KR100761757B1 - 막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

막 형성 방법은 제1 보호막이 형성된 스테이지를 제1 온도로, 샤워헤드를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 유지한 상태에서 스테이지 및 샤워헤드를 포함하는 챔버 내부에 제2 보호막을 형성한다. 챔버 내부에서 웨이퍼 상에 막을 형성한다. 막 형성시 챔버 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거한다. 다수의 웨이퍼에 대해 막 형성 및 반응 부산물 제거를 반복한다.

Description

막 형성 방법{Method of forming a layer}
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예들에 따른 막 형성 방법을 수행하기 위한 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 10은 도 2의 막 형성 방법을 설명하기 위한 막 형성 장치의 스테이지 및 샤워 헤드에 대한 개략적인 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12 내지 도 17은 도 11의 막 형성 방법을 설명하기 위한 막 형성 장치의 스테이지 및 샤워 헤드에 대한 개략적인 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 막 형성 장치 110 : 챔버
120 : 스테이지 130 : 스테이지 히터
140 : 냉각 라인 150 : 샤워 헤드
160 : 반응 가스 공급부 170 : 샤워 헤드 히터
180 : 고주파 전원 190 : 구동부
W, W1, W2 : 웨이퍼
본 발명은 막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 막 형성 방법에 관한 것이다.
최근에는 반도체 장치의 미세화 및 고집적화가 요구되고, 디자인 기준이 특히 엄격해지고 있다. 따라서, 상기 반도체 장치에서 금속막의 확산에 의한 영향이 커지고 있다. 상기 금속막의 확산을 방지하기 위해 티타늄/티타늄 질화막과 같은 금속/금속질화막이 배리어막으로 사용된다.
상기 티타늄/티타늄 질화막은 공정 챔버에서 약 400 내지 700℃의 고온의 증착 공정을 통해 형성된다. 상기 고온의 증착을 수행하기 위해 알루미늄 성분이 포함된 재질의 스테이지 및 니켈 또는 알루미늄 재질의 샤워헤드가 사용된다.
한편, 상기 공정 챔버 내부로 F2, NF3 등의 세정 가스를 제공하여 상기 공정 챔버의 내부 구조물에 누적하여 증착된 Ti 막 또는 TiN 막을 제거한다. 상기와 같은 세정 공정이 상기 공정 온도와 같은 온도에서 진행되는 경우, 상기 스테이지의 재질에 포함된 알루미늄과 상기 세정 가스가 반응하여 AlF3를 형성한다. 상기 AlF3은 상기 스테이지의 표면뿐만 아니라 가스 공급을 위한 샤워 헤드까지 부분적으로 파우더 형태로 형성된다. 또한, 상기 샤워 헤드의 니켈 또는 알루미늄과 상기 세정 가스가 반응하여 NiF2 또는 AlF3를 형성한다. 상기 NiF2 또는 AlF3는 파우더 형태 로 형성된다. 상기 AlF3 및 NiF2는 공정 재현성에 악영향을 미치거나 파티클을 유발한다. 그리고, 상기 AlF3 및 NiF2가 형성되는 과정에서 상기 공정 챔버 내부의 Ti 막 또는 TiN 막이 효과적으로 제거되지 못하는 문제점도 있다.
본 발명의 실시예들은 공정 챔버의 파우더 발생을 방지할 수 있는 막 형성 방법을 제공한다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 막 형성 방법을 제공한다. 상기 막 형성 방법은 제1 보호막이 형성된 스테이지를 제1 온도로, 샤워헤드를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 유지시킨다. 상기 스테이지 및 샤워헤드를 포함하는 챔버 내부에 제2 보호막을 형성한다. 상기 챔버 내부에서 웨이퍼 상에 막을 형성한다. 상기 막 형성시 상기 챔버 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 웨이퍼에 대해 웨이퍼에 대해 상기 막 형성 및 상기 반응 부산물 제거를 반복한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 보호막을 형성하고, 상기 막 형성하며, 상기 반응 부산물을 제거하는 동안 상기 스테이지는 제1 온도로, 상기 샤워헤드는 제2 온도로 각각 유지될 수 있다. 상기 제2 온도는 상기 반응 부산물을 제거하기 위한 가스와 상기 샤워 헤드가 반응하는 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 상기 제1 온도는 400 내지 700℃이고, 상기 제2 온도는 150 내지 300℃일 수 있다. 상기 가스는 NF3 가스 및 F2 가스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 상기 가스를 플라즈마로 형성하고, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반응 부산물의 제거할 수 있다. 또는 상기 가스를 가열하고, 상기 가열된 가스를 이용하여 상기 반응 부산물의 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 보호막은 AlF3막을, 상기 제2 보호막은 티타늄막을 각각 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 막은 티타늄막을 포함하거나, 티타늄 질화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 웨이퍼 상에 하부막을 형성하고, 상기 하부막 상에 상부막을 형성하여 상기 웨이퍼 상에 막을 형성할 수 있다. 상기 하부막은 티타늄막을 포함하고, 상기 상부막은 티타늄 질화막을 포함할 수 있다.
