KR20210130261A - 금속 질화물들의 증착을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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밍웨이 주
지하오 양
나그 비. 파티반드라
루도빅 고뎃
용 카오
다니엘 리 딜
제보 첸
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Abstract

금속 타깃을 포함하는 챔버 내에 가공물을 배치하기 전에 질소 가스 및 불활성 가스를 제1 유량비로 챔버 내에 유동시키고 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 챔버를 사전 컨디셔닝하고, 사전 컨디셔닝 후에 챔버를 진공배기하고, 사전 컨디셔닝 후에 챔버 내의 가공물 지지부 상에 가공물을 배치하고, 그리고 질소 가스 및 불활성 가스를 제2 유량비로 챔버 내에 유동시키고 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 챔버 내의 가공물 상에 금속 질화물 층의 물리 기상 증착을 수행함으로써, 금속 질화물 층을 포함하는 구조가 가공물 상에 형성된다. 제2 유량비는 제1 유량비 미만이다.

Description

금속 질화물들의 증착을 위한 방법 및 장치
본 개시내용은 금속 질화물, 특히 초전도 재료로서 적합한 금속 질화물을 증착하기 위해 가공물을 프로세싱하기 위한 반응기에 관한 것이다.
초전도성과 관련하여, 임계 온도(TC)는 그 온도 미만에서 재료가 초전도성이 되는 온도를 의미한다. 니오븀 질화물(NbN)은 초전도 애플리케이션들, 예컨대 양자 정보 프로세싱, CMOS에서의 결함 분석, LIDAR 등에 사용하기 위한 SNSPD(superconducting nanowire single photon detectors)에 사용될 수 있는 재료이다. 니오븀 질화물의 임계 온도는 재료의 결정질 구조 및 원자 비율에 좌우된다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 입방체 δ-상 NbN은 이 NbN의 비교적 "높은" 임계 온도, 예컨대 9.7-16.5°K로 인한 일부 이점들을 갖는다.
물리 기상 증착(PVD: physical vapor deposition)에 의해 가공물 상에 니오븀 질화물이 증착될 수 있다. 예를 들어, 질소 가스의 존재 하에 니오븀 타깃을 사용하여 스퍼터링 동작이 수행될 수 있다. 스퍼터링은 타깃 및 가공물을 포함하는 반응기 챔버에서 플라즈마를 유도함으로써 수행될 수 있다.
일 양상에서, 가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법은, 금속 타깃을 포함하는 챔버 내에 가공물을 배치하기 전에 질소 가스 및 불활성 가스를 제1 유량비로 챔버 내에 유동시키고 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 챔버를 사전 컨디셔닝(pre-condition)하는 단계, 사전 컨디셔닝 후에 챔버를 진공배기하는 단계, 사전 컨디셔닝 후에 챔버 내의 가공물 지지부 상에 가공물을 배치하는 단계, 및 질소 가스 및 불활성 가스를 제2 유량비로 챔버 내에 유동시키고 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 챔버 내의 가공물 상에 금속 질화물 층의 물리 기상 증착을 수행하는 단계를 포함한다. 제2 유량비는 제1 유량비 미만이다.
다른 양상에서, 물리 기상 증착 시스템은, 챔버를 형성하는 챔버 벽들, 챔버 내에 가공물을 유지하기 위한 지지부, 챔버를 진공배기하기 위한 진공 펌프, 질소 가스 및 불활성 가스를 챔버에 전달하기 위한 가스 소스, 금속 타깃을 지지하기 위한 전극, 전극에 전력을 인가하기 위한 전원, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 금속 질화물 층이 증착될 가공물이 챔버에 배치되기 전에, 가스 소스가 질소 가스 및 불활성 가스를 제1 유량비로 챔버 내에 유동하게 하고 전원이 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 챔버를 사전 컨디셔닝하기에 충분한 전력을 인가하게 하도록, 그리고 가공물이 챔버에 배치된 후에, 가스 소스가 질소 가스 및 불활성 가스를 제2 유량비로 챔버 내에 유동하게 하고 전원이 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 물리 기상 증착에 의해 가공물 상에 금속 질화물 층을 증착하기에 충분한 전력을 인가하게 하도록 구성된다. 제2 유량비는 제1 유량비 미만이다.
다른 양상에서, 금속 질화물 층을 갖는 디바이스의 제작을 위한 클러스터 툴은, 가공물들을 홀딩하는 카세트(cassette)를 수용하기 위한 로드락(load lock) 챔버, 중앙 진공 챔버, 중앙 진공 챔버 주위에 클러스터 대형(cluster formation)으로 배열되며 중앙 진공 챔버에 결합된 복수의 증착 챔버들, 진공 챔버와 로드락 챔버 그리고 복수의 증착 챔버들 사이에 가공물을 운반하기 위한 로봇, 및 제어기를 포함한다. 복수의 증착 챔버들은 제1 타깃을 갖는 제1 증착 챔버, 제2 타깃을 갖는 제2 증착 챔버, 및 제3 타깃을 갖는 제3 증착 챔버를 포함한다. 제어기는, 로봇이 기판을 제1 증착 챔버로 운반하게 하고, 제1 증착 챔버가 가공물 상에 버퍼 층을 증착하게 하고, 로봇이 기판을 제1 증착 챔버로부터 제2 증착 챔버로 운반하게 하고, 제2 증착 챔버가 버퍼 층 상에 8°K보다 높은 온도들에서 초전도체로서 사용하기에 적합한 금속 질화물 층을 증착하게 하고, 로봇이 기판을 제2 증착 챔버로부터 제3 증착 챔버로 운반하게 하고, 그리고 제3 증착 챔버가 금속 질화물 층 상에 캡핑(capping) 층을 증착하게 하도록 구성된다.
다른 양상에서, 물리 기상 증착 시스템은, 챔버를 형성하는 챔버 벽들, 제1 타깃을 홀딩하기 위한 제1 타깃 지지부, 제2 타깃을 홀딩하기 위한 제2 타깃 지지부, 및 제3 타깃을 홀딩하기 위한 제3 타깃 지지부, 챔버 내에 포지셔닝되며 관통 개구를 갖는 이동 가능한 차폐부, 차폐부를 이동시키기 위한 액추에이터, 챔버의 하부 부분에 가공물을 홀딩하기 위한 가공물 지지부, 챔버를 진공배기하기 위한 진공 펌프, 질소 가스 및 불활성 가스를 챔버에 전달하기 위한 가스 소스, 제1 타깃, 제2 타깃 또는 제3 타깃에 선택적으로 전력을 인가하기 위한 전원, 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 액추에이터가 제1 타깃에 인접하게 개구를 포지셔닝하도록 차폐부를 이동시키게 하고, 가스 소스가 제1 가스를 챔버 내에 유동하게 하고, 그리고 전원이 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 가공물 지지부 상의 가공물 상에 제1 재료의 버퍼 층의 증착을 야기하기에 충분한 전력을 인가하게 하고, 액추에이터가 제2 타깃에 인접하게 개구를 포지셔닝하도록 차폐부를 이동시키게 하고, 가스 소스가 제2 가스를 챔버 내에 유동하게 하고, 그리고 전원이 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 버퍼 층 상에 8°K를 넘는 온도들에서 초전도체로서 사용하기에 적합한 금속 질화물인 제1 재료의 디바이스 층의 증착을 야기하기에 충분한 전력을 인가하게 하고 ― 제1 재료는 제2 재료와 상이한 조성임 ―, 액추에이터가 제3 타깃에 인접하게 개구를 포지셔닝하도록 차폐부를 이동시키게 하고, 가스 소스가 제3 가스를 챔버 내에 유동하게 하고, 그리고 전원이 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 디바이스 층 상의 제3 재료의 캡핑 층의 증착을 야기하기에 충분한 전력을 인가하게 하도록 구성되며, 제3 재료는 제1 재료 및 제2 재료와 상이한 조성이다.
