KR20000046070A - Ionized metal plasma apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An ionized metal plasma apparatus is provided to improve a straight moving ability of a metal atom, thereby providing a layer covering property to a contact base portion of a semiconductor having a high aspect ratio. CONSTITUTION: An ionized metal plasma apparatus consists of a target(21), a collimator(26), a high frequency coil(22) and a wafer(24). The target(21) is formed of a metal material to be deposited on a wafer in a chamber(20) and the target sputters metal atoms by a DC magnetron(23). The collimator(26) improves a straight moving ability of the metal ions. The high frequency coil(22) on which a high frequency electric power is exerted changes the metal atoms having improved straight moving ability into an ion state. And the wafer(24) on which the metal ions changed by the high frequency coil are deposited by an electric potential difference with the DC magnetron when the high frequency electric power is exerted. The target is formed of one metal material out of aluminum, titanium and copper.

Description

이온화 금속 플라즈마 장치Ionized metal plasma apparatus

본 발명은 이온화 금속 플라즈마(Ionized Metal Plasma: 이하 IMP라 함) 장치에 관한 것으로, 특히 IMP 장치의 내부에 콜리메이터(collimator)를 추가하여 스퍼터된 원자가 이온화되기 전에 원자의 직진성을 향상시켜 콘택 기저부의 층덮힘 및 층덮힘 균일도를 개선시킬 수 있는 IMP 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to ionized metal plasma (IMP) devices, and in particular to adding a collimator to the interior of the IMP device to improve the straightness of the atoms before the sputtered atoms are ionized to form a layer of contact base. An IMP device that can improve covering and layer covering uniformity.

반도체 소자의 제조 공정중 콘택 기저부의 층덮힘을 개선하기 위한 방법중 가장 앞선 방법은 IMP를 이용하는 방법이다. 이 방법은 스퍼터된 원자를 이온화시킨 후 웨이퍼쪽으로 전기적 힘으로 끌어 당겨 층덮힘을 개선하는 것으로, 이 방법을 위해 사용되는 장비의 개략도를 도 1(a)에 도시하였으며, 층덮힘이 개선되는 원리를 도 1(b)에 도시하였다.The most advanced method for improving the layer covering of the contact base portion during the manufacturing process of the semiconductor device is a method using IMP. This method improves layer coverage by ionizing sputtered atoms and then pulling them with electrical force towards the wafer. A schematic of the equipment used for this method is shown in FIG. It is shown in Figure 1 (b).

먼저, 도 1(a)을 참조하여 종래의 IMP 장비의 구성을 설명하면 다음과 같다.First, referring to Figure 1 (a) will be described the configuration of the conventional IMP equipment as follows.

웨이퍼(14)에 증착하고자 하는 금속 물질로 이루어진 타겟(11)은 챔버(10) 내부에 설치되어 직류 마그네트론(DC magnetron)(13)에 의해 금속 원자를 스퍼터시킨다. 타겟(11)으로부터 스퍼터된 금속 원자는 RF 전력이 인가되는 고주파 코일(RF coil)(12)에 의해 이온 상태로 된다. 웨이퍼(14)는 웨이퍼 척(15)에 의해 지지되고, 고주파 코일에 의한 금속 이온이 증착되며, RF 전력(RF power)이 인가되어 타겟에 인가되는 전압과 차이가 나도록 하므로써 금속 이온의 직진성을 향상시킨다.A target 11 made of a metal material to be deposited on the wafer 14 is installed inside the chamber 10 to sputter metal atoms by a DC magnetron 13. The metal atoms sputtered from the target 11 are brought into an ionic state by an RF coil 12 to which RF power is applied. The wafer 14 is supported by the wafer chuck 15, metal ions are deposited by the high frequency coil, and RF power is applied to be different from the voltage applied to the target, thereby improving the linearity of the metal ions. Let's do it.