상기 막 형성 방법에서 상기 스테이지에 제1 보호막이 코팅되므로 상기 스테이지의 알루미늄 성분과 상기 플루오르를 포함하는 가스가 반응하지 않는다. 또한, 상기 샤워 헤드가 낮은 온도로 유지되므로 상기 샤워 헤드의 니켈 성분 또는 알루미늄 성분과 상기 플루오르를 포함하는 가스가 반응하지 않는다. 따라서, AlF3 및 NiF2와 같은 파우더 발생을 방지할 수 있다. 그러므로 다수의 다른 웨이퍼에 대한 공정 수행시 상기 파우더에 의한 결함을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 막 형성 방법에 대 해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예들에 따른 막 형성 방법을 수행하기 위한 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 막 형성 장치(100)는 원통형 혹은 박스 형상의 챔버(110)를 갖는다. 챔버(110)의 속에는 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 스테이지(120)가 설치된다. 티타늄/티타늄질화막과 같은 금속/금속질화막 형성 공정은 고온에서 수행되므로, 상기 스테이지(120)는 열전도성이 좋은 알루미늄 성분이 포함된 재질로 형성된다. 일예로, 상기 스테이지(120)의 재질은 Al, AlN 등을 들 수 있다.
상기 스테이지(120) 내부에는 스테이지 히터(130)가 내장된다. 상기 스테이지 히터(130)가 전원(미도시)으로부터 전력 공급됨으로써, 상기 스테이지(120) 상에 놓여지는 상기 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 가열된다.
상기 웨이퍼(W) 상에 티타늄막 막을 및 티타늄질화막을 형성하고, 상기 챔버(110) 내부의 티타늄질화막을 제거하는 동안, 상기 스테이지 히터(130)는 상기 스테이지(120)를 일정한 온도로 유지시킨다. 상기 온도는 약 400 내지 700℃ 사이인 것이 바람직하다.
상기 스테이지(120)의 내부에는 상기 스테이지(120)에 의해 지지되는 웨이퍼(W) 또는 상기 스테이지(120)를 냉각하기 위한 냉각 라인(140)이 구비된다. 상기 냉각 라인(140)은 냉매를 순환시켜 상기 웨이퍼(W) 또는 상기 스테이지(120)를 원하는 온도로 냉각시킨다.
상기 챔버(110)의 상부에는 스테이지(120)에 마주보도록 샤워 헤드(150)가 설치된다. 상기 샤워 헤드(150)의 평면 형상은 원형이다. 상기 샤워 헤드(150)의 재질은 니켈 또는 알루미늄인 것이 바람직하다. 상기 샤워 헤드(15O)는 상단 플레이트(151), 중단 플레이트(152) 및 하단 플레이트(153)를 갖는다.
상기 샤워 헤드(150)에는 제1 가스 도입관(156)과 제2 가스 도입관(157)이 연결된다. 상기 샤워 헤드(150)는 상기 제1 도입관(156)으로부터 공급되는 가스와 상기 제2 도입관(157)으로부터 공급되는 가스가 독립적으로 상기 챔버(110) 내에 공급되는 매트릭스 타입이다. 즉, 상기 제1 도입관(156)으로부터 공급되는 가스와 상기 제2 도입관(157)으로부터 공급되는 가스는 상기 샤워 헤드(150) 내부에서 혼합되지 않은 상태로 별도로 공급된다.
반응 가스 공급부(160)는 세정 가스인 NF3 가스를 공급하는 NF3 가스 공급원(161), 공정 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(162), 캐리어 가스인 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(163), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(164) 및 티타늄질화막의 형성시에 사용하는 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(165)을 갖는다.
