KR100913321B1 - 반도체 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 반도체 제조 방법의 일 예는, 제 1 챔버에서 웨이퍼 상에 타이타늄(Ti)을 증착하는 단계; 제 2 챔버에서 상기 타이타늄이 증착된 웨이퍼를 기 설정된 소정 시간동안 대기시키는 단계; 제 3 챔버에서 상기 소정 시간 동안 대기한 웨이퍼에 알루미늄(Al)을 증착하는 단계; 및 제 4 챔버에서 상기 알루미늄이 증착된 웨이퍼에 질화티타늄(TiN)을 증착하는 단계를 포함하여 순차적으로 필름을 증착하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 반도체 제조 과정에서 발생하는 휘스커(whisker) 불량을 줄이거나 제거할 수 있을 뿐만 아니라 기존 장비를 그대로 이용하여 간단하게 상기 휘스커 불량 문제를 해결함으로써 제품 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
반도체, 휘스커, 알루미늄 챔버, 증착, 프로세스 레시피
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정에서 발생하는 휘스커(whisker)를 줄이거나 제거하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 과정에서, 알루미늄(Al) 증착시 27,000Å 이상으로 두껍게 증착(deposition)하는 경우 첨부된 도 1의 (a) 내지 (d)와 같은 형상을 가진 휘스커(whisker)가 발생하여 알루미늄 필름(Al film)을 뚫고 나와 웨이퍼(wafer)가 불량이 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 도 1의 (a) 내지 (d)와 같은 형상의 휘스커들은 반도체 소자 제조 과정에서 웨이퍼에 첨부된 도 2의 (a) 내지 (d)와 같은 분포를 가질 수 있다.
상기와 같은 휘스커의 발생으로 인한 웨이퍼 불량 현상은, 반도체 소자 제조 과정에서 스퍼터링(sputtering) 방식으로 예를 들어, 알루미늄(Al)이 증착될 때, 상기 챔버의 높은 전력과 오랜 증착 시간으로 인하여 해당 챔버의 내부 온도가 이상적으로 과열됨에 기인한 것이다.
이때, 상기 챔버 내부에서 과열되는 부분은 챔버 내 타겟(target)과 웨이퍼를 가열시키는 히터(heater)일 것이다.
따라서, 상기와 같이 챔버의 내부가 과열되어 있는 상태에서 다수 개의 웨이퍼들이 들어가 공정이 진행되면, 템프 베리에이션(temperature variation)이 심하게 발생하여 상술한 바와 같이 국부적인 형태의 휘스커가 발생한다.
또한, 상기 각 웨이퍼 상에 발생되는 휘스커는 제품 수율을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 반도체 제조 공정에서 발생하는 휘스커(whisker)를 줄이거나 없애는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 상기와 같이 휘스커를 줄이거나 없애기 위하여 챔버 내부가 과열되는 것을 방지하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 방법의 일 예는, 제 1 챔버에서 웨이퍼 상에 타이타늄(Ti)을 증착하는 단계; 제 2 챔버에서 상기 타이타늄이 증착된 웨이퍼를 기 설정 시간동안 대기시키는 단계; 제 3 챔버에서 상기 기 설정 시간 동안 대기한 웨이퍼에 알루미늄(Al)을 증착하는 단계; 및 제 4 챔버에서 상기 알루미늄이 증착된 웨이퍼에 질화티타늄(TiN)을 증착하는 단계를 포함하여 순차적으로 필름을 증착하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기 설정 시간은 1 내지 10분일 수 있다.
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본 발명에 따른 반도체 제조 방법의 또 다른 예는, 제 1 챔버에서 웨이퍼 상에 타이타늄(Ti)을 증착하는 단계; 제 2 챔버를 거쳐 제 3 챔버에서 상기 타이타늄이 증착된 웨이퍼에 알루미늄(Al)을 증착하되, 상기 알루미늄 증착 전에 쿨링 워터를 사용하여 상기 제 3 챔버 내부 온도를 기 설정 온도까지 냉각하는 단계; 및 제 4 챔버에서 상기 알루미늄이 증착된 웨이퍼에 질화티타늄(TiN)을 증착하는 단계를 포함하여 순차적으로 필름을 증착하는 것을 특징으로 하는 한다.
이때, 상기 제 2 챔버에서 기 설정 시간을 대기하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 기 설정 시간은 1 내지 10분일 수 있다.
