KR20170116587A - Dc 마그네트론 스퍼터링 - Google Patents

Abstract

기판 상에 막을 증착하기 위한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치로서,
챔버;
상기 챔버 내에 위치하는 기판 지지부;
DC 마그네트론; 및
사용에 있어, 상기 기판 지지부 상에 위치하는 기판에 충격을 가하기 위한 이온들을 발생시키는, 전기적 바이어스 신호를 공급하기 위한 전기 신호 공급 장치를 포함하고,
상기 기판 지지부는 가장자리 영역에 의해 둘러싸이는 중앙 영역을 포함하고, 상기 중앙 영역은 상기 가장자리 영역에 대하여 상승해 있는, DC 마그네트론 스퍼터링 장치.

Description

DC 마그네트론 스퍼터링 {DC Magnetron Sputtering}

본 발명은 기판 상에 막을 증착하기 위한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 기판 상에 막을 증착하는 관련된 방법에 관한 것이다.

많은 MEMS(micro electro mechanical systems) 소자들이 현재 소자 제어 요소로 알루미늄 스칸듐 질화물(AlScN)과 같은 이종금속 질화물 및 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 압전 재료를 이용한다. 많은 소자들에 있어서, 증착된 압전 박막의 스트레스 상태는 소자의 특성 및 유용성에 직접적인 영향을 미친다. 멤브레인 및 캔틸레버와 같은 소자들은, 증착된 압전 박막의 스트레스 상태가 극도로 중요한 소자의 예들이다. 일부 소자들은 적절한 압축 스트레스를 갖는 막들에 적합한 반면 다른 소자들은 적절한 인장 스트레스를 갖는 막들에 적합하다. 많은 소자들은 스트레스에 있어, 그것이 사실상 압축이든 인장이든 간에 단지 작은 변화가 있을 것을 요구한다.

높은 방향성을 갖는 (002) 알루미늄 질화물 그레인들은 많은 MEMS 소자들의 적절한 기능에 매우 중요하다. 양호한 그레인 텍스처를 얻기 위해서는, 높은 진공 증착 환경 및 높은 웨이퍼 온도를 이용하는 것이 중요하다. (200mm 웨이퍼에 대하여 5kW보다 큰) 높은 타겟 파워는 알루미늄 질화물의 응결의 발열 엔탈피에 기인하여 상승된 온도를 가져온다. 이상적으로, 증착된 막의 스트레스 상태는 0에 가까운 값을 가지고 웨이퍼 전체적으로 완전히 균일할 것이다. 이것은 고수율 소자 제조에 적합한 균일한 소자 특성을 가져올 것이다. 그러나, 막 두께, 이온 충격 및 온도와 같은 인자들의 변화에 기인하여 이 이상적인 상태는 얻어지지 않는다. 일반적으로, 400℃ 또는 그 이상의 상대적으로 높은 웨이퍼 온도는 양호한 텍스처를 갖는 알루미늄 질화물 결정을 형성하는데 필수적이지만, 이러한 높은 온도는 막이 인장 상태로 형성되는 것을 야기한다. 본질적으로 순수하게 열적인 알루미늄 질화물 증착은 증착된 막 전체적으로 상대적으로 균일한 스트레스 분포를 갖는다. 그러나, 상기 막은 높은 인장 스트레스 상태로 증착된다. 이 균일도는 증착동안 매우 균일한 웨이퍼 온도에 기인하며 이는 결국 증착동안 웨이퍼 표면 상에 플라즈마 종의 부드럽고, 균일한 응결에 기인하여 얻어진다. 그러나, 웨이퍼가 냉각하고 이완됨에 따라 수축에 의해 야기되는 막의 크래킹은 중요한 문제이다. 스트레스는 막의 크래킹에 기인하여 웨이퍼의 중앙에서 붕괴된다. 도 1은 웨이퍼를 가로지르는 반지름 방향 위치에 따른 열적으로 증착된 알루미늄 질화막의 스트레스값을 나타낸다. 막의 전반적인 스트레스 상태는 매우 인장 상태인 것이 보여질 수 있다. 또한 막 전체적으로 스트레스값에 있어 약 100MPa의 변화가 있는 것이 보여질 수 있다.