상기에서 세정 가스로 NF3가 사용되는 것으로 설명되었지만, 상기 세정 가스 는 플루오르를 포함하는 가스가 사용될 수 있다. 일예로, 상기 세정 가스로는 NF3 가스, F2 가스, C2F6 가스 등을 들 수 있다. 상기 세정 가스는 NF3 가스, F2 가스, C2F6 가스가 단독 혹은 복합하여 사용될 수 있다. 한편, 상기 세정 가스로 클로라이드를 포함하는 가스가 보조적으로 사용될 수 있다. 상기 클로라이드를 포함하는 가스의 예로는 ClF3, Cl2 등을 들 수 있다.
상기 NF3 가스 공급원(161), 상기 TiCl4 가스 공급원(162), 상기 Ar 가스 공급원(163)은 상기 제1 도입관(156)과 연결된다. 또한, H2 가스 공급원(164) 및 NH3 가스 공급원(165)은 상기 제2 도입관(157)과 연결된다. 따라서, 티타늄막을 형성하는 경우 TiCl4 가스와 H2 가스는 가스의 공급 도중에는 혼합되지 않은 상태로 챔버(110) 내로 토출된 후에 혼합된다. 티타늄질화막을 형성하는 경우 TiCl4 가스와 NH3 가스는 가스의 공급 도중에는 혼합되지 않은 상태로 챔버(110) 내로 토출된 후에 혼합된다.
상기에서 캐리어 가스로 Ar이 사용되었지만 N2 또는 He가 사용될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만 각 가스 공급원과 가스 도입관의 사이에는 각각 유량 제어기와 개폐 밸브가 구비되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 가스 도입관으로 공급되는 가스의 종류를 변경할 수 있다.
상기 상단 플레이트(151)의 상면에는 샤워헤드 히터(170)가 배치된다. 상기 샤워 헤드 히터(170)는 전원(172)과 연결된다. 상기 전원(172)에 의해 상기 샤워 헤드(150) 일정한 온도로 가열된다.
상기 웨이퍼(W) 상에 티타늄막 막을 및 티타늄질화막을 형성하고, 상기 챔 버(110) 내부의 티타늄질화막을 제거하는 동안, 상기 샤워헤드 히터(170)는 상기 샤워 헤드(150)가 일정한 온도를 유지시킨다. 상기 온도는 약 150 내지 300℃ 사이인 것이 바람직하다.
또한, 샤워헤드(150)의 상단 플레이트(151)의 상면에는 전력 공급봉(184)이 접속된다. 상기 전력 공급봉(184)에는 정합기(182)를 거쳐 고주파 전원(180)이 연결된다. 그리고, 상기 고주파 전원(180)으로부터 샤워헤드(150)에 고주파 전력이 공급된다.
상기 고주파 전원(180)은 온/오프가 가능하도록 구비된다. 웨이퍼(W)에 티타늄막을 형성하는 경우 상기 고주파 전원(180)이 온 상태가 되어 상기 반응 가스 공급부(160)에서 공급되는 TiCl4 가스 및 H2 가스가 플라즈마 상태가 되도록 한다. 또한, 상기 챔버(110) 내부를 세정하는 경우에도 상기 고주파 전원(180)이 온 상태가 되어 상기 반응 가스 공급부(160)에서 공급되는 NF3 가스가 플라즈마 상태가 되도록 한다
상기에서는 상기 샤워헤드(150)에 연결된 고주파 전원(180)에 의해 상기 가스들이 플라즈마 상태가 되지만, 경우에 따라서는 상기 가스들이 리모트 플라즈마 방식에 의해 플라즈마 상태로 상기 챔버(110)로 공급될 수도 있다.
한편 웨이퍼(W)에 티타늄질화막을 형성하는 경우 상기 반응 가스 공급부(160)로부터 공급되는 TiCl4 및 NH3 가스가 고온에 의해 열분해되므로 상기 고주파 전원(180)이 오프 상태가 된다.
상기 챔버(110)의 바닥부에는 배기관(114)이 연결된다. 상기 배기관(114)에 는 배기 수단(116)이 연결된다. 상기 배기 수단(116)의 작동에 의해 챔버(110) 내부의 미반응 가스 및 반응 부산물이 배기된다. 그리고 상기 배기 수단(116)을 작동시킴으로써 챔버(110)내가 소정의 진공도까지 감압될 수 있다.
