용된다. 더욱이, 이 퍼지 흐름은 증착 필름의 증착 속도 및 스텝 커버리지(step coverage)를 개선하는데 기여한다. 본 발명은 또한 티타늄 질화물(TiN) 필름이 균일성, 스텝 커버리지 및 웨이퍼와 가열된 받침대 사이의 열전도를 개선함과 함께 6Å/초보다 비교적 빠른 속도로 증착되도록 허용한다.
증착된 상태의 TiN 필름은 후속적으로 수소와 질소의 존재하에서 플라즈마 처리 또는 어닐링 단계를 받는다. 예비 처리된 필름에 비해서 휠씬 감소된 저항을 가진 처리된 TiN 필름은 확산 또는 접촉 배리어로서 사용하기에 적합하다.
본 발명의 감소된 온도 TiN 증착 공정은 저 k 유전 재료의 존재에 의해 부과된 저온 조건과 완전히 호환가능하다. 특히, 본 발명의 이중 퍼지 능력은 원치 않는 증착물이 없어서 유지비가 없는 받침대 히터를 제공하고 공정 웨이퍼의 마이크로-아킹(micro-arcing)과 미립자 오염물의 문제점을 해소한다.
본 발명의 개시 내용은 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려함으로써 보다 용이하게 이해될 수 있다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 도면에서 공통된 부재에 대해서는 가능한 동일한 도면부호를 사용하였다.
본 발명은 테트라키스(디알킬아미노)-티타늄(TDMAT) 전구체를 사용해서 약 350℃ 이하의 온도에서 티타늄 질화물(TiN)을 등각으로 증착하는 방법이다. 이와 같이, 본 발명의 방법은 서브-0.25㎛ 응용분야에서 사용된 3.8 이하의 낮은 유전 상수를 가진 유전 재료(저 k 재료)와 호환성 있다.
시스템(10)
도 1은 본 발명에 따라서 TiN 필름 증착을 수행하는데 사용될 수 있는 웨이퍼 처리 시스템(10)의 개략도이다. 본 장치는 전압 공급부와 진공 펌프와 같은 다른 하드웨어 부품과 함께, 전형적으로 처리 챔버(100), 가스 패널(30) 및 제어 유닛(20)을 포함한다. 본 발명에 사용된 시스템(10)의 상세한 설명은 여기서 참조로 하는 1998년 2월 13일 출원한 발명의 명칭이 "티타늄 질화물의 화학 기상 증착에 유익한 반응기"인 미국 특허출원 제 09/023,852호(대리인 번호: 2465P1)에 기술되어 있다. 이 시스템(10)의 현저한 특성은 아래에 간단히 기술되어 있다.
챔버(100)
처리 챔버(100)는 일반적으로 반도체 웨이퍼(190)와 같은 기판을 지지하는데 사용되는 지지 받침대(150)를 포함한다. 받침대(150)는 통상적으로 이동기구(도시 생략)를 사용해서 챔버(100) 내측에서 수직방향으로 이동될 수 있다. 특정 공정에 따라서, 웨이퍼(190)는 처리전에 약간의 바람직한 온도로 가열되어야 한다. 본 발명에서, 웨이퍼 지지 받침대(150)는 내장된 히터 요소(170)에 의해 가열된다. 예를 들면, 받침대(150)는 AC 공급원(16)에서 히터 요소(170)로 전류를 인가함으로써 저항적으로 가열될 수도 있다. 받침대(150)에 의해 웨이퍼(190)가 차례로 가열된다. 또한, 열전쌍과 같은 온도 센서(172)를 웨이퍼 지지 받침대(150)에 매입하여 받침대(150)의 온도를 종래의 방식으로 관찰한다. 측정된 온도는 히터 요소(170)를 위한 전력 공급원(16)을 제어하도록 피드백 루프에 이용되어, 웨이퍼 온도가 특정 프로세스로의 응용에 적합한 희망 온도로 유지 혹은 조절될 수 있다.
진공 펌프(12)는 처리 챔버(100)를 배기시키고, 알맞은 가스 유동과 처리 챔버(100) 내의 압력을 유지하기 위해 사용된다. 작업 가스는 샤워 헤드(120)를 통해 처리 챔버(100)로 유입되고, 샤워 헤드(120)는 웨이퍼 지지 받침대(150) 위쪽에 위치한다. 이 샤워 헤드(120)는 처리 과정의 다른 단계에서 사용되는 다양한 가스를 제어하고 공급하는 가스 패널(30)에 연결된다.
본 실시예에서는, TDMAT 같은 금속 유기 화합물의 열분해에 의해 TiN 박막의 증착이 이루어진다. TDMAT는 앰플(ampoule)이나 버블러(bubbler)(도시 안됨) 내에 포함된 액체 샘플을 통해 헬륨 같은 캐리어 가스를 버블링함으로써 처리 챔버(100)로 유입된다. 대안적으로, TDMAT를 챔버(100)로 유입하기 위해 직접 액체 주사 시스템이 이용될 수도 있다.
버블러를 이용한 샘플 전달을 용이하게 하기 위하여, 버블러는 약 0.6 torr이상의 TDMAT 증기압을 제공하도록 약 50℃의 온도로 유지된다. 가스 패널(30)을 통한 가스 유동의 적절한 제어 및 조절은 질량유동 제어기(mass flow controller)(도시 안됨)와 컴퓨터 같은 제어 유닛(20)을 이용하여 행하여진다. 샤워 헤드(120)는 가스 패널(30)로부터의 처리 가스가 균일하게 분산되어 챔버(100)로 유입되도록 허용한다. 도식적으로, 제어 유닛(20)은 중앙 처리 유닛(CPU)(22), 지지 회로(support circuitry)(24) 및 관련 제어 소프트웨어(26)를 포함하는 메모리로 구성된다. 이 제어 유닛(20)은 웨이퍼 이송, 가스 유동 제어, 온도 제어, 챔버 배기 등과 같은 웨이퍼 프로세싱에 필요한 수많은 단계의 자동화된 제어를 담당한다. 제어 유닛(20)과 장치(10)의 다양한 구성요소 간의 양방향 소통은 총체적으로 시그널 버스(28)로 불리는 수많은 시그널 케이블을 통해 조작되는데, 이들의 일부는 도 1에 나타나 있다.