만약 알루미늄 질화막이 DC 바이어스를 유도하도록 웨이퍼에 인가되는 RF 파워를 갖는 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착된다면, 증착된 막에 상이한 스트레스 특성이 관찰된다. 도 2는 DC 바이어스를 유도하기 위해 인가된 RF 파워를 갖는 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 증착된 알루미늄 질화막에 대한 반지름방향 위치에 따른 스트레스를 나타낸다. 평균 스트레스값이 도 1에 비하여 실질적으로 감소된 것이 보여질 수 있다. 도 2에 도시된 스트레스 프로파일에 있어서, 평균 스트레스는 약 50MPa이고 최대 스트레스값은 약 250MPa이다. 도 2에서의 스트레스 프로파일은 도 2에서 관찰되는 500MPa의 변화를 가져, 거의 도 1의 스트레스 프로파일보다 현저히 덜 균일하다. 따라서, 웨이퍼 전체적으로 스트레스 변화는 막의 평균 스트레스의 거의 10배이다. 이 결과들은 쉽게 설명될 수 있다. 인가된 RF 파워는 DC 바이어스와 웨이퍼 표면에 관련 전기장을 유도한다. 이는 플라즈마로부터 웨이퍼 표면 상으로 이온 충격을 증가시킨다. 이온 충격은 보다 압축 스트레스 상태를 생성하도록 증착된 막을 치밀하게 한다. 낮은 인장 스트레스를 갖는 알루미늄 질화막이 많은 MEMS 소자에서 사용을 위해 바람직할 수 있다. 많은 응용에 대하여 -50 내지 +50MPa 범위의 스트레스값이 바람직하지만, 막 전체적으로 높은 정도의 스트레스 비균일도는 바람직하지 않다. 스트레스 비균일도는 스퍼터링 시스템에서 마그네트론의 일반적인 설계에 기인하며, 이는 웨이퍼 상에 균일한 증착 두께를 얻도록 구성된다. 이는 타겟의 중앙에서보다 타겟의 가장자리에서 타겟의 더 많은 부식으로 이어진다. 이는 결국 타겟의 중앙과 관련된 "마이너" 부식 영역과 타겟의 가장자리에 관련된 "메이저" 부식 영역을 가져온다. 이 구성이 균일한 막 두께를 유지하는데 이상적이긴 하지만, 본 발명자들은 이것은 평균 스트레스를 제어하기 위하여 인가된 RF 파워를 이용할 때 문제점을 갖는 것을 인식하였다. 타겟의 가장자리에서 메이저 부식 영역의 위치는 중앙에 비교하여 타겟의 가장자리에서 훨씬 큰 정도의 이온화를 가져온다. 그러면 웨이퍼 표면에서 전기장은 중앙에 비하여 가장자리에서 훨씬 큰 양의 이온 충격을 생성하고, 이는 막의 더 인장 상태의 중앙 및 더 압축 상태의 가장자리를 가져온다. 주어진 타겟 크기에 대하여, 증가된 웨이퍼 사이즈는 메이저 부식 영역의 큰 영향에 기인하여 웨이퍼의 중앙과 가장자리에서 스트레스 간에 더 큰 차이를 가져올 것이다.

근본적으로 강한 인장 상태가 아니지만, 도 2에 도시된 결과를 생성하는데 사용되는 방법과 같이 DC 바이어스를 갖는 마그네트론 스퍼터링을 이용한 종래 기술의 방법들과 비교하여 웨이퍼 전체적으로 감소된 스트레스 변화를 갖는 알루미늄 질화막들을 증착하는 방식을 제공하는 것이 매우 바람직할 것이다.

본 발명은, 실시예들의 적어도 일부에서, 이러한 문제점들 및 요구들을 다룬다. 본 발명은 알루미늄 질화막의 증착에 특히 적용되지만, 다른 물질들의 증착에도 적용가능하다.