구동부(190)는 상기 스테이지(120)를 상승 및 하강시킨다. 따라서 상기 스테이지(120)와 샤워 헤드(150)와의 간격을 조절할 수 있다. 예를 들면, 상기 웨이퍼(W) 상에 티타늄막을 형성하는 경우에는 상기 스테이지(120)와 상기 샤워 헤드(150)의 간격을 상대적으로 좁게 유지시키고, 상기 웨이퍼(W) 상에 티타늄질화막을 형성하는 경우에는 상기 스테이지(120)와 상기 샤워 헤드(150)의 간격을 상대적으로 넓게 유지시킨다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3 내지 도 10은 도 2의 막 형성 방법을 설명하기 위한 막 형성 장치의 스테이지 및 샤워 헤드에 대한 개략적인 단면도들이다. 후술하는 제1 반응 부산물 및 제2 반응 부산물은 챔버의 내부 전체에 형성되지만 상기 도 3 내지 도 9에서는 스테이지 및 샤워 헤드에 대해서만 도시하였다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 스테이지(120)의 표면에는 제1 보호막인 AlF3(310)가 형성된다. 상기 AlF3막(310)은 상기 알루미늄 성분을 포함하는 스테이지(120)를 보호한다. 상기 AlF3막(410)은 화학적으로 안정하므로 상기 챔버(110)의 건식 세정 공정시 세정 가스와 반응하지 않는다. 상기 AlF3막(140)은 상기 세정 가스에 포함된 플루오르와 상기 스테이지(120)의 알루미늄의 접촉을 방지한다. 따라 서, 상기 세정 가스에 의한 상기 스테이지(120)의 식각을 방지하고, 상기 스테이지(120)의 표면에 AlF3 파우더가 발생하는 것을 방지한다.
샤워 헤드 히터(170)는 상기 샤워 헤드(150)를 약 150 내지 300℃의 범위에서 일정한 온도로 가열한다. 보다 바람직하게, 상기 샤워 헤드 히터(170)는 상기 샤워 헤드(150)를 약 180 내지 250℃의 범위에서 일정한 온도로 가열한다. 상기 샤워 헤드(150)의 온도가 약 300℃ 이하의 상대적으로 낮은 온도로 유지되므로, 상기 샤워 헤드(150)의 니켈이나 알루미늄이 상기 세정 가스의 플루오르와 반응하여 NiF2 파우더나 AlF3 파우더를 형성하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 스테이지 히터(130)는 상기 스테이지(120)를 약 400 내지 700℃ 정도의 범위에서 일정한 온도로 가열한다(S110).
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 가스 공급부(160)로부터 제1 티타늄막(420) 증착을 위한 반응 가스, 즉 H2 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스가 일정 유량으로 공급된다. 상기 제1 티타늄막(420)은 플라즈마 강화 화학기상증착 공정에 의해 형성된다. 그러므로 고주파 전원(180)으로부터 상기 샤워 헤드(150)로 고주파 전력이 공급되고, 상기 고주파 전력에 의해 상기 반응 가스를 플라즈마로 형성한다. 따라서 챔버(110)의 내부, 즉, 상기 챔버(110)의 내벽, 상기 스테이지(120)의 표면 및 상기 샤워 헤드(150)의 표면에 제2 보호막인 제1 티타늄막(420)이 형성된다(S120).
