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KR100613343B1 - Manufacturging equipment of semiconductor device - Google Patents

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KR100613343B1
KR100613343B1 KR1020040110613A KR20040110613A KR100613343B1 KR 100613343 B1 KR100613343 B1 KR 100613343B1 KR 1020040110613 A KR1020040110613 A KR 1020040110613A KR 20040110613 A KR20040110613 A KR 20040110613A KR 100613343 B1 KR100613343 B1 KR 100613343B1
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Abstract

반도체 기판을 로딩하는 로드 락 트레이, 반도체 기판을 정렬하는 정렬기, 정렬기로부터 반도체 기판을 반송 또는 반출하는 버퍼 챔버, 반도체 기판 위에 베리어 금속막을 형성하는 제1 반응 챔버, 반도체 기판 위에 금속층을 형성하는 제2 반응 챔버, 반도체 기판의 온도를 낮추는 쿨링 챔버, 제1 및 제2 반응 챔버, 쿨링 챔버로 반도체 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버, 그리고 버퍼 챔버와 트랜스퍼 챔버를 연결하는 통로 챔버를 포함한다.A load lock tray for loading a semiconductor substrate, an aligner for aligning the semiconductor substrates, a buffer chamber for transporting or unloading the semiconductor substrate from the aligner, a first reaction chamber for forming a barrier metal film on the semiconductor substrate, and a metal layer on the semiconductor substrate A second reaction chamber, a cooling chamber for lowering the temperature of the semiconductor substrate, first and second reaction chambers, a transfer chamber for transferring the semiconductor substrate to the cooling chamber, and a passage chamber for connecting the buffer chamber and the transfer chamber.

챔버, 다층 금속 배선Chamber, multilayer metal wiring

Description

반도체 소자의 제조 장치{MANUFACTURGING EQUIPMENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE}MANUFACTURGING EQUIPMENT OF SEMICONDUCTOR DEVICE

도 1a 종래의 금속 배선의 함몰을 도시한 단면도이다.1A is a cross-sectional view showing depression of a conventional metal wiring.

도 1b는 종래의 금속 배선 의 함몰을 위에서 본 것을 도시한 도면이다.Figure 1b is a view showing a depression of a conventional metal wiring from above.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 배선을 형성하는 장비에 대한 개략도이다.2 is a schematic diagram of equipment for forming a metal wiring according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 장비에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor element, and more particularly, to equipment for forming metal wiring of a semiconductor element.

반도체 소자의 고집적화에 따라, 금속 배선 공정은 반도체 소자의 성능과 신뢰를 결정하는 공정으로서 중요성이 커지고 있다. With high integration of semiconductor devices, metal wiring processes are becoming increasingly important as processes for determining the performance and reliability of semiconductor devices.

이러한 금속 배선은 절연 기판 위에 형성된 텅스텐 플러그를 포함하는 절연층 위에 티타늄(Ti) 및 티타늄나이트라이드 (TiN)를 증착하고, 그 위에 알루미늄(Al) 물질을 형성하고, 그 위에 티타늄 및 티타늄나이트라이드를 증착하여 형성한다.Such metallization deposits titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) on an insulating layer comprising a tungsten plug formed on an insulating substrate, forms an aluminum (Al) material thereon, and deposits titanium and titanium nitride thereon. By vapor deposition.

여기서 티타늄 및 티타늄나이트라이드는 알루미늄(Al)등의 물질로 이루어지는 금속층의 확산을 방지하기 위한 것이다. Herein, titanium and titanium nitride are used to prevent diffusion of a metal layer made of a material such as aluminum (Al).

이와 같은 금속 배선을 형성하는 장비는 웨이퍼(wafer)를 담는 2개의 로드 락 트레이(load lock tray)와 웨이퍼를 정렬하는 정렬기(pre aligner), 웨이퍼를 반송 또는 반출하는 버퍼 챔버(buffer chamber), 그리고 웨이퍼를 이송하는 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)와 티타늄 및 티타늄나이트라이드, 알루미늄(Al)을 증착하는 반응 챔버를 포함한다. Equipment for forming such metal wiring includes two load lock trays holding wafers, a pre aligner for aligning wafers, a buffer chamber for carrying or unloading wafers, And a transfer chamber for transferring the wafer and a reaction chamber for depositing titanium, titanium nitride, and aluminum (Al).

여기서, 버퍼 챔버와 트랜스퍼 챔버는 통로 챔버를 통해 연결되어 있다.Here, the buffer chamber and the transfer chamber are connected through the passage chamber.