그리고 상기 제 3 챔버의 챔버 가열 조건으로 파워는 4,000 내지 14,000와트, 가스 함량은 38 내지 90scc로 할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 반도체 제조 방법에 따르면,
첫째, 반도체 제조 과정에서 발생하는 휘스커를 줄이거나 없앨 수 있는 효과가 있다.
둘째, 기존 장비를 이용함으로써 간단하게 상기 휘스커 불량 문제를 해결함으로써 제품 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면, 다음과 같다.
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 상기 반도체 제조 과정에서 발생하는 휘스커(whisker)를 줄이거나 없애기 위하여 챔버(chamber) 내부 과열을 방지하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 챔버 내부 과열을 방지함에 있어서, 다양한 방법이 있을 수 있으나, 이하 본 발명에서는 후술하는 각 실시 예를 이용하는 것을 일 예로 한다.
즉, 본 발명에 따라 챔버 내부 과열을 방지하는 방법으로, 첫째, 알루미늄 챔버(Al chamber)에서 증착 이전에 다른 챔버에서 소정 시간을 대기시키는 방법, 둘째, 알루미늄 챔버 내부의 조건을 변경하는 방법, 셋째, 쿨링 워터(cooling water)를 이용하는 방법을 예로 하여 설명한다. 다만, 본 발명은 상기한 방법들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상과 동등하거나 유사한 범위까지 포함함을 밝혀둔다.
이하에서는 먼저, 본 발명과 관련하여 반도체 제조 과정에서 스퍼터링 공정의 기본적인 시퀀스 레시피(sequence recipe)를 설명하면, 다음과 같다. 이때, 상기 시퀀스 레시피는 필름 증착 과정이라고도 하는바, 이하에서는 필름 증착 과정이라 호칭한다.
상기 필름 증착 과정은, 타이타늄 챔버(Ti chamber)에서 타이타늄(Ti)을 증착하고, 패스 챔버(pass chamber)를 통과하여 알루미늄 챔버(Al chamber)에서 알루미늄(Al)을 증착하고, 질화티타늄 챔버(TiN chamber)에서 질화티타늄(TiN)을 증착 하는 과정이 순차적으로 일어난다.
상기와 같이 기본적인 필름 증착 과정에 의하면, 첨부된 도 3과 같이 휘스커가 발생한다.
이때, 상기 휘스커는 특히, 상기 알루미늄 챔버의 내부가 과열되어 웨이퍼에 온도를 전달하기 때문이다. 그리고 상기 알루미늄 챔버(Al chamber)에서 웨이퍼에 온도를 가하는 요소에는, 히터(heater) 자체에 의한 열전도(전기적 방식)와 백사이드 아르곤 가스(backside Ar gas) 주입에 따른 대류 현상으로 웨이퍼에 온도가 전달된 결과일 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따라 웨이퍼에 발생하는 휘스커 발생을 줄이거나 없애기 위하여 상기 알루미늄 챔버의 내부가 과열되지 않도록 하기 위한 필름 증착 과정의 일 예를 설명하면, 다음과 같다. 이때, 후술하는 본 발명에 따른 필름 증착 과정은, 각각의 웨이퍼에 대한 필름 증착 과정일 수 있다.
본 발명에 따른 필름 증착 과정을 첨부된 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하겠다.
먼저, 웨이퍼는 장비 내로 로딩(loading)하기 위해 로드 락(10)과, 상기 웨이퍼의 노치(notch) 부분을 인식하여 후속 챔버에서 공정을 진행할 때 각 챔버마다 동일한 위치에서 공정이 진행되도록 하는 정렬 기능과 웨이퍼에 열을 가하여 웨이퍼 내의 수분을 제거하여 아웃가싱(outgasing)의 소스를 제거하기 위한 오리엔트 & 디가스 챔버(orient & degas chamber)(20)를 순차적으로 거쳐, 타이타늄 챔버(30)에 도달한다. 그리고 상기 타이타늄 챔버(30)에서 상기 도달한 각 웨이퍼에 타이타 늄(Ti)을 증착한다.
상기 타이타늄(Ti)이 증착된 각 웨이퍼는, 알루미늄 챔버(60)에서 알루미늄(Al)을 증착하기 전에 패스 챔버(40)에서 본 발명에 따라 기 설정된 소정 시간을 대기한다.