상기 제1 티타늄막(420)은 균일한 두께로 형성되어 상기 챔버(110) 내부의 열을 균일하게 복사한다. 또한, 상기 제1 티타늄막(420)은 상기 챔버(110)의 세정 공정 후 상기 챔버(110)에 잔류하는 플루오르를 제거한다. 상기 플루오르가 제거되 면, 웨이퍼 상에 형성되는 티타늄막 및 티타늄 질화막의 비저항 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 티타늄막(420) 형성이 완료되면, 상기 고주파 전원(180)의 전력 공급 및 H2 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스의 공급이 중단된다. 이후, 상기 반응 가스 공급부(160)로부터 세정 가스인 NF3 가스가 상기 공정 챔버(110)로 공급되고, 배출 장치(116)의 작동에 의해 상기 티타늄막 형성 공정의 미반응 가스 및 반응 부산물이 배기구(114)를 통해 배출된다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 챔버(110)의 일측에 구비된 게이트 밸브를 통해 제1 웨이퍼(W1)를 스테이지(120) 상으로 로딩한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 제2 티타늄막(330) 형성을 위해 구동부(190)는 상기 스테이지(120)를 상승 또는 하강시켜 상기 스테이지(120)와 샤워 헤드(150)의 간격이 제1 간격을 갖도록 조절한다. 상기 스테이지 히터(130)는 상기 스테이지(120)의 온도를 상기 제1 티타늄막(320)을 형성할 때의 온도와 동일하게 유지시킨다. 상기 샤워헤드 히터(170)도 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 제1 티타늄막(320)을 형성할 때의 온도와 동일하게 유지시킨다. 이어서, 상기 가스 공급부(160)로부터 제2 티타늄막(330) 증착을 위한 반응 가스, 즉 H2 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스가 일정 유량으로 공급된다. 상기 제2 티타늄막(330)은 플라즈마 강화 화학기상증착 공정에 의해 형성된다. 그러므로 고주파 전원(180)으로부터 상기 샤워 헤드(150)로 고주파 전력이 공급되어 상기 챔버(110) 내에 플라즈마가 생성된다. 따라서 상기 제1 웨이퍼(W1) 상에 제1 부착력을 갖는 제2 티타늄막(330)이 형 성된다(S130).
이때, 상기 챔버(110)의 내부, 즉, 상기 챔버(110)의 내벽, 상기 스테이지(120)의 표면 및 상기 샤워 헤드(150)의 표면에 상기 제2 티타늄막(330)을 포함하는 제1 반응 부산물이 흡착된다. 상기 제1 반응 부산물도 제1 부착력을 갖는다.
상기 제2 티타늄막(330) 형성이 완료되면, 상기 고주파 전원(180)의 전력 공급 및 상기 H2 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스의 공급이 중단된다. 이후, 상기 반응 가스 공급부(160)로부터 세정 가스인 NF3 가스가 상기 공정 챔버(110)로 공급되고, 배출 장치(116)의 작동에 의해 상기 제2 티타늄막(330) 형성 공정의 미반응 가스 및 반응 부산물이 배기구(114)를 통해 배출된다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 공정 챔버(110)의 내부가 세정되면 티타늄질화막(340) 형성을 위해 상기 구동부(190)는 상기 스테이지(120)를 하강시켜 상기 스테이지(120)와 상기 샤워 헤드(150)의 간격이 상기 제1 간격보다 넓은 제2 간격을 갖도록 조절한다. 다음으로, 상기 스테이지 히터(130)는 상기 스테이지(120)의 온도를 상기 제2 티타늄막(330)을 형성할 때의 온도와 동일하게 유지시킨다. 상기 샤워헤드 히터(170)도 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 제2 티타늄막(330)을 형성할 때의 온도와 동일하게 유지시킨다. 이어서, 상기 가스 공급부(160)로부터 티타늄질화막(340) 증착을 위한 반응 가스, 즉 NH3 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스가 일정 유량으로 공급된다. 티타늄질화막(340)은 열 화학기상증착 공정에 의해 형성되므로 샤워헤드(150)로 고주파 전력이 공급되지 않도록 상기 고주파 전원(180)은 오프 상태로 된다. 따라서 제1 웨이퍼(W1)의 제2 티타늄막(330) 상에 상기 제1 부착력보다 약한 제2 부착력을 갖는 티타늄질화막(340)이 형성된다(S140).
이때, 상기 챔버(110)의 내부에 흡착된 제1 반응 부산물 상에 상기 티타늄질화막(340)을 포함하는 제2 반응 부산물이 흡착된다. 상기 제2 반응 부산물은 제2 부착력을 갖는다. 도 7에서는 상기 샤워 헤드(150)에도 상기 제2 반응 부산물이 흡착되는 것으로 도시되었으나, 상기 샤워 헤드(150)의 온도가 약 300℃ 이하로 유지되므로, 상기 샤워 헤드(150)에는 상기 티타늄질화막(340)을 포함하는 제2 반응 부산물이 흡착되지 않을 수 있다.
상기 티타늄질화막(340) 형성이 완료되면, 상기 NH3 가스, TiCl4 가스 및 Ar 가스의 공급이 중단된다. 이후 상기 반응 가스 공급부(160)로부터 세정 가스인 NF3 가스가 상기 공정 챔버(110)로 공급되고, 배출 장치(116)의 작동에 의해 상기 티타늄질화막 형성 공정의 미반응 가스 및 반응 부산물이 배기구(114)를 통해 배출된다.