샤워 헤드(120)의 아래쪽으로 매우 근접하게 배치된 웨이퍼(190) 같은 기판은, 진공 척고정(chucking)에 의해 받침대(150) 위에 보유되어 있다. 웨이퍼(190)의 뒷 표면, 혹은 배면(192)은 진공 라인(160)에 연결되어 있다. 진공 라인(160)은 웨이퍼(190)의 전면(191)과 배면(192) 사이에 압력차가 형성되도록 웨이퍼 배면(192)을 배기시킨다. 이 순(net) 전면 압력은 웨이퍼(190)가 받침대(150)의 꼭대기에 위치하여 유지되도록 하는데 기여한다. 3방향 밸브(three-way valve)(162)가 진공 라인(160)에 구비되어 웨이퍼 배면(192), 진공 펌프(14) 및 가스 공급원(15)을 서로 연결한다. 특정한 응용에 따라서는, 필요한 경우 이 밸브(162)를 조절하여 후면 가스를 웨이퍼 배면(192)에 선택적으로 유입시킬 수 있다. 제어 유닛(20)은 밸브(162), 진공 펌프(14) 및 후면 가스 공급원(15)을 제어함으로써 적절한 후면 가스 유동과 압력을 유지한다. 물론, 웨이퍼(190)를 유지하는 다른 방법, 예컨대, 정전기적 척(electrostatic chuck), 기계적 클램핑(clamping), 또는 단순한 중력 등을 이용할 수도 있다. 여기서 특정한 실시예에서는, 진공 척고정과 후면 가스의 사용으로 가열된 받침대(150)와 웨이퍼(190) 간의 열 전도를 향상시키는데 도움을 준다. 결과적으로, 웨이퍼(190)는 박막 증착 공정 동안에 가열된 받침대(150)에 의하여 비교적 일정한 온도로 유지될 수 있다. 진공 척과 연계하여 후면 가스를 사용하는 것에 관하여는 아래에서 상세히 설명된다.
본 발명에서 사용되는 가열된 받침대(150)는 알루미늄으로 만들어졌고, 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151) 아래의 소정 거리에 내장된 히터 요소(170)를 포함한다. 히터 요소(170)는 인콜로이 덮개 튜브(Incoloy sheath tube) 내에서 캡슐화된 니켈-크롬선으로 만들어졌다. 전류 공급원(16)을 히터 요소(170)에 적절히 맞추어 줌으로써, 웨이퍼(190)와 받침대(150)가 박막 증착 도중에 비교적 일정한 온도로 유지될 수 있다. 이는 피드백 제어 루프로서 달성되는데, 이 루프에서는 받침대(150)의 온도가 받침대(150)에 내장되어 있는 열전쌍(172)에 의해 계속적으로 관찰된다. 이 정보는 시그널 버스(28)를 통해 제어 유닛(20)으로 전송되어, 필요한 신호를 히터 전원 공급원(16)에 보내는 것으로 반응한다. 후속적으로 전류 공급원(16)에서 조정이 행하여져, 요구되는 온도, 즉 특정 공정의 적용시에 알맞은 온도로 받침대(150)를 유지 및 제어한다. 처리 가스 혼합물이 샤워 헤드(120)로부터 배출되면, 가열된 웨이퍼(190)의 표면(191)에서 TDMAT의 열 분해가 발생하여, 결국 웨이퍼(190) 상에 TiN 박막의 증착을 초래한다.
가스 퍼지 및 엣지 링 조립체(gas purge and edge ring assembly)
종래의 MOCVD TiN 공정에서는, 챔버 세정이 전형적으로 확장 웨이퍼(extended wafer) 프로세싱 후의 습식 세정공정에 의해 행하여졌다. 습식 세정공정은 장비의 심각한 작업중단을 초래할 뿐 아니라, 장비의 세정 간에서, 받침대(150)의 벽면이나 수직 엣지 상에 TiN 박막이 축적됨에 기인한 마이크로-아킹(micro-arcing) 및 미립자 오염(particulate contamination)이 발생할 수도 있다. 본 발명에서는 TiN 증착 도중 받침대의 엣지(181)에 접하는 연속적인 퍼지 가스 유동을 수행함으로써 이러한 문제점을 해소하였다.
도 2a는 본 발명을 실시하는데 사용되는 처리 챔버(100) 내부의 부분 단면도를 나타낸다. 받침대(150)는 챔버 몸체(110)의 내부에 둘러싸여 있고, 처리 가스를 공급하고 또한 이들을 웨이퍼(190)의 주변으로 골고루 배분시키는 샤워 헤드(120)의 아래 쪽에 위치된다. 리드 아이솔레이터(lid isolator)(126)는 샤워 헤드(120)의 외측(124) 주변에 배열되어, RF 구동 가능한 샤워 헤드(120)를 접지된 챔버 몸체(110)와 리드 플레이트(도시 안됨)로부터 격리시킨다. RF 전력은 증착된 박막의 플라즈마 어닐링을 위해 샤워 헤드(120)에 접속된다.