이러한 양상들은 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
금속 타깃은 니오븀 또는 니오븀 합금을 포함할 수 있다. 금속 질화물 층은 니오븀 질화물 또는 니오븀 합금 질화물을 포함할 수 있다. 금속 타깃은 실질적으로 순수한 니오븀일 수 있고, 금속 질화물 층은 실질적으로 순수한 니오븀 질화물일 수 있다. 금속 질화물 층은 δ-상 NbN일 수 있다. 플라즈마는 금속 타깃의 금속을 스퍼터링할 수 있다.
제2 유량비는 제1 유량비보다 2-30% 더 낮을 수 있다. 제1 유량비는 4:100 내지 1:1일 수 있고, 제2 유량비는 3:100 내지 48:52일 수 있다. 챔버는 10-8Torr보다 낮은 압력으로 진공배기될 수 있다.
사전 컨디셔닝은 기판 지지부 상에 셔터 디스크(shutter disk)를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 로봇은 챔버의 사전 컨디셔닝을 위해 챔버 내에 셔터 디스크를 포지셔닝하도록 구성될 수 있다. 사전 컨디셔닝은 셔터 디스크를 일정 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있고, 물리 기상 증착을 수행하는 것은 가공물을 동일한 온도로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 그 온도는 200-500℃일 수 있다. 사전 컨디셔닝에서 플라즈마를 점화하는 것 그리고 증착에서 플라즈마를 점화하는 것은 동일한 전력 레벨을 사용할 수 있다.
플라즈마 내의 질소 이온 농도는 광 센서로 측정될 수 있다. 센서에 의해 측정된 질소 이온 농도에 대한 응답으로 질소 이온 농도를 원하는 농도로 만들도록 질소 가스 및/또는 불활성 가스의 유량이 조정될 수 있다. 센서는 챔버 외부에 포지셔닝되며, 챔버 벽들은 챔버에 대한 광학적 접근을 센서에 제공하기 위한 윈도우를 포함한다.
스퍼터 차폐부가 챔버 내에 포지셔닝될 수 있다. 스퍼터 차폐부는 센서에 대한 명확한 가시선을 플라즈마에 제공하기 위한 개구를 가질 수 있다.
금속 질화물 층을 형성하기 전에 가공물 상에 버퍼 층이 형성될 수 있다. 금속 질화물 층은 버퍼 층 상에 직접 증착될 수 있다. 버퍼 층은 타깃의 금속과 상이한 금속의 금속 질화물일 수 있다. 버퍼 층은 알루미늄 질화물일 수 있다.
금속 질화물 층 상에 캡핑 층이 형성될 수 있다. 캡핑 층은 탄소, 실리콘, 타깃의 금속과 상이한 금속, 또는 타깃의 금속과 상이한 재료의 질화물을 포함할 수 있다. 캡핑 층은 탄소, 실리콘 질화물 또는 티타늄 질화물일 수 있다.
제1 타깃은 제2 타깃의 금속 이외의 금속일 수 있다. 제1 가스는 질소 가스를 포함할 수 있다. 제2 타깃은 니오븀을 포함할 수 있다. 제2 가스는 질소 가스를 포함할 수 있다. 제3 타깃은 탄소, 실리콘, 또는 제2 타깃의 금속 이외의 금속을 포함할 수 있다.
차폐부는 회전 가능할 수 있고, 액추에이터는 차폐부를 회전시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현들은 다음의 이점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 프로세스는 높은 임계 온도를 갖는 고품질 NbN의 신뢰할 수 있는 또는 안정적인 증착을 가능하게 한다. 이는 더 높은 온도들에서 동작하는 디바이스들, 예컨대 SNSPD의 제작을 가능하게 하여, 그러한 디바이스들을 더 실용적으로 만든다. 디바이스들은 더 높은 양자 효율 및 낮은 암전류로 제작될 수 있다. 디바이스들은 또한 감소된 타이밍 지터 및 더 빠른 검출 응답으로 제작될 수 있다. 진공으로부터 가공물을 제거하지 않으면서 단일 툴에 의해 버퍼 층, 초전도 막 및 캡핑 층이 증착될 수 있다. 이는 프로세스 안정성 및 제조 가능성을 상당히 개선할 수 있고, 오염, 예컨대 산화의 위험을 감소시킬 수 있으며, 이는 또한 높은 임계 온도를 보존하는 것을 돕는다.
하나 이상의 구현들의 세부사항들은 아래 첨부 도면들 및 상세한 설명에서 제시된다. 다른 잠재적 특징들, 양상들 및 이점들은 설명, 도면들 및 청구항들로부터 자명해질 것이다.
도 1은 프로세싱 온도 및 원자 퍼센트 질소의 함수로서 니오븀 질화물의 상을 예시하는 도면이다.
도 2는 금속 질화물들을 증착하기 위한 반응기의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 다양한 질소 유동 값들에 대해 측정된 임계 온도들 및 질소 유동의 함수로서 타깃에 대한 전압을 예시하는 그래프이다.
도 4는 금속 질화물을 증착하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 동작 동안 초전도 재료로서 사용하기 위한 금속 질화물 층을 포함하는 디바이스의 개략적인 단면도이다.
도 6은 초전도 재료로서 사용하기 위한 금속 질화물 층을 포함하는 디바이스를 제작하기 위한 프로세스의 흐름도이다.
도 7은 시드 층, 금속 질화물 및 캡핑 층을 증착하기 위한 클러스터 툴의 개략적인 평면도이다.
도 8은 상이한 조성의 다수의 층들을 증착하기 위한 프로세싱 챔버의 개략적인 측면도이다.
도 9는 도 8의 프로세싱 챔버의 개략적인 평면도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 지정들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
위에서 언급된 바와 같이, 니오븀 질화물, 특히 δ-상 NbN은 초전도 재료로서 일부 이점들을 갖는다. 그러나 δ-상 NbN은 만족스러운 품질로 증착하기가 어려울 수 있다. 예를 들어, 이는 고 진공(10-9Torr 이하)뿐만 아니라 고 이동성 종(고온, 고 피크 전력, 및 펄스형 DC에서의 저 듀티 사이클)을 필요로 할 수 있다. 반도체 등급 증착 툴들은 양호한 균일성을 제공할 수 있지만, 이들은 통상적으로 약 10-8Torr의 가장 낮은 진공을 위해 구성된다. 그러나 더 작은 원자 중량 가스들, 예컨대 수증기에 대한 증가된 펌프 용량 및 추가 트랩(trap)들은 진공 성능을 향상시킬 수 있다.
