KR19980063630A - 저압력에서 재료를 증착하는 수정된 물리기상증착 챔버 및 방법 - Google Patents

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Abstract

종래 스퍼터링 챔버는 플라즈마 영역을 둘러싸며 전자를 플라즈마에 한정하는 타깃 연장부에 의해 수정된다. 이와같이 전자를 플라즈마에 한정하면, 플라즈마를 유지하는데 필요한 압력이 감소된다. 저압력에서 스퍼터링된 종의 산란이 감소되고 스퍼터링된 입자가 기판에 수직으로 도달하여, 높은 가로세로 비를 가진 개구부의 충전을 개선시킨다.

Description

저압력에서 재료를 증착하는 수정된 물리기상증착 챔버 및 방법
본 발명은 스퍼터링 증착을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저압력에서 재료를 증착하는 수정된 물리기상증착 장치에 관한 것이다.
티타늄, 티타늄 텅스텐, 티타늄 질화물, 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 실리콘, 구리 및 구리합금과 같은 재료의 스퍼터링 증착은 이미 공지되어 있다. 전형적인 물리기상증착 챔버(PVD)는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상부벽(11) 및 측벽(12)을 가진 챔버(10)는 스퍼터링될 재료 또는 그것의 선구물질로 이루어진 타깃(13)을 포함한다. 타깃(13)은 전력원(15)에 접속된 타깃 지지부(14)상에 장착된다. 스퍼터링될 기판(20)을 지지하기 위한 서셉터(16)는 그것의 상부면(17)이 타깃(13)에 평행하게 일정한 간격을 유지하도록 장착된다. 서셉터(16)는 또한 전력원(18)에 접속된다. 가스 인입구(19)는 아르곤과 같은 반응 및/또는 불활성 가스가 챔버(10)내에 인입되도록 한다.
한쌍의 자석(21)은 타깃(13) 후방에 장착된다. 이 한 쌍의 자석(21)은 서셉터(16)위에 플라즈마를 한정하기 위하여 타깃(13)의 외부 주변에 자계를 발생시킨다. 한쌍의 자석(21)은 점선으로 표시된 직교 전자계(22)를 타깃(13) 및 서셉터 지지부(16)사이에 형성하여, 플라즈마 밀도를 강화시키며, 또한 스퍼터링된 막의 품질을 손상시키기 않고 증착 비율을 증가시킴으로써 스퍼터링 효율을 개선시킨다.
가스 유동이 챔버(10)내에서 시작될 때, 타깃(13) 및 서셉터(16)사이의 영역에서의 불활성 가스 분자는 이온화된다음 타깃(13)의 표면에 충돌하여, 기판(20)상에 증착되는 타깃(13) 재료의 분자를 치환한다.
그러나, 스퍼터링된 재료가 랜덤 방향으로 산란되기 때문에, 스퍼터링된 재료는 기판(20) 뿐만아니라 챔버(10)내의 벽(11, 12) 및 고정물상에 증착된다. 따라서, 기판(20)쪽으로 연장되는 타깃(13)의 주변에 차폐부(24)를 장착하는 것이 공지되어 있다. 산란된 스퍼터링 재료는 챔버(10)의 벽(11, 12) 보다 오히려, 차폐부(24, 24′)상에 증착되어, 챔버벽을 세척할 필요성이 감소되었다. 이들 증착물을 제거하기 위하여 차폐부(24, 24′)를 주기적으로 세척하거나 차폐부(24, 24′)를 교체하는 다양한 방법이 공지되어 있다.
미크론 및 미크론이하의 설계방법의 출현으로 인해, 알루미늄과 같은 접촉 재료가 스퍼터링되는 기판의 개구부는 매우 작게 되며 이들 개구부의 가로세로비, 즉 개구부의 깊이 대 직경 비는 높게된다. PVD 챔버내의 스퍼터링 재료는 타깃으로부터 랜덤 방향으로 산란되어, 작은 개구부를 충전하는 것이 어렵다. 이는 매우 적은 스퍼터링 분자가 수직 방향으로 기판에 충돌되기 때문이다. 따라서, 대부분의 스퍼터링 재료는 기판의 개구부의 하부보다 개구부의 상부 및 측벽 표면상에 증착된다. 이로인해, 증착물의 상부가 개구부에서 분리(bridge over)되어, 도 2에 도시된 바와같이 공극을 남긴다. 도 2는 알루미늄 층(40)이 실리콘 기판(42)의 높은 가로세로비 개구부(41)내에 증착되는 것을 도시한다.
하부 충전이 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 수행되는 것은 공지되어 있다. 그러나, 대략 1밀리토르이하의 압력에서 플라즈마를 유지하는 것은 매우 곤란하다. 도 1를 다시 참조하면, 타깃(13) 주변의 자계(22)는 차폐부(24, 24′)상에 중첩된다. 플라즈마로부터 방출되는 전자는 차폐부(24, 24′)에 충돌되며, 이 차폐부에서 손실된다. 만일 높은 비율의 전자가 저압력하에서 손실된다면, 바람직하지 않은 플라즈마 동작조건이 야기되며 플라즈마는 소멸된다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 가로세로비 개구부가 공극을 형성하지 않고 충전될 수있도록 플라즈마가 저압력에서 유지될 수 있는 스퍼터링 챔버를 제공하는 것이다.
도 1은 차폐부를 가진 종래의 물리기상증착 챔버의 개략도.
