KR910007536B1 - 고온가열 스퍼터링 방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 종래의 가스협조형 스퍼터링장치의 개략도.
제2도는 종래의 가스협조형 스퍼터링 장치의 문제점을 나타내는 그래프.
제3도는 본 발명에 의한 고온 스퍼터링 방법이 수행되는 가스협조형 스퍼터링 장치의 일예를 나타내는 도면.
본 발명은 고온가열 스퍼터링 방법에 관한 것으로 특히, 개선된 특성을 갖는 스퍼터링 중착금속 피막을 제공하는 고온가열 스퍼터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치의 금속배선재는 예를 들어 알루미늄 및 알루미늄 합금 예를 들어 약 1-2% 실리콘을 함유하는 알루미늄 합금으로 제조된다.
최근에 반도체장치 소자들의 집적도와 고밀도화가 발전됨에 따라 그러한 소자들은 점점 더 소형화되었으며, 그에따라 기판내에 형성되는 접촉구멍의 종횡비 즉, 깊이대 폭의 비는 점점 더 커지게 되었다. 그 접촉구멍은 반도체장치의 금속배선 영역내에 계단을 형성하게 되며 또한 그러한 종횡비의 증가로 인해 접촉구멍의 계단피복이 어려워지게 되었다.
일반적으로, 스퍼터링 방법을 사용하여 타게트로부터 스퍼터하여 알루미늄과 알루미늄 합금을 금속 배선재로서 기판상에 증착시키며 또한 계단피복을 개선하기 위해 고온가열 스퍼터링 방법을 개발하여 사용되고 있는데 이 방법은 기판 예를 들어 실리콘 웨이퍼가 예를 들어 500-600℃의 고온으로 유지되는 동안 스퍼터링을 수행한다. 이 고온가열 스퍼터링 방법에서는 기판을 증착된 금속의 용융점 예를 들어 알루미늄의 경우에 400-500℃에 근사한 온도로 가열하여, 알루미늄을 가판상에 스퍼터하여 증착시키고, 증착된 알루미늄을 웨이퍼상에서 이동시켜서 더 많은 양의 금속이 접촉 구멍내에 증착되도록 함으로서 계단피복을 개선한다.
그 고온가열 스퍼터링 방법에서는 기판, 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 온도가 효과적으로 수행되어야만 되므로 결국 가스협조형 스퍼터링 장치가 개발되었다.
제1도는 종래의 가스협조형 스퍼터링 장치의 개략도이다.
제1도에 보인 가스협조형 스퍼터링 장치를 사용하는 종래의 고온가열 스퍼터링 방법에서는 기판 10, 예를 들어 실리콘 웨이퍼를 배기가스 제어발브 8을 갖는 진공실 1내의 기판 지지체 17을 갖는 기판홀더 9상에 배치한다.
그 다음 기판10을 가열시키기 위한 아르곤(Ar)가스를 카트리지히터 3에 연결된 히터 제어기 11에 의해 기판 10의 온도를 제어하는 동안 가스유량 제어기 7a와 니들발브 7b을 갖는 가스 공급수단 4a를 통해 공급하고, 공급된 아르곤 가스를 D.C. 전원 14에 연결된 전기 방전수단 6에 의해 이온화시켜 그 이온을 타게트 5와 충돌하게 하여 타게트 물질 예를 들어 알루미늄이 기판 10상에 스퍼터되어 증착되도록 한다. 제1도에서 12, 13, 14, 15 및 16은 타게트 고정홀더, 타게트 지지냉각판, 영구자석 및 회전부를 각각 나타낸다.
제1도에 보인 스퍼터링에서 가스협조형 가열방법은 스퍼터링에 있어 공지된 적외선 가열방법보다 우수하다. 즉, 적외선 방법에서는 가열효과 즉, 적외선 흡수율이 웨이퍼의 비저항과 웨이퍼상의 증착종류에 따라 다르므로 온도를 제어하기가 어렵다. 그러한 문제점들이 가스협조형 스퍼터링 방법에서는 발생하지 않는다.