본 발명의 제1 양태에 따르면 기판 상에 막을 증착하기 위한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치가 제공되는데, 상기 장치는:

챔버;

상기 챔버 내에 배치되는 기판 지지부;

DC 마그네트론; 및

사용시 이온들이 상기 기판 지지부 상에 배치되는 기판에 충격을 가하기 위한 이온들을 발생시키는 전기적 바이어스 신호를 공급하기 위한 전기 신호 공급 장치를 포함하고,

상기 기판 지지부는 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 중앙 영역은 상기 가장자리 영역에 대하여 상승해 있다.

사용에 있어서, 평면형 기판이 상기 기판 지지부의 중앙 영역 상에 배치될 수 있어, 상기 기판의 일부분이 상기 가장자리 영역과 중첩된다. 그러면, 상기 가장자리 영역과 중첩되는 상기 기판의 일부분은 상기 가장자리 영역으로부터 이격된다. 놀랍게도, 이러한 구성이 증착된 막의 전체적인 스트레스 균일도에 있어 실질적인 향상을 제공할 수 있다는 것이 확인되었다. 추가의 장점은 증착된 막의 평균 스트레스가 상대적으로 낮을 수 있다는 것이다. 이것은 증착된 막을 MEMS에서와 같은 다양한 실용적인 응용에 적합하게 만들어준다.

상기 기판 지지부는 상기 가장자리 영역으로부터 상기 중앙 영역으로 이어지는 단차를 포함할 수 있다. 상기 단차는 0.1 내지 1.0mm 범위의 높이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 단차는 0.2 내지 0.5mm 범위의 높이를 갖는다.

상기 중앙 영역은 실질적으로 평면형 플래토우 영역을 정의할 수 있다.

상기 전기 신호 공급 장치는 RF 바이어스 신호를 공급할 수 있다.

상기 전기적 바이어스 신호는 상기 기판에 충격을 가하기 위한 이온들을 발생시키도록 유도되는 DC 바이어스를 발생시킬 수 있다.

전형적으로, 상기 전기적 바이어스 신호는 기판 지지부에 공급된다.

상기 DC 마그네트론은 펄스 DC 마그네트론일 수 있다. 대안적으로, 상기 DC 마그네트론은 비-펄스 DC 마그네트론일 수 있다.

일반적으로, 상기 DC 마그네트론은 타겟을 포함한다. 상기 타겟은 막 형성 공정의 일부로서 타겟으로부터 스퍼터될 수 있는 적절한 재질이다.

상기 DC 마그네트론은 BM(balanced magnetron) 또는 UBM(unbalanced magnetron)일 수 있다.

상기 장치는 막 증착동안 상기 기판을 회전시기키 위한 회전 장치를 포함할 수 있다. 상기 회전 장치는 상기 기판 지지부의 일부분을 형성할 수 있다. 상기 회전 장치는 상기 기판 지지부 내에 배치되는 퍽(puck)일 수 있다.

상기 기판 지지부는 플래턴일 수 있다.

상기 중앙 영역 및 가장자리 영역을 포함하는 본 발명의 기판 지지부는 다양한 방식으로 알맞게 제조될 수 있다. 상기 기판 지지부를 제조하기 위해 밀링 공정이 사용될 수 있다. 이는 상기 기판 지지부가 가장자리 영역과 중앙 영역 사이에 단차를 포함할 때 특히 편리하다.

본 발명의 제2 양태에 따르면 기판 상에 막을 증착하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은:

챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 단계; 및

전기적 바이어스 신호가 상기 기판에 충격을 가하기 위한 이온들을 발생시키는 DC 마그네트론 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판으로부터 막을 증착하는 단계를 포함하고,

상기 기판 지지부는 가장자리 영역에 의해 둘러싸이는 중앙 영역을 포함하고, 상기 중앙 영역은 상기 가장자리 영역에 대하여 상승해 있고, 상기 기판은 상기 기판의 일부분이 상기 가장자리 영역에 중첩되고 그로부터 이격되도록 상기 중앙 영역 상에 배치된다.

상기 막은 금속 질화막일 수 있다. 상기 막은 알루미늄 질화막일 수 있다. 상기 막은 [002] 배향된 알루미늄 질화막일 수 있다.

