KR101855083B1 - 낮은 저항률 및 불균일성을 가진 박막들을 생성하기 위한 물리 기상 증착 프로세스들을 위한 자석 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에는 높은 두께 균일성과 낮은 저항률을 가진 박막들을 증착시키기 위한 장치 및 방법들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체는 축을 중심으로 회전가능한 션트 플레이트, 상기 션트 플레이트에 커플링된 내측 폐루프 자극 및 상기 션트 플레이트에 커플링된 외측 폐루프 자극을 포함하며, 상기 내측 폐루프 자극의 자기장 세기에 대한 상기 외측 폐루프 자극의 자기장 세기의 불균형율은 약 1 미만이다. 일부 실시예들에서, 상기 불균형율은 약 0.57이다. 일부 실시예들에서, 상기 션트 플레이트와 상기 외측 폐루프 자극은 심장 형상을 갖는다. 본 발명의 마그네트론 조립체와 조합하여 RF 및 DC 전력을 사용하는 방법이 또한 개시된다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판 프로세싱에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 물리 기상 증착 프로세스들에 관한 것이다.
예컨대, 텅스텐(W) 증착을 위한 종래의 물리 기상 증착(PVD) 프로세스들에 있어서, 막 증착을 위해 직류(DC) 전력만이 인가되었다. 종래의 마그네트론 디자인들을 사용하여 우수한 두께 균일성을 획득할 수는 있으나, 그 결과의 증착된 W 막들의 저항률(resistivity)은 매우 높았었고, 이는 높은 라인 저항으로 인해 트랜지스터 집적 밀도를 제한한다. W 막들의 특성들을 개선하고자 시도하는 하나의 기술은, 고에너지 이온 리스퍼터링(re-sputtering) 및 막 치밀화(densification)로 인해 W 막의 저항률이 대폭 감소될 수 있는 무선 주파수(RF) 보조 PVD 증착이다. 그러나, 증착 프로세스 동안 플라즈마의 RF 전력 커플링으로 인하여 이들 W 막들의 두께 균일성은 불량하다.
따라서, 본 발명자들은 저항률 및 불균일성이 감소된 박막들의 PVD 증착을 위한 장치 및 방법들을 제공하였다.
본 명세서에는 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 박막들을 증착시키기 위한 장치 및 방법들이 제공된다. 일부 실시예들에서, 마그네트론 조립체는, 축을 중심으로 회전가능한 션트 플레이트(shunt plate), 션트 플레이트에 커플링된 내측 폐루프 자극(magnetic pole), 및 션트 플레이트에 커플링된 외측 폐루프 자극을 포함하며, 내측 폐루프 자극의 자기장 세기에 대한 외측 폐루프 자극의 자기장 세기의 불균형율(unbalance ratio)은 약 1 미만이다. 일부 실시예들에서, 그 비율은 약 0.57이다. 일부 실시예들에서, 상기 외측 폐루프 자극은 심장(cardioid) 형상을 갖는다.
일부 실시예들에서, 물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법은, 적어도 몇몇 이온 종들(species)을 가진 프로세스 가스를 PVD 챔버 내로 제공하는 단계, 타겟을 향하여 이온 종들을 지향(direct)하기 위해, 기판 위에 배치된 타겟에 DC 전력을 인가하는 단계, 타겟 위에서 마그네트론을 회전시키는 단계 ― 마그네트론은 내측 폐루프 자극 및 외측 폐루프 자극을 가지고, 내측 폐루프 자극의 자기장 세기에 대한 외측 폐루프 자극의 자기장 세기의 불균형율은 약 1 미만임 ―, 이온 종들을 사용하여 타겟으로부터 금속 원자들을 스퍼터링하는 단계, 기판 상에 제 1 복수의 금속 원자들을 증착시키는 단계, 이온 종들을 사용하여 증착된 금속 원자들의 적어도 일부를 리스퍼터링하기 위해 기판 아래에 배치된 전극에 RF 전력을 인가하는 단계, 목표된 시간 기간 동안 DC 전력 및 RF 전력을 인가하여 기판 상에 층을 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 층은 텅스텐(W)을 포함하고, 약 2% 미만의 두께 균일성 및 약 10μΩ-㎝ 미만의 저항률을 갖는다.