엣지 링 조립체(200)는 받침대(150) 주변에 배열된 퍼지 링(280) 상에 놓인다. 엣지 링 조립체(200)와 챔버 몸체(110)의 사이에, 1) 펌핑 채널(128)로 들어가는 플라즈마를 밀폐하는데 이용되는 내측 실드(inner shield)(111); 2) 챔버 몸체(110)로부터 내측 실드(111)를 전기적으로 격리시키기 위한 챔버 삽입체(chamber insert)(112); 3) 챔버 몸체(110)의 내측 벽면(101) 상에 불필요한 증착을 방지하기 위한 외측 실드(113)를 포함하는 다양한 챔버 구성요소가 배치된다. 엣지 링 조립체(200), 받침대(150)와 퍼지 링(280)에 대한 부가적인 세부사항은 본 발명과 동시에 출원된(Attorney Docket No. 3105) "퍼지 링을 보유한 웨이퍼 받침대(Wafer Pedestal With A Purge Ring)"라는 명칭의 US 특허 제 6,159,299호에 의해 제공된다. 본 발명의 이해를 돕고자 이들 구성요소들의 주요 특징의 일부는 여기에 제공한다.
도 2b는 받침대(150), 퍼지 링(280) 및 엣지 링 조립체(200)의 확대 단면도이다. 지지 받침대(150)는 실질적으로 원 형상이고, 상기 받침대(150)를 특정의 요구되는 온도로 유지하는데 이용되는 히터 요소(170)를 내장하고 있다. 그러면, 받침대(150)의 웨이퍼 지지면(151) 위에 놓여진 웨이퍼(190)가 웨이퍼 프로세싱 도중 비교적 일정한 온도를 유지될 수 있다. 받침대(150)는 받침대(150)의 상부(150T)가 중간부(150M)에 비해 주변이 좁고, 잇달아 중간부(150M)는 하부(150B)보다 주변이 좁아지도록 하는 계단식 구조(step-like structure)를 가진다. 퍼지 가스를 수직 엣지(181)를 따라 받침대(150)의 상부(150T) 가까이에 유동하게끔 유입시키기 위해 받침대(150)의 내부에 총 여덟 개의 채널(156)이 구비된다. 이들 채널(156)은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 받침대(150)의 중심으로부터 개구(155)를 향하여 바깥쪽으로 방사상으로 뻗어 있다. 다른 채널들(159)은 웨이퍼(190)의 진공 척고정을 위해 받침대(150)의 상면(151)에 구비된다. 이들 채널(159)은 받침대(150)의 축(164) 안쪽에 위치한 진공 라인(160)에 연결된다.
알루미늄으로 만들어진 퍼지 링(280)은 퍼지 가스 유동을 받침대(150)의 수직 엣지(181) 주위로 향하게 하도록 설계된다. 퍼지 링(280)은 가열된 받침대(150) 위에 용접되어 일체식 유닛(integral unit)을 형성하고, 또한 퍼지 히터(180)로도 알려져 있다. 퍼지 가스 유동을 받침대(150)의 수직 엣지(181)를 따르는 방향으로 향하게 하기 위해, 퍼지 링(280)의 내부(283)에 동일하게 이격된 수백 개의 작은 홀(285)이 제공된다. 받침대(150)의 중간부(150M)와 퍼지 링(280) 사이에 채널(186)이 형성된다. 이 채널(186)은 개구(155)를 받침대(150)의 상부(150T)와 퍼지 링(280) 사이의 공간(184)에 연결시킨다.
쓰리-피스 엣지 링 조립체(200)는 일반적으로 받침대(150)의 외측 둘레(150P) 주변에 위치하게 된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 엣지 링 조립체(200)는 퍼지 링(280) 상에 놓여, 받침대(150)의 계단, 또는 플랜지부(154) 주위에 맞추어진다. 엣지 링 조립체(200)는 상부 링(240), 중부 링(240) 및 하부 링(220)으로 구성된다. 상부 링(240)은 실질적으로 뒤집힌 L자 형상의 단면을 가지는 환상의 알루미늄편이다. 상부 링(240)의 수평부(250)는 중부 링(230)의 상면(236) 꼭대기에 놓여지고, 상부 링(240)의 수직부(260)는 받침대(150)와 퍼지 링(280)에 접하고 매우 가깝도록 아래로 연장된다. 중부 링(230)은 상부 링(240)과 하부 링(220) 사이에 맞추어지는 실질적으로 편평한 환상편(annular piece)이다. 하부 링(220) 또한, 퍼지 링(280)의 내부(283)와 보완적인 형태의 내부(223)를 가진, 실질적으로 편평한 환상의 형태이다. 중부 링(230)과 하부 링(220)은 모두 316급 스테인리스 강(316 grade stainless steel)으로 만들어진다. 상부 링(240), 중부 링(230) 및 하부 링(220)은 세 개의 센터 볼트(271)에 의해 서로 볼트접합되고, 엣지 링 조립체(200) 전체는 퍼지 링(280)의 외부(284)에 나사조합된 세 개의 시팅 핀(272, sitting pin) 위에 설치된다. 좁은 채널(226)은 퍼지 링(280)의 상부(281)와 하부 링(220)의 하부(222) 사이에 형성되어서 퍼지 가스용 흐름 경로를 제공한다.
엣지 링 조립체(200)는 스테인리스 강 및 알루미늄으로 제조된다. 상부 링(240)의 상부면(251)과 외부 엣지(262)와 같은 노출된 표면은 비드-블라스팅에 의해 거칠게 되어서 이들 표면상에 형성된 바람직하지 못한 증착물의 부착을 개선시킨다. 이와 같이 개선된 접착은 엣지 링 조립체(200)로부터의 증착물이 벗겨질 가능성을 최소화시키며, 웨이퍼(190)의 입자 오염을 완화시킨다.