상기 막은 AlScN 막과 같은 이종금속 질화막일 수 있다.

그러나, 원칙적으로 상기 막은 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 증착될 수 있는 어떠한 막도 될 수 있다. 본 발명은 톨러런스(tolerances)가 엄격하고 스트레스 균일도 전체적으로 타이트한 제어가 요구되는 막들의 증착에 특히 적합하다. 상기 막은 반응성 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.

상기 전기적 바이어스 신호는 DC 바이어스를 생성할 수 있다.

상기 전기적 바이어스 신호는 RF 바이어스 신호일 수 있다.

전형적으로, 상기 기판은 상기 가장자리 영역을 넘어 연장된다. 대체로, 상기 기판 지지부는 관련 직경을 가지며, 상기 기판은 관련 직경을 갖는다. 이러한 실시예들에서, 기판의 직경은 전형적으로 기판 지지부의 직경보다 크다.

상기 기판은 막의 증착동안 회전할 수 있다. 이것이 막 전체적으로 막 스트레스의 균일도에 있어서 추가의 향상을 가져올 수 있다는 것이 확인되었다.

상기 막은 박막일 수 있다. 증착이 완료된 후, 상기 막은 100 마이크론 또는 그 이하의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 임의의 원하는 두께의 막을 증착하는데 사용될 수 있다.

상기 DC 마그네트론 스퍼터링 공정은 1 내지 20mTorr 범위의 챔버 압력으로 수행될 수 있다.

상기 DC 마그네트론 스퍼터링 공정동안, 상기 기판 지지부는 100 내지 400℃ 범위의 온도에 있을 수 있다.

상기 전기적 바이어스 신호는 -20 내지 50 V 범위의 전압을 가질 수 있다.

전형적으로, 상기 기판은 웨이퍼와 같은 평면형 기판이다.

상기 기판은 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 기판일 수 있다. 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있다.

본 발명이 위에 설명되었지만, 이는 위에서 또는 후술하는 설명, 도면 또는 청구항들에 설정된 특징들의 임의의 발명적 조합으로 확장될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제1 양태에 관련하여 설명된 특징은 또한 본 발명의 제2 양태와 조합하여 개시되고 그 반대도 마찬가지이다.

이제 본 발명에 따른 장치 및 방법의 실시예들이 첨부된 도면을 참조로 설명될 것이다.
도 1은 열적 마그네트론 증착 공정에 대한 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 AlN 막 스트레스를 나타낸다.
도 2는 RF 파워가 웨이퍼에 인가되는 마그네트론 증착 공정에 대하여 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 AlN 막 스트레스를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 기판 지지부의 측면도이다.
도 5는 2단 기판 지지부들을 이용하여 얻어진 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 AlN 막 스트레스를 나타낸다.
도 6은 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 비대칭적인 AlN 막 스트레스 프로파일을 나타낸다.
도 7은 기판 회전 설비를 갖는 단차진 기판 지지부의 절단적 사시도이다.
도 8은 증착동안 회전하는 웨이퍼에 대한 웨이퍼 위치에 따른 AlN 막 스트레스를 나타낸다.

도 3은 대체로 30으로 적시된, 본 발명의 장치를 나타낸다. 상기 장치(30)는 DC 마그네트론 장치(34), 상기 마그네트론 장치(34)에 의해 물질이 스퍼터되는 타겟(36) 및 원하는 물질이 증착되는 기판(미도시)을 지지하는 기판 지지부(38)을 포함하는 챔버(32)를 포함한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 챔버는 실린더형이나, 그럼에도 불구하고 원칙적으로 다른 챔버 형상들이 이용될 수 있다. 표현적 단순성을 위해, 가스 입구 및 출구와 같은 마그네트론 스퍼터링 장치의 다른 일반적인 양태들은 도 3에 도시되지 않았다.