이하, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 설명된다.
앞서 간략히 요약된고 아래에서 더 상세히 논의되는 본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들에서 나타낸 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 저면 사시도를 도시한다.
도 1a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 부분 저면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 물리 기상 증착 챔버의 측면 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 DC 전력만을 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극(pole)의 불균형율의 함수로서, 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 RF 및 DC 전력을 모두 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서, 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서, 증착된 층의 두께 균일성 및 저항률의 그래프를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들은 가능한 한 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 도면들은 실척에 따라 도시되지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에서도 유리하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 저면 사시도를 도시한다.
도 1a는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 부분 저면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 물리 기상 증착 챔버의 측면 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 DC 전력만을 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극(pole)의 불균형율의 함수로서, 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 RF 및 DC 전력을 모두 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서, 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서, 증착된 층의 두께 균일성 및 저항률의 그래프를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위하여, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들은 가능한 한 동일한 참조번호들을 사용하여 표시하였다. 도면들은 실척에 따라 도시되지 않았으며, 명료함을 위해 단순화될 수 있다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에서도 유리하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
본 명세서에는 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 박막들을 증착시키기 위한 장치 및 방법들이 제공된다. 본 발명의 장치의 일부 실시예들은 무선 주파수(RF) 물리 기상 증착(PVD) 프로세스들에서 사용하기 위한 마그네트론 디자인들에 관한 것이다. 방법의 일부 실시예들은 높은 두께 균일성(예컨대, 약 2% 미만) 및 낮은 저항률(예컨대, 약 10μΩ-㎝ 미만)을 가진 박막의 증착에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론을 도시한다. 본 발명의 마그네트론들은 일반적으로, 예컨대, 도 2에 도시되어 있고 이하에서 설명되는 PVD 챔버(200)와 같은 PVD 챔버의 타겟 또는 기판 지지체 중 하나 또는 그 초과에 인가되는 RF 전력 및 타겟에 인가되는 DC 전력을 가진 PVD 챔버들에서 사용될 수 있다. 본 발명의 마그네트론을 사용하여 이익을 향유할 수 있는 프로세스들의 비한정적인 예들은 다른 증착 프로세스들 중에서 텅스텐(W) 증착 프로세스들을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 마그네트론(100)의 저면 사시도를 도시한다. 마그네트론(100)은 마그네트론 조립체를 위한 구조적 베이스로서 또한 역할하는 션트 플레이트(102)를 포함한다. 션트 플레이트(102)는 회전축(104)을 포함할 수 있으며, 션트 플레이트(102)는 샤프트에 커플링되는 경우에 그 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 예컨대, 사용 동안 마그네트론(100)의 회전을 제공하기 위해 샤프트(예컨대, 도 2에 도시된 샤프트(216))에 션트 플레이트(102)를 장착하기 위한 장착 플레이트(미도시)가 션트 플레이트(102)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예들에서, 그리고 도시된 바와 같이, 션트 플레이트(102)는 심장 형상을 가질 수 있다. 그러나, 션트 플레이트(102)는 다른 형상들도 또한 가질 수 있다.
마그네트론(100)은 적어도 2개의 자극들, 예컨대, 내측 극(106) 및 외측 극(108)을 포함한다. 내측 극(106) 및 외측 극(108) 각각은 폐루프 자기장을 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 폐루프 자기장은 별개의 시작과 끝을 갖지 않고 대신에 루프를 형성하는 극을 지칭한다. 주어진 극 내의 극성은 동일하지만(예컨대, 북극 또는 남극), 각각의 극(106, 108) 사이의 극성은 서로 반대이다(예컨대, 내측 북극과 외측 남극, 또는 내측 남극과 외측 북극).
각각의 극은 극 플레이트와 션트 플레이트(102) 사이에 배열된 복수의 자석들을 포함할 수 있다. 예컨대, 내측 극(106)은 극 플레이트(110)와 션트 플레이트(102) 사이에 배치된 제 1 복수의 자석들(112)을 가진 극 플레이트(110)를 포함한다. 마찬가지로, 외측 극(108)은 극 플레이트(114)와 션트 플레이트(102) 사이에 배치된 제 2 복수의 자석들(116)을 가진 극 플레이트(114)를 포함한다. 극 플레이트들(110, 114)은, 비한정적인 예로서 400 시리즈 스테인리스 스틸 또는 다른 적합한 물질들과 같은, 강자성 물질로 제조될 수 있다. 극 플레이트들(110, 114)은 임의의 적합한 폐루프 형상을 가질 수 있다. 극 플레이트들(110, 114)의 형상들은, 극 플레이트들(110, 114) 사이의 거리가 극 플레이트들(110, 114)의 루프 주위에서 대체로 균일하도록, 유사할 수 있다. 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 극 플레이트(114)는 심장 형상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 극 플레이트(114)는 션트 플레이트(102)의 주연부 에지를 대략적으로 추종할 수 있다.
각각의 복수의 자석들에서의 자석들이 완전히 균일하게 분포될 필요는 없다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제 2 복수의 자석들(116)에서의 적어도 몇몇 자석들은 쌍들로 배열될 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 복수의 자석들이 다수의 열(row)들로 배열될 수 있다. 예컨대, 제 1 복수의 자석들(112)이 자석들의 2개의 열들의 자석들로 배치된 것으로 도시되어 있다.
도 1을 다시 참조하면, 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 복수의 자석들(112, 116)에서의 각각의 자석의 자기(magnetic) 세기가 동일할 수 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 복수의 자석들(112, 116)에서의 하나 또는 그 초과의 자석들의 자기 세기가 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 내측 극(106)에 의해 형성되는 자기장의 세기가 외측 극(108)에 의해 형성되는 자기장의 세기보다 더 강할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제 1 복수의 자석들(112)의 자석들이 제 2 복수의 자석들(116)의 자석들보다 더 조밀하게(densely) 패킹(pack)될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 일부 실시예들에서, 제 1 복수의 자석들(112)에서의 자석들의 수가 제 2 복수의 자석들(116)에서의 자석들의 수를 초과할 수 있다.
내측 극(106)과 외측 극(108) 간의 자기장들의 세기에서의 이격도(disparity)는 외측 극(108)의 자기 세기에 대한 내측 극(106)의 자기 세기의 불균형율에 의해 정의될 수 있다. 예컨대, 제 1 및 제 2 복수의 자석들(112, 116)에서의 자석들 각각이 동등한 자기장 세기를 가진 동등한 자석들인 실시예들에서, 불균형율은 제 1 복수의 자석들(112)에서의 자석들의 수에 대한 제 2 복수의 자석들(116)에서의 자석들의 수의 비율로 단순히 축소될 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 마그네트론에 있어서, 본 발명자들은 약 1 미만의 불균형율을 갖는 것, 예컨대, 내측 극(106)의 자기장 세기에 비해 더 작은 외측 극(108)에서의 자기장 세기 및/또는 제 1 복수의 자석들(112)의 자석들의 수에 비해 더 적은 제 2 복수의 자석들(116)에서의 자석들의 수를 갖는 것은, 전술한 바와 같은 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 층을 증착시키는데 사용될 수 있음을 발견하였다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 바람직한 불균형율은 약 0.57일 수 있다. 다른 불균형율들이 특정 응용예들을 위해 사용될 수 있을 것으로 고려된다. 예컨대, 도 3 내지 도 4와 관련하여 후술하는 바와 같이, 본 발명자들은 증착된 막의 두께 프로파일을 제어하기 위해 불균형율이 선택 또는 변경될 수 있음을 발견하였다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 프로세스 챔버(200)의 측면 개략도를 도시한다. 프로세스 챔버(200)는 DC 그리고 선택적으로는 RF 전력을 위해 구성된 임의의 적합한 PVD 챔버일 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세스 챔버(200)는, 후술하는 바와 같이, DC 및 RF 전력을 모두 인가하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 프로세스 챔버(200)는 기판(204)이 위에 배치되는 기판 지지체(202)를 포함한다. 프로세스 챔버(200)에 RF 전력을 제공하기 위해 전극(206)이 기판 지지체(204)에 배치될 수 있다. RF 전력 공급장치(208)를 통해 RF 전력이 전극에 공급될 수 있다. RF 전력 공급장치(208)는 정합(match) 네트워크(미도시)를 통해 전극(206)에 커플링될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, RF 전력 공급장치(208)(미도시)(또는 다른 RF 전력 공급장치)는 기판 지지체(202) 위에 배치된, 예컨대 프로세스 챔버(200)의 천정에 배치된 타겟(210)에 (또는 타겟의 배면 부근에 배치된 전극에) 커플링될 수 있다.