웨이퍼를 처리하는 동안, 질소 또는 아르곤과 같은 퍼지 가스가 웨이퍼(190)의 배면(192)을 향해 받침대(150)의 상부 수직 엣지(181)를 따라 유동한다. 질소(N2)는 본 발명의 특별한 실시예에서 퍼지 가스로서 선택된다. 불활성 가스를 포함하는 다른 가스가 또한 사용될 수도 있다. 퍼지 가스는 받침대(150) 내측의 채널(156) 내로 도입되고, 받침대(150)의 중간 부분(150M)에서 외부 둘레 주위에 위치된 개구(155)를 통해 배출된다. 이러한 퍼지 가스는 채널(186)을 따라 유동하여 받침대(150)와 퍼지 링(280) 사이에 형성된 공간(184)으로 유입된다. 가스는 이러한 공간(184)으로부터 이후 퍼지 링(280)에 형성된 다수의 작은 홀(285)을 통해 받침대(150)의 수직 엣지(181)에 인접한 다른 공간(182) 내로 유동한다. 이러한 공간(182)은 일반적으로 퍼지 링(280)의 내측 부분(283), 상부 및 하부 링(240,220)의 내측 부분(243,223), 받침대(150)의 수직 엣지(181), 및 받침대(150) 상부에 놓여진 웨이퍼(190)의 배면(192)에 의해 한정된다. 화살표(291)로 표시된 이러한 엣지 퍼지 흐름 패턴은 받침대(150)의 수직 엣지(181) 상에 그리고 상부 링(240)의 내측 부분(243) 상에 바람직하지 못한 박막 증착을 방지한다.
증착하는 동안 높은 엣지 퍼지 흐름은 본 발명의 중요한 특징이다. 효과적인 엣지 세정 없이는, 웨이퍼(190)의 배면(192), 받침대(150)의 수직 엣지(181) 둘레에, 또는 상부 링(240)의 내측 부분(243)의 표면(243S) 위에 바람직하지 못한 증착물이 축적될 가능성이 있다. 사전 증착 플라즈마 어닐링 단계 동안, 이들 증착물은 이차 플라즈마 또는 마이크로-아킹을 발생시킬 수도 있는데, 이는 웨이퍼(190)를 손상시킬 수도 있다. 이러한 높은 흐름 엣지 퍼지의 수행은 마이크로-아킹의 문제점을 제거할 뿐만 아니라 퍼지 히터(180)의 유지보수를 자유롭게 유지함으로써 주기적인 유지보수 동안 장치의 휴지 시간을 현저하게 감소시킬 수 있다.
화살표(292)로 표시된 바닥 퍼지 흐름은 상부 링(240)의 신장된 수직 부분(260) 둘레로 제 2 퍼지 가스를 진행시킨다. 이러한 바닥 퍼지 가스 흐름은 챔버(100)의 바닥을 통해 별도의 가스 라인(도시되지 않음)에 의해 도입되며, 엣지 링 조립체(200) 및 퍼지 히터(180)의 배면(180B) 상에서의 바람직한 못한 증착을 최소화시킨다. 바닥 퍼지 가스 흐름의 일부는 바닥 링(220)과 퍼지 링(280) 사이에 형성된 채널(226) 내로 진행하는데, 이는 공간(182)에서 엣지 퍼지 가스 흐름과 혼합된다. 바닥 퍼지 가스의 다른 일부는 상부 링(240)의 연장된 부분(260)의 외측 표면(262) 둘레로 유동하여, 연장된 부분(260)과 내부 실드(111) 사이에 한정된 공간(242)으로 유동한다. 퍼지 가스는 이후 처리 가스, 반응 부산물, 및 엣지 퍼지 가스와 함께 리드 아이솔레이터(126)와 내부 실드(111)의 상부(111T) 사이의 공간(122)을 통해 배출된다.
본 발명에서는 질소(N2)가 엣지 퍼지 흐름 및 바닥 퍼지 흐름에 대해 사용되지만, 실제 증착 공정에 방해되지 않는 한 아르곤 또는 불활성 가스를 포함하는 다른 가스가 사용될 수도 있다. 바람직한 실시예에서는, 약 1500sccm의 N2 유량이 엣지 퍼지에 대해 사용되는 반면, 바닥 퍼지의 유량은 약 1000sccm이다. 일반적으로, 약 500 내지 3000sccm의 유량 범위가 엣지 및 바닥 퍼지에 대해 적용가능하다. 이러한 비교적 높은 유량은 받침대(150) 및 엣지 링 조립체(200) 부근에서의 증착을 효과적으로 방지하는데 필수적이다. 이러한 높은 퍼지 흐름의 다른 장점은 엣지 링 조립체(200)의 온도를 대략 310℃±10℃로 감소시킬 수 있다는 점이다. 이와 같이 감소된 온도는 엣지 링 조립체(200) 상에서의 바람직하지 못한 박막 증착을 최소화시키는 역할을 한다. 이러한 이중 퍼지(엣지 및 바닥) 능력에 의해, 본 발명의 공정은 퍼지 사이의 시간을 연장시킬 뿐만 아니라 마이크로-아킹 및 입자 오염을 방지함으로써 챔버 성능을 현저하게 개선시킨다.
엣지 퍼지의 적용은 또한 본 발명의 다른 중요한 특징에 기여한다. 바람직하지 못한 증착을 최소화시키는 것 이외도, 엣지 퍼지는 다소 놀랍게도 TiN 증착율을 개선시킬 뿐만 아니라 스텝 커버리지를 개선시킴을 알아내었다. 이는 TiN 증착 공정과 관련하여 이하에 상세하게 기술할 것이다.