상기 DC 마그네트론 장치(34)는 챔버(32)의 리드(lid)로서 작용하는 타겟 백킹 플레이트(34a)를 포함한다. 타겟(36)은 타겟 백킹 플레이트(34a)에 본딩되어 있다. 회전가능한 자석들(34b)은 타겟 백킹 플레이트(34a)와 타겟(36)의 면에 인접하게 그리고 마주보도록 배치된다. 펄스 DC 파워는 DC 파워 서플라이(40)로부터 타겟(36)에 인가된다. 기판 지지부에 DC 전기적 바이어스를 제공하기 위해 RF 파워가 RF 파워 서플라이(42)로부터 기판 지지부(38)에 인가된다. 전형적으로, 기판 지지부(38)는 관례를 벗어난 13.56 MHz에서 구동되나, 그럼에도 불구하고 본 발명은 이러한 점에 제한되는 것은 아니다. 파워 서플라이들(40, 42)의 작동은 컨트롤러(44)로 제어된다. 상기 컨트롤러(44)는 적절한 그래픽 사용자 인터페이스를 갖는 컴퓨터일 수 있다.

사용에 있어서, 웨이퍼는 네거티브 DC 바이어스를 생성하도록 구동되는 기판 지지부(38) 상에 배치된다. 적절한 가스 혼합물이 챔버 내로 도입되고, 그리고 펄스의, 네거티브의, 높은 DC 전압이 캐소드로 작용하는 타겟 백킹 플레이트(34a)/타겟(36)에 인가된다. 이는 고밀도 플라즈마를 생성한다. 웨이퍼는 자석들(34b)의 회전 경로에 의해 좌우되는 캐소드의 주 부식 트랙(main erosion track) 내부에 안착된다. 특정 이론이나 추측에 제한되는 것을 바랄 것도 없이, 타겟의 중앙에 비하여 가장자리에서 대체로 훨씬 높은 정도의 이온화가 있고 웨이퍼에서 DC 바이어스는 웨이퍼의 중앙에 비하여 가장자리에서 더 큰 이온 충격을 생성한다는 것이 믿어진다. 이는 웨이퍼 전체적으로 대체로 높은 정도의 스트레스 비균일도를 가져오는 것으로 믿어진다.

도 4는 기판 지지부(38)를 보다 상세히 도시한 것이다. 상기 기판 지지부는 단차(38c)를 통하여 상승해 있는 중앙 영역(38b)과 연통하는 가장자리 영역(38a)을 갖는 단차진 플래턴의 형태인 것이 보여질 수 있다. 상기 가장자리 영역(38a) 및 중앙 영역(38b)은 지지 구조물(38d) 상에 지지된다. 상기 지지 구조물(38d)은 본 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 플래턴이 상승 및 하강될 수 있도록 할 수 있다. 또한 도 4는 기판 지지부(38) 상에 배치된 기판 웨이퍼(46)를 나타낸다. 평면형 기판 웨이퍼(46)는 중앙 영역(38b)과 같은 높이로 놓이고 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 가장자리 부분(38a)에 대하여 상승해 있다. 상기 기판 웨이퍼(46)는 그것이 가장자리 영역(38a) 위로 돌출하고 그로부터 이격되도록 사이즈화되어 있다. 특정 이론이나 추측에 제한되는 것을 바랄 것도 없이, 상기 기판 지지부(38)의 단차진 프로파일은 2가지 효과를 갖는 것으로 믿어진다. 첫째, RF 커플링이 웨이퍼 기판의 가장자리에서 감소되고, 이는 웨이퍼의 중앙에 비하여 이온 충격을 감소시킨다. 이는 증착된 막의 가장자리 프로파일을 보다 인장 상태로 만든다. 웨이퍼의 중앙이 또한 인장 상태이기 때문에, 웨이퍼 전체적으로 스트레스 변화가 감소된다. 둘째, 웨이퍼 기판의 가장자리에서 기판 지지부와 웨이퍼 기판 간에 직접적인 접촉이 없으며, 이는 기판 지지부에 의해 웨이퍼의 접촉 냉각을 감소시키는 것으로 믿어진다. 웨이퍼 기판은 이온 충격에 의한 증착 내내 가열된다. 웨이퍼의 중앙이 기판 지지부의 중앙 영역(38b)와 열 접촉 상태에 있기 때문에, 웨이퍼의 중앙 영역은 기판 지지부에 의해 냉각된다. 웨이퍼 기판의 가장자리는 직접 접촉 냉각을 받지 않고 따라서 더 높은 온도를 겪는다. 이는 기판의 가장자리를 보다 인장 상태로 만들고 이는 다시 웨이퍼 전체적으로 전반적인 스트레스 변화를 감소시키도록 작용한다.

전통적인 종래 기술의 기판 지지부들이 평면형이어서, 그것의 전체 면적이 기판 지지부와 접촉 상태에 있게 되는 것이 이해될 것이다. 표 1은 전통적인, 평면형 종래 기술의 플래턴과 마크 1과 마크 2로 나타낸 본 발명의 2개 실시예의 플래턴들에 대한 치수를 제공한다. 표 1에 있어서, X는 단차의 높이에 대응하고, Y는 중앙 영역의 직경에 대응하며, Z는 가장자리 영역의 직경에 대응한다. 이 치수들은 200mm 직경의 웨이퍼들을 지지하는데 적합하다. 전형적으로, 단차의 높이는 1.0mm 미만이지만, 그럼에도 불구하고 단차 높이 및 기판 지지부의 다른 치수들은, 웨이퍼 아래의 "암부(dark space)", 즉 플라즈마 없이 유지되면서 증착된 막의 원하는 평균 스트레스 특성과 함께 원하는 기판 사이즈에 대한 가열 및 RF 조건의 최적의 조합을 생성하기 위해 적절하게 변화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 마크 1 및 마크 2 기판 지지부들을 이용하여 웨이퍼 상에 AlN 막들을 증착하는 실험이 수행되었다. 관련된 공정 조건들은 아래 표 2에 도시되어 있다.

표 1. 표준 및 2 단차 변형예들에 대한 200mm 웨이퍼에 대한 플래턴 직경

표 2. AlN 증착에 대한 공정 변수 범위

도 5는 본 발명의 마크 1 및 마크 2를 이용하여 얻어진 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 스트레스 프로파일을 나타낸 것이다. 커브(50)는 마크 1 플래턴을 이용하여 얻어진 스트레스 프로파일을 나타내고 커브(52)는 마크 2 플래턴을 이용하여 얻어진 스트레스 프로파일을 나타낸다. 마크 2 플래턴이 증착된 AlN 막에서 약간 더 인장 상태의 평균 스트레스를 가져오는 것과 함께, 양 예들에서 평균 스트레스가 적당히 인장 상태인 것이 보여질 수 있다. 막 전체적으로 스트레스 변화는 마크 1 플래턴에 대하여 약 140 MPa, 그리고 마크 2 플래턴에 대하여 약 100 MPa이다. 대조적으로, 전통적인 평면형 플래턴을 이용하여 증착된 AlN 막들은 막 전체적으로 약 250 MPa의 스트레스 변화를 나타내었다.