먼저, 이와 같은 금속층을 형성하기 위해 챔버 내에 위치한 로드 락 트레이 위에 웨이퍼를 올려놓는다. 이러한 웨이퍼는 정렬기에 의해 정렬되고 버퍼 챔버를 통하여 순차적으로 트랜스퍼 챔버로 운반된다.First, the wafer is placed on a load lock tray located in the chamber to form such a metal layer. These wafers are aligned by the aligner and carried sequentially through the buffer chamber to the transfer chamber.

그런 다음, 웨이퍼는 각 반응 챔버로 이송되어 금속 배선을 형성한다.The wafer is then transferred to each reaction chamber to form metal wiring.

반응 챔버는 티타늄, 티타늄나이트라이드, 그리고 알루미늄을 증착하기 위한 3개의 반응 챔버들로 구성되어 있다.The reaction chamber consists of three reaction chambers for depositing titanium, titanium nitride, and aluminum.

이렇게 형성되는 종래의 금속 배선의 형태는 도 1a 및 도 1b와 같다.The form of the conventional metal wiring formed as described above is the same as that of FIGS. 1A and 1B.

도 1a 종래의 금속 배선의 함몰을 도시한 단면도이고, 도 1b는 종래의 금속 배선의 함몰을 위에서 본 것을 도시한 도면이다.Fig. 1A is a cross-sectional view showing depression of a conventional metal wiring, and Fig. 1B is a view showing a depression of a conventional metal wiring viewed from above.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 금속 배선의 함몰은 티타늄 및 티타늄나이트라이드 사이에 증착된 금속층이 함몰됨에 따라 발생한다. 여기서 금속층은 다층 구조일 수 있다.As shown in Figs. 1A and 1B, depression of the metal wiring occurs as the metal layer deposited between titanium and titanium nitride is depressed. The metal layer may be a multilayer structure.

이와 같은 금속층의 함몰은 티타늄 및 티타늄나이트라이드 형성 뒤, 높은 온도에서 알루미늄 금속층을 증착하고, 연속적으로 티타늄 및 티타늄나이트라이드를 형성함으로써 발생한다. 즉, 알루미늄 금속층 증착시 발생된 열을 충분히 방출하여 웨이퍼의 온도를 낮추지 않고 연속적인 증착 공정을 진행함으로써 금속층의 형성이 불안정하게 되어 발생하는 것이다. 이러한 금속층의 함몰은 반도체 소자의 신뢰성과 수율을 떨어뜨리는 원인이 된다.Depression of such a metal layer occurs after the formation of titanium and titanium nitride, by depositing an aluminum metal layer at a high temperature, and subsequently forming titanium and titanium nitride. That is, the formation of the metal layer becomes unstable by continuously discharging the heat generated during the deposition of the aluminum metal layer and performing the continuous deposition process without lowering the temperature of the wafer. Recession of such a metal layer causes a decrease in the reliability and yield of the semiconductor device.

따라서, 본 발명은 금속 배선의 함몰을 방지하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which prevents the depression of metal wiring.

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로서, 반도체 기판을 로딩하는 로드 락 트레이, 상기 반도체 기판을 정렬하는 정렬기, 상기 정렬기로부터 상기 반도체 기판을 반송 또는 반출하는 버퍼 챔버, 상기 반도체 기판 위에 베리어 금속막을 형성하는 제1 반응 챔버, 상기 반도체 기판 위에 금속층을 형성하는 제2 반응 챔버, 상기 반도체 기판의 온도를 낮추는 쿨링 챔버, 상기 제1 및 제2 반응 챔버, 상기 쿨링 챔버로 상기 반도체 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버, 그리고 상기 버퍼 챔버와 상기 트랜스퍼 챔버를 연결하는 통로 챔버를 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a load lock tray for loading a semiconductor substrate, an aligner for aligning the semiconductor substrate, a buffer chamber for carrying or carrying the semiconductor substrate from the aligner, and a barrier on the semiconductor substrate The semiconductor substrate is transferred to a first reaction chamber for forming a metal film, a second reaction chamber for forming a metal layer on the semiconductor substrate, a cooling chamber for lowering a temperature of the semiconductor substrate, the first and second reaction chambers, and the cooling chamber. And a passage chamber connecting the buffer chamber and the transfer chamber.

상기 쿨링 챔버는 상온을 유지하는 것이 바람직하다.The cooling chamber is preferably maintained at room temperature.