도 2는 종래의 물리기상증착 챔버를 사용함으로써 기판의 개구부가 부분적으로 충전된 것을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명을 기술하는 물리기상증착 챔버의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 100 : 챔버 13, 101 : 타깃
16, 106 : 서셉터 20, 108 : 기판
21, 103, 104 : 자석 102 : 타깃 연장부
110 : 플라즈마 영역 124 : 애노드
본 발명에 따르면, PVD 챔버는 캐소드(타깃)를 연장시키기 위해 수정되어, 플라즈마 영역내에 전자가 한정되도록 플라즈마 영역 근처에서 전기장을 변화시킨다. 이것은 플라즈마를 유지하는데 필요한 가스 압력의 양을 감소시켜서, 스퍼터링 종(species)의 산란을 감소시키며 높은 가로세로비를 가진 개구부의 충전을 개선시킨다.
본 발명은 도 3을 참조로하여 더 설명될 것이다. 도 3은 연장부(102)를 가진 타깃(101)을 포함하는 물리기상증착 챔버(100)의 일부분을 도시한다. 챔버(100)는 타깃(101) 후방에 장착된 자석(103, 104)과, 기판(108)을 지지하는 서셉터(106)와, 차폐부 또는 애노드(124)를 포함한다. 캐소드(101)는 애노드(124)에 대한 플라즈마 영역(110) 근처에서 전기장을 변화시키기 위해서 연장된다. 타깃 연장부(102)는 타깃(101)과 동일한 전위를 가져서, 플라즈마 영역에서 전기장을 증가시킨다. 이 증가된 전기장은 높은 음전위를 가지며, 이 높은 음전위는 음전하를 가지며 플라즈마로부터 플라즈마 영역(110) 후방으로 방출되는 전자를 차례로 구동시킨다. 따라서, 플라즈마내에 전자가 강하게 한정된다. 이 결과로 인해, 플라즈마는 소멸없이 낮은 챔버압력에서 챔버(100)내에서 유지될 수있다.
타깃 연장부(102)는 타깃(101)으로부터 스퍼터링된 재료에 의해 코팅되며, 타깃 재료는 타깃 연장부(102)로부터 스퍼터링될 수있다. 그러나, 타깃 연장부(102)의 스퍼터링 비는 자석(103, 104) 아래의 타깃면(101)의 스퍼터링 비보다 낮다. 더욱이, 연장부(102)상의 증착 비는 연장부(102)를 만들기 위해 사용된 재료의 스퍼터링 비보다 높다. 따라서, 순 타깃 재료가 타깃 연장부(102)상에 증착될 것이다. 따라서, 스퍼터링 공정중에, 타깃 연장부(102)로부터 기판(108)상에 스퍼터링된 임의의 재료는 타깃 연장부(102)로부터 스퍼터링된 재료 그자체 보다 오히려 타깃 재료일 것이다. 따라서, 타깃 연장부(102)는 기판(018)을 오염시키지 않는다.
타깃 연장부(102)는 타깃(101)의 부분일 수있으며, 또는 원하는 경우 바이어스가 개별적으로 제어될 수 있는 개별 피이스일 수있다. PVD 챔버(100)에서 차폐부 또는 애노드(124)의 위치 및 형태는 변화될 수있는데, 이는 당업자에게 잘 알려져 있다. 그러나, 강한 전기장은 타깃 연장부(102)에서 여전히 발생되며, 그결과는 전술한 바와같다.
따라서, 당업자는 본발명의 권리범위를 벗어나지 않고 본 발명을 변형할 수있다. 따라서, 본 발명은 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한된다.
본 발명은 높은 가로세로비 개구부가 공극을 형성하지 않고 충전될 수있도록 플라즈마가 저압력에서 유지될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (6)

  1. 캐소드 타깃, 애노드 차폐부, 기판 지지부 및 상기 타깃 후방에 장착된 한쌍의 자석을 포함하는 물리기상증착 챔버에 있어서,
    전자를 플라즈마 영역에 한정하는 타깃 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 물리기상증착챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 타깃 연장부는 음으로 충전되는 것을 특징으로 하는 물리기상증착챔버.
  3. 물리기상증착 챔버내에서 플라즈마를 유지하기위해 요구된 압력을 감소시키는 방법에 있어서,
    전자를 플라즈마에 한정시키기 위해서 플라즈마 영역 주위에 타깃을 연장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 타깃 연장부는 음으로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 스퍼터링에 의해 기판의 높은 가로세로비 개구부를 충전시키는 방법에 있어서,
    전자를 플라즈마에 한정시키기 위하여 플라즈마 영역 주위에 스퍼터링 타깃을 연장시키는 단계를 포함하여, 플라즈마를 유지하는데 필요한 압력을 감소시키고, 스퍼터링된 종의 산란을 감소시키며, 기판에 수직으로 충돌하는 스퍼터링된 입자의 수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 타깃 연장부는 음으로 충전되는 것을 특징으로 하는 방법.
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