타겟(210)은 기판(204) 상에 층을 증착시키는데 사용하기 위한 임의의 적합한 금속 및/또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 타겟은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 챔버(200)에서 형성된 플라즈마를 타겟(210)을 향하여 지향하도록 타겟(210) 상에 바이어스 전압을 제공하기 위해 DC 전력 공급장치(212)가 타겟(210)에 커플링될 수 있다. 플라즈마는 가스 소스(213)에 의해 챔버(200)에 제공되는 아르곤(Ar) 등과 같은 프로세스 가스로부터 형성될 수 있다. 마그네트론(100) 및 마그네트론(100)을 회전시키기 위한 샤프트(216)를 포함하는 마그네트론 조립체(214)가 타겟(210) 위에 배치된다. 마그네트론 조립체(214)는, 예컨대, 전술한 바와 같이 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 기판(204) 상의 금속 원자들의 층의 균일한 증착, 및/또는 타겟(210)으로부터의 금속 원자들의 균일한 스퍼터링을 용이하게 할 수 있다.
프로세스 챔버(200)의 다양한 컴포넌트들의 동작을 제어하기 위해 프로세스 챔버(200)의 다양한 컴포넌트들에 컨트롤러(218)가 커플링 및 제공될 수 있다. 컨트롤러(218)는 중앙처리장치(CPU), 메모리 및 지원 회로들을 포함한다. 컨트롤러(218)는 특정 프로세스 챔버 및/또는 지원 시스템 컴포넌트들과 연관된 컴퓨터들(또는 컨트롤러들)을 통해, 또는 직접적으로 프로세스 챔버(200)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(218)는 다양한 챔버들 및 서브 프로세서들을 제어하기 위해 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 컨트롤러(218)의 메모리 또는 컴퓨터 판독가능한 매체는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 광학 저장 매체(예컨대, 콤팩트 디스크 또는 디지털 비디오 디스크), 플래시 드라이브, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격의 디지털 스토리지와 같은 쉽게 입수할 수 있는 메모리 중 하나 또는 그 초과일 수 있다. 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 지원 회로들이 CPU에 커플링된다. 이들 회로들은 캐시, 전력 공급장치들, 클록 회로들, 입력/출력 회로 및 서브시스템들 등을 포함한다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 방법들은 본 명세서에 설명된 방식으로 프로세스 챔버(200)의 동작을 제어하기 위해 실행 또는 인보크(invoke)될 수 있는 소프트웨어 루틴으로서 메모리에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 CPU에 의해 제어되고 있는 하드웨어로부터 원거리에 위치된 제 2 CPU(미도시)에 의해 저장 및/또는 실행될 수 있다.