반도체 기판, 상기 반도체 기판 위에 제1 베리어 금속막을 형성하는 단계, 상기 제1 베리어 금속막 위에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 형성에 따라 온도가 높아진 반도체 기판을 소정의 시간 동안 상온에서 서서히 식히는 단계, 상기 금속층 위에 제2 베리어 금속막을 형성하는 단계를 포함한다.Forming a first barrier metal film on the semiconductor substrate, forming a metal layer on the first barrier metal film, gradually cooling the semiconductor substrate having a high temperature according to the metal layer formation at a room temperature for a predetermined time; Forming a second barrier metal film on the metal layer.

상기 제1 및 제2 베리어 금속막은 티타늄 및 티타늄나이트라이드로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the first and second barrier metal films are formed of titanium and titanium nitride.

상기 금속층은 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.The metal layer is preferably formed of aluminum.

상기 금속층은 다층 금속층으로 형성하는 것이 바람직하다.The metal layer is preferably formed of a multilayer metal layer.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 배선을 형성하는 장비에 대한 개략도이다.2 is a schematic diagram of equipment for forming a metal wiring according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 금속 배선을 형성하는 장비(110)는 웨이퍼(wafer)를 담는 2개의 로드 락(load lock) 트레이(1, 2)와 웨이퍼(wafer)를 정렬하는 정렬기(3, 4), 웨이퍼를 반송 또는 반출하는 버퍼 챔버(buffer chamber)(5), 그리고 웨이퍼를 이송하는 트랜스퍼 챔버(tramsfer chamber)(18)와 티타늄(Ti) 및 티타늄나이트라이드(TiN), 알루미늄(Al)을 증착하는 반응 챔버(11, 12, 13, 14, 15, 16)를 포함하며, 상온을 유지하는 쿨링(cooling) 챔버(17)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the equipment 110 for forming the metal wiring includes two load lock trays 1 and 2 for holding a wafer and an aligner 3 for aligning a wafer. 4), a buffer chamber 5 for carrying or unloading the wafer, a transfer chamber 18 for transporting the wafer, and titanium (Ti), titanium nitride (TiN), and aluminum (Al). The reaction chamber (11, 12, 13, 14, 15, 16) for depositing a) and a cooling chamber (17) for maintaining a room temperature.

버퍼 챔버(5)와 트랜스퍼 챔버(18)는 통로 챔버(10, 20)를 통해 연결되어 있다.The buffer chamber 5 and the transfer chamber 18 are connected through the passage chambers 10 and 20.

버퍼 챔버(5)는 로봇 암(arm)을 구비하고 있어 통로 챔버(10, 20)로 웨이퍼를 이송하는 역할을 한다.The buffer chamber 5 is provided with a robot arm to transfer wafers to the passage chambers 10 and 20.

트랜스퍼 챔버(18)는 로봇 암을 구비하고 있어 각 반응 챔버(11, 12, 13, 14, 15, 16)와 쿨 챔버(17)로 웨이퍼를 이송하는 역할을 한다.The transfer chamber 18 is provided with a robot arm to transfer wafers to the reaction chambers 11, 12, 13, 14, 15, 16 and the cool chamber 17.

각 반응 챔버(11, 12, 13, 14, 15, 16)는 티타늄 챔버(11, 14), 티타늄나이트라이드 챔버(12, 15), 그리고 알루미늄 챔버(13, 16)로 구성되어 있다.Each reaction chamber 11, 12, 13, 14, 15, 16 is composed of a titanium chamber 11, 14, a titanium nitride chamber 12, 15, and an aluminum chamber 13, 16.

티타늄 챔버(11, 14)는 웨이퍼 위에 티타늄을 형성하는 챔버이고, 티타늄나이트라이드 챔버(12, 14)는 티타늄나이트라이드를 형성하는 챔버이고, 그리고 알루미늄 챔버(13, 16)는 알루미늄을 형성하는 챔버이다.The titanium chambers 11 and 14 are chambers for forming titanium on the wafer, the titanium nitride chambers 12 and 14 are chambers for forming titanium nitride, and the aluminum chambers 13 and 16 are chambers for forming aluminum. to be.

우선, 이와 같은 금속층을 형성하기 위해 장비(110) 내에 위치한 로드 락 트레이(1, 2) 위에 웨이퍼를 올려놓는다. First, the wafer is placed on the load lock trays 1 and 2 located in the equipment 110 to form such a metal layer.

웨이퍼는 정렬기(3, 4)에 의해 나란히 배열되고, 버퍼 챔버(5)에 의해 순차적으로 (10, 20)로 운반되어 통로 챔버(10, 20)에 운반되어, 트랜스퍼 챔버(18) 내부로 운반된다. The wafers are arranged side by side by the aligners 3, 4, and are sequentially transported to the passage chambers 10, 20 by the buffer chamber 5 to the passage chambers 10, 20, into the transfer chