KR100505621B1 - 블랑켓 텅스텐 증착방법 - Google Patents

블랑켓 텅스텐 증착방법 Download PDF

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Abstract

블랑켓 텅스턴 증착방법에 관해 개시된다. 개시된 증착방법은: 패디스틀에 웨이퍼를 장착하는 단계; 샤워헤드로부터 SiH4를 포함하는 반응가스를 공급하여 상기 웨이퍼의 표면에 Si 보호막을 형성하는 제1단계; 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 샤워헤드로부터 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면에 종자층을 형성하는 제2단계; 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 샤워헤드로부터 Ar, H2가스를 포함하는 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면의 종자층위에 블랑켓 텅스텐을 성장시키는 제3단계를; 포함한다. 따라서, 종자층 형성시, 배면가스가 공급에 의해 웨이퍼의 저면의 압력이 증가하기 때문에 이온이 웨이퍼의 저면으로 침투하지 못한다. 또한, 종자층 형성 및 텅스텐의 성장 단계시 WF6와 SiH4가 페디스틀로부터 공급된 후, 샤워헤드로부터 공급된 반응가스와 샤워헤드와 페디스틀 사이의 반응 공간에서 혼합되기 때문에 반응가스가 균일하게 혼합되어 블랑켓 텅스텐을 매우 고른 두께로 형성할 수 있다.