도 1(b)에 도시된 바와 같이 종래의 IMP 장치에서 스퍼터된 금속 원자는 RF 코일에 인가되는 RF 전력의 영향을 받아 이온화가 되며, 이 이온들이 웨이퍼 바이어스로 형성된 RF 전력에 의해 웨이퍼쪽으로 전기적 힘을 받아 직진성이 증가한다. 그러나, 스퍼터된 원자의 운동량 때문에 벡터합으로 방향이 결정되며, 이 때문에 완전한 직진성을 갖는 이온은 처음부터 원자가 직진하는 경우만 가능하다. 또한, RF 코일에 인가되는 RF 전력에 의해 이온화되는 비율은 DC 마그네트론과 RF 코일, 그리고 내부 압력등에 따라 다르겠지만, 대체로 60% 미만이다. 이러한 상황에서는 콘택홀이 깊은 경우에 콘택홀 가운데 부분에 층덮힘 특성이 미약하며, 콘택홀 기저부에서도 가운데 부분이 두꺼운 형태로 증착된다.As shown in FIG. 1B, sputtered metal atoms in the conventional IMP apparatus are ionized under the influence of RF power applied to an RF coil, and these ions are electrically driven toward the wafer by RF power formed by wafer bias. Receive straightness increases. However, due to the momentum of the sputtered atoms, the direction is determined by the sum of the vectors, which is why ions with perfect straightness are only possible if the atoms go straight from the beginning. In addition, the rate of ionization by the RF power applied to the RF coil is generally less than 60%, depending on the DC magnetron, the RF coil, and the internal pressure. In this situation, when the contact hole is deep, the layer covering characteristic is weak at the center portion of the contact hole, and the center portion is deposited in a thick form at the base of the contact hole.

이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 전기적 힘을 더 크게 하여 직진성을 더 많이 갖도록 하는 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 전기적 힘이 너무 강하면 웨이퍼에서 스퍼터링이 일어나는 문제가 있어 공정 제어가 용이하지 않기 때문에 전기적 힘을 가하는 것에도 한계가 있으며, 초기 스퍼터된 원자의 운동량은 여전히 남아 있어 완전한 직진성을 얻기는 힘들다. 다른 하나의 문제점은 스퍼터된 원자가 모두 이온화되는 것은 아니며, 중성 원자가 차지하는 비중이 상당히 크다는 것이다. 따라서 이 중성 원자들은 일반 스퍼터링 방법에서 처럼 증착되는 방향이 제각각이므로 층덮힘에 기여하지 못한다.In order to solve this problem, a method of increasing the electrical force to have more straightness may be used. However, if the electrical force is too strong, there is a problem in that sputtering occurs on the wafer, which makes it difficult to control the process. Therefore, there is a limit in applying the electrical force, and the momentum of the initial sputtered atoms still remains, so that it is difficult to obtain full straightness. Another problem is that not all sputtered atoms are ionized, and the proportion of neutral atoms is quite large. Therefore, these neutral atoms do not contribute to layer covering because they are deposited in different directions as in the normal sputtering method.

따라서, 본 발명은 금속 이온의 직진성을 향상시켜 고애스펙트비를 갖는 반도체 소자의 콘택 기저부에 완전한 층덮힘 특성을 가질 수 있는 IMP 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an IMP device capable of improving the linearity of metal ions and having a complete layer covering property on a contact base of a semiconductor device having a high aspect ratio.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼에 증착하고자 하는 금속 물질로 이루어져 직류 마그네트론에 의해 금속 원자를 스퍼터시키는 타겟과, 상기 스퍼터된 금속 원자의 직진성을 향상시키기 위한 콜리메이터와, 고주파 전력이 인가되어 상기 콜리메이터에 의해 직진성이 향상된 금속 원자를 이온 상태로 만들기 위한 고주파 코일과, 고주파 전력이 인가되어 상기 직류 마그네트론과의 전위차에 의해 상기 고주파 코일에 의해 변환된 금속 이온이 증착되는 웨이퍼를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is made of a metal material to be deposited inside the chamber to be deposited on the wafer, a target for sputtering metal atoms by a direct-current magnetron, a collimator for improving the straightness of the sputtered metal atoms, A wafer on which a high frequency coil is applied to make a metal atom having improved linearity by the collimator into an ion state, and a wafer on which a metal ion converted by the high frequency coil is deposited by applying a high frequency power to a potential difference between the DC magnetron. Characterized in that comprises a.

도 1(a) 및 도 1(b)는 종래의 IMP 장치의 개략도 및 이에 의한 이온의 방향을 설명하기 위한 도면.1 (a) and 1 (b) are schematic diagrams of a conventional IMP apparatus and a diagram for explaining the direction of ions thereby.

