KR20040098550A - 집적 회로 디바이스용 [111] 방위 알루미늄 필름의 제조장치 및 방법 - Google Patents

집적 회로 디바이스용 [111] 방위 알루미늄 필름의 제조장치 및 방법 Download PDF

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벅펠러조셉더블유.
클레이보우크레이그지.
바툴리캐서린
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에이저 시스템즈 인크
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Abstract

본 발명은 타깃(target)으로부터 재료를 반도체 웨이퍼상에 증착하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 웨이퍼는 척 히터(chuck heater)에 의해 가열되는 척 위에 위치된다. 상기 척으로부터 웨이퍼까지의 복사열 유동(radiant heat flow)은 상기 웨이퍼의 일차 가열원이다. 따라서, 상기 척 히터의 온도를 제어함으로써, 상기 웨이퍼의 온도가 상기 증착된 재료의 소망 특성을 달성하기 위한 소망 범위 내로 유지될 수 있다.

Description

집적 회로 디바이스용 [111] 방위 알루미늄 필름의 제조 장치 및 방법 {Apparatus and method for producing a [111] orientation aluminum film for an integrated circuit device}
본 발명은 2003년 5월 13일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/470,120호의 이점을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 집적 회로 디바이스용 알루미늄 금속화층들의 형성에 관한 것으로서, 특히 실질적으로 <111> 알루미늄 그레인 방위(<111> aluminum grain orientation)를 갖는 알루미늄 금속화층의 형성에 관한 것이다.
집적 회로 디바이스(또는 칩)는, 통상적으로 실리콘 기판과 상기 기판 내부의 도핑 구역들에서 형성된 트랜지스터와 같은 반도체 소자들을 포함한다. 상기 반도체 기판의 상위에 평행한 층들로 형성된 연결 구조는 반도체 소자들 사이에 전기 접속을 제공하여 전기 회로를 형성한다. 통상적으로, 몇개(예를 들어, 6개 내지 9개)의 연결층들(각각 "M" 또는 금속화층으로서 인용됨)은 집적 회로 디바이스에서 상기 도핑 구역들과 소자들을 연결하는데 필요하다. 상부 금속화층은 패키지 구조의 핀들 또는 리드선들에 디바이스 회로의 오프-칩을 접속시키는 도전성 연결부들(예를 들어, 본드 와이어)에 부착 지점들을 제공한다.
각각의 연결 구조는 실질적으로 수평한 복수의 도전성 연결 라인 또는 리드선 및 수직한 복수의 도전성 비아 또는 플러그를 포함한다. 제 1의 또는 최하위의 도전성 비아는 하위 반도체 소자를 상위 연결 라인에 연결한다. 보다 상위의 비아들은 하위 및 상위 연결 라인을 접속시킨다. 상기 연결 구조들은 종래의 금속 증착, 포토리소그래픽 마스킹, 패터닝 및 에칭 기술을 사용하여 형성된다. 종래에 상기 수평 도전성 연결층들에 사용된 한가지 재료는 알루미늄을 포함한다. 상기 연결 라인들을 형성하기 위해, 상기 알루미늄은 상기 기판의 상부면상에 증착된 금속간 유전층(intermetallic dielectric layer) 위로 블랭킷 증착(blanket deposit)된 후에 종래 기술에 따라 패터닝되어 소망의 연결 라인들을 형성한다. 상기 도전성 비아의 재료는 통상적으로 텅스텐을 포함한다.