Description

블랑켓 텅스텐 증착방법
본 발명은 수직형 증착장치의 페디스틀(Pedestal)에 관한 것으로서, 상세히는 후방 가스 배출부의 구조가 개선된 수직형 증착장치의 페디스틀에 관한 것이다.
반도체장치가 하프미크론단위로 고집적화됨에 따라 높은 에스팩트 비(aspect ratio)에 대응하는 배선기술이 요구된다. 이러한 배선기술에는 일반적으로 단차 피복성(段差被覆性)이 우수한 CVD(Chemical Vapor Deposition)가 적용된다.
수직형 CVD 장치에 의한 소위 브랭킷 텅스텐 증착(Blanket W Deposition)은 WF6와 SiH4의 환원을 이용하여 종자층(seed layer)인 W(텅스텐)의 핵을 형성한 후, H환원에 의해 W을 성장시키는 열적 CVD 방법이 적용된다. 텅스텐에 의한 콘택트 형성에 있어서의 문제가 되는 접합리이크(leak)는 핵 형성 시 프로세스 조건에 크게 좌우된다. 특히 텅스텐 성장 시 웨이퍼의 기판의 온도 및 가스의 분포는 텅스텐층의 평탄도를 좌우하며, 특히 웨이퍼 에지 부분에 대한 텅스텐의 품위를 좌우한다.
도 1은 하나의 챔버 내에 다수의 패디스틀이 마련된 수직형 CVD 장치의 개략적 구성을 보인 사시도이며, 도 2는 상기 패디스틀의 배치구조를 보인 평면도이며, 도 3은 패디스틀의 측면 구조를 개략적으로 보인 발췌 측면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 챔버(1)의 상하에 상판(2)과 하판(3)이 마련되고, 하판(3) 상에는 복수의 페디스틀(5)이 등각도 간격으로 배치되어 있다. 그리고 각 패디스틀(6)의 상부에는 반응가스를 공급하는 샤워 헤드(4)가 일정 간격을 두고 설치된다.
도 3a를 참조하면, 패디스틀(5)의 상면에 일측에 평탄한 원형의 그루브(5a)가 형성되어 있고, 그루브(5a)의 바닥에는 일정한 간격으로 가스유출공(5b)이 형성되어 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 패디스틀(5)의 상면에 웨이퍼(W)가 장착되는데, 이때에 상기 웨이퍼(W)의 가장자리는 상기 그루브(5a)의 중간 부분에 걸쳐 있는 상태에서 그루브(5)의 내측 가장자리로부터 일정한 거리(t1)를 두고 떨어져 있다. 이때에 상기 패디스틀(5)의 중앙 부분과 그 가장자리 부분이 같은 높이를 유지한다.
종래의 블랑켓 텅스텐 증착방법은 3단계의 과정을 가진다.
제1단계는 Ar, H2, SiH2 를 샤워헤드로부터 공급하여, 웨이퍼의 표면에 후속되는 단계에서의 일어나는 F기의 충격으로부터 보호하기 위한 Si보호막 형성단계이며, 제2단계에는 Ar, H2, SiH4, WF4를 공급하여 상기 Si보호막위에 텅스텐 종자층을 형성하는 단계이며, 그리고, 제3단계는 Ar, H2, WF6를 공급하여 상기 종자층 위에 텅스텐막을 성장시킨다.
이상과 같은 과정에서, 제1, 제2단계에서는 페디스틀로부터 배면가스가 공급되지 않고, 제3단계에서는 배면가스가 공급된다. 이때에 제3단계에서는 샤워헤드로부터 Ar, H2가스가 공급되고, 페디스틀로 부터는 Ar, H2, WF6 가 공급된다.
이상과 같은 종래의 방법에 의하면, 상기 배면가스가 종자층이 형성되는 제2단계에서 공급되지 않기 때문에, 종자층 형성시, 샤워헤드와 페디스틀 사이의 공간에서 형성된 이온이 웨이퍼의 배면 가장자리 부분에 까지 침투하여 웨이퍼의 배면가장자리에 텅스텐막이 형성될 가능성이 높다. 이러한 웨이퍼 배면에의 텅스텐막의 형성은 배면가스의 공급에 의해 웨이퍼의 배면으로의 이온침투를 방지가 이루어지지 않기 때문이다. 이러한 웨이퍼의 배면에 대한 텅스텐막의 형성은 후속되는 공정에서 치명적인 파티클로서 존재하고, 특히 습식 에칭액을 오염시키는 주원인이 된다. 또한, 소위 MOER(Minimum Overlapped Exclusion Ring)이 웨이퍼의 상면 가장자리의 부분을 커버하도록 설치되어 이에 커버된 부분에는 텅스텐막이 형성되지 않도록 하는 공정의 경우, MOER에 의한 배타적 영역의 폭 조절이 어렵다. 이것도 역시 이온이 MOER와 웨이퍼 상면 가장자리와의 사이로 침투하기 때문이다.
본 발명은 웨이퍼의 배면에 대한 증착을 효과적으로 방지함과 아울러 웨이퍼 전면에 대한 증착이 골고루 유도되게 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법을 제공함에 제1의 목적이 있다.
또한 본 발명은 MOER을 적용할 때에 배타적 영역의 용이한 조절이 가능한 블랑켓 텅스텐 증착방법을 제공함에 제2의 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 전면을 향하여 반응가스를 공급하는 샤워헤드와 샤워헤드에 일정간격을 유지하는 것으로 상기 웨이퍼의 저면으로부터 반응가스를 공급하는 패디스틀을 구비한 수직형 증착장치를 이용하여 웨이퍼에 블랑켓 텅스텐을 증착하는 방법에 있어서,
상기 패디스틀에 웨이퍼를 장착하는 단계;
상기 샤워헤드로부터 SiH4를 포함하는 반응가스를 공급하여 상기 웨이퍼의 표면에 Si 보호막을 형성하는 제1단계;
상기 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드로부터 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면에 종자층을 형성하는 제2단계;
상기 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드로부터 Ar, H2가스를 포함하는 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면의 종자층위에 블랑켓 텅스텐을 성장시키는 제3단계를 포함하는 블랑켓 텅스텐 증착방법이 제공된다.
상기 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법에 있어서, 상기 제1단계에서 상기 반응가스는 Ar, H2, SiH4를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 제2단계에서, 상기 샤워헤드로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 페디스틀로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2, SiH4, WF6를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3단계에서, 상기 샤워헤드로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 페디스틀로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2, WF6 를 함유하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 6내지 도 7은 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착 방법에 따른 공정도이며, 도 8은 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법의 공정순서도이다.
본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법은, 반응 챔버 내에 웨이퍼가 장착되며 배면가스를 공급하는 패디스틀, 상기 패디스틀의 상방에 일정거리를 두고 설치되는 되는 샤워헤드를 구비하는 수직형 증착장치가 적용되고, 반응가스 공급조건 외에 기존의 조건을 따르므로 이에 대해서는 설명되지 않는다.
도 4를 참조하면, 패디스틀(30)에 웨이퍼를 장착한 상태에서, 샤워헤드(40)로부터 SiH4를 포함하는 반응가스(전면가스)를 공급하여 상기 웨이퍼의 표면에 Si 보호막(W1)을 형성한다. 이때에 반응가스에는 Ar, H2, SiH4가 포함되어 있다. 상기 Si 보호막은 후속되는 종자층 형성시 F 기에 의한 충격으로부터 웨이퍼를 보호하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 페디스틀(30)로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드(40)로부터 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면에 종자층(W2)을 형성한다. 이 단계에서, 상기 샤워헤드(40)로 부터는 Ar과 H2만이 공급되고, 그리고, 페디스틀(30)로부터 공급되는 반응가스(배면가스)는 종자층을 형성하는 텅스텐을 공급하는 WF6 와 이와 환원 반응을 일으키는 SiH4가 공급되고, 그리고, Ar과 H2도 같이 공급된다.
도 6을 참조하면, 상기 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 배면가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드로부터 전면가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면에 종자층을 형성한다. 이 단계에서, 상기 샤워헤드로 부터는 Ar과 H2만이 공급되고, 그리고, 페디스틀로 부터는 종자층을 형성하는 텅스텐을 공급하는 WF6 그리고, Ar과 H2가 공급된다.
이상과 같은 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법은 종자층을 형성하는 단계에서, 페디스틀로부터 배면가스를 공급하고, 특히 WF6와 SiH4가 패디스틀로부터 공급한다. 또한 텅스텐을 성장할시 에도 역시, 페디스틀로부터 배면가스를 공급하고, 특히 WF6를 패디스틀로부터 공급한다. 따라서, 배면가스는 보호층을 형성하는 첫 번째 성막단계에서만 공급이 안된다.
이러한 본 발명의 증착방법에 따르면, 웨이퍼 저면 가장자리에 대한 텅스텐의 증착이 효과적으로 방지됨과 아울러 도 7에 도시된 바와 같이 MOER(50)를 사용할 시 요구되는 배타적 영역(Wx)에 대한 텅스텐을 증착을 방지하고, 이 가운데 부분의 실효영역(Wy)에만 블랑켓 텅스텐(W3)을 증착한다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따르면, 웨이퍼 저면 가장자리 부분에 대한 텅스텐의 증착이 효과적으로 방지된다. 즉, 종자층 형성시, 배면가스가 공급되어 웨이퍼의 저면의 압력이 증가하기 때문에 페디스틀과 샤워헤드 사이의 공간에서 발생된 이온이 웨이퍼의 저면으로 침투하지 못하고, 따라서, 웨이퍼 저면으로 침투되지 못한다. 이와같은 웨이퍼 배면에 대한 텅스텐막의 형성저지로 인해 텅스텐막에 의한 파티클의 발생을 억제하고, 특히, 후속되는 공정 중 습식 에칭액 등에 대한 오염을 억제한다. 그리고, 종자층 형성 및 텅스텐의 성장 단계시 WF6와 SiH4가 페디스틀로부터 공급된 후, 샤워헤드로부터 공급된 반응가스와 샤워헤드와 페디스틀 사이의 반응 공간에서 혼합되기 때문에 반응가스가 균일하게 혼합되어 블랑켓 텅스텐을 매우 고른 두께로 형성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 수직형 증착장치의 발췌 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수직형 증착장치 내에 마련된 패디스틀의 배치 구조를 보인 개략적 평면도이다.
도 3a는 수직형 증착장치에 적용되는 종래 패디스틀의 일례를 도시한 평면도이며,
도 3b는 도 3에 도시된 종래 패디스틀의 한 예의 개략적 측면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법에 따른 실시예의 공정도이며,
도 7은 본 발명의 텅스텐 증착방법에 따른 다른 실시예에 있어서의 웨이퍼 장착 상태를 보인 측면도이며,
도 8은 본 발명의 블랑켓 텅스텐 증착방법에 따른 실시예의 공정 순서도이다.