동작에 있어서, 아르곤(Ar) 등과 같은 가스가 가스 소스(213)로부터 프로세스 챔버(200)에 제공된다. 가스가 충분한 압력으로 제공될 수 있어서, 가스의 적어도 일부는 Ar 이온들과 같은 이온화된 종들을 포함한다. 이온화된 종들은 DC 전력 공급장치(212)에 의해 타겟(210)에 인가되는 DC 전압에 의해 타겟(210)으로 지향된다. 이온화된 종들은 타겟(210)으로부터 금속 원자들을 방출시키기 위해 타겟(210)과 충돌한다. 예컨대 중성 전하를 가진 금속 원자들이 기판(204)을 향해 낙하하고 기판 표면 상에 증착된다. 타겟(210)과 이온 종들의 충돌 그리고 금속 원자들의 후속하는 방출과 동시에, 마그네트론(100)이 샤프트(216)를 중심으로 타겟(210) 위에서 회전된다. 마그네트론(100)은, 타겟(210) 근처에 있는 임의의 가스 분자들과 충돌할 수 있고 그 임의의 가스 분자들을 이온화할 수 있는 전자들을 포획하기 위해 타겟(210)의 표면에 대체로 평행하고 그 표면에 근접한 자기장을 챔버(200) 내에서 생성하며, 이는 이어서, 타겟(210)의 표면 근처에서 국소적인 이온 종의 밀도를 높이고 스퍼터링 레이트를 높인다. 또한, 타겟(210)으로부터의 금속 원자들의 스퍼터링 동안에 RF 전력 공급장치(208)에 의해 RF 전력이 기판 지지체(202)에 인가될 수 있다. RF 전력은 기판(204) 상에 형성되고 있는 층으로부터 증착된 금속 원자들의 적어도 약간의 리스퍼터링을 촉진시키기 위해 기판(204) 상의 증착된 금속 원자들을 향하여 이온화된 종들의 일부를 지향하도록 사용될 수 있다. 증착된 금속 원자들의 리스퍼터링은 증착된 층에서의 저항률을 감소시킬 수 있고, 층의 치밀화를 촉진시킬 수 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 본 발명자들은 적절한 저항률을 갖지만 중앙이 높고 에지가 낮은 프로파일(center high-edge low profile)을 갖는 층을 RF 전력이 단독으로 초래할 수 있음을 발견하였다. 따라서, 전술한 바와 같이 바람직한 불균형율을 가진 본 발명의 마그네트론(100)은, 예컨대 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 바람직한 증착 프로파일을 제공하기 위해, 단독으로 또는 RF 전력과 조합하여 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 DC 전력만을 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다. 예컨대, 불균형율이 약 2.7과 같이 약 1보다 실질적으로 더 큰 경우, 증착 프로파일은 플롯(302)으로 나타낸 바와 같이 중앙이 높고 에지가 낮은 프로파일을 갖는다. 기판상의 이온 충격을 제어하고 그리고/또는 한정 볼륨(confinement volume)들을 수축(shrink)시킴으로써 금속 이온화를 높이기 위해, 약 1보다 더 큰 불균형율을 가진 마그네트론이 사용될 수 있다. 예컨대, 증착 프로파일을 변조(modulate)시키기 위해, 약 1 미만의 불균형율이 사용될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 1 미만의 불균형율을 가진 증착 프로파일은 (예컨대, 약 0.97의 불균형율을 가진) 플롯(304) 및 (예컨대, 약 0.57의 불균형율을 가진) 플롯(306)으로 나타낸 바와 같이 중앙이 낮고 에지가 높은 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 불균형율이 낮을수록, (플롯(304) 및 플롯(306)으로 나타낸 바와 같이) 중앙 증착은 더 낮아지고 에지 증착은 더 높아진다. 그러나, RF 전력을 추가하면(RF 전력만으로는 전술한 바와 같이 중앙이 높고 에지가 낮은 프로파일을 초래할 것이다), 아래에서 도 4에 나타낸 바와 같이 바람직한 증착 프로파일이 달성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 RF 및 DC 전력을 모두 사용하는 마그네트론의 내측 극에 대한 외측 극의 불균형율의 함수로서 웨이퍼 표면을 따른 증착된 층 두께의 그래프를 도시한다. 