또한, 물리 기상 증착(PVD)으로서 공지된 스퍼터링은 상기 금속간 유전층상에 알루미늄을 블랭킷 증착하기 위한 한가지 공지된 기술이다. 종래의 스퍼터링 처리 챔버(100)의 일예는 도 1에 도시되며, 도 1에는 웨이퍼 장착 위치, 즉 상기 웨이퍼가 상기 챔버 내로 장착된 때의 구성요소들이 도시된다. 진공 상태로 유지되는 상기 챔버(100)는 챔버(100)의 하부 근처에 배치된 웨이퍼(106)상에 증착해야할 재료로 형성된 타깃을 에워싼다. 상기 타깃(102)은 직류 전원(110)에 의해 챔버 실드(108)(통상적으로 접지됨)에 대해서 음으로 바이어스된다. 통상적으로, 아르곤 분자는 유입구(112)를 통해 상기 챔버(100) 내로 도입되며 상기 타깃(102)과 챔버 실드(108)(예를 들어, 접지) 사이의 전기장에 의해 이온화되어 양으로 대전된 아르곤 이온(116)의 플라즈마를 발생한다. 상기 아르곤 이온(116)들은 상기 음으로 대전된 타깃(102)을 향해 가속됨에 따라 운동량을 얻는다.
마그넷(118)은 일반적으로 아르곤 플라즈마를 구역 117에 한정하는 자기장을 생성하고, 여기서 상기 증가된 플라즈마 밀도는 상기 스퍼터링 효율을 개선한다. 상기 아르곤 이온(116)이 상기 타깃(102)에 충돌함에 따라, 상기 이온의 운동량은상기 타깃 재료의 분자 또는 원자에 전달되며, 이러한 분자 또는 원자는 상기 타깃(102)으로부터 스퍼터링 또는 노킹된다. 상기 챔버(100) 내의 고밀도의 아르곤 이온(116)으로 인해, 다수의 스퍼터링된 원자들은 상기 웨이퍼(106)의 상부면상에서 응축된다. 상기 타깃 재료는, 알루미늄인 경우, 어떠한 화학 또는 조성 변화 없이 상기 웨이퍼(106)상에 증착된다. 챔버 압력, 온도 및 증착 전력[즉, 상기 전원(110)에 의해 상기 타깃(102)에 공급된 전력량(전압과 전류의 곱)]을 포함하는 다양한 스퍼터링 공정 파라미터는 스퍼터링된 필름 내의 소망 특성을 달성하기 위해 변경될 수 있다. 일반적으로, 타깃 전력이 증가하면 타깃 증착률이 증가한다.
상기 증착 공정을 개시하기 전에, 로봇 아암(도 1에는 도시되지 않음)이 상기 웨이퍼(106)를 챔버(100) 내로 운반하고 복수의 웨이퍼 리프트 핀(124) 위에 상기 웨이퍼(106)를 위치시킨다. 척(126)이 상향으로 구동되면, 상기 핀(124)들은 척(126) 내로 들어가게 되고, 상기 웨이퍼(106)는 상기 척(126)의 상부면(129) 위에 놓인 받침대 커버(128)의 패드(127)들에 위치된다.
상기 척(126)이 상향 구동을 지속하게 되면, 상기 웨이퍼(106)는 웨이퍼/클램프 정렬 튜브 조립체(132)에 의해 지지된 클램프 조립체(130)(링-형상 구조)에 접촉한다. 상기 척(126)은 상기 클램프(130), 웨이퍼(106) 및 척(126)이 도 2에 도시된 공정 위치에 배치될 때까지 상향 운동을 지속한다. 그후, 증착 공정이 개시된다. 상기 스퍼터링 공정 도중에, 상기 클램프와 상기 척(126) 사이에 가해진 힘은 상기 패드(127)들에 대해서 상기 웨이퍼(106)를 적소에 유지한다. 이러한 최종 공정 위치는 기판 대 소스 배치로서 인용되며, 여기서 타깃(102)이 상기 소스이고 웨이퍼(106)가 상기 기판이다. 상기 배치는 상기 스퍼터링 공정 도중에 최적의 증착 균일성을 제공하기 위해 결정된다.
상기 증착 공정이 종료되면, 상술한 단계들은 상기 챔버(100)로부터 웨이퍼(106)를 제거하기 위해 역순으로 실행된다. 상기 로봇 아암은 다음 처리 단계의 실행을 위해 다음 챔버에 웨이퍼를 전달한다.