Claims (6)

  1. 웨이퍼의 전면을 향하여 반응가스를 공급하는 샤워헤드와 샤워헤드에 일정간격을 유지하는 것으로 상기 웨이퍼의 저면으로부터 반응가스를 공급하는 패디스틀을 구비한 수직형 증착장치를 이용하여 웨이퍼에 블랑켓 텅스텐을 증착하는 방법에 있어서,
    상기 패디스틀에 웨이퍼를 장착하는 단계;
    상기 샤워헤드로부터 SiH4를 포함하는 반응가스를 공급하여 상기 웨이퍼의 표면에 Si 보호막을 형성하는 제1단계;
    상기 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드로부터 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면에 종자층을 형성하는 제2단계;
    상기 페디스틀로부터 WF6를 포함하는 반응가스를 웨이퍼 배면으로부터 공급하면서, 상기 샤워헤드로부터 Ar, H2가스를 포함하는 반응가스를 상기 웨이퍼 전면측으로 공급하여 상기 웨이퍼 표면의 종자층위에 블랑켓 텅스텐을 성장시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 반응가스는 Ar, H2, SiH4를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 턴스텐 증착방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 샤워헤드로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 페디스틀로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2, SiH4, WF6를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 샤워헤드로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 페디스틀로부터 공급되는 반응가스는 Ar, H2, WF6 를 함유하는 것을 특징으로 하는 블랑켓 텅스텐 증착방법.
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