다른 문제는, (초)전도 층 아래의 버퍼 층, 예컨대 알루미늄 질화물(AlN) 층이 금속 질화물 층의 임계 온도를 개선하는 것을 도울 수 있다는 것이다. 유사하게, (초)전도 층 위의 캡핑 층, 예컨대 탄소 층 또는 실리콘 질화물 층은 예컨대, 산화를 방지하기 위해 금속 질화물 층을 보호하는 것을 도울 수 있다. 캡핑 및 버퍼 층은 통상적으로 개별 증착 툴들에 의해 제공될 것이다. 공교롭게도, 금속 질화물의 증착을 위해 사용되는 툴로부터 가공물을 제거하는 것은 오염 또는 산화를 야기하여, 임계 온도를 감소시킬 수 있다. 그러나 클러스터 툴은 다수의 챔버들을 갖도록 구성될 수 있으며, 다수의 챔버들 각각은 진공 환경으로부터 가공물을 제거하지 않으면서 층을 증착할 수 있거나, 단일 챔버가 층들 각각을 증착하도록 구성될 수 있으며, 이로써 가공물을 제거할 필요성을 피할 수 있다.
또 다른 문제는, 양호한 증착 조건들 하에서도, 가능한 한 높은 임계 온도로 막을 신뢰성 있게 증착하는 것이 어려울 수 있다는 것이다. 그러나 질소 함량의 함수로서 니오븀 질화물의 임계 온도가 히스테리시스 효과를 나타낸다는 것이 발견되었으며; 질소 함량이 램프업(ramp up)되었는지 또는 램프다운(ramp down)되었는지에 따라 상이한 임계 온도들이 획득될 수 있다. 가공물 상에 층을 증착하기 전에 질소 가스를 사용하여 챔버의 사전 컨디셔닝을 수행함으로써, 프로세스는 이러한 히스테리시스 효과의 더 유리한 곡선을 따를 수 있다. 그 결과, 더 높은 임계 온도가 보다 신뢰성 있게 획득될 수 있다.
증착 시스템
이제 도 2를 참조하면, 물리 기상 증착(PVD) 반응기(100)가 진공 챔버(110)를 포함한다. 챔버(110)는 측벽(112), 바닥(114) 및 천장(116)을 포함하는 챔버 벽들로 둘러싸인다. 가공물 지지부(120), 예컨대 페디스털(pedestal) 또는 서셉터(susceptor)가 챔버(110) 내부에 포지셔닝될 수 있다. 가공물 지지부(120)는 챔버(110) 내부에 가공물(10)을 지지하기 위한 최상부 표면(120a)을 갖는다. 지지부(120)는 바닥(114) 위로 상승될 수 있다.
일부 구현들에서, 온도 제어 시스템은 지지부(120)의 온도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어 시스템은 가공물 지지부(120)의 표면(120a) 내에 매립되거나 그 표면(120a) 상에 배치된 저항성 히터, 및 히터에 전기적으로 결합된 전원을 포함할 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 냉각제 채널들이 가공물 지지부(120)에 형성될 수 있고, 냉각제 공급부로부터의 냉각제가 채널들을 통해 유동하는데, 예컨대 펌핑될 수 있다.
일부 구현들에서, 가공물 지지부(120)의 수직 포지션은 예컨대, 수직 액추에이터에 의해 조정 가능하다.
챔버(110)의 벽에 개구(118)(예컨대, 슬릿 밸브)가 형성될 수 있다. 가공물 지지부(120)의 지지 표면(120a) 상으로 기판을 하강시키기 위한 (도시되지 않은) 리프트 핀들 상에 기판(10)을 배치하기 위해 (도시되지 않은) 엔드 이펙터가 개구(118)를 통해 연장될 수 있다.
일부 구현들에서, 지지부(120) 또는 지지부 내의 전도성 전극(121)(도 8 참조)은 접지된다. 대안으로, 외부 전원(136)(도 8 참조), 예컨대 DC 또는 RF 전원이, 지지부(120) 또는 지지부(120) 내의 전도성 전극(121)에 바이어스 전압 또는 RF 전력을 인가하고, 이에 따라 가공물(10)에 대한 바이어스 전압 또는 RF 전력을 인가하는 데 사용될 수 있다. 선택적으로, 전원(136)은 RF 정합 네트워크(137)(도 8 참조)에 의해 전극(121)에 결합될 수 있다.
스퍼터 차폐부(126)가 챔버(110) 내부에 포지셔닝되어 챔버 측벽들(112) 상으로의 재료의 스퍼터링을 방지할 수 있다.
전극(130)은 천장(116)의 일부를 형성하고, 타깃(140)은 전극(130)으로부터 지지될 수 있다. 전극(130)은 전원(132)에 전기적으로 결합된다. 전원(132)은 펄스형 DC 전압을 인가하도록 구성될 수 있다. 전원(132)은 RF 정합 네트워크(133)에 의해 전극(10)에 결합될 수 있다. 인가되는 전력은 500W 내지 20㎾일 수 있고, 전압은 200V 내지 600V일 수 있고, 주파수는 50㎑ 내지 250㎑일 수 있으며, 듀티 사이클은 60-100%일 수 있다.
타깃(140)은 금속 질화물을 증착할 금속으로 형성된 바디, 예를 들어 디스크이다. 설치 시에, 타깃은 실질적으로 순수한 금속, 예컨대 실질적으로 순수한 니오븀의 바디일 수 있다. 그러나 프로세싱 동안 질소는 타깃의 표면과 반응하여 금속 질화물의 표면 층을 형성할 수 있다.
진공 펌프(150)는 예컨대, 가공물 지지부(120) 아래의 구역에, 예컨대 바닥(112)에 개구를 갖는 통로에 의해 챔버(110)에 결합되어 챔버(110)를 진공배기한다. 진공 펌프들의 예들은 스로틀 밸브 또는 격리 밸브를 갖는 배기 펌프, 극저온 펌프, 및 기계식 펌프에 의해 백업(back up)되는 터보 펌프를 포함한다. 도 2는 단일 진공 펌프를 예시하지만, 일부 구현들에서는 진공 레벨을 증가시키기 위해 다수의 펌프들이 사용될 수 있다. 하나 이상의 진공 펌프들(150)의 어셈블리는 챔버를 8x10-9Torr 미만의 진공으로 낮출 수 있다. 진공 펌프들(150)은 상승된 증착 온도에서 50nTorr/min 미만의 상승률을 유지할 수 있다.
응결 플레이트(152)는 챔버(110)를 진공 펌프(150)에 연결하는 통로에 위치될 수 있다. 응결 플레이트(152)는, 플레이트(152) 상에 물이 응결되기에 충분히 냉각되는 통로의 표면을 제공하거나 그러한 통로에 포지셔닝된다. 따라서 응결 플레이트(152)는 트랩 수증기, 및 응결될 수 있는 다른 더 낮은 중량의 분자들을 포획하도록 작용하여, 그러한 가스가 플라즈마의 일부를 형성하는 것을 방지하고 금속 질화물 막에서 불순물을 감소시킨다.
가스 소스(160)는 챔버(110)에 유체 결합된다. 가스 소스(160)는 질소 가스(N2)의 소스(162) 및 불활성 가스, 예컨대 아르곤 또는 헬륨의 소스(164)를 포함한다. 질소 가스 및 불활성 가스의 유량들, 그리고 그에 따른 유량들의 비율은 독립적으로 제어 가능한 밸브들(166) 및 질량 유량 제어기들에 의해 제어될 수 있다. 도 2는 챔버에 진입하는 개별 통로들을 예시하지만, 가스들은 챔버(110)에 진입하기 전에 혼합될 수 있고, 더 복잡한 가스 분배기 장치, 예컨대 가스 분배 플레이트 또는 샤워헤드, 측벽을 통과하는 방사상 통로들의 어레이 등이 챔버(110) 내로 가스를 분배하는 데 사용될 수 있다.