그리고 상기 패스 챔버(40)에서 소정 시간을 대기한 웨이퍼는, 트랜스퍼(50)에 의해 알루미늄 챔버(60)로 이동하여 알루미늄(Al)을 증착한다.
상기 알루미늄(Al)이 증착된 각 웨이퍼는, 질화티타늄(70)(TiN) 챔버에서 질화티타늄(TiN)을 증착한다.
상기 질화티타늄이 증착된 각 웨이퍼는, 이후 고온의 공정을 거침에 따라 이후 플라스틱 카세트(plastic cassette, 미도시)에 들러붙는 것을 방지하기 위한 쿨 다운 챔버(80)와, 버퍼(90)를 순차적으로 통과하여 다시 로드 락(10)을 통하여 언로딩(unloading)된다.
상술한 과정을 통해 각 웨이퍼에 필름이 증착된다.
즉, 종래에는 타이타늄 챔버(30)에서 웨이퍼에 타이타늄(Ti)을 증착한 후 패스 챔버(40)에서는 별도의 대기시간 없이 바로 알루미늄 챔버(60)로 이동하여 상기 웨이퍼에 알루미늄(Al)이 증착됨에 따라 휘스커가 많이 발생하였다.
그러나 본 발명에서는, 상술한 휘스커 발생을 줄이거나 없애기 위하여 종래 기술과 달리 각 웨이퍼가 상기 알루미늄 챔버(60)의 과열된 내부 온도 등에 의해 휘스커가 발생하지 않도록 상기 알루미늄 챔버(60) 이전의 패스 챔버(40)에서 기 설정된 소정 시간 동안 대기시킴으로써 상기 알루미늄 챔버(60)의 과열된 내부 온 도가 떨어지도록 하는 것이다.
이때, 상기에서 패스 챔버(40)에서의 기 설정된 상기 소정 시간은 예를 들면, 1 내지 10분 정도로 설정할 수 있다. 또한, 일반적으로 상기 타이타늄(Ti)은 140Å 정도, 상기 질화티타늄(TiN)은 275Å 정도가 증착될 수 있다. 그리고 상기 알루미늄 챔버(60)에서 알루미늄(Al)은 10,000 내지 40,000 Å 정도가 증착될 수 있다.
상기와 같이 패스 챔버(40)에서 소정 시간을 대기함으로써 상술한 도 3에서와 같이 발생하던 휘스커는 도 5와 같이 현저하게 줄어든 것을 알 수 있다.
상기에서 도 5는 상기 소정 시간으로 5분 또는 10분으로 한 경우이다. 또한, 상기 알루미늄(Al)은 27,000 Å 정도가 증착된 경우이다.
다음으로, 본 발명에 따라 알루미늄(Al) 증착시 챔버 내부가 과열되는 것을 방지하는 다른 방법 즉, 제 2 실시 예를 설명한다.
제 2 실시 예에서의 필름 증착 과정은, 종래 필름 증착 과정이나 상술한 제 1 실시 예에 따른 필름 증착 과정과 동일할 수 있다.
다만, 여기에서는 상술한 필름 증착 과정에서와 달리, 알루미늄(Al) 증착을 위하여 알루미늄 챔버(60) 내부에 기 설정된 챔버 가열 조건을 수정 또는 변경하여 휘스커 발생을 줄이거나 없애고자 한다.
일반적으로, 상기 알루미늄 챔버(60) 내부의 웨이퍼에 알루미늄(Al) 증착을 위한 챔버 가열 조건은, 파워(DC power)는 18,000와트(watt; w)로, 아르곤 가스(Ar gas)는 37scc로 하고 있다.
따라서, 본 발명에 따라 휘스커를 줄이거나 없애기 위해서는 상기 챔버 가열 조건을 최소화하여야 하고, 이를 위해 상기 파워는 4000 내지 14,000 와트(w) 정도로, 상기 아르곤 가스는 38 내지 90scc로 할 수 있다.
이때, 본 제 2 실시 예는 상술한 제 1 실시 예와 함께 수행하면, 더욱 좋은 효과를 얻을 수 있을 것이다.
첨부된 도 5의 (a) 내지 (f)는 본 발명에 따라 상술한 제 1 실시 예와 제 2 실시 예를 병행 수행한 경우로서, 휘스커가 많이 줄어든 것을 볼 수 있다.