그럼에도 불구하고, 가스협조형 스퍼터링 장치를 사용하는 고온 스퍼터링 공정에서는 웨이퍼의 온도가 웨이퍼상에 결국 증착될 스퍼터되는 타게트 물질의 운동에너지에 의해 종종 변화된다. 즉, 실험결과에 의하면, 웨이퍼의 온도가 제2도에 보인 바와 같이 스퍼터링 공정의 시작시의 온도에 비해 스퍼터링 공정을 행하는 동안 100-150℃까지 상승됨을 나타냈다. 이러한 온도의 상승으로 인해 증착물질 피막의 특성들이 변화된다.
예를 들어, 피막의 표면이 평탄치 못하게 되거나 또는 횐색 또는 희미한 색을 띄게 되며 증착된 피막이 피막두께의 방향에서 균일하지 못하다.
따라서, 타게트 물질이 증착될 기판의 온도를 제어하기 위해 히터블록 2의 온도를 제어해야 되지만 제어응답시간이 느리므로 제1도에 보인 가스협조형 스퍼터링 장치에서는 공급되는 가스양을 변화시켜 제어응답 시간을 개선하도록 한다. 그럼에도 불구하고, 온도를 급속히 변동시키기 위해서는 공급되는 가스양을 급속히 변동시켜야 한다.
그 결과로서 진공실의 내압이 변동되므로 결국 스퍼터링 조건이 변동된다.
본 발명의 목적은 웨이퍼의 온도를 요구되는 범위내에 유지시켜 주므로서 증착되는 피막의 특성들을 개선할 수 있는 고온가열 스퍼터링 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면, 진공실(1) 내에 반도체 기판(10)에 대향하여 배선재의 타게트(5)와 반도체기판(10)을 위치시키는 단계와, 제1가스 공급수단(4a)을 통해 가열된 가스를 공급하여 반도체기판(10)을 가열함과 동시에 전기방전을 사용하여 가열된 가스이온들을 전기방전을 시킨다음 상기 가열된 가스이온들을 타게트(5)의 표면과 충돌하도록 해주는 단계와, 스퍼터링 공정에 의해 타게트(5)의 표면으로부터의 타게트 물질을 반도체기판(10)의 표면상에 증착시키는 단계를 포함하며, 여기서, 진공실(1)에 공급되는 가열된 가스의 양은 반도체기판(10)의 온도가 상승함에 따라 감소되며, 그와 동시에 상기 공급가스가 감소되기 전에 사실상 동일온도에서 가열되는 공급가스가 감소되는 동일양을 2차가스 공급수단(4b)을 통해 진공실(1)내에 공급함으로서 반도체기판의 온도를 일정값으로 유지시키는 한편 진공실(1)의 내압을 일정한 값으로 유지시킬 수 있는 고온가열 스퍼터링 방법이 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도는 본 발명에 의한 고온 스퍼터링 방법을 수행하는 가스협조형 스퍼터링 장치의 일예를 나타낸다.
제3도에 보인 바와 같이, 본 발명에 의한 장치는 종래의 장치에 제공된 소자들 이외에도 적외선 온도계 20과, 투명창 21과, 유량제어기 19 및 니들발브 19b를 갖는 제2가스 공급수단 4b, 그리고 이온화 진공지시기 18을 갖고 있다.
제2가스 공급수단 4b는 동일가스 예를 들어 Ar을 진공실 1로 공급한다. 이 공급가스의 양은 유량제어기 19a에 의해 제어된다. 이온화 진공지시기 18은 진공실 1의 내압을 검출하는 압력검출기이다.
기판 10 예를 들어 실리콘 웨이펴는 기판홀더 9상에 놓인다음 기판 지지체 17에 의해 그위에 지지된다.