예컨대, 전술한 바와 같이, 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 층을 증착시키기 위해, 1 미만의 불균형율을 사용하는 RF 및 DC 전력의 조합이 사용될 수 있다. RF 전력이 ESC를 통해 웨이퍼 중앙에서 커플링되므로, RF 전력에 기인한 막 증착은 중앙이 두껍고 에지가 얇은 프로파일을 갖는다. 본 발명의 마그네트론(100)의 낮은 불균형율로 인해, 웨이퍼 에지에 대한 플라즈마 확산 및 약한 자기장 바운딩(bounding)에 기인하여, 웨이퍼 에지가 두껍고 웨이퍼 중앙이 얇은 증착 프로파일이 DC 전력 PVD 증착으로 실현될 수 있다. RF 전력과 DC 전력을 조합하여 증착시키면, 기판에 걸쳐 균일한 두께 프로파일이 달성될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 박막을 증착시키기 위해 DC 및 RF 전력을 사용하면, (예컨대, 약 1 내지 약 2.72의 범위인) 큰 불균형율은, 플롯(406)으로 나타낸 바와 같이, 중앙이 높고 에지가 낮은 프로파일을 가진 층의 증착을 초래할 수 있다. 그러나, 예컨대 약 0.57(예컨대, 플롯(402)) 내지 약 0.93(예컨대, 플롯(404))의 범위로 불균형율이 낮은 실시예들에서, 그러한 프로세스는, 도 4에 도시된 바와 같이, 더 균일한 프로파일을 가진 층의 증착을 초래할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이, RF 전력은 증착된 층에서 저항률을 개선할 수 있으나, 불행하게도 단독으로 제공되는 경우, 증착된 층의 프로파일이 중앙이 높고 에지가 낮은 결과를 초래한다. 따라서, 본 발명의 마그네트론(100)을 사용하여 RF 전력을 DC 전력과 조합함으로써, 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 증착된 층이 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 마그네트론(100)으로 인해, 증착된 층의 저항률이 종래의 PVD 프로세스를 사용하여 증착된 층의 저항률보다 훨씬 더 낮을 수 있다. 또한, 도 5는, 플롯(504)으로 나타낸 바와 같이, 마그네트론(100)에서의 불균형율을 변화시키는 것은 증착된 층의 저항률에 대해 거의 내지는 전혀 실질적인 영향을 미치지 않는다는 것을 보여준다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 불균형율을 감소시키는 것은 플롯(502)으로 나타낸 바와 같이, 증착된 층의 두께 균일성을 실질적으로 개선할 수 있다.
예컨대, 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 방법들 및 장치를 사용하여, 500옹스트롬 텅스텐(W) 막의 저항률은 약 9.4μΩ-㎝였고, 두께 균일성은 약 1.5%였다. 이러한 결과들은, 약 11μΩ-㎝ 또는 그 초과의 저항률 및 2.5%의 두께 균일성을 가진, DC 전력의 종래의 마그네트론을 사용하여 증착된 텅스텐(W) 막으로부터 상당한 개선을 나타낸다.
따라서, 본 명세서에는 높은 두께 균일성 및 낮은 저항률을 가진 박막들을 증착시키기 위한 장치 및 방법들이 제공되었다. 본 발명의 장치의 일부 실시예들은 무선 주파수(RF) 물리 기상 증착(PVD) 프로세스들에서 사용하기 위한 마그네트론 디자인들에 관한 것이다. 방법의 일부 실시예들은 높은 두께 균일성(예컨대, 약 2% 미만) 및 낮은 저항률(예컨대, 약 10μΩ-㎝ 미만)을 가진 박막의 증착을 위해 RF 및DC 전력을 사용하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들과 관련하여 상술하였으나, 본 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있다.