전원(132)에 의해 전극(130)에 대한 적절한 주파수 및 전력으로 전력을 인가하는 것은 챔버(110) 내의 플라즈마(111)를 점화할 수 있다. 특히, 펄스형 DC 바이어스가 전극(130)을 통해 스퍼터링 타깃(140)에 인가될 수 있고, 가공물 지지부(120)는 전기적으로 부동일 수 있다. 챔버(110) 내의 결과적인 전기장은 타깃(140)을 스퍼터링하는 스퍼터링 플라즈마(111)를 형성하도록 스퍼터링 가스를 이온화하여, 가공물(10) 상에 재료의 증착을 야기한다. 플라즈마(111)는 통상적으로, 100W 내지 20㎾, 예컨대 1-5㎾의 DC 전력 레벨을 인가함으로써 생성된다. 전원(132)은 50㎑ 내지 250㎑, 예컨대 200㎑의 주파수로 DC 펄스들을 공급할 수 있다. 펄스들의 듀티 사이클은 50-100%, 예컨대 50-70% 또는 60-100%일 수 있다.
일부 구현들에서, 자석 어셈블리(170)는 챔버(110) 외부에, 예컨대 천장(116) 위에 포지셔닝된다. 자석 어셈블리(170)는 플라즈마 내의 이온들을 한정하고 기판(10) 상의 이온 에너지를 증가시키는 것을 도울 수 있다.
제어기(190), 예컨대 프로세서, 메모리, 및 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 비-일시적 저장 매체를 갖는 프로그래밍된 범용 컴퓨터는 다양한 컴포넌트들에 결합되어 프로세싱 시스템(100)을 제어할 수 있다.
광 방출 센서(180)는 플라즈마 농도를 모니터링하는 데 그리고/또는 증착 동안 가스 조성을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 센서(180)는 챔버(110) 외부에 포지셔닝될 수 있지만, 플라즈마(111)의 뷰를 갖도록 챔버의 벽, 예컨대 측벽(112)을 통해 윈도우(182)에 인접하게 배치될 수 있다. 필요하다면, 센서(180)에 플라즈마(111)에 대한 명확한 가시선을 제공하도록 개구(184)가 차폐부(126)에 형성될 수 있다. 광 방출 센서(180)는 플라즈마(111) 내의 질소 이온 농도를 측정할 수 있다. 일부 구현들에서, 광 방출 센서(180)는 또한 플라즈마(111) 내의 불활성 가스 이온 농도를 측정할 수 있다. 광 방출 센서(180)는 이러한 측정들을 제어기(190)에 제공할 수 있다.
제어기(190)는 측정된 이온 농도(들)에 대한 응답으로 질소 가스 및/또는 불활성 가스의 유량(들)을 조정하기 위해 가스 소스(160)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(190)는 질소 이온 부분 압력을 원하는 부분 압력으로 만들기 위해 또는 질소 이온 농도를 원하는 농도로 만들기 위해 가스 유량(들)을 제어하도록 피드백 루프에서 동작할 수 있다. 제어기(190)는 또한, 안정적인 플라즈마를 유지하고 그리고/또는 타깃(140)의 표면 상에서 원하는 조건을 달성하기 위해 가스 소스(160)의 가스 유량들을 제어하도록 구성될 수 있다.
니오븀 질화물의 증착
가공물 프로세싱 툴(100)은 가공물 상에 니오븀 질화물, 특히 δ-상 NbN의 증착을 수행하는 데 이용될 수 있다. 일례로, 가공물(110)은 증착될 니오븀 질화물 상에 버퍼링된 층, 예컨대 알루미늄 질화물을 포함한다.
도 3은 질소 유동의 함수로서 타깃에 대한 전압을 예시한다. 고정 펄스형 DC 전력이 타깃에 인가되었다. 타깃의 전위는 접지에 대해 측정되었다. 이 전위는 플라즈마 내의 이온 농도 및 타깃의 스퍼터링 수율에 따라 변할 것이다. 일반적으로, 타깃 전압은 선형 관계로서가 아니더라도, 임계 온도에 대한 대용 값일 수 있다.
일반적으로, 더 높은 품질의 막은 더 높은 임계 온도 모두를 나타낼 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 질소 함량의 함수로서 니오븀 질화물의 임계 온도가 히스테리시스 효과를 나타낸다는 것이 발견되었다. 도 3을 계속 참조하면, 연속적인 가공물들에 대해 질소 유량이 증가되고 있는 경우, 타깃 전압은 곡선(202)을 따른다. 니오븀 타깃의 표면은, 타깃 표면 상에 얇은 NbN 층을 형성하기에 충분한 N2가 챔버에 존재할 때, 금속성 모드로부터 "유독성(poisoned)" 모드로 진행되는 것으로 여겨진다. 이에 반해, 연속적인 가공물들에 대해 질소 유량이 감소되고 있는 경우, 타깃 전압은 곡선(204)을 따른다. 또한, N2 부분 압력이 감소함에 따라, 타깃은 "탈유독성(de-poisoned)"이 되기 시작하고 금속성 모드로 다시 전환하는 것으로 여겨진다.
두 곡선들(202, 204) 모두에 대해, 타깃 전압은 급격한 강하 직전에 최대 값을 갖는다. 이는, 타깃이 금속성 모드에 있다면 통상적으로 니오븀 풍부 니오븀 질화물(NbN) 막이 형성되는 반면, 타깃이 유독성 모드에 있다면 통상적으로 양호한 화학량론 및 원하는 입방 상을 갖는 NbN 막이 형성되기 때문인 것으로 여겨진다.
그러나 유량이 연속적으로 감소되고 있는 경우(곡선(204)), 타깃 전압의 강하는 더 낮은 질소 유량에서 발생한다. 이는, 니오븀 타깃이 유독성이 되는 부분 압력보다 니오븀 타깃이 탈유독성이 되는 부분 압력이 더 낮다는 것을 표시할 수 있다.
추가로, 유량이 연속적으로 감소되고 있는 경우, 유량이 연속적으로 증가되고 있는 경우(곡선(202))와 비교하여, 타깃 전압은 실제로 (206에 표시된) 더 높은 값에 도달한다. 더욱이, 이러한 유량들로 증착된 니오븀 질화물의 임계 온도들의 측정은, 질소 유량이 이전 프로세스와 비교하여 증가되기보다는 감소되었다면 더 높은 임계 온도가 달성될 수 있음을 뒷받침한다.
이러한 히스테리시스 효과를 이용하는 것이 가능하다. 특히, 가공물 상에 층을 증착하기 전에 질소 가스를 사용하여 챔버의 사전 컨디셔닝을 수행함으로써, 프로세스는 이러한 히스테리시스 효과의 더 유리한 곡선을 따를 수 있다. 그 결과, 더 높은 임계 온도가 보다 신뢰성 있게 획득될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 챔버(110)를 사전 컨디셔닝함으로써(단계(262)) 금속 질화물 층을 제작하기 위한 프로세스(260)는 시작된다. 챔버(110)는 진공배기된다. 셔터 디스크, 예컨대 가공물과 대략 동일한 직경의, 그러나 가공물보다 더 두꺼운 금속 디스크가 지지부(120) 상에 배치될 수 있다(층이 증착될 가공물은 챔버(110)에 존재하지 않음). 가스 분배 어셈블리(160)는 챔버(110)에 질소 가스를 공급한다.