공지된 바와 같이, 상기 클램프(130)는 상기 웨이퍼의 주변부에만 접촉하는 링-형상 구조로 이루어진다. 일실시예에서, 상기 웨이퍼 직경은 약 200mm이며, 반도체 디바이스를 제조할 수 없는 약 3mm의 주변 에지 제한 영역(140)(도 3 참조)을 갖는다. 상기 클램프(130)는 웨이퍼 경사 에지(142)의 약 1mm 내의 접촉 지점(141)에서 상기 웨이퍼(106)에 접촉한다. 그러나, 상기 접촉 지점(141)을 지나서 연장하는 클램프 구역(143)은 상기 웨이퍼(106)를 그늘지게 한다. 따라서, 상기 에지 제한 영역(140)은 활성 웨이퍼 구역을 감소시키는 약 3mm 폭의 주변 링 구역을 포함한다.
상기 웨이퍼(106)의 표면을 알루미늄 스퍼터링하는 동안, 알루미늄 증착부(144)가 상기 클램프(130)의 상부면(145)에 형성되어, 상기 웨이퍼(106)상에는 추가의 그늘 효과(shadowing effect)가 발생한다. 이러한 그늘 효과는 에지 제한 영역(140)을 3mm 이상 연장시킬 수 있다.
상기 챔버(108) 내에서의 증착 공정 도중에 상기 상부면(145)상의 알루미늄 증착이 지속되면, 실제로 상기 알루미늄 증착부(144)는 도 4에 도시된 바와 같이 접촉 지점(147)에서 상기 웨이퍼(106)의 상부면(146)에 접촉할 수 있다. 상기 접촉지점(147)에서, 상기 웨이퍼(106)와 클램프(130) 사이에는 용접과 유사한 효과(weld-like effect)가 발생된다. 이러한 효과가 발생하면, 상기 알루미늄 증착 공정이 완료된 후에, 상기 웨이퍼(106)는 상기 클램프(130)로부터 분리되지 않을 수 있다.
또한, 상기 클램프(130)를 사용하게 되면 상기 웨이퍼(106)상에 결함 입자들이 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 웨이퍼/클램프 정렬 튜브 조립체(132)는 웨이퍼(106)에 대해 클램프(130)를 정렬시키기 위해 조절될 수 있다. 그러나, 상기 클램프(130)와 상기 웨이퍼/클램프 정렬 튜브 조립체(132) 사이의 금속간 접촉은 상기 상부면(146)상으로 낙하할 수 있는 입자의 발생원이 되며, 그에 따라 잠재적인 웨이퍼 결함이 발생되고, 공정 수율이 감소된다.
정전 척(electrostatic chuck)은 상기 클램프(130)의 사용과 관련된 임의의 단점들을 극복하기 위한 것으로 공지되어 있다. 정전 척은 상기 웨이퍼(106)와 상기 척 사이에 형성된 전기장에 의해 발생된 정전력에 의해 상기 웨이퍼(106)를 안정적인 이격 위치에 유지한다. 그러나, 이러한 전기장은 분리 공정 도중에, 즉 상기 챔버(100)로부터 웨이퍼(106)를 제거하는 도중에, 후방 입자(backside particles)를 발생시킴으로써 상기 재료 증착 공정에 악영향을 미칠 수 있다는 것은 공지되어 있다. 또한, 상기 정전 척을 가로지르는 상당한 열 구배가 존재하기 때문에, 상기 웨이퍼(106)를 가로질러 알루미늄 그레인 변동이 초래된다. 특히, 증가된 수준의 후방 입자 및 상기 그레인 방위의 변화가, 특히 상기 웨이퍼 중심 근처에서 관찰되었다. 정전 척은 상기 웨이퍼 클램프 시스템보다 매우 고가이며 짧은유효 수명을 갖는다.
