KR100701365B1 - Ｐｖｄ 시 플라즈마 소스에 따른 스퍼터링 효과 개선 방법및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하는 스퍼터링을 통한 PVD 공정시 2개의 플라즈마 가스 소스를 이용하여 스퍼터링 효과를 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 PVD 스퍼터링시 질량비가 서로 다른 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키고 증착 물질의 종류에 따라서 스퍼터링 타겟으로 주입되는 가스 노즐의 위치를 다르게 설정하여 타겟 표면 부위의 주도적인 가스를 다르게 함으로써 타겟 표면 부위에 따른 스퍼터링 일드의 조절이 가능하도록 하여 웨이퍼상 박막증착이 균일하게 이루어지도록 한다.

Description

ＰＶＤ 시 플라즈마 소스에 따른 스퍼터링 효과 개선 방법 및 장치{APPARATUS FOR IMPROVING SPUTTERING EFFECT ACCORDING TO PLASMA SOURCE IN PVD}

도 1은 종래 스퍼터링 공정 수순도,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스퍼터링 공정 수순도.

본 발명은 본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마를 이용하는 스퍼터링을 통한 PVD 공정시 2개의 플라즈마 가스 소스를 이용하여 스퍼터링 효과를 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로 건식도금법의 일종인 PVD(Physical Vapor Deposition)법은 그 원리에 따라 증발(Evaporation)과 스퍼터링(Sputtering), 이온 플레이팅(Ion plating) 등으로 분류될 수 있는데, 장식용으로부터 초경과 같은 공업용, 그리고 전자분야에 이르기까지 폭넓게 사용되는 증착법이다.

상기 PVD방법을 좀더 상세히 살펴보면, 먼저 증발은 도금할 물질을 기화하는데 있어서 열에너지를 이용하는 방법인 반면, 스퍼터링은 플라즈마를 형성한 다른 기체의 운동에너지를 이용해서 도금물질을 기화하는 방법이다. 증발은 열에너지를 공급하는 방법에 따라서 세부적으로 분류하는데 필라멘트, 저항가열보트, 전자빔, 아크 등을 용도에 따라 이용한다. 이온 플레이팅은 증발에서 얻을 수 있는 빠른 증착 속도와 스퍼터링에서 얻어지는 치밀한 박막 미세조직과 화합물 형성능력을 조합한 혼성(Hybrid) 기술이라고 할 수 있다. 즉, 증발에서 사용하는 증발원을 그대로 이용하되 스퍼터링에서 이용하는 플라즈마를 도입하여 증발원자를 부분적으로 이온화하여 운도에너지와 반응성을 높이는 방법이다.

스퍼터링은 진공 중에서 불활성 기체(Ar, Kr, Xe 등)의 글로 방전(Glow discharge)을 형성하여 양이온들이 음극 바이어스된 타겟(Target)에 충돌하도록 함으로써 운동량 전달에 의해 타겟의 원자가 방출되도록 하는 방법이다. 상기 PVD법 중 특히 반도체 제조시 사용되는 스퍼터링법은 균일한 두께의 증착과 적절한 증착 속도를 필요로 한다.

도 1은 종래 PVD 공정에서의 스퍼터링 공정을 예시한 도면으로, 종래 스퍼터링에서는 상기 도 1에서 보여지는 바와 같이 진공으로 유지되는 챔버(Chamber)(100) 안으로 아르곤 가스(Ar)를 유입시킨 뒤, 타겟(Target)(102)에 전원을 인가하여 스퍼터링을 수행하게 된다.

이에 따라 타겟(102)으로부터 스퍼터링에 의해 분리된 소스원자와 분자들이 챔버(100)내 애노드(Anode)극에 위치한 웨이퍼(104) 상으로 증착되어 PVD법에 의한 박막 형성이 이루어지게 된다.

그러나 상기한 종래 스퍼터링법에서는 반도체 공정의 특성상 균일한 두께의 증착과 적절한 증착속도를 필요로 함에도 불구하고 스퍼터링 법의 특성상 반도체 기판의 중앙이 두껍게 증착되고, 모서리 부위가 얇게 증착되는 등 반도체 기판의 중앙과 모서리 부분의 증착막 두께가 다르게 되며, 증착속도 또한 느려 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하는 스퍼터링을 통한 PVD 공정시 2개의 플라즈마 가스 소스를 이용하여 스퍼터링 효과를 개선하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 PVD 공정시 스퍼터링 효과를 개선시키는 방법으로서, PVD처리될 웨이퍼를 챔버내 위치시키는 단계와, 진공상태로 유지되는 챔버내 상기 웨이퍼 상부에 위치된 타겟으로 제1노즐을 통해 스퍼터링 처리를 위한 제1가스를 유입시키는 단계와, 챔버내 상기 제1노즐과 서로 다른 위치에 설치된 제2노즐을 통해 상기 타겟으로 스퍼터링 처리를 위한 제2가스를 유입시키는 단계와, 제1,제2가스를 통한 스퍼터링을 수행시켜 상기 웨이퍼 위로 PVD 박막을 증착시키는 단계,를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스퍼터링 효과를 개선시키는 PVD 장치로서, 웨이퍼상 박막 증착공정시 PVD 스퍼터링 처리를 위한 진공 챔버와, 챔버내 웨이퍼 상부에 위치된 타겟으로 스퍼터링 처리를 위한 제1가스가 주입되는 제1가스 노즐과, 제1가스 노즐과 서로 다른 위치에 설치되어 상기 타겟으로 스퍼터링 처리를 위한 제2가스가 주입되는 제2가스 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 공정에서의 스퍼터링 공정을 예시한 도면이다. 상기 도 2를 참조하면,