가스 분배 어셈블리(160)는 또한, 불활성 가스, 예컨대 아르곤 또는 헬륨을 챔버(100)에 공급할 수 있다. 불활성 가스는 질소 가스를 희석하는 데 사용될 수 있으며; 이는 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 가스 분배 어셈블리(146)는 2 내지 20mTorr의 총 압력(질소 및 불활성 가스)을 설정할 수 있다. 이러한 사전 컨디셔닝 단계에서, 질소 가스는 제1 유량, 예컨대 15 내지 40sccm, 예컨대 20sccm으로 공급된다. 질소 가스 및 불활성 가스는 질소 대 불활성 가스의 제1 비인 4:100 내지 1:4, 예컨대 4:100 내지 1:1, 예컨대 2:1 내지 1:1로 공급될 수 있다(이 비는 sccm 단위의 유량들의 비일 수 있다). 플라즈마(111)를 유도하기 위해, 예컨대 위에서 설명된 바와 같이, 전극(130)에 전력이 인가된다.
이러한 컨디셔닝 프로세스는 예컨대, 200-500℃의 온도에서 셔터 디스크에 대해 실행될 수 있다. 사전 컨디셔닝 프로세스는 예컨대, 60-300초 동안 진행될 수 있다.
사전 컨디셔닝 후에, 캠버가 다시 진공배기되는데, 예컨대 10-9Torr로 저하되고, 더미 기판이 제거되며, 가공물이 챔버(110) 내로 그리고 지지부(120) 상에 배치된다.
이제, 물리 기상 증착 프로세스에 의해 가공물 상에 금속 질화물이 형성될 수 있다(단계(264)). 가스 분배 어셈블리(160)는 챔버(110)에 질소 가스를 공급하며, 플라즈마(111)를 유도하기 위해, 예컨대 위에서 설명된 바와 같이, 전극(130)에 전력이 인가된다. 전원(132)은 사전 컨디셔닝에서와 같이 증착 동안 동일한 RF 전력, 주파수 및 듀티 사이클을 적용할 수 있다.
증착 단계에서, 질소 가스는 제1 유량보다 더 낮은 제2 유량으로 공급되는 한편, 불활성 가스의 유량은 사전 컨디셔닝 단계에서와 동일하게 유지된다. 예를 들어, 질소 가스의 제2 유량은 적어도 2% 더 낮을 수 있는데, 예컨대 적어도 10% 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 제2 유량은 2-30% 더 낮을 수 있는데, 예컨대 10-30% 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 제2 유량은 15-18sccm일 수 있다.
대안으로, 질소 가스의 유량은 일정하게 유지될 수 있지만, 불활성 가스의 유량은 증가될 수 있다.
증착 단계에서, 질소 가스 및 불활성 가스는 질소 대 불활성 가스의 제2 비, 예컨대 3:100 내지 1:6, 예컨대 3:100 내지 45:52, 예컨대 1.5:1 내지 1:3으로 공급될 수 있다(이 비는 sccm 단위의 유량들의 비일 수 있다). 제2 비는 제2 비 미만일 수 있는데, 예컨대 적어도 2% 더 낮고, 예컨대 적어도 10% 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 제2 비는 2-30% 더 낮을 수 있는데, 예컨대 10-30% 더 낮을 수 있다.
이러한 물리 기상 증착 프로세스는 예컨대, 200-500℃의 온도에서 가공물에 대해 수행될 수 있다. 가공물은 사전 컨디셔닝 프로세스에서 셔터 디스크와 동일한 온도에서 프로세싱될 수 있다. 증착 프로세스는 예컨대, 10-600초 동안 진행될 수 있다.
적절한 주파수 및 듀티 사이클로 전극(130)에 전력을 인가하는 것은 챔버(110) 내의 플라즈마를 점화할 것이다. 플라즈마는 타깃(130)으로부터 가공물(10) 상으로의 재료의 스퍼터링을 야기할 것이다. 플라즈마 내의 질소의 존재로 인해, 질소와 금속의 조합, 예컨대 니오븀 질화물이 가공물 상에 증착된다. 사전 컨디셔닝 프로세스는 증착 프로세스의 시작부터 끝까지 올바른 화학량론 및 결정 품질의 NbN의 증착을 가능하게 할 수 있다.
δ-상 NbN을 형성하기 위한 물리 기상 증착을 위한 적절한 프로세싱 조건들은 대략 위에서 논의된 범위들 내에 있어야 하지만, 프로세스 챔버 구성 등에서의 차이들이 변동들을 야기할 수 있다. 필요하다면, 적절한 프로세스 조건들이 경험적으로 결정될 수 있다.
마지막으로, 챔버(110)가 다시 진공배기되고, 가공물이 제거된다.
위의 논의가 니오븀 질화물에 초점을 맞추고 있지만, 이러한 기법들은 다른 금속 질화물들, 예컨대 니오븀과 다른 금속의 혼합물의 질화물, 예컨대 NbTiN에 적용 가능할 수 있다.
다층 디바이스
도 5는 초전도 재료로서 사용하기 위한 금속 질화물 층(226)을 포함하는 디바이스(220)의 일부 층들의 개략적인 예시이다. 디바이스(220)는 SNSPD(superconducting nanowire single photon detectors), SQUID(superconducting quantum interference device), 양자 컴퓨터 내의 회로 등일 수 있다. 도 6은 층들의 제작 방법의 흐름도이다.
처음에, 기판(222) 상에 버퍼 층(224)이 증착될 수 있다(단계(250)). 기판은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 단일 블록으로서 예시되지만, 기판(222)은 다수의 하부 층들을 포함할 수 있다.
버퍼 층(224)은 특히, 금속 질화물 층이 얇을 때, 금속 질화물의 임계 온도를 개선하는 것을 돕기 위한 재료일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 버퍼 층(224)은 금속 질화물 층(226)과 기판(222) 사이의 접착을 개선할 수 있다. 버퍼 층(224)은 유전체 또는 전도성일 수 있지만, 디바이스(200)의 동작 온도에서 초전도성은 아니다. 일부 구현들에서, 버퍼 층(224)은 층(226)에 사용되는 금속 질화물과 상이한 금속 질화물로 형성된다. 예를 들어, 버퍼 층(224)은 알루미늄 질화물(AlN), 하프늄 질화물(HfN), 갈륨 질화물(GaN) 또는 인듐 질화물(InN)로 형성될 수 있다. 대안으로, 버퍼 층(224)은 탄화물, 예컨대 실리콘 탄화물로 형성될 수 있다. 버퍼 층은 (002) c-축 결정 배향을 가질 수 있다. 버퍼 층(224)은 표준 화학 기상 증착 또는 물리 기상 증착 프로세스에 의해 증착될 수 있다.
다음으로, 버퍼 층 상에 금속 질화물 층(226)이 증착된다(단계(260)). 금속 질화물 층(226)은 위에서 논의된 2 단계 프로세스(260) 및 시스템(100)을 사용하여 증착될 수 있다.