도 2(a) 및 도 2(b) 본 발명에 따른 IMP 장치의 개략도 및 이에 의한 이온의 방향을 설명하기 위한 도면.2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams of an IMP apparatus according to the present invention and a diagram illustrating the direction of ions thereby.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉<Description of Signs of Major Parts of Drawings>

10 및 20 : 챔버 11 및 21 : 타겟10 and 20: chambers 11 and 21: targets

12 및 22 : 고주파 코일 13 및 23 : DC 마그네트론12 and 22: high frequency coil 13 and 23: DC magnetron

14 및 24 : 웨이퍼 15 및 25 : 웨이퍼 척14 and 24: wafer 15 and 25: wafer chuck

26 : 콜리메이터26: collimator

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2(a) 및 도 2(b)는 본 발명에 따른 IMP 장치의 개략도 및 이에 의한 금속 이온의 운동 방향을 설명하기 위한 도면으로서, 도 2(a)를 참조하여 본 발명에 따른 IMP 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.2 (a) and 2 (b) are schematic diagrams illustrating the IMP device according to the present invention and a direction of movement of metal ions thereby, and with reference to FIG. 2 (a), FIG. The configuration is as follows.

웨이퍼(24)에 증착하고자 하는 금속 물질로 이루어진 타겟(21)은 챔버(20) 내부에 설치되어 직류 마그네트론(DC magnetron)(23)에 의해 금속 원자를 스퍼터시킨다. 타겟(21)으로는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 티타늄실리사이드(TiSi2)등의 금속 물질이 사용된다. 타겟(21)으로부터 스퍼터된 금속 원자는 콜리메이터(collimator)(26)에 의해 직진성이 향상된다. 또한, 콜리메이터(26)는 전기적으로 고립되어 DC 마그네트론(23)에 의한 금속 원자의 전자가 밖으로 빠져 나가는 것을 방지하여 밀도를 향상시키는 역할도 한다. 콜리메이터(26)의 재질로는 티타늄을 타겟으로 사용할 경우 티타늄을 사용하고, 다른 금속을 타겟으로 사용할 경우 티타늄 재질로 만든 후 타겟 금속의 재질로 코팅하여 사용한다. 한편, 콜리메이터(26)는 쉴드(shield)에 지지대를 달아 그위에 올려 놓거나 직접 쉴드에 부착하여 사용한다. 콜리메이터(26)에 의해 직진성이 향상된 금속 원자는 RF 전력이 인가되는 고주파 코일(RF coil)(22)에 의해 이온 상태로 된다. 웨이퍼(24)는 웨이퍼 척(25)에 의해 지지되고, 고주파 코일에 의한 금속 이온이 증착된다. 또한, 웨이퍼(24)에 인가되는 RF 전력(RF power)에 의해 타겟에 인가되는 전압과 차이가 발생되므로 금속 이온의 직진성을 향상시켜 웨이퍼(24)에 형성된 콘택 기저부에 금속 층의 형성을 용이하게 한다.A target 21 made of a metal material to be deposited on the wafer 24 is installed inside the chamber 20 to sputter metal atoms by a DC magnetron 23. As the target 21, a metal material such as aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), or titanium silicide (TiSi 2 ) is used. The metal atom sputtered from the target 21 improves linearity by the collimator 26. In addition, the collimator 26 is electrically isolated to prevent the electrons of the metal atoms from escaping out of the DC magnetron 23, thereby improving the density. As a material of the collimator 26, titanium is used when a target is used, and when another metal is used as a target, the titanium is made of titanium and then coated with a material of the target metal. On the other hand, the collimator 26 is used by attaching a support to the shield (shield) and put it on or directly attached to the shield. Metal atoms whose straightness is improved by the collimator 26 are brought into an ionic state by an RF coil 22 to which RF power is applied. The wafer 24 is supported by the wafer chuck 25, and metal ions are deposited by the high frequency coil. In addition, since a difference with the voltage applied to the target is generated by the RF power applied to the wafer 24, the linearity of the metal ions is improved to facilitate the formation of the metal layer on the contact base formed on the wafer 24. do.

본 발명에서는 도 2(b)에 도시된 바와 같이 콜리메이터에 의해 스퍼터된 원자의 방향을 일차적으로 웨이퍼쪽으로 향하도록 하므로써 직진성을 증가시킨 후 이온화시켜 증착시킨다. 스퍼터된 원자가 미리 직진성이 향상되므로 이온화된 후에 웨이퍼 바이어스에 기인한 전기적 힘에 이끌려 이온의 직진성이 향상되므로 이온화된 후에도 웨이퍼 바이어스 전력에 기인한 전기적 힘에 이끌려 이온의 직진성이 크게 향상된다. 또한 중성 원자의 직진성도 콜리메이터에 의해 향상되므로 콘택 기저부의 층덮힘 특성이 향상될 뿐만 아니라 층덮힘의 균일성도 크게 개선할 수 있다.In the present invention, as shown in FIG. Since the sputtered atoms are improved in advance, the linearity of ions is improved by being attracted by the electrical force due to the wafer bias after ionization, and thus the linearity of ions is greatly improved by being attracted by the electrical force due to the wafer bias power even after ionization. In addition, since the straightness of the neutral atoms is improved by the collimator, the layer covering property of the contact base may be improved, and the uniformity of the layer covering may be greatly improved.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 콜리메이터에 의해 일차적으로 금속 원자의 직진성을 향상시키고 이온화시킨 후 증착시키므로써 콘택 기저부의 층덮힘 특성을 향상시킬 수 있으며 층덮힘 균일성도 향상시킬 수 있다. 따라서, 애스펙트비가 10이상인 콘택에도 박막을 안정적으로 균일하게 증착할 수 있기 때문에 소자 동작의 안정성을 확보할 수 있다.As described above, according to the present invention, the layer covering property of the contact base can be improved and the layer covering uniformity can be improved by primarily depositing, ionizing and depositing the linearity of the metal atoms by the collimator. Accordingly, the thin film can be stably and uniformly deposited even in a contact having an aspect ratio of 10 or more, thereby ensuring stability of device operation.

Claims (4)

챔버 내부에 설치되어 웨이퍼에 증착하고자 하는 금속 물질로 이루어져 직류 마그네트론에 의해 금속 원자를 스퍼터시키는 타겟과,A target which is installed inside the chamber and is made of a metal material to be deposited on a wafer to sputter metal atoms by DC magnetron; 상기 스퍼터된 금속 원자의 직진성을 향상시키기 위한 콜리메이터와,A collimator for improving the straightness of the sputtered metal atoms, 고주파 전력이 인가되어 상기 콜리메이터에 의해 직진성이 향상된 금속 원자를 이온 상태로 만들기 위한 고주파 코일과,A high frequency coil for applying a high frequency power to bring the metal atoms of the linearity improved by the collimator into an ion state, 고주파 전력이 인가되어 상기 직류 마그네트론과의 전위차에 의해 상기 고주파 코일에 의해 변환된 금속 이온이 증착되는 웨이퍼를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 금속 플라즈마 장치.And a wafer on which high-frequency power is applied to deposit metal ions converted by the high-frequency coil by a potential difference with the direct-current magnetron. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟은 알루미늄, 티타늄, 구리, 티타늄실리사이드중 어느 하나의 금속 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 금속 플라즈마 장치.The ionization metal plasma apparatus of claim 1, wherein the target is made of a metal material of any one of aluminum, titanium, copper, and titanium silicide. 제 1 항에 있어서, 상기 콜리메이터는 티타늄을 타겟으로 사용할 경우 티타늄을 사용하고, 다른 금속을 타겟으로 사용할 경우 티타늄 재질에 타겟 금속의 재질로 코팅하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이온화 금속 플라즈마 장치.The ionizing metal plasma apparatus of claim 1, wherein the collimator uses titanium when using titanium as a target, and when titanium is used as a target, coating the titanium material with a target metal. 제 1 항에 있어서, 상기 콜리메이터는 쉴드에 지지대를 달아 그위에 올려 놓거나 직접 쉴드에 부착하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이온화 금속 플라즈마 장치.The ionization metal plasma apparatus of claim 1, wherein the collimator is used by attaching a support to the shield and placing the support thereon or directly attaching the shield.
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