본 발명에서는 PVD 법 중 플라즈마 발생을 위하여 타겟(200)의 하부의 서로 다른 위치에 스퍼터링 처리를 위한 가스 주입을 위한 노즐을 설치하여 각기 다른 2종 이상의 가스를 주입시키도록 구현한다. 이때 상기 가스는 질량비가 다른 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키며, 증착 물질의 종류에 따라서 가스 주입 노즐의 위치를 다르게 한다. 이에 따라 타겟 표면 위치의 주도적인 가스에 따라 서로 다른 스퍼터링 일드(Yield)를 갖도록 하여 스퍼터링시 웨이퍼의 중앙 부위가 두껍게 증착되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.

즉, 상기 도 2에서 보여지는 바와 같이 본 발명의 스퍼터링에서는 진공으로 유지되는 챔버(202)내 설치된 제2노즐(204)을 통해 웨이퍼의 박막 증착을 위해 설치된 웨이퍼(208) 상부의 타겟(200)의 중앙으로 스퍼터링 처리를 위한 아르곤 가스보다 질량이 작은 헬륨(He) 등의 가스를 유입시키고, 제1노즐(206)을 통해서는 아르곤 가스를 상기 타겟(200)의 측면부로 유입시킨 후, 타겟(200)에 전원을 인가하여 스퍼터링을 수행하게 된다.

이때 상기 제1노즐(206)을 통해 유입된 아르곤 가스는 타겟(200)의 측면 부위로 스퍼터링되어 제2노즐(204)을 통해 유입되는 아르곤 가스보다 질량이 작은 헬륨 가스가 스퍼터링되는 중앙에서보다 더 많은 소스원자와 분자들을 타겟(200)으로부터 분리시켜 애노드극에 위치한 웨이퍼(208)의 모서리 부분으로 증착시키게 된다. 이에 따라 종래 스퍼터링시 웨이퍼 모서리 부위에 박막이 상대적으로 얇게 증착되는 문제점을 해결시켜 웨이퍼 중앙과 모서리 부위에 박막이 균일하게 증착되게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 PVD 스퍼터링시 질량비가 서로 다른 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키고 증착 물질의 종류에 따라서 스퍼터링 타겟으로 주입되는 가스 노즐의 위치를 다르게 설정하여 타겟 표면 부위의 주도적인 가스를 다르게 함으로써 타겟 표면 부위에 따른 스퍼터링 일드의 조절이 가능하도록 하여 웨이퍼상 박막증착이 균일하게 이루어지도록 한다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 PVD 스퍼터링시 질량비가 서로 다른 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키고 증착 물질의 종류에 따라서 스퍼터링 타겟으로 주입되는 가스 노즐의 위치를 다르게 설정하여 타겟 표면 부위의 주도적인 가스를 다르게 함으로써 타겟 표면 부위에 따른 스퍼터링 일드의 조절이 가능하 도록 하여 웨이퍼상 박막증착이 균일하게 이루어지도록 하는 이점이 있다.

Claims (8)

1. PVD 공정시 스퍼터링 효과를 개선시키는 방법으로서,

   (a)PVD처리될 웨이퍼를 챔버내 위치시키는 단계와,

   (b)진공상태로 유지되는 챔버내 상기 웨이퍼 상부에 위치된 타겟의 측면으로 제1노즐을 통해 스퍼터링 처리를 위한 제1가스를 플로우시키는 단계와,

   (c)상기 챔버내 상기 제1노즐과 서로 다른 위치에 설치된 제2노즐을 통해 상기 제1가스보다 질량이 작은 스퍼터링 처리를 위한 제2가스를 상기 타겟의 중앙으로 플로우시키는 단계와,

   (d)상기 제1,제2가스를 통한 스퍼터링을 수행시켜 상기 웨이퍼 위로 PVD 박막을 증착시키는 단계

   를 포함하는 스퍼터링 효과 개선 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1가스는, 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 효과 개선 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2가스는, 헬륨 가스인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 효과 개선 방법.
4. 삭제
5. 스퍼터링 효과를 개선시키는 PVD 장치로서,

   웨이퍼상 박막 증착공정시 PVD 스퍼터링 처리를 위한 진공 챔버와,

   상기 챔버내 웨이퍼 상부에 위치된 타겟의 측면으로 스퍼터링 처리를 위한 제1가스를 플로우시키는 제1가스 노즐과,

   상기 제1가스 노즐과 서로 다른 위치에 설치되어 상기 타겟의 중앙으로 상기 제1가스보다 질량이 작은 스퍼터링 처리를 위한 제2가스를 플로우시키는 제2가스 노즐

   을 포함하는 스퍼터링 효과를 개선시키는 PVD 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1가스는, 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 효과를 개선시키는 PVD 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 제2가스는, 헬륨 가스인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 효과를 개선시키는 PVD 장치.
8. 삭제

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