금속 질화물 층(226)이 증착된 후에, 금속 질화물 층(226) 상에 캡핑 층(228)이 증착될 수 있다(단계(270)). 캡핑 층(228)은 예컨대, 금속 질화물 층(226)의 산화 또는 다른 타입들의 오염 또는 손상을 방지하기 위한 보호 층으로서의 역할을 한다. 캡핑 층(228)은 유전체 또는 전도성일 수 있지만, 디바이스(200)의 동작 온도에서 초전도성은 아니다. 일부 구현들에서, 캡핑 층(228)은 층(226)에 사용되는 금속 질화물의 금속과 상이한 재료의 질화물이다. 일부 구현들에서, 캡핑 층(228)은 층(226)에 사용되는 금속 질화물의 금속과 상이한 금속이다. 캡핑 층(228)을 위한 재료들의 예들은 탄소, 실리콘, 티타늄 질화물(TiN) 및 실리콘 질화물(SiN)을 포함한다. 버퍼 층(224)은 표준 화학 기상 증착 또는 물리 기상 증착 프로세스에 의해 증착될 수 있다.
디바이스에 필요한 전도성 라인들 또는 다른 구조들을 형성하기 위해 적어도 금속 질화물 층(226)을 관통하여 트렌치들(230)을 형성하는 데 에칭이 사용될 수 있다(단계(280)). 도 4는 버퍼 층(224), 금속 질화물 층(226) 및 캡핑 층(228)을 통해 연장되는 것으로 트렌치를 예시하지만, 다른 구성들이 가능하다. 예를 들어, 버퍼 층(224) 및 캡핑 층(228)이 둘 다 유전체라면, 에칭은 단지 금속 질화물 층(226)만을 관통하여 연장될 수 있다. 이 경우, 에칭 단계(280)는 캡핑 층을 증착하는 단계(270) 전에 수행될 수 있다. 그 결과, 캡핑 층(228)은 금속 질화물 아일랜드(island)들 사이의 구역들에서 버퍼 층(224)과 직접 접촉할 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층(224) 및 캡핑 층(228)이 둘 다 유전체라면, 에칭은 단지 금속 질화물 층(226)만을 관통하여 연장될 수 있다. 다른 예로서, 에칭은 금속 질화물 층(226) 및 버퍼 층(224) 또는 캡핑 층(228)(그러나 둘 다는 아님)을 관통하여 연장될 수 있다.
다층 제작을 위한 툴
위에서 언급된 바와 같이, 증착을 위해 사용되는 툴로부터 가공물을 제거하는 것은 오염 또는 산화를 야기하여, 임계 온도를 감소시킬 수 있다.
이러한 문제를 피하기 위한 하나의 기법은 다수의 챔버들에 클러스터 툴을 사용하는 것이며, 이러한 챔버들 각각은 진공 환경으로부터 가공물을 제거하지 않고 층을 증착할 수 있다. 도 7은 버퍼 층, 금속 질화물 층 및 캡핑 층을 증착하기 위한 클러스터 툴(300)의 개략적인 평면도이다. 클러스터 툴(300)은 하나 이상의 중앙 진공 챔버들(310), 가공물들을 홀딩하는 카세트들을 수용하기 위한 하나 이상의 제조(fab) 인터페이스 유닛들(315), 및 가공물들을 제조 인터페이스 유닛들(315)로부터 다른 프로세싱 챔버들로, 프로세싱 챔버들 사이에서, 그리고 프로세싱 챔버들로부터 다시 제조 인터페이스 유닛들(315)로 이송하기 위한 하나 이상의 로봇들(320)을 포함한다.
클러스터 툴(300)의 프로세싱 챔버는 버퍼 층의 증착을 위한, 예컨대 알루미늄 질화물(AlN)의 증착을 위한 하나 이상의 물리 기상 증착 챔버들(325), 금속 질화물 층의 증착을 위한 하나 이상의 물리 기상 증착 챔버들, 예컨대 위에서 설명된 바와 같은 물리 기상 증착 챔버(100), 및 캡핑 층의 증착을 위한, 예컨대 탄소 층의 증착을 위한 하나 이상의 물리 기상 증착 챔버들(330)을 포함한다. 챔버들은 적절한 슬릿 밸브들에 의해 분리될 수 있다. 클러스터 툴(300)은 제어기(350), 예컨대 범용 프로그래밍 가능 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다.
진공으로부터 가공물을 제거할 필요성을 피하기 위한 다른 기법은 단일 챔버에 층들 각각을 증착하는 것이다. 도 8은 상이한 조성의 다수의 층들을 증착하기 위한 물리 기상 증착 반응기(400)의 개략적인 측면도이다. 예를 들어, 물리 기상 증착 반응기(400)는 버퍼 층, 금속 질화물 층 및 캡핑 층을 증착하는 데 사용될 수 있다. 도 9는 물리 기상 증착 반응기(400)의 평면도이다(도 8은 도 9의 8-8 단면선을 따라 고려될 수 있음).
물리 기상 증착 반응기(400)는 물리 기상 증착 반응기(100)와 유사한 방식으로 구성되지만, 3개의 개별 타깃들(140a, 140b, 140c)을 포함한다(다른 층들에 대해 필요하다면 추가 타깃들이 존재할 수 있음). 타깃들은 반응기(400)의 챔버(110)의 천장(116) 상에 지지될 수 있다. 각각의 타깃은 각각의 전극(130a-130c) 상에 지지된다. 상이한 전극들(130a-130c)이 공통 전원(132)에 또는 상이한 전원들(132)에 결합될 수 있다.
회전 가능 차폐부(410)가 챔버(110) 내부에 포지셔닝되고 모든 전극들(130)에 의해 공유된다. 차폐부(410)는 샤프트(420)에 의해 천장(116)으로부터 매달리게 될 수 있고, 샤프트는 액추에이터(422)에 의해 수직 축(426)을 중심으로 회전될 수 있다(화살표(A)로 도시됨). 일부 구현들에서, 액추에이터(422)는 또한 차폐부(410)를 수직으로 이동시킬 수 있다(화살표(B)로 도시됨).
회전 가능 차폐부(410)는 대응하는 타깃을 노출시키기 위한 홀(412)을 가질 수 있다. 차폐부(410)는 유리하게, 복수의 타깃들(140a-140c) 사이의 교차 오염을 제한하거나 제거한다. 회전 가능 차폐부(410)는 또한, 스퍼터링되고 있지 않은 각각의 타깃에 대한 포켓(414)을 가질 수 있다. 예를 들어, 3개의 전극들(130)이 제공되는 일부 실시예들에서, 차폐부(410)는 한 번에 하나의 타깃을 노출시키기 위한 홀(412), 및 스퍼터링되고 있지 않는 타깃들을 수용하기 위한 2개의 포켓들(414)을 포함할 수 있다. 차폐부(410)를 회전시킴으로써, 상이한 타깃이 노출되고 동작될 수 있다.
일부 실시예들에서, 물리 기상 증착 반응기(400)는 예컨대, 차폐부(410)가 접힌 포지션에 있을 때, 천장(116)에 대한 차폐부(116)의 개선된 접지를 제공하기 위한 복수의 접지 링들(430)을 포함한다.