증착된 막에 있어 스트레스 비균일도에 영향을 미치는 다른 인자는 웨이퍼 전체적으로 비반지름방향 요소의 존재라는 것이 관찰되었다. 일부 예에서, 웨이퍼 기판의 한쪽으로부터 다른쪽으로 큰 스트레스 변화가 있을 수 있다는 것이 확인되었다. 도 6은 웨이퍼의 한쪽으로부터 다른쪽으로 비대칭 프로파일을 나타내는 스트레스 프로파일(60)을 나타낸 것이다. 특정 이론이나 추측에 제한되는 것을 바랄 것도 없이, 비대칭은 아마도 챔버를 통한 플라즈마 포텐셜의 작은 변화에 기인한다는 것이 믿어진다. 웨이퍼 표면에서 포텐셜의 1-2V 변화는 100 MPa 단위의 스트레스 차이로 이어질 수 있다. 실제로, 하드웨어에 있어 작은 비대칭에 기인하여 이 단위의 전압 변화를 피하기는 어렵다. 이 문제는 본 발명의 지판 지지부들의 이용하고 그리고 증착 공정동안 웨이퍼를 회전시킴으로써 극복될 수 있다. 상기 회전은 다양한 방식으로 수행될 수 있으나, 그럼에도 웨이퍼가 공정동안 완전히 360도 회전을 겪는 것이 바람직하다. 증착동안 웨이퍼를 연속적으로 회전시키는 것이 원칙적으로 가능하긴 하지만, 하나의 실용적 솔루션은 몇몇 단계로 막을 증착하고 증착 단계들 사이에 웨이퍼를 회전시키는 것이다. 이는 웨이퍼 전체적으로 평균적인 효과를 생성하지만 두께 균일도 및 스트레스 균일도를 향상시킨다. 도 7은 증착 단계들 사이에 웨이퍼를 상승 및 회전시키는 플래턴의 중앙에 퍽(72)을 갖는 단차진 플래턴(70)을 나타낸다. 이는 웨이퍼가 증착 공정을 통해 회전될 수 있는 편리한 방식이다. 도 8은 도 7에 도시된 기판 지지부를 이용하여 얻어진 웨이퍼 반지름방향 위치에 따른 스트레스 프로파일(80)을 나타낸다. 웨이퍼 전체적으로 스트레스에 있어서 상대적으로 작은 변화(약 90 MPa)를 가지면서, 우수한, 거의 완전히 대칭적인 프로파일이 달성되는 것이 보여질 수 있다.

본 발명은 다른 금속 질화물들을 포함하여, 다양한 막들에 적용될 수 있다. 본 발명은 톨러런스가 타이트한, 특별히 증착된 막의 스트레스가 매우 균일한 것이 요구되는 증착 공정에 특히 적용될 수 있다.

Claims (16)

1. 기판 상에 막을 증착하기 위한 DC 마그네트론 스퍼터링 장치로서,
   챔버;
   상기 챔버 내에 위치하는 기판 지지부;
   DC 마그네트론; 및
   사용에 있어, 상기 기판 지지부 상에 위치하는 기판에 충격을 가하기 위한 이온들을 발생시키는, 전기적 바이어스 신호를 공급하기 위한 전기 신호 공급 장치를 포함하고,
   상기 기판 지지부는 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 중앙 영역은 상기 가장자리 영역에 대하여 상승해 있는, DC 마그네트론 스퍼터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판 지지부는 상기 가장자리 영역에서 상기 중앙 영역으로 이어지는 단차를 포함하는, 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 단차는 0.1 내지 1.0mm 범위, 바람직하게는 0.2 내지 0.5mm 범위의 높이를 갖는, 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중앙 영역은 실질적으로 평면형 플래토우(plateau) 영역을 정의하는, 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전기 신호 공급 장치는 RF 바이어스 신호를 공급하는, 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 DC 마그네트론은 펄스 DC 마그네트론인, 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   막 증착동안 상기 기판을 회전시키기 위한 회전 장치를 포함하는, 장치.
8. 기판 상에 막을 증착하는 방법으로서,
   챔버 내의 기판 지지부 상에 기판을 배치하는 단계; 및
   상기 기판에 충격을 가하기 위해 전기적 바이어스 신호가 이온들을 발생시키는 DC 마그네트론 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 기판 상에 막을 증착하는 단계를 포함하고,
   상기 기판 지지부는 가장자리 영역에 의해 둘러싸인 중앙 영역을 포함하고, 상기 중앙 영역은 상기 가장자리 영역에 대하여 상승해 있고, 상기 기판은 상기 기판의 일부분이 상기 가장자리 영역과 중첩되고 상기 가장자리 영역으로부터 이격되도록 상기 중앙 영역 상에 배치되는, 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 막은 금속 질화막인, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 막은 알루미늄 질화막인, 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 막은 (002) 배향된 알루미늄 질화막인, 방법.
12. 제9항에 있어서,
    상기 막은 바이메탈 질화막, 바람직하게는 AlScN 막인, 방법.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 바이어스 신호는 DC 바이어스를 생성하는, 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 전기적 바이어스 신호는 RF 바이어스 신호인, 방법.
15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 가장자리 영역 너머까지 이르는, 방법.
16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 막의 증착동안 회전하게 되는, 방법.

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