TiN 증착 공정
본 실시예에서는, TDMAT가 TiN 박막 증착을 위한 전구체로서 사용되며, 헬륨이 캐리어 가스로서 사용된다. 질소 및 부가적인 헬륨이 또한 증착 공정 동안 희석 가스로서 사용된다. 대안적으로, 테트라키스 디알킬아미노-티타늄(tetrakis dialkylamino-titanium)의 다른 알킬 원소와 같은 금속 유기 화합물이 또한 전구체 종으로서 사용될 수도 있다. 유사하게, 원한다면, 아르곤, 수소, 및 질소와 같은 다양한 가스가 캐리어 가스 또는 희석 가스로서 사용될 수도 있다. 본 발명에서, 증착 공정 변수는 약 150℃ 내지 380℃의 웨이퍼 온도, 약 2 토르 내지 50 토르의 전체 압력, 약 200 내지 500sccm의 TDMAT/He 유량, 약 500 내지 2000sccm의 질소 유량, 및 200 내지 1000sccm의 He 희석제 흐름을 들 수 있다. 증착은 바람직하게는 약 350℃ 아래의 웨이퍼 온도, 약 5 토르의 전체 압력, 약 275sccm의 TDMAT/He 유량, 약 1000sccm의 질소 유량, 및 325sccm의 He 희석제 흐름에서 수행된다. 이러한 증착 공정 동안, 500 내지 3000 sccm의 질소 엣지 및 바닥 퍼지 가스 흐름이 또한 웨이퍼 받침대(150)와 엣지 링 조립체(200) 아래에서 형성된다. 본 실시예에서 사용된 비교적 낮은 공정 온도는 단지 도시를 목적으로 함을 이해해야 한다. 특히, 이러한 낮은 온도의 공정은 낮은 유전 상수를 갖는 유전 재료와 호환되도록 진행된다. 다른 적용에서는, 보다 높은 웨이퍼 온도가 또한 본 발명에 개시된 공정 변수와 함께 사용될 수 있다.
열적 CVD 공정에서는, 공정 온도의 감소가 감소된 박막 증착율에서 스텝 커버리지를 개선시키는 경향이 있다. 제조자의 관점에서 볼 때, 전체 공정 수율이 저하되는 것을 방지하도록 증착율을 충분히 높게 유지하는 것이 중요하다.
또한, TiN 증착율이 퍼지 가스 흐름, 특히 엣지 퍼지 가스 흐름에 의존한다는 것을 발견하였다. 이러한 엣지 퍼지는 받침대(150)의 둘레 엣지(181) 상에서의 바람직하지 못한 증착을 최소화시킬 뿐만 아니라 약 10%까지 증착율을 증가시킬 수 있다. 이는 웨이퍼(190)에 인접한 가스를 가두는 배리어로서 작용하는 엣지 퍼지 흐름의 부수적인 효과로서 설명될 수도 있다. 처리 가스 및 반응 중간물 또는 생성물을 포함하는 이들 가스들은 엣지 퍼지 가스의 존재에 의해 웨이퍼(190)의 정면(191)에 갇힌다.
본 발명에서 실시된 바와 같이, 비록 저온(즉, 350℃)을 사용하더라도, 전체 압력과 질소 엣지 퍼지 가스 유량의 증가는 6Å/초 이상의 증착율의 등각 TiN 증착 공정을 유발한다. 더욱이, 약 1.5 토르에서 수행된 종래 기술에 따른 공정에서의 단지 약 80%의 스텝 커버리지와 비교하여 대략 90%의 스텝 커버리지가 약 4 : 1의 종횡비에 대해 달성된다.
추가로, 박막 두께와 쉬이트 저항성 모두에 대한 우수한 균일성이 현재의 공정으로부터 수득된다. 예컨대, 1.5 토르에서 종래의 공정의 12%와 비교하여, 8%보다 우수한 쉬이트 저항 균일성이 달성된다. 여기서 언급된 균일성은 50Å의 TiN 박막이 단일 주기의 증착 및 어닐링 공정(다수 주기 "n×50" 증착 및 어닐링 공정과 비교하여, 여기서 주기 수 n은 각각 50Å에 대해 수행되며, 균일성을 개선시킨다)에서 증착되는 "1×50" 공정에서 수득된 균일성을 의미한다. 두께 균일성 및 쉬이트 저항 균일성 모두는 또한 엣지 퍼지에 의해 개선된다. 예컨대, 엣지 퍼지의 부가는 증가된 TiN 박막 두께가 웨이퍼(190)의 엣지(193)에 근접하도록 하며, 이에 의해 두께 균일성이 개선된다. 이와 대조적으로, 바닥 퍼지 유량의 증가는 증착율 또는 균일성에 대해 무시할 수 있는 영향을 가지는 것으로 여겨진다. 웨이퍼 측정 내에 49 포인트는 본 발명의 공정에 대해 약 4%(표준 편차) 미만의 두께 균일성을 제공한다.
통상적으로 예상할 수 있는 것과 대조적으로, 높은 질소 희석제 흐름은 증착된 TiN 박막 내의 질소에 대한 소오스가 아님을 실험을 통해 알 수 있다. 대신에, 증착된 TiN 박막 내의 질소는 TDMAT 전구체로부터 발생된다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서의 질소 희석제는 "반응성(reactive)" 캐리어로서 거동하지 않거나, 그렇지 않으면 종래 기술에 개시된 바와 같은 "활성화(active)" 종으로서 작용한다.
배면 압력 및 진공 척킹(Vacuum Chucking)
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(190)의 배면(192)은 진공 라인(160)을 통해 진공 펌프(14)에 연결되어 있다. 그렇지만, 펌프(14)에 의하여 배면(192)에 발생된 이러한 감소된 압력 외에, 약 3.5 토르의 압력이 박막 증착 동안 웨이퍼(190)의 배면(192) 상에 가해지도록 "배면 가스(backside gas)"의 일정한 흐름이 유지된다. 이는 도 2b에 도시된 바와 같이 진공 라인(160)을 받침대(150)의 상부 표면(151)에 제공된 다수의 그루브(159)에 연결시킴으로써 달성된다. 비록 질소가 이와 같은 특별한 실시예에서 배면 가스로서 사용되더라도, 아르곤 또는 헬륨과 같은 다른 가스가 사용될 수도 있다. 실제 질소의 유량은 진공 척킹을 위해 사용된 진공 펌프(14)의 펌핑 속도에 의존한다. 예를 들어, 현재의 공정에서, 대략 20 내지 90 sccm의 질소 유량은 대략 2 내지 4.5 torr 내의 배면 압력을 유지하기에 충분하다. 처리 가스로부터의 총괄 정면 압력과 함께 배면 압력은 웨이퍼(190)의 정면(191)과 배면(192) 사이에 대략 1.5 torr의 압력차를 발생시킨다. 웨이퍼(190)의 정면(191) 상에 순 압력은 웨이퍼(190)를 가열된 받침대(150) 상으로 체결한다. 일반적으로, 정면(191) 상에 순 압력이 보다 크게 되면, 웨이퍼(19) 상에 척의 힘은 더 강해진다. 일반적으로, 정면 압력의 대략 20%와 동일한 압력 차는 웨이퍼(190)를 체결하기에 충분하다. 본 발명에서 사용되는 작동 압력에 대해, 적어도 대략 1 torr의 압력차가 바람직하다.