Claims (15)
- 물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법으로서,
상기 PVD 챔버 내로 적어도 몇몇 이온 종들을 가진 프로세스 가스를 제공하는 단계;
타겟을 향하여 상기 이온 종들을 지향(direct)하기 위해 기판 위에 배치된 타겟에 DC 전력을 인가하는 단계;
상기 타겟 위에서 마그네트론을 회전시키는 단계 ― 상기 마그네트론은 내측 폐루프 자극 및 외측 폐루프 자극을 가지고, 상기 내측 폐루프 자극의 자기장 세기에 대한 상기 외측 폐루프 자극의 자기장 세기의 불균형율은 1 미만임 ―;
상기 이온 종들을 사용하여 상기 타겟으로부터 금속 원자들을 스퍼터링하는 단계;
상기 기판 상에 제 1 복수의 금속 원자들을 증착시키는 단계;
상기 이온 종들을 사용하여 증착된 금속 원자들의 적어도 일부를 리스퍼터링(re-sputter)하기 위해 RF 전력을 인가하는 단계; 및
목표된 시간 기간 동안 상기 DC 전력 및 상기 RF 전력을 인가함으로써 상기 기판 상에 층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 층이 2% 미만의 두께 균일성을 갖고, 상기 층이 10μΩ-㎝ 미만의 저항률(resistivity)을 갖는,
물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 RF 전력을 인가하는 단계는,
상기 기판 아래에 배치된 전극에 상기 RF 전력을 인가하는 단계;
상기 타겟에 상기 RF 전력을 인가하는 단계; 또는
상기 타겟 근처에 배치된 전극에 상기 RF 전력을 인가하는 단계 중 적어도 하나를 더 포함하는,
물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 불균형율은 0.57 내지 0.97인,
물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟 및 상기 층은 텅스텐(W)을 포함하는,
물리 기상 증착(PVD) 챔버에서 기판을 프로세싱하는 방법. - 기판의 상부에 텅스텐 함유 층을 형성하는 방법으로서,
프로세스 챔버로 프로세스 가스를 제공하는 단계 - 상기 프로세스 챔버는 상기 프로세스 챔버 내에 배치된 기판 지지부 및 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치된 텅스텐 함유 물질을 포함하는 타겟을 갖고, 상기 기판 지지부 상부에 기판이 배치됨 -;
상기 프로세스 가스로부터 플라즈마를 형성하는 단계;
상기 타겟에 DC 전압을 인가함으로써 상기 타겟을 향하여 상기 플라즈마에 형성된 이온 종들을 지향하는 단계;
상기 타겟으로부터의 텅스텐 함유 금속 원자들을 스퍼터링하는 단계;
상기 타겟으로부터의 텅스텐 함유 금속 원자들을 스퍼터링하는 동안 상기 타겟 위에서 마그네트론을 회전시키는 단계 ― 상기 마그네트론은 내측 폐루프 자극 및 외측 폐루프 자극을 가지고, 상기 내측 폐루프 자극은 상기 외측 폐루프 자극 내에 배치되며, 상기 내측 폐루프 자극의 자기장 세기에 대한 상기 외측 폐루프 자극의 자기장 세기의 불균형율은 1 미만임 ―;
텅스텐 함유 층을 형성하도록 상기 기판의 상부에 스퍼터링된 금속 원자들을 증착시키는 단계 - 상기 텅스텐 함유 층은 2% 미만의 두께 균일성 및 10μΩ-㎝ 미만의 저항률(resistivity)을 갖음 -; 및
상기 기판 상부에 증착된 금속 원자들의 적어도 일부를 리스퍼터링(re-sputter)하기 위해 상기 기판을 향하여 이온화된 종의 일부를 지향하도록 스퍼터링된 금속 원자들을 증착시키는 동안 상기 기판 지지부 내에 배치된 전극에 RF 전력을 인가하는 단계;를 포함하는,
기판의 상부에 텅스텐 함유 층을 형성하는 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 불균형율은 0.57 내지 0.97인,
기판의 상부에 텅스텐 함유 층을 형성하는 방법. - 삭제
- 삭제
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- 삭제
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