이어서 도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 게이트 밸브를 개방하여 티타늄막/티타늄질화막 형성 공정이 완료된 상기 제1 웨이퍼(W1)를 챔버(110)의 외부로 언로딩한다.
상기와 같은 상태에서 제2 웨이퍼(W2)에 대한 티타늄막/티타늄질화막 형성 공정을 진행하는 경우, 상기 챔버(110)의 내부에 흡착된 제2 반응 부산물이 약한 부착력으로 인해 상기 챔버(110)의 표면으로부터 떨어지는 리프팅 현상이 발생한다. 리프팅되는 제2 반응 부산물은 상기 제2 웨이퍼(W2)에 대한 티타늄막/티타늄질화막 형성 공정시 파티클로 작용한다. 그러므로 상기 리프팅 현상을 막기 위해 상 기 제2 반응 부산물이 제거되어야 한다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 상기 제1 웨이퍼(W1)가 챔버(110)의 외부로 언로딩된 후, 상기 게이트 밸브는 차단된다. 이때, 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도는 각각 상기 제2 티타늄막(330) 및 티타늄질화막(340) 형성 공정시와 동일한 온도로 유지된다.
상기와 같은 상태에서 상기 제2 반응 부산물을 제거하기 위해 상기 가스 공급부(160)로부터 상기 공정 챔버(110)의 세정을 위한 반응 가스, NF3 가스, F2 가스, Cl2 가스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 가스가 세정 가스로 공급된다.
그리고 상기 고주파 전원(180)으로부터 상기 샤워 헤드(150)로 고주파 전력이 공급되어 상기 공정 챔버(110)로 공급된 가스들을 플라즈마 상태로 형성한다. 경우에 따라서는 상기 고주파 전원(180)이 아닌 리모트 플라즈마 방식에 의해 상기 가스들이 상기 공정 챔버(110)의 외부에서 플라즈마 상태로 형성된 후 상기 공정 챔버(110)로 공급될 수 있다.
한편, 상기 고주파 전원(180)이 오프되어 상기 가스들이 상기 플라즈마 상태가 되지 않을 수도 있다. 이 경우, 상기 가스들은 고온으로 가열되어 상기 챔버(110)로 공급될 수 있다.
이후, 상기 가스들과 상기 제2 반응 부산물의 반응에 의해 상기 공정 챔버(110) 내부의 제2 반응 부산물이 제거된다(S150).
상기 제2 반응 부산물 제거 공정을 진행시, 상기 스테이지(120)는 상기 AlF3 막(310)에 의해 보호된다. 따라서, 상기 세정 가스에 포함된 플루오르와 상기 스테이지(120)의 알루미늄이 반응하여 AlF3 파우더가 발생하는 것을 방지한다. 또한, 상기 샤워 헤드(150)의 온도가 약 300℃ 이하로 유지되므로, 상기 샤워 헤드(150)의 니켈이나 알루미늄이 상기 세정 가스의 플루오르와 반응하여 NiF2 파우더나 AlF3 파우더를 형성하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 제2 반응 부산물 제거 공정을 진행시, 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 변화시킬 필요가 없다. 따라서 상기 제2 티타늄막(330) 및 티타늄질화막(340) 형성 공정 후 상기 제2 반응 부산물 제거 공정이 바로 시작될 수 있다. 그 이유는 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 상기 제2 티타늄막(330) 및 티타늄질화막(340) 형성 공정에서나 상기 제2 반응 부산물 제거 공정에서 일정하게 유지되기 때문이다.
상기 제2 반응 부산물의 제거가 완료되면, 상기 고주파 전원(180)의 전력 공급 및 NF3 가스의 공급이 중지된다.
이후 상기 반응 가스 공급부(160)로부터 세정 가스인 NF3 가스가 상기 공정 챔버(110)로 공급되고, 배출 장치(116)의 작동에 의해 상기 제2 반응 부산물 제거 공정에 따른 미반응 가스 및 반응 부산물이 배기구(114)를 통해 배출된다.
도 2 및 도 10을 참조하면, 이후 제2 웨이퍼(W2)에 대해 상기 공정들이 수행된다(S160). 즉, 상기 제2 웨이퍼(W)가 챔버(110)의 스테이지(120) 상에 로딩되며, 제2 티타늄막(330) 및 티타늄질화막(340) 형성 공정이 수행된다. 상기 제2 웨이퍼(W2)를 챔버(110)의 외부로 언로딩한 후, 상기 챔버(110)의 내부에 흡착된 제2 반응 부산물을 제거한다.