배면 가스의 압력은 본 발명의 또 다른 특성을 제공한다. 일반적인 열 CVD 공정에서, 웨이퍼의 온도는 임계 공정 변수이며, 이는 필름 증착율이 표면 반응에 의해 제한되는 현재의 압력-온도 체계에서 특히 유효하다. 상기 실시예에서 웨이퍼(190)가 받침대(150)에 의해 직접 가열됨으로 인해, 공정의 확실한 온도 제어를 위해 웨이퍼(190)와 받침대(150) 사이의 우수한 열 접촉이 필수적이다. 본 발명에서의 배면 가스의 이용은 웨이퍼(190)와 가열된 받침대(150) 사이의 열 전도에 상당한 개선을 초래한다. 웨이퍼(190)와 받침대(150) 사이의 온도차는 웨이퍼(190)와 받침대(150) 사이에 열 전도의 효과를 나타내는 우수한 척도로서, 온도차가 작을수록, 열 전도가 보다 양호하다. 웨이퍼의 온도는 일반적으로 삽입된 열전쌍을 구비한 테스트 웨이퍼(도시되지 않음)를 이용하여 측정된다. 본 발명에 따른 공정에 따라, 웨이퍼(190)와 받침대(150) 사이에서 대략 40℃ 이하의 온도차, 또는 보다 바람직하게 20 내지 30℃의 온도차가 측정된다 (처리중에 웨이퍼의 온도가 실질적으로 테스트 웨이퍼에 의해 측정된 온도와 다르지 않음을 암시적으로 가정하고 있다). 이는 대략 80℃의 온도차가 측정되는 전술한 배면 가스없는 저압 공정과는 대조적이다. 즉, 본 발명에서, 처리중에 대략 350℃의 웨이퍼 온도를 유지하기 위해, 이전의 저압 공정에서 대략 430℃의 온도와는 대조적으로 단지 380℃의 히터 온도가 요구된다. 상기 감소된 온도의 작업은 히터(180)의 수명을 연장시킬뿐 아니라, 총괄 필름 증착 공정에 대한 열 예산 및 공정 마진이 또한 개선된다. 이는 후속하는 플라즈마 처리 단계와 연결되어 하기에서 보다 상세히 설명되어질 것이다. 받침대(150)와 웨이퍼(190) 사이의 효율적인 열 전도는 웨이퍼 처리 온도를 효율적으로 제어하며, 우수한 웨이퍼-대-웨이퍼 공정 균일도에 기여한다. 따라서, 고 유량의 퍼지 및 배면 가스의 이용과 함께 증가된 처리 가스는 우수한 균일도를 갖는 고 증착 속도에서 TiN증착이 수행되도록 한다. 감소된 웨이퍼 온도에서 최종 공정은 낮은 k 절연 재료의 이용과 또한 양립될 수 있다.
N 2 /H 2 플라즈마 처리
증착된 TiN 필름 특성은 일반적으로 확산 배리어로의 사용 목적에 완전하지 못하다. 예를 들어, 필름은 대략 20 내지 25%의 고수준의 탄소를 함유하고 있으므로, 고 저항을 갖는다. 공기 또는 수분에 노출됨에 따라, 필름 내의 산소 흡수로 인해 저항성은 보다 증가된다. 배리어 층으로 효율성을 갖도록 하기 위해서는, 대략 1000μΩ-cm 이하의 필름 저항이 일반적으로 요구된다. 증착된 필름은 감소된 저항, 증가된 순도, 밀도, 및 개선된 안정성을 갖는 최종 필름에 이르는 플라즈마 처리 단계에 놓이게 된다.
플라즈마 처리 단계는 200 내지 900sccm의 N2 유량, 300 내지 900sccm의 H2 유량, 및 1 내지 3 torr의 압력과 함께 대략 200 내지 1500sccm의 총괄 H2 및 N2 유량에서 수행될 수 있다. 그러나 500 내지 1000 sccm의 총괄 H2 및 N2 유량, 및 대략 1.3 torr의 총괄 압력이 바람직하다. 1.5의 H2 및 N2 유동비가 현 공정에서 이용된다 하더라도, 1 내지 2에서 변화하는 비가 또한 허용된다. 그러나 이러한 유동비는 본 발명의 실시예에서 중요하지 않다. 총괄 유량을 증가시키고, 동시에 동일한 총괄 압력 및 유동비를 유지시킴으로써 플라즈마 처리 공정의 효율을 개선시킬 수 있다. 70kHz 내지 13.6 MHz의 RF 주파수 및 500 내지 1000 W의 전력이 플라즈마 처리에 이용될 수 있으나, 대략 750 W에서 저주파 350 kHz RF 신호가 바람직하다. RF 전력은 RF 공급원(도시되지 않음)을 통해 샤워헤드(120)에 인가되고, 챔버 벽 및 받침대는 RF 접지를 형성한다. 플라즈마 내에서 발생된 (이온 및 중성, 원자 및 분자를 포함한) 질소 함유 및 수소 함유 종은 증착된 TiN 필름의 미세구조 및/또는 화학 조성을 변경시킨다. 이러한 플라즈마 공정의 정확한 기구가 완전하게 이해되지 않더라도, 플라즈마로 처리된 TiN 필름은 5% 이하의 감소된 탄소 함량, 대략 250μΩ-cm로 감소된 필름 저항, 공기 또는 수분에 노출됨에 따라 산소 혼합에 개선된 저항을 가짐을 발견하게 된다. TiN 필름은 플라즈마 처리에 의해 고밀도화되며, 100Å의 예비처리 두께는 처리 이후에 대략 50Å으로 감소된다. 특정 적용에 따라, 아르곤, 헬륨, 및 암모니아 등의 다른 가스가 플라즈마 처리 단계중에 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 가스 내에서 보다 무거운 종의 이용은 가벼운 종과 비교하여 상이한 필름 특성을 갖는다. 또 다른 적용예에서, 플라즈마 가스로부터 임의의 종의 처리된 필름 내부로의 혼입이 또한 바람직하다. 이러한 플라즈마 처리 공정의 세부사항은 1997년 2월 28일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 08/810,221호의 "반도체 웨이퍼 상에 필름의 형성(Construction of a Film on a Semiconductor Wafer)"이라는 명칭의 공동 양도된 미국 출원서에 기술되어 있으며 본 명세서에 참고로 기술되어 있다.