아르곤(Ar) 가스는 제1가스 공급수단 4a에 의해 카트리지 히터 3에 의해 약 600℃의 온도로 가열되는 블록히터 2의 구멍내로 공급되므로, 결국 기판 10은 가열된 Ar 가스에 의해 약 465℃의 온도로 가열된다.
Ar 가스가 공급되지 않을 때 기판은 380℃까지만 가열됨을 주지한다. 기판을 약 465℃로 가열한 후, Ar가스는 기판 10의 온도를 제어하는 동안 전기방전 수단 6에 의해 이온화 된다. 이온화된 Ar 이온들은 AL-Si[1wt%]의 타게트 5와 충돌하게 되어 타게트 물질[Al-Si]이 스퍼터되어 기판 10상에 증착된다.
1μm두께를 갖는 증착피막이 75초 동안 기판상에 증착되었을 때 운동에너지를 갖는 Al 및 Si의 스퍼터입자들은 기판 10의 표면과 충돌하기 때문에 기판 10의 온도는 약 70℃ 상승되며, 이 상승은 적외선 온도계 20에 의해 검출된다. 그러므로 기판상의 타게트 물질의 증착이 시작되는 시점까지 17.5sccm Ar 가스는 히터블록 2를 통해 진공실 1내로 공급된다음 Ar 가스유량은 17.5/75(sccm/초)의 속도로 감소된다. 동시에 다른 가스공급시스템 예를 들어 제2가스 공급수단 4b에서 Ar 가스 유속은 17.5/75(sccm/초)의 속도로 증가되어 진공도는 5mm Torr에 유지되며, 이 압력은 전기방전 진공지시기 18에 의해 검출된다.
따라서, 기판 예를 들어 실리콘 웨이퍼의 온도변동은 ±10℃의 바람직한 범위내에 유지될 수 있으므로 결국 피막두께 방향으로 균일한 특성을 갖는 알루미늄 피막이 얻어질 수 있다.
Claims (8)
- 진공실(1)내에 반도체 기판(10)과 대향하여 배선재의 타게트(5)와 반도체 기판(10)을 위치시키는 단계와, 제1가스 공급수단(4a)을 통해 가열된 가스를 공급하여 반도체기관(10)을 가열함과 동시에 전기방전을 사용하여 가열된 가스이온들을 전기방전시킨 다음 가열된 가스이온들이 타게트(5)의 표면과 충돌되도록 하는 단계와, 스퍼터링공정에 의해 타게트(5)의 표면으로부터의 타게트 물질을 반도체 기판(10)의 표면상에 증착시키는 단계를 포함하며, 여기서, 진공실(1)에 공급되는 가열된 가스의 양은 반도체 기판(10)의 온도상승에 따라 감소되며 또한 그와 동시에 상기 공급가스가 감소되기 전에 사실상 동일온도로 가열되는 공급가스가 감소되는 동일양을 제2가스 공급수단(4b)을 통해 진공실(1)로 공급하여 반도체기판의 온도가 일정값에 유지되고 또한 진공실(1)의 내압 또한 일정값에 유지되도록 할 수 있는 것이 특징인 고온 가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 기판(10)은 실리콘 웨이퍼인 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 타게트 물질은 알루미늄 및 알루미늄 합금중 하나인 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 제1가스 공급수단(4a)을 통해 공급되는 상기 가스는 아르곤 가스인 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 제1가스 공급수단(4b)을 통해 공급되는 상기 가스는 아르곤 가스인 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 기판(10)의 온도는 적외선(I.R.) 온도계에 의해 검출되는 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 진공실의 내압은 전기방전 진공지시기(18)에 의해 검출되는 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
- 제1항에서, 상기 제1가스 공급수단(4a)을 통해 공급되는 가스의 유량은 17.5/75(SCCM/초)로 감소되고 또한 그와 동시에 상기 제2가스 공급수단(4b)을 통해 공급되는 가스의 유량은 17.5/75(SCCM/초)로 증가되는 것이 특징인 고온가열 스퍼터링 방법.
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