상기 클램프형 및 정전형 척에 있어서, 매립된 히터는 소망 웨이퍼 온도를 유지하기 위해 상기 척을 소정의 온도(예를 들어, 약 300℃)까지 가열한다. 상기 두가지 형태의 척에 있어서, 가스(통상적으로, 아르곤)는 상기 척(126)과 상기 웨이퍼(106)를 열적으로 결합하기 위해 상기 웨이퍼(106) 뒤로 유동하고, 상기 웨이퍼 온도를 상기 척 온도로 유지한다. 상기 가스는 상기 척(126) 내의 오리피스(149)를 통해 상기 웨이퍼 후방으로 도입된다(도 1 및 도 2 참조). 충돌하는 스퍼터링 원자들의 마찰력이 상기 웨이퍼 온도를 상기 척 온도 이상으로 상승시킬 수 있기 때문에, 상기 가스(후방 냉각 가스로서 인용됨)는 상기 웨이퍼(106)와 상기 척(126) 사이를 유동하여 상기 웨이퍼(106)를 냉각시킨다. 상기 가스로부터의 열전달에 의해, 상기 척은 히트 싱크로서 기능할 수도 있다. 상기 후방 냉각 가스는 상기 챔버를 진공 상태로 유지하도록 작동하는 극저온 펌프(도면에는 도시되지 않음)에 의해 상기 챔버(108)로부터 인출된다. 상기 후방 냉각 가스가 상기 웨이퍼 하부면에 걸쳐 균일하게 분포되지 않은 경우에는, 고온 스폿 및 부차적인 알루미늄 결함이 상기 증착층에 나타날 수 있다. 후방 냉각 없이 시간 경과에 따라 상기 웨이퍼 온도가 증가되어 상기 플라즈마 온도에 근접한다는 것이 관찰되었다. 상기 과도한 웨이퍼 온도는 상기 증착된 알루미늄에 결함을 야기할 수 있으며 또한, 웨이퍼를 파괴할 수 있다. 따라서, 상기 증착 공정 도중에, 후방 냉각(및 클램프형 척에서의 클램프)의 사용과 함께 상기 척의 온도를 제어하는 것은 재료 증착 공정을 개선하기 위해 웨이퍼 온도의 제어를 제공하는 것으로 공지되어 있다.
전자이동(electromigration)은 집적 회로 디바이스에서 알루미늄 연결 리드선에 대한 공지된 문제점이다. 길고 박형인 알루미늄 리드선에 의해 운반되는 전류는 상기 리드선에서 입력측으로부터 출력측까지 전기장의 크기를 감소시킨다. 또한, 상기 리드선 내에서 흐르는 전류에 의해 발생된 열은 열 구배를 달성한다. 도전체 내의 알루미늄 원자는 두 구배의 방향으로 상기 도전체 내에서 이동 및 확산된다. 첫번째로 관찰된 영향은 도전체가 박형으로 되고, 극한의 경우에 상기 도전체는 회로를 개방시키며, 상기 디바이스는 기능을 멈춘다.
구리, 실리콘 및 알루미늄의 합금을 포함하는 알루미늄 합금을 사용하게 되면 전자이동의 영향이 감소될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 그러나, 이러한 알루미늄 합금은 증착 장비 및 공정의 복잡성을 증가시키며, 순수 알루미늄과는 다른 에칭 속도를 나타내고, 따라서 소망의 에칭 결과를 달성하기 위해 공정 변화가 필요해진다. 순수 알루미늄에 비해, 상기 합금은 증가된 필름 저항율 및 그에 따른 증가된 리드선 저항을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 집적 회로 디바이스 내의 연결 리드선은 작업 도중에 열에 의해 유발된 팽창 및 수축으로 인해 심각한 기계적인 응력하에 있게 된다. 이러한 영향은 상기 연결 금속이 분리되어 공극을 야기하는 응력 공극발생 고장 메카니즘(stress voiding failure mechanisms)의 원인이 된다.