상기 제2 웨이퍼(W2)에 대해서 상기 공정들을 반복하더라도 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 변화시킬 필요가 없다. 따라서 상기 제2 반응 부산물 공정 후 상기 제2 웨이퍼(W2)에 대한 공정들을 바로 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 챔버(110)의 내부에 제2 보호막인 제1 티타늄막(420)을 다시 형성한 후, 상기 제2 웨이퍼(W2)에 대해 상기 공정들을 수행할 수 있다. 왜냐하면, 상기 제1 티타늄막(420)이 상기 제2 반응 부산물을 제거하는 공정 중에 제거되거나, 상기 제2 반응 부산물 제거 공정시 사용된 세정 가스에 포함된 플루오르가 다시 잔류할 수 있기 때문이다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에서는 상기 챔버(110) 내부에 제1 티티늄막(420)이 형성되고, 상기 웨이퍼들(W1, W2) 상에 제2 티타늄 막(430) 및 티타늄 질화막(440)이 형성되는 것으로 설명되었지만, 상기 챔버(110) 내부에 텅스텐막, 탄탈륨막과 같은 금속막이 형성되고, 상기 웨이퍼들(W1, W2) 상에 텅스텐막, 탄탈륨막과 같은 금속막 및 텅스텐질화막, 탄탈륨질화막과 같은 금속질화막이 형성될 수 있다.
상기와 같은 막 형성 공정은 하나의 챔버(110)에서 티타늄막/티타늄질화막을 인시튜로 형성할 수 있다. 또한 상기 챔버(110)의 내부에 흡착된 제2 반응 부산물을 제거하여 리프팅 현상에 따른 파티클 발생을 방지한다. 상기 스테이지에 제1 보호막을 형성하고, 상기 샤웨 헤드의 온도를 낮게 유지하므로 상기 세정 가스로 인 한 파우더 발생을 방지할 수 있다.
그리고 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 각각 일정하게 유지시킨다. 그러므로 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 변화시키는데 소요되는 시간을 절약할 수 있어 상기 막 형성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12 내지 도 17은 도 11의 막 형성 방법을 설명하기 위한 막 형성 장치의 스테이지 및 샤워 헤드에 대한 개략적인 단면도들이다.
도 11 내지 도 17을 참조하면, 막 형성 방법은 제1 보호막인 AlF3막(410)이 코팅된 스테이지(120)를 400 내지 700℃의 제1 온도 및 샤워헤드(150)를 150 내지 300℃의 제2 온도로 유지시킨다(S210). 챔버(110) 내부에 제2 보호막인 제1 티타늄막(420)을 형성한다(S220). 상기 챔버(110) 내부에서 제1 웨이퍼(W1) 상에 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)을 형성한다(S230). 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)의 형성시 상기 챔버(110) 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거한다(S240). 제2 웨이퍼(W2)를 대상으로 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)의 형성 및 상기 반응 부산물의 제거를 수행한다(S250).
상기 스테이지(120)를 상기 제1 온도 및 상기 샤워헤드(150)를 상기 제2 온도로 유지하는 공정(S210), 상기 제1 티타늄막(420)을 형성하는 공정(S220) 및 상기 반응 부산물을 제거하는 공정(S240)에 대한 설명은 도 2 내지 도 10에 도시된 제1 실시예에 따른 상기 스테이지(120)를 상기 제1 온도 및 상기 샤워헤드(150)를 상기 제2 온도로 유지하는 공정(S110), 상기 제1 티타늄막(420)을 형성하는 공정(S120) 및 상기 반응 부산물을 제거하는 공정(S150)에 대한 설명과 각각 실질적으로 동일하다.