3개의 타깃들(140a, 140b, 140c)은 상이한 재료들, 예컨대 버퍼 층, 금속 질화물 층 및 캡핑 층을 각각 형성하도록 스퍼터링될 재료들로 형성된다. 예를 들어, 제1 타깃(140a)은 버퍼 층에 사용되는 원소 또는 화합물의 비-질소 성분, 예컨대 금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층이 알루미늄 질화물로 형성된다면, 제1 타깃(140a)은 알루미늄일 수 있다. 제2 타깃(140b)은 초전도 층에 사용되는 화합물의 비-질소 성분, 예컨대 금속일 수 있다. 예를 들어, 초전도 층이 니오븀 질화물로 형성된다면, 제2 타깃(140a)은 니오븀일 수 있다. 제3 타깃(140b)은 캡핑 층에 사용되는 원소 또는 화합물의 비-질소 성분, 예컨대 탄소, 실리콘 또는 티타늄일 수 있다.
동작 시에, 액추에이터(422)는, 개구(412)가 제1 타깃(140a)과 정렬되고 다른 타깃들이 커버되도록 차폐부(410)를 회전시킨다. 진공 펌프(150)는 챔버(110)를 진공배기하고, 가스 소스(160)는 챔버(110)에 스퍼터링 가스를 공급하며, 전원(132)은 전극(130a)에 전력을 인가하여 챔버 내에 플라즈마를 생성한다. 플라즈마는 제1 타깃(140a)의 재료의 스퍼터링을 야기하여, 기판(10) 상으로의 버퍼 층의 물리 기상 증착을 야기할 수 있다. 적절하다면, 가스 소스는 제1 타깃(140a)의 재료와 화합물을 형성할 질소 또는 다른 가스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 질화물이 증착된다면, 제1 타깃(140a)은 알루미늄일 수 있고, 가스 소스는 불활성 가스, 예컨대 아르곤 및 질소 모두를 공급할 수 있다. 제1 타깃(140a)의 재료가 실질적으로 순수한 원소로서 증착된다면, 가스는 불활성 원소들, 예컨대 아르곤 또는 크세논만을 포함할 수 있다.
버퍼 층의 증착이 완료되면, 챔버(110)는 진공배기되고, 액추에이터(422)는, 개구(412)가 제2 타깃(140b)과 정렬되고 다른 2개의 타깃들이 커버되도록 차폐부(410)를 회전시킨다. 금속 질화물 층의 재료, 예컨대 니오븀 질화물은 위에서 설명된 방법에 따라 증착될 수 있다.
금속 질화물 층의 증착이 완료되면, 챔버(110)는 진공배기되고, 액추에이터(422)는, 개구(412)가 제3 타깃(140c)과 정렬되도록 차폐부(410)를 회전시킨다. 캡핑 층의 재료는 버퍼 층에 대해 위에서 설명된 방식과 유사한 방식으로 증착될 수 있다. 챔버(110)는 다시 진공배기될 수 있고, 가공물은 예컨대, 로봇에 의해 제거될 수 있다.
제어기
제어기, 예컨대 제어기(190) 및/또는 제어기(150)는 디지털 전자 회로로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 이들의 조합들로 구현될 수 있다. 제어기는 하나 이상의 프로세서들을 포함할 수 있는데, 예컨대 제어기는 분산 시스템일 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품들, 즉 기계 판독 가능 저장 매체에 유형적으로 구현된 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들은 제어기, 예컨대 프로그래밍 가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의해 실행될 수 있거나 이들의 동작을 제어할 수 있다. (프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션 또는 코드로도 또한 알려진) 컴퓨터 프로그램은 컴파일링된 또는 해석된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이 컴퓨터 프로그램은 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에 사용하기에 적당한 다른 유닛으로서의 형태를 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 반드시 파일에 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부에, 해당 프로그램에 전용된 단일 파일에, 또는 다수의 조정된 파일들(예컨대, 하나 이상의 모듈들, 하위 프로그램들, 또는 코드의 부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서 또는 한 사이트에 있는 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속되는 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 제어기의 동작들은 입력 데이터에 대해 동작하여 출력을 발생시킴으로써 기능들을 수행하도록 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍 가능 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 제어기의 동작들은 또한 특수 목적 로직 회로, 예컨대 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)에 의해 수행될 수 있으며, 장치가 또한 이러한 특수 목적 로직 회로로서 구현될 수 있다.
특정 구현들이 설명되었지만, 본 개시내용의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 다른 구현들 및 추가 구현들이 안출될 수 있다. 한 실시예의 엘리먼트들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다. 그러나 도면들은 단지 예시적인 실시예들만을 예시한다는 점이 주목되어야 한다. 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법으로서,
    금속 타깃을 포함하는 챔버 내에 상기 가공물을 배치하기 전에, 질소 가스 및 불활성 가스를 제1 유량비로 상기 챔버 내에 유동시키고 상기 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 상기 챔버를 사전 컨디셔닝(pre-condition)하는 단계;
    상기 사전 컨디셔닝 후에, 상기 챔버를 진공배기하는 단계;
    상기 사전 컨디셔닝 후에, 상기 챔버 내의 가공물 지지부 상에 상기 가공물을 배치하는 단계; 및
    질소 가스 및 상기 불활성 가스를 제2 유량비로 상기 챔버 내에 유동시키고 상기 챔버 내의 플라즈마를 점화함으로써 상기 챔버 내의 가공물 상에 금속 질화물 층의 물리 기상 증착을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 유량비는 상기 제1 유량비 미만인,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 타깃은 니오븀 또는 니오븀 합금을 포함하고, 상기 금속 질화물 층은 니오븀 질화물 또는 니오븀 합금 질화물을 포함하는,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 유량비는 상기 제1 유량비보다 2-30% 더 낮은,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유량비는 4:100 내지 1:1이고, 상기 제2 유량비는 3:100 내지 48:52인,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버를 사전 컨디셔닝하는 단계는, 기판 지지부 상에 셔터 디스크(shutter disk)를 배치하는 단계를 포함하는,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 사전 컨디셔닝하는 단계는 상기 셔터 디스크를 일정 온도로 가열하는 단계를 포함하고, 상기 물리 기상 증착을 수행하는 단계는 상기 가공물을 동일한 온도로 가열하는 단계를 포함하는,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 온도는 200-500℃인,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    사전 컨디셔닝에서 플라즈마를 점화하는 것 그리고 증착에서 플라즈마를 점화하는 것은 동일한 전력 레벨을 사용하는,
    가공물 상에 금속 질화물 층을 포함하는 구조를 형성하는 방법.