상기 알루미늄 그레인 방위 및 그레인 사이즈가 알루미늄 연결 리드선의 상기 전자이동 및 응력 공극발생에 영향을 미친다는 것이 도시된다. 특히, <111> 평면을 따르는 알루미늄 그레인 방위는 최소의 전자이동 효과를 발생하는 것으로 공지되어 있다. 종래기술에 따르면, 알루미늄이 통상적인 적층 조성물인 티타늄/티타늄 니트라이드 적층물 위로 증착될 때, 상기 알루미늄 그레인 방위는 하위의 티타늄 방위에 의해 제어된다. 상기 티타늄 니트라이드 방위도 상기 티타늄 방위에 의해 제어된다. 따라서, 상기 티타늄 방위가 정확하면(즉, <002>), 상위의 알루미늄은 <111> 방위를 나타낼 확률이 높아진다. 종래기술에 따르면, 상기 웨이퍼 온도는 상기 알루미늄 그레인 방위에는 영향을 미치지 않으며 단지 알루미늄 그레인 사이즈에만 영향을 미친다.
본 발명은 반도체 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 방법을 기술하며, 상기 웨이퍼 온도는 소망의 온도 범위 내에 유지된다. 상기 방법은 증착해야할 재료의 타깃을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 웨이퍼는 척상에 지지되고 상기 타깃과 그 타깃으로부터 이격된 상기 척 사이에 위치되며, 실질적으로 상기 척의 온도가 상기 웨이퍼의 온도를 결정한다. 타깃 재료는 상기 타깃에 충돌하는 입자에 반응하여 상기 웨이퍼상에 증착된다. 상기 척의 온도는 상기 증착 공정 도중에 상기 웨이퍼의 온도를 소망 온도 범위 내에 유지하기 위해 제어된다.
또한, 본 발명은 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 물리 기상 증착 챔버를 포함하고, 상기 웨이퍼의 온도는 소망의 온도 범위 내에 유지된다. 상기 챔버는 상기 웨이퍼상에 증착해야할 재료로 형성된 타깃과 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척을 포함한다. 제어기는 상기 웨이퍼를 상기 소정의 온도 범위 내의 온도로 가열하기 위해 척 히터를 제어한다.
도 1 및 도 2는 종래의 물리 기상 증착 챔버를 도시하는 도면.
도 3 및 도 4는 종래의 웨이퍼 클램프와 웨이퍼 사이의 접촉을 도시하는 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예의 기술에 따른 물리 기상 증착 챔버를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 챔버 102 : 타깃
106 : 웨이퍼 108 : 챔버 실드
110 : 전원 112 : 유입구
116 : 아르곤 이온 118 : 마그넷
124 : 웨이퍼 리프트 핀 126 : 척
127 : 패드 128 : 받침대 커버
129 : 상부면 130 : 클램프 조립체
132 : 웨이퍼/클램프 정렬 튜브 조립체 158 : 온도 제어기
본 발명의 전술한 및 다른 양태들은 첨부도면에 도시된 바와 같이 하기의 본 발명의 보다 특정한 설명으로부터 명백해지며, 상이한 도면들에서 유사한 참조번호들은 동일한 부분들을 지시하는 것이다. 본 발명의 원리를 설명하기 위해, 도면들은 실척으로 도시되지 않았으며 일부가 강조되어 있다.