또한, 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)을 형성하는 공정(S230)에서, 상기 제2 티타늄막(430)을 형성하는 공정(S230)은 도 2 내지 도 10에 도시된 제1 실시예에 따른 제2 티타늄막(330)의 형성 공정(S130)에 대한 설명과 실질적으로 동일하다. 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)을 형성하는 공정(S230)에서, 상기 티타늄질화막(430)을 형성하는 공정(S230)은 상기 티타늄질화막(430)이 상기 제1 웨이퍼(W1) 상에 형성되는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 10에 도시된 제1 실시예에 따른 티타늄질화막막(430)의 형성 공정(S140)에 대한 설명과 실질적으로 동일하다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에서는 상기 챔버(110) 내부에 제1 티티늄막(420)이 형성되고, 상기 웨이퍼들(W1, W2) 상에 제2 티타늄 막(430) 또는 티타늄 질화막(440)이 형성되는 것으로 설명되었지만, 상기 챔버(110) 내부에 텅스텐막, 탄탈륨막과 같은 금속막이 형성되고, 상기 웨이퍼들(W1, W2) 상에 텅스텐막, 탄탈륨막과 같은 금속막 또는 텅스텐질화막, 탄탈륨질화막과 같은 금속질화막이 형성될 수 있다.
상기와 같은 막 형성 공정은 상기 스테이지에 제1 보호막을 형성하고, 상기 샤웨 헤드의 온도를 낮게 유지하므로 상기 세정 가스로 인한 파우더 발생을 방지할 수 있다. 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)을 형성할 때 상기 챔버(110) 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거하여 리프팅 현상에 따른 파티클 발생을 방지한다. 또한, 상기 제1 티타늄막(420)을 이용하여 세정 후 잔류하는 플루오르는 제거하여 상기 제2 티타늄막(430) 또는 티타늄질화막(430)의 비저항 특성을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 각각 일정하게 유지시킨다. 그러므로 상기 스테이지(120)의 온도 및 상기 샤워 헤드(150)의 온도를 변화시키는데 소요되는 시간을 절약할 수 있어 상기 막 형성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 따르면 스테이지에 보호막들을 형성하고, 샤워 헤드의 온도를 낮게 유지하므로 플루오르를 포함하는 세정 가스로 인해 상기 스테이지 및 상기 샤워 헤드에서의 파우더 발생을 방지할 수 있다. 상기 웨이퍼 상에 티타늄막 및/또는 티타늄질화막을 형성할 때 상기 챔버 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거하여 리프팅 현상에 따른 파티클 발생을 방지한다. 또한, 프리코팅을 위한 티타늄막을 이용하여 세정 후 잔류하는 플루오르는 제거하여 상기 티타늄막 및/또는 티타늄질화막의 비저항 특성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 상기 막 형성 공정의 불량을 방지할 수 있다.
한편, 상기 스테이지의 온도 및 상기 샤워 헤드의 온도를 각각 일정하게 유지시킨다. 그러므로 상기 스테이지의 온도 및 상기 샤워 헤드의 온도를 변화시키는 데 소요되는 시간을 절약할 수 있어 상기 막 형성 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 제1 보호막이 형성된 스테이지를 제1 온도로, 샤워헤드를 제1 온도보다 낮은 제2 온도로 유지시키는 단계;
    상기 스테이지 및 샤워헤드를 포함하는 챔버 내부에 제2 보호막을 형성하는 단계;
    상기 챔버 내부에서 웨이퍼 상에 막을 형성하는 단계; 및
    상기 막 형성시 상기 챔버 내부에 흡착된 반응 부산물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 다수의 웨이퍼에 대해 상기 막 형성 및 상기 반응 부산물 제거를 반복하여 수행하는 단계를 포함하는 막 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 보호막을 형성하고, 상기 막을 형성하며, 상기 반응 부산물을 제거하는 동안 상기 스테이지는 제1 온도로, 상기 샤워헤드는 제2 온도로 각각 유지되는 막 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도는 400 내지 700℃인 막 형성 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 온도는 150 내지 300℃인 막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반응 부산물을 제거하는 단계는,
    NF3 가스 및 F2 가스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 가스에 의해 이루어지는 막 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가스를 플라즈마로 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 반응 부산물의 제거하는 막 형성 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 가스를 가열하는 단계를 더 포함하며, 상기 가열된 가스를 이용하여 상기 반응 부산물의 제거하는 막 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 보호막은 AlF3막을 포함하는 막 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 보호막은 티타늄막을 포함하는 막 형성 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 막은 티타늄막 또는 티타늄 질화막을 포함하는 막 형 성 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 막을 형성하는 단계는,
    상기 웨이퍼 상에 하부막을 형성하는 단계; 및
    상기 하부막 상에 상부막을 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하부막은 티타늄막을 포함하고, 상기 상부막은 티타늄 질화막을 포함하는 막 형성 방법.
KR1020060077748A 2006-08-17 2006-08-17 막 형성 방법 KR100761757B1 (ko)

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