전술한 바와 같이, 현재의 공정은 웨이퍼-받침대 열 전도를 개선시키며, 낮은 웨이퍼 온도가 필름 증착중에 이용되도록 한다. 이는 플라즈마 처리 단계중에, 배면 가스의 압력이 이용되지 않기 때문에 중요하다. 대신에, 웨이퍼 배면(192)에 가스 공급(15)을 차단하기 위해 3방향 밸브(162)가 위치되어, 배면 압력이 진공 펌프(14)에 의해 발생된 기준 압력에 대응된다. 웨이퍼 온도 제어가 웨이퍼-받침대 열 접촉에 의해 제공된 것 이상으로 활발하지 못하다. 그러므로 웨이퍼의 온도는 활성 종에 의한 충돌의 결과로 플라즈마 어닐링 중에 증가되는 경향이 있다. 본 발명에서 웨이퍼의 온도는 플라즈마 처리 단계중에 대략 20℃만큼 증가한다. 일반적으로, 최대 웨이퍼 온도 증가는 웨이퍼(190)와 가열된 받침대(150) 사이의 온도차와 동일한 것으로 추정된다. 따라서, 본 발명에서 감소된 웨이퍼-받침대 온도차는 웨이퍼 처리 과정의 상이한 단계 중에 큰 온도 이탈을 방지함으로써 웨이퍼(190)에 임의의 온도 안정성을 제공한다. 이는 열 예산의 개선을 초래하며 총괄 공정에 여분의 공정 마진을 제공한다.
TiN 증착 공정 방법
본 발명에 따른 방법은 기판의 온도 제어로 화학 증기 증착에 적합한 상이한 공정 챔버 내에서 수행될 수 있다. 이러한 챔버는 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드에 의해 제조된 모델 HPTxZ 챔버이다.
도 3은 본 발명에 따라 TiN을 형성하기 위해 이용된 공정 단계를 나타내는 도표를 도시하고 있다. 웨이퍼(190)가 받침대(150) 상에 적재된 이후에, 공정 과정은 대략 380℃의 온도로 미리 설정된 퍼지 히터(180)를 구비한 처리 챔버(100)가 초기 압력으로 배기되는 펌프다운 단계(1)로 개시한다. 단계(2)에서, 웨이퍼(190)는 진공 척에 의해 받침대(150) 상에서 "척킹되거나", 또는 유지된다. 상기 단계 중에, 적절한 압력 및 가스 유동은 샤워헤드(120)를 통해 600 sccm의 He, 1000 sccm의 N2 등의 희석 가스를 유동시킴으로써 발생된다. 웨이퍼 가열 단계(3)는 대략 4.5 torr의 배면 가스 압력을 따라, N2 퍼지 가스 유동이 대략 1500 sccm의 엣지 퍼지 및 1000 sccm의 바닥 엣지의 유량에서 또한 발생되는 대략 다음 20초 동안 발생된다. He 희석 가스 유동은 대략 325sccm으로 감소되며, (TDMAT 버블러를 우회함으로써) 275sccm의 He 캐리어 가스의 유동은 예비 증착 단계(4) 중에 발생된다. 배면 가스 압력은 또한 대략 3.5 torr로 감소되고 챔버 압력은 대략 5torr로 감소된다. 단계(5)는 TiN 증착 단계이며, TDMAT는 He 캐리어 가스를 버블러를 통해 유동시킴으로써 챔버(100) 내부로 유입된다. 이러한 증착 단계(5)는 대략 18초 동안 지속되며, 이때 챔버 압력은 대략 5 torr로 서보 제어되며, 모든 처리 가스 및 퍼지 가스 유동은 각각의 유량에서 유지된다.
필름 증착 이후에, N2 및 H2 가스 유동은 증착된 TiN 필름의 인-시츄 플라즈마 처리를 위한 준비 단계(6)에서 챔버 내에서 발생된다. 플라즈마 처리 단계(7)중에, 챔버 압력은 대략 1.3 torr의 압력에서 유지되며, N2 및 H2 가스 유동은 대략 300 sccm 및 450 sccm에서 각각 유지된다. 플라즈마 처리 단계(7)는 대략 750W의 RF 전력에서 초기화되며, 대략 35초 동안 지속된다. 필름 증착 단계와는 달리, 퍼지 가스 유동 및 배면 가스의 유동은 플라즈마 처리 단계(7)에서 이용되지 않는다. 필름 처리의 종결부에서, 챔버는 처리 챔버(100)로부터 웨이퍼(190)가 하역되기 이전에 단계(8)에서 대략 1000 sccm의 N2 유량으로 퍼지된다.
결론
본 발명은 대략 350℃ 이하의 온도에서 TDMAT 열 증착을 이용한 TiN 필름 증착용 MOCVD 공정이다. 본 발명은 N2 및 H2의 존재하에서 TiN 필름 증착 이후에 플라즈마 처리를 수반하는 2단계 공정으로 구성된다. 전체 압력이 약 5 torr이고 전체 N2 및 He 유량이 약 1600 sccm일 때, 6Å/sec 이상의 등각 TiN 필름 증착이 350℃ 이하의 온도에서 달성된다. 더욱이, 높은 엣지 퍼지 가스 유동 및 약 3.5 torr의 웨이퍼 배면 압력은 균일성(두께 및 저항력 양자 모두)과 스텝 커버리지의 향상에 상당히 기여한다.
비록 본 발명을 설명하기 위하여 특정의 실시예가 개시 및 설명되었지만, 본 발명과 관련된 이외의 다양한 실시예가 있을 수 있음은 당업자에게 명백하다.
본 발명에 의하여, 공정은 (표준 편차) 4% 이하의 두께 균일성과 90% 이상의 스텝 커버리지를 갖게 된다. 배면 가스를 사용하는 것은 웨이퍼와 받침대 간의 열전달을 상당히 향상시키며, 또한 0.25 ㎛ 소자 분야에 사용되는 낮은 유전체 물질의 온도 요건에도 적합한 공정을 만든다. 본 발명의 이중 퍼지 능력은 받침대의 보수를 자유롭게 함으로써 마이크로-아킹(micro-arcing) 및 미립자 오염의 문제를 경감시키고, 또한 장비의 휴지시간을 감소시킴으로써 주기적인 보수를 극히 용이하게 한다.

Claims (23)

  1. 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판을 포함하는 챔버에 2 torr 이상의 챔버 내부 압력을 생성하도록 500 sccm 이상의 유량을 갖는 퍼지 가스, 희석 가스, 및 금속 유기 화합물을 공급하는 단계와, 그리고
    상기 금속 유기 화합물을 열분해시켜 상기 기판상에 필름을 형성하도록 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 유기 화합물이 티타늄을 함유하는,
    기판 처리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 유기 화합물이 테트라키스 (디알킬아미노)-티타늄인,
    기판 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름이 티타늄 질화물인,
    기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석 가스가 질소, 헬륨 및 아르곤으로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    기판 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석 가스가 500 sccm 이상의 유량으로 상기 챔버에 공급되는,
    기판 처리 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판이 받침대에 의해 상기 챔버 내에서 지지되고, 상기 퍼지 가스가 상기 받침대의 엣지쪽으로 보내지는,
    기판 처리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 받침대의 온도가 상기 기판의 온도보다 최대 40℃ 만큼 높은,
    기판 처리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판의 전면 상의 압력보다 낮은 상기 기판의 배면 상의 가스 압력을 생성하도록 상기 받침대 내부의 채널로부터 가스 유동을 보내는 단계를 더 포함하는,
    기판 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    질소, 수소, 헬륨, 아르곤 및 암모니아로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스 또는 가스들을 포함하는 환경 내에서 상기 필름을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는,
    기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계가 2 torr 이하의 전체 압력에서 수행되는,
    기판 처리 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 엣지쪽으로 제 1 퍼지 가스 유동을 보내는 단계와, 그리고
    상기 기판을 둘러싸는 엣지 링 조립체의 기저부쪽으로 제 2 퍼지 가스 유동을 보내는 단계를 더 포함하는,
    기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 퍼지 가스 유동이 1500 sccm 이상인,
    기판 처리 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 퍼지 가스가 질소, 헬륨, 아르곤 또는 수소로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    기판 처리 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 유기 화합물의 열분해가 350℃ 이하의 온도에서 발생하는,
    기판 처리 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 배면 상에 2 내지 5 torr의 제 2 가스 압력을 유지하는 단계를 더 포함하는,
    기판 처리 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 전면 상에 제 1 가스 압력을 유지시키고 상기 기판의 배면 상에 제 2 가스 압력을 유지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 가스 압력이 상기 제 1 가스 압력의 20% 이상만큼 상기 제 1 가스 압력보다 작은,
    기판 처리 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 전면 상에 제 1 가스 압력을 유지시키고 상기 기판의 배면 상에 제 2 가스 압력을 유지시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 가스 압력이 1 torr 이상만큼 상기 제 1 가스 압력보다 작은,
    기판 처리 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판의 배면 상의 제 2 가스 압력이 질소, 아르곤, 수소, 또는 헬륨으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 가스에 의해 제공되는,
    기판 처리 방법.
  20. 기판 처리 방법으로서,
    (a) 받침대 상에 상기 기판을 지지하는 단계와,
    (b) 상기 받침대에 내장된 히터 요소에 의해 상기 기판을 소정의 처리 온도로 유지시키는 단계와,
    (c) 5 torr 이상의 압력을 생성하도록 500 sccm 이상의 퍼지 가스 유동, 500 sccm 이상의 희석용 가스 유동, 및 티타늄을 함유하는 금속 유기 화합물을 챔버에 공급하는 단계와,
    (d) 상기 금속 유기 화합물을 열분해하는 단계와, 그리고
    (e) 상기 기판상에 티타늄 질화물을 포함하는 필름을 형성하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  21. 기판 처리 방법으로서,
    상기 기판을 포함하는 챔버에 퍼지 가스, 희석 가스, 및 금속 유기 화합물을 공급하는 단계와,
    상기 기판의 엣지쪽으로 제 1 퍼지 가스 유동을 보내는 단계와,
    상기 기판을 둘러싸는 엣지 링 조립체의 기저부쪽으로 제 2 퍼지 가스 유동을 보내는 단계와, 그리고
    상기 금속 유기 화합물을 열분해시켜 상기 기판상에 필름을 형성하도록 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는,
    기판 처리 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 퍼지 가스 유동이 1500 sccm 이상인,
    기판 처리 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 퍼지 가스가 질소, 헬륨, 아르곤 또는 수소로 구성된 그룹으로부터 선택되는,
    기판 처리 방법.
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