본 발명에 따른 특정한 최적의 스퍼터링 공정을 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 소자들 및 공정 단계들의 신규하고 비자명한 조합에 속한다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 본원에서 기재의 이점을 갖는 당업자에게 자명한 상세에 의해 개시내용이 불명료해지지 않도록, 상기 소자들은 본 발명에 속하는 특정한 상세만을 도시하는 첨부도면에서 통상적인 소자들에 의해 도시된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 물리 기상 증착 챔버에서 사용하기 위한 클램프리스 척(clampless chuck; 클램프가 없는 척)을 도시한다. 도 5에는 웨이퍼 장착 위치에 있는 소자들이 도시된다. 도 6은 상기와 동일한 소자들이 증착 공정 위치에 있는 상태를 도시한다. 상기 웨이퍼의 중량은 받침대 커버(128)의 패드(127)들에 대해서 상기 웨이퍼(106)를 유지하는 하향으로 배향된 힘을 가한다. 본 발명의 기술에 따르면, 웨이퍼 후방 냉각은 불필요하다. 따라서, 후방 냉각이 없기 때문에, 상기 웨이퍼(106)의 하부면에 대해서 배향된 냉각 유체의 힘은 존재하지 않으며, 상기 냉각 유체의 힘을 극복하기 위해 클램프를 사용하는 바와 같은 추가적인 하향력도 불필요해진다. 유리하게는, 클램프를 사용하지 않고도 상기 종래의 클램프(130)에 의해 가려지는 웨이퍼 에지 제한 영역(140)에서 반도체 디바이스가 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 웨이퍼 온도는 알루미늄 그레인 사이즈 및 그레인 방위에 영향을 미치는 것으로 판명된다. 상기 스퍼터링된 알루미늄이 양호한 방위로 성장하도록, 하위 재료층은 소정의 방위로 되어야 한다. 그레인 방위에 미치는 웨이퍼 온도의 영향이 상기 하위층(예를 들어, 티타늄층)의 방위만큼 현저하지 않을 지라도, 상기 웨이퍼가 소정의 온도 범위 내에 유지될 때 <111> 결정 방위를 나타내는 알루미늄 원자의 개수는 증가한다. 소망의 웨이퍼 온도를 유지하게 되면, 상기 알루미늄 재료층의 적절한 성장에 필요한 열적 특성이 제공된다. 상기 증착의 열적 성질이 적절하게 유지되지 않으면, 알루미늄 합금은 알루미늄 필름 성장에 해로운 영향을 미치는 불순물을 알루미늄 그레인 경계에 응결시킨다. 이러한 알루미늄 필름에서의 변경은 상기 알루미늄 원자들의 방위에 직접적으로 영향을 준다.
또한, 약 245℃ 내지 285℃의 웨이퍼 온도는 상기 그레인의 대부분을 상기 <111> 결정 평면에 갖는 유리한 알루미늄 그레인 사이즈(약 0.8 미크론)를 생성한다는 것이 판명된다. 본 발명의 기술에 따르면, 상기 척의 온도, 상기 웨이퍼 온도, 및 상기 웨이퍼 온도와 상기 척의 온도 사이의 기능적 의존성에 영향을 미치는 다양한 챔버 및 공정 파라미터들을 고려하여, 상기 척의 온도는 상기 웨이퍼의 온도를 상기 온도 범위 내의 온도로 만들기 위해 제어된다.
상기 웨이퍼 온도를 제어하기 위해, 웨이퍼 온도에 영향을 주는 다양한 제어되지 않은 공정의 영향이 최소화되어야 한다. 도 6에서, 웨이퍼(106)의 구조는 상기 타깃(102)으로부터 약 45mm 거리 정도로 이격되고, 충돌 증착 입자의 마찰력 및플라즈마에 의해 발생된 열은 상기 웨이퍼(106)의 주된 열 공급원은 아니다. 대신에, 온도 제어기(158)의 제어하에서 척 히터(156)에 의해 가열될 때, 상기 웨이퍼 온도는 주로 상기 척(150)으로부터 유동하는 복사열에 의해 결정된다. 상기 웨이퍼(106)는 받침대 커버(128)상의 패드(127)들의 높이에 의해 이격되어 척(126)과는 직접적인 물리 접촉을 하지 않기 때문에[통상적으로, 상기 패드(127)들은 높이가 약 2mm임], 상기 웨이퍼(106)와 상기 척(150) 사이에는 최소의 도전성 열 유동이 존재한다.
약 350℃ 내지 450℃ 사이의 척 온도는 약 245℃ 내지 285℃ 사이의 웨이퍼 온도를 발생시킨다는 것이 판명된다. 약 450℃의 척 온도에서, 본 발명의 클램프리스 공정의 웨이퍼 온도는 종래의 클램프 공정에서의 웨이퍼의 온도와 일치하고, 증착된 필름의 성질들은 상기 클램프형 척을 사용하여 관찰된 것들과 실질적으로 유사하다.