  9. 챔버를 형성하는 챔버 벽들;
    상기 챔버 내에 가공물을 유지하기 위한 지지부;
    상기 챔버를 진공배기하기 위한 진공 펌프;
    질소 가스 및 불활성 가스를 상기 챔버에 전달하기 위한 가스 소스;
    금속 타깃을 지지하기 위한 전극;
    상기 전극에 전력을 인가하기 위한 전원; 및
    제어기를 포함하며,
    상기 제어기는,
    금속 질화물 층이 증착될 가공물이 상기 챔버에 배치되기 전에, 상기 가스 소스가 질소 가스 및 상기 불활성 가스를 제1 유량비로 상기 챔버 내에 유동하게 하고 상기 전원이 상기 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 챔버를 사전 컨디셔닝하기에 충분한 전력을 인가하게 하고, 그리고
    상기 가공물이 상기 챔버에 배치된 후에, 상기 가스 소스가 질소 가스 및 상기 불활성 가스를 제2 유량비로 상기 챔버 내에 유동하게 하고 상기 전원이 상기 챔버 내의 플라즈마를 점화하여 물리 기상 증착에 의해 상기 가공물 상에 금속 질화물 층을 증착하기에 충분한 전력을 인가하게 하도록 구성되고,
    상기 제2 유량비는 상기 제1 유량비 미만인,
    물리 기상 증착 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 플라즈마에서 적어도 질소 이온 농도를 측정하기 위한 광 센서를 포함하는,
    물리 기상 증착 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 챔버 외부에 포지셔닝되고,
    상기 챔버 벽들은 상기 챔버에 대한 광학적 접근을 상기 센서에 제공하기 위한 윈도우를 포함하는,
    물리 기상 증착 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 챔버에 포지셔닝되는 스퍼터 차폐부를 더 포함하며,
    상기 차폐부는 상기 센서에 대한 명확한 가시선을 상기 플라즈마에 제공하기 위한 개구를 갖는,
    물리 기상 증착 시스템.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 유량비는 상기 제1 유량비보다 2 내지 30% 더 낮은,
    물리 기상 증착 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 유량비는 4:100 내지 1:1이고, 상기 제2 유량비는 3:100 내지 48:52인,
    물리 기상 증착 시스템.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 챔버의 사전 컨디셔닝을 위해 상기 챔버 내에 셔터 디스크를 포지셔닝하도록 구성된 로봇을 포함하는,
    물리 기상 증착 시스템.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3942089A4 (en) 2019-03-22 2023-04-19 Applied Materials, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING A MULTILAYERY DEVICE WITH A SUPERCONDUCTING FILM
CN116377407B (zh) * 2023-04-03 2023-08-29 之江实验室 一种低应力NbN超导薄膜及其制备方法和应用
CN117070892A (zh) * 2023-08-10 2023-11-17 之江实验室 一种两步控制N2分压降低NbN薄膜内应力和提高超导转变温度的方法

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4726890A (en) * 1985-08-12 1988-02-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method of producing high Tc superconducting NbN films
JPS6411379A (en) 1987-07-06 1989-01-13 Oki Electric Ind Co Ltd Superconducting film structure
JPH01135080A (ja) 1987-11-20 1989-05-26 Hitachi Ltd 超電導トランジスタ
US4997719A (en) * 1988-10-25 1991-03-05 Ube Industries, Ltd. Niobium-containing superconductor-laminated aromatic polyimide material
JPH0428871A (ja) 1990-05-24 1992-01-31 Seiko Instr Inc 多層膜製造装置
JPH0711438A (ja) * 1993-06-29 1995-01-13 Nec Corp 基板温度を制御する成膜方法及びその装置
JP3727693B2 (ja) * 1995-08-29 2005-12-14 株式会社アルバック ＴｉＮ膜製造方法
EP0799903A3 (en) 1996-04-05 1999-11-17 Applied Materials, Inc. Methods of sputtering a metal onto a substrate and semiconductor processing apparatus
US6071811A (en) 1997-02-26 2000-06-06 Applied Materials, Inc. Deposition of titanium nitride films having improved uniformity
US6328858B1 (en) 1998-10-01 2001-12-11 Nexx Systems Packaging, Llc Multi-layer sputter deposition apparatus
US6475902B1 (en) * 2000-03-10 2002-11-05 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition of niobium barriers for copper metallization
JP4473410B2 (ja) 2000-05-24 2010-06-02 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置及び成膜方法
US7563715B2 (en) 2005-12-05 2009-07-21 Asm International N.V. Method of producing thin films
US9051641B2 (en) * 2001-07-25 2015-06-09 Applied Materials, Inc. Cobalt deposition on barrier surfaces
US7049226B2 (en) 2001-09-26 2006-05-23 Applied Materials, Inc. Integration of ALD tantalum nitride for copper metallization
US6994910B2 (en) 2003-01-09 2006-02-07 Guardian Industries Corp. Heat treatable coated article with niobium nitride IR reflecting layer
US20040266628A1 (en) 2003-06-27 2004-12-30 Superpower, Inc. Novel superconducting articles, and methods for forming and using same
WO2006034540A1 (en) * 2004-09-27 2006-04-06 Gallium Enterprises Pty Ltd Method and apparatus for growing a group (iii) metal nitride film and a group (iii) metal nitride film
US20060172536A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-03 Brown Karl M Apparatus for plasma-enhanced physical vapor deposition of copper with RF source power applied through the workpiece
US7432201B2 (en) 2005-07-19 2008-10-07 Applied Materials, Inc. Hybrid PVD-CVD system
JP4779798B2 (ja) * 2006-05-11 2011-09-28 住友金属鉱山株式会社 酸化物焼結体、ターゲット、およびそれを用いて得られる透明導電膜
JP5152549B2 (ja) 2006-07-20 2013-02-27 独立行政法人科学技術振興機構 ジョセフソン接合及びジョセフソンデバイス
CN103046008B (zh) 2008-09-30 2015-04-01 佳能安内华股份有限公司 溅射方法
JP4598161B2 (ja) * 2008-11-28 2010-12-15 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置、電子デバイスの製造方法
JP2010126789A (ja) 2008-11-28 2010-06-10 Shibaura Mechatronics Corp スパッタ成膜装置
JP4573913B1 (ja) 2009-03-30 2010-11-04 キヤノンアネルバ株式会社 半導体装置の製造方法及びスパッタ装置
WO2011007580A1 (ja) 2009-07-17 2011-01-20 株式会社アルバック 基板処理方法
JP5480290B2 (ja) * 2009-12-04 2014-04-23 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング装置、及び電子デバイスの製造方法
US8329262B2 (en) 2010-01-05 2012-12-11 Applied Materials, Inc. Dielectric film formation using inert gas excitation
WO2011117916A1 (ja) 2010-03-24 2011-09-29 キヤノンアネルバ株式会社 電子デバイスの製造方法およびスパッタリング方法
CN101914753A (zh) 2010-08-23 2010-12-15 南京大学 一种利用磁控溅射法制备NbTi薄膜的方法
JP5661452B2 (ja) 2010-12-27 2015-01-28 キヤノンアネルバ株式会社 スパッタリング方法
WO2012147298A1 (ja) 2011-04-28 2012-11-01 キヤノンアネルバ株式会社 成膜装置
US9500519B2 (en) 2012-12-03 2016-11-22 Yale University Superconducting single photon detector
CN103165811B (zh) 2013-02-25 2016-04-20 苏州大学 一种硅基氮化铌薄膜超导材料及其制作方法
CN103500763B (zh) 2013-10-15 2017-03-15 苏州晶湛半导体有限公司 Ⅲ族氮化物半导体器件及其制造方法
US11183375B2 (en) 2014-03-31 2021-11-23 Applied Materials, Inc. Deposition system with multi-cathode and method of manufacture thereof
JP2016072454A (ja) 2014-09-30 2016-05-09 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
JP6474076B2 (ja) 2015-02-03 2019-02-27 日産自動車株式会社 薄膜製造方法および薄膜製造装置
CN107488828B (zh) * 2016-06-12 2020-01-03 北京北方华创微电子装备有限公司 形成薄膜的方法以及形成氮化铝薄膜的方法
US11459651B2 (en) 2017-02-07 2022-10-04 Applied Materials, Inc. Paste method to reduce defects in dielectric sputtering
EP3942089A4 (en) 2019-03-22 2023-04-19 Applied Materials, Inc. METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING A MULTILAYERY DEVICE WITH A SUPERCONDUCTING FILM

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