이때, 상기 도 5의 (a) 내지 (f)는 상기 챔버 가열 조건으로 상기 파워는 10,600와트(w), 아르곤 가스는 80scc로 한 경우를 도시한 것이다.
마지막으로, 본 발명에 따른 제 3 실시 예를 설명하면, 다음과 같다.
상기 제 3 실시 예 역시 알루미늄 챔버(60)의 내부가 과열되는 것을 방지하기 위한 것으로, 본 실시 예에서는 쿨링 워터(cooling water; 냉각수)를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 알루미늄 챔버(60)에서 웨이퍼에 온도를 가하는 요소는 히터 자체에 의한 열전도(전기적 방식)와 백사이드 아르곤 가스 주입에 따른 대류현상으로 웨이퍼에 온도가 전달된다.
이러한 방식으로 웨이퍼에 온도가 전달될 경우 휘스커가 발생할 수 있으므로, 미리 챔버 내부의 온도가 과열되지 않도록 쿨링 워터를 이용하여 상기 히터의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.
이상적인 경우는 과열된 히터를 쿨 다운해줄 수 있는 충분하고도, 일정한 양 의 쿨링 워터가 유입될 때 히터에 인가되는 전력을 자동으로 제어하여 일정 온도를 유지하는 것이다.
첨부된 도 7a의 경우에는 쿨링 워터를 사용하지 않은 경우에 각 웨이퍼에 발생하는 휘스커의 분포도이고, 도 7b는 본 발명에 따라 쿨링 워터를 사용하여 웨이퍼에 발생하는 휘스커를 줄이거나 없앤 일 예를 도시한 것이다.
상술한 도 7a의 SP 1과 도 7b의 SP 2는 동일한 필름 증착 과정 즉, 휘스커가 발생하는 기존 필름 증착 과정에 따라 연속 진행한 경우이다.
그러나 상기 SP 1과 SP 2의 차이는 처음 진행 전 쿨링 워터를 사용하였는지 유무에 있다. 즉, 상기 SP 1은 쿨링 워터의 사용 없이 연속 진행한 경우이고, SP 2 는 웨이퍼 첫 장 진행 전에 쿨링 워터 밸브(cooling water valve)를 예를 들어, 1/2 가량 오픈(open)하여 히터의 온도를 300℃ -> 285℃ 한 다음, 다시 쿨링 워터 밸브를 닫아(closed) 285℃ -> 300℃ 한 후에 어느 하나의 웨이퍼에 대해 필름을 증착한 경우에 휘스커 분포도이다.
상기에서, 히터의 온도를 300℃ -> 285℃ -> 300℃로 변화시키는 행위는, 과열된 챔버를 쿨링시켜 준 후 필름 증착을 위한 챔버 가열 조건으로 다시 만들기 위함이다. 즉, 과열된 챔버의 요소를 제거하는 것이다.
상기 과정 후에 웨이퍼를 연속 진행할 수 있으나, 다시 챔버가 가열될 수 있다. 따라서, 휘스커에 대한 영향을 최소화하기 위해서는 각 웨이퍼가 증착될 때마다 챔버를 쿨링 워터를 이용하여 챔버내 과열 요소를 제거하는 것이다.
그러면, 도 7b와 같이, 휘스커의 양을 훨씬 줄일 수 있게 된다.
또는 알루미늄 챔버(60)의 내부 온도와 쿨링 워터의 양을 연동하여 상기 알루미늄 챔버(60)가 과열되지 않도록 하는 것이다.
예를 들어, 상기 알루미늄 챔버(60)에 온도 센서를 부착하여 계속하여 챔버 내부 온도를 체크하고, 상기 체크된 챔버 내부 온도가 기 설정된 소정 범위 이상인 경우에는 쿨링 워터 밸브를 제어하여 쿨링 워터의 양을 증가시킬 수 있다. 그리고 상기 온도 센서에서 체크한 결과 소정 범위 미만이 되면 상기 증가한 쿨링 워터의 양을 감소할 수 있다.
또는 상기 온도 센서를 통한 체크 결과 상기 제 3 챔버 내부가 과열되었다고 판단되면, 상기 알루미늄 챔버(60) 내부 온도가 예를 들어, 300℃를 넘어선 것으로 판단되면, 쿨링 워터 밸브를 제어하여 쿨링 워터의 양을 증가시켜 되도록 빠른 시간 내에 상기 알루미늄 챔버(60) 내부가 쿨 다운되도록 할 수 있다.