상기 척 온도가 주로 상기 제어가능한 척 히터(156)에 의해 결정되지만, 상기 척(126)과 웨이퍼(106) 사이의 열전달은 상기 PVD 챔버(100)의 임의의 특성들에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 상기 척(126)으로부터 상기 웨이퍼(106)로 유동하는 열은 상기 웨이퍼(106)와 상기 척(126)의 상부면(129) 사이의 거리, 즉 상기 받침대 커버(128)상의 패드(127)의 높이에 의존한다. 또한, 상기 웨이퍼 온도는 상기 증착 공정의 지속시간, 즉 상기 웨이퍼(106)가 고온 증착 플라즈마 및 스퍼터링된 입자들의 마찰력을 받는 시간에 의존한다.
또한, 일실시예에서, 상기 PVD 챔버(100)에 진입시의 상기 웨이퍼 온도는 상기 척 온도를 정하여 측정(일실시예서는 광학 고온계를 사용) 및 고려될 수 있다. 상기 진입 온도는 상기 웨이퍼가 수행했던 이전의 공정들, 및 상기 웨이퍼(106)를 이전의 챔버에서 상기 챔버(100)로 전달하는데 필요한 시간에 의존한다. 어떤 처리 공구에서는, 상기 웨이퍼를 공구 챔버들 사이에서 이동시키는 동안 상기 웨이퍼 온도가 초당 약 0.5℃ 떨어지는 것으로 공지되어 있다. 따라서, 일실시예에서, 상기 온도 제어기(158)에 의해 제어되는 상기 척 온도는 초기 웨이퍼 온도에 민감하기 때문에, 본 발명의 PVD 공정 중에는 웨이퍼 온도가 약 285℃로 유지된다.
다른 실시예에서, 상기 웨이퍼 온도는 증착 공정 도중에 결정되고, 상기 온도 값은 상기 척 히터(156)를 제어하기 위해 상기 온도 제어기(158)에로 피드백된다.
본 발명이 바람직한 실시예들을 참조로 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 일탈함이 없이, 다양한 변형이 가능하며 상기 소자들이 등가의 다른 소자들로 대체될 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 범위는 본원에서 설명한 다양한 실시예들로부터 상기 소자들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위로부터 일탈함이 없이, 본 발명의 기술에 대한 특정한 상황에 부합하도록 변형이 취해질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 발명을 수행하기 위해 고려된 최상의 방식으로서 기술된 특정한 실시예에 제한되는 것은 아니며, 특허청구범위 내에 속하는 모든 실시예들을 포함하는 것이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 방법을 기술하며, 상기웨이퍼 온도는 소망의 온도 범위 내에 유지된다. 상기 방법은 증착해야할 재료의 타깃을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 웨이퍼는 척상에 지지되고 상기 타깃과 그 타깃으로부터 이격된 상기 척 사이에 위치되며, 실질적으로 상기 척의 온도가 상기 웨이퍼의 온도를 결정한다. 타깃 재료는 상기 타깃에 충돌하는 입자에 반응하여 상기 웨이퍼상에 증착된다. 상기 척의 온도는 상기 증착 공정 도중에 상기 웨이퍼의 온도를 소망 온도 범위 내에 유지하기 위해 제어된다.
또한, 본 발명은 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 물리 기상 증착 챔버를 포함하고, 상기 웨이퍼의 온도는 소망의 온도 범위 내에 유지된다. 상기 챔버는 상기 웨이퍼상에 증착해야할 재료로 형성된 타깃과 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척을 포함한다. 제어기는 상기 웨이퍼를 상기 소정의 온도 범위 내의 온도로 가열하기 위해 척 히터를 제어한다.

Claims (26)

  1. 웨이퍼 온도가 온도 범위 내로 유지되는 반도체 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 방법으로서,
    증착해야할 상기 재료를 포함하는 타깃(target)을 제공하는 단계와,
    상기 웨이퍼를 척(chuck)상에 지지하는 단계를 포함하고,
    상기 웨이퍼는 상기 타깃과 상기 척 사이에 위치되며,
    상기 타깃에 충돌하는 입자들에 따라 상기 타깃으로부터 재료를 상기 웨이퍼상에 증착하는 단계와,
    상기 척의 온도를 제어함으로써 상기 웨이퍼의 온도를 상기 온도 범위 내로 제어하는 단계를 또한 포함하는 재료 증착 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 지지하는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 척으로부터 이격된 관계로 지지하는 단계를 부가로 포함하는 재료 증착 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 복사열 유동(radiant heat flow)에 의해 상기 척에 열적으로 결합되는 재료 증착 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 웨이퍼 온도는 실질적으로 상기 복사열 유동에 의해 결정되는 재료 증착 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 척 온도가 실질적으로 상기 웨이퍼 온도를 결정하도록 상기 웨이퍼를 상기 타깃으로부터 이격하여 배치하는 단계를 부가로 포함하는 재료 증착 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 재료 증착 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 범위는 약 245℃ 내지 285℃의 온도를 포함하는 재료 증착 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 온도를 제어하는 단계는 상기 척 온도를 약 350℃ 내지 450℃로 제어하는 단계를 포함하는 재료 증착 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 단계 이전에 상기 웨이퍼의 진입 온도를 결정하는 단계를 부가로 포함하고,
    상기 웨이퍼 온도를 제어하는 단계는 상기 척 온도를 상기 웨이퍼 진입 온도에 따라 제어하는 단계를 부가로 포함하는 재료 증착 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 단계는 <111> 결정 방위(<111> crystalorientation)를 갖는 재료를 상기 웨이퍼상에 증착하는 단계를 부가로 포함하는 재료 증착 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 재료를 증착하는 단계 이전에 상기 웨이퍼상에 하위층을 증착하는 단계를 부가로 포함하고,
    상기 하위층은 소정의 결정 방위를 갖는 재료 증착 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 하위층은 <002> 결정 방위를 갖는 티타늄을 포함하는 재료 증착 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 증착된 재료는 소망의 그레인(grain) 방위를 나타내는 재료 증착 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼를 배치하는 단계는 상기 웨이퍼를 상기 타깃으로부터 약 45mm의 거리에 배치하는 단계를 포함하는 재료 증착 방법.
  15. 웨이퍼 온도가 온도 범위 내로 유지되는 웨이퍼상에 재료를 증착하기 위한 물리 기상 증착 챔버로서,
    상기 웨이퍼상에 증착해야할 상기 재료로 형성되는 타깃과,
    상기 웨이퍼를 지지하기 위한 척과,
    척 히터(chuck heater)와,
    상기 웨이퍼 온도가 상기 온도 범위 내로 되도록 상기 척 히터를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 물리 기상 증착 챔버.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 웨이퍼는 상기 척으로부터 상기 웨이퍼까지 유동하는 복사열에 의해 가열되는 물리 기상 증착 챔버.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 웨이퍼 온도는 실질적으로 상기 척 온도에 의해 결정되는 물리 기상 증착 챔버.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 웨이퍼 및 상기 타깃은 이격된 관계로 배치되는 물리 기상 증착 챔버.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 이격된 관계는 약 45mm를 포함하는 물리 기상 증착 챔버.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 척 위에 놓이는 받침대 커버를 부가로 포함하고,
    상기 받침대 커버는 그 상부면상에 복수의 패드를 부가로 포함하며, 상기 웨이퍼는 상기 복수의 패드상에 배치되는 물리 기상 증착 챔버.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 물리 기상 증착 챔버.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 온도 범위는 약 245℃ 내지 285℃인 물리 기상 증착 챔버.
  23. 제 15 항에 있어서, 상기 제어기는 척 온도를 약 350℃ 내지 450℃의 범위에서 결정하는 물리 기상 증착 챔버.
  24. 제 15 항에 있어서, 상기 웨이퍼 온도를 결정하기 위한 온도 측정 디바이스를 부가로 포함하고,
    상기 제어기는 웨이퍼 온도에 따라 상기 척 히터를 제어하기 위해 상기 웨이퍼 온도에 반응하는 물리 기상 증착 챔버.
  25. 제 15 항에 있어서, 증착된 재료는 실질적으로 <111> 결정 방위를 갖는 물리 기상 증착 챔버.
  26. 제 15 항에 있어서, 증착된 재료는 소망의 그레인 방위를 나타내는 물리 기상 증착 챔버.
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