상술한 제 3 실시 예는 상기 제 1 실시 예와 제 2 실시 예와 독자적으로 실시할 수 있으나, 병행할 수도 있다.
또한, 상술한 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 고전력 제품의 사용이 증가하는 추세에 따를 때, 두꺼운 메탈 제조시에 발생할 수 있는 챔버 내부 과열로 인한 휘스커 문제를 줄이거나 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은 스퍼터 방식으로 메탈 증착하는 공정에도 적용 가능하다.
이상에서는 본 발명의 기술 사상을 설명함에 있어서, 특정 실시 예를 첨부된 도면과 함께 도시하고 설명하였다. 다만, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 즉, 당해 발명이 속하는 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정 및 변경을 가능하다.
도 1의 (a) 내지 (d)는 휘스크 불량 형상의 예시를 도시한 것
도 2의 (a) 내지 (d)는 종래 기술에 따를 때 웨이퍼 상에 발생한 휘스커 형상의 분포도를 도시한 것
도 3의 (a) 내지 (h)는 기본적인 시퀀스 레시피로 연속하여 공정을 진행한 경우 각 웨이퍼에 발생한 휘스커의 분포도를 도시한 것
도 4는 본 발명에 따른 필름 증착을 위한 장비의 일 예를 도시한 것
도 5a 내지 5b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따를 경우 각 웨이퍼에 발생하는 휘스커의 분포도의 일 예를 도시한 것
도 6의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 제 2 실시 예에 따를 경우 각 웨이퍼에 발생하는 휘스커의 분포도의 일 예를 도시한 것
도 7a의 경우에는 쿨링 워터를 사용하지 않은 경우에 각 웨이퍼에 발생하는 휘스커의 분포도를 도시한 것
도 7b는 본 발명에 따라 쿨링 워터를 사용하여 웨이퍼에 발생하는 휘스커를 줄이거나 없앤 일 예를 도시한 것
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10; 로드 락 20; 오리엔트 디가스
30; Ti 챔버 40; 패스 챔버
50; 트랜스퍼 60; Al 챔버
70; TiN 챔버 80; 쿨 다운 챔버
90; 버퍼
Claims (10)
- 제 1 챔버에서 웨이퍼 상에 타이타늄(Ti)을 증착하는 단계;제 2 챔버에서 상기 타이타늄이 증착된 웨이퍼를 기 설정 시간동안 대기시키는 단계;제 3 챔버에서 상기 기 설정 시간 동안 대기한 웨이퍼에 알루미늄(Al)을 증착하는 단계; 및제 4 챔버에서 상기 알루미늄이 증착된 웨이퍼에 질화티타늄(TiN)을 증착하는 단계를 포함하여 순차적으로 필름을 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1항에 있어서,상기 기 설정 시간은 1 내지 10분인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 챔버에서 웨이퍼 상에 타이타늄(Ti)을 증착하는 단계;제 2 챔버를 거쳐 제 3 챔버에서 상기 타이타늄이 증착된 웨이퍼에 알루미늄(Al)을 증착하되, 상기 알루미늄 증착 전에 쿨링 워터를 사용하여 상기 제 3 챔버 내부 온도를 기 설정 온도까지 냉각하는 단계; 및제 4 챔버에서 상기 알루미늄이 증착된 웨이퍼에 질화티타늄(TiN)을 증착하는 단계를 포함하여 순차적으로 필름을 증착하는 것을 특징으로 하며,상기 쿨링 워터는 쿨링 워터 밸브 및 온도 센서를 통해 상기 쿨링 워터의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 제 2 챔버에서 기 설정 시간을 대기하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 6항에 있어서,상기 기 설정 시간은 1 내지 10분인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 6항 또는 제 7항에 있어서,상기 제 3 챔버의 챔버 가열 조건으로 파워는 4,000 내지 14,000와트, 가스 함량은 38 내지 90scc로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
- 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제 1항에 있어서,상기 제 3 챔버의 챔버 가열 조건으로 파워는 4,000 내지 14,000와트, 가스 함량은 38 내지 90scc로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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2007
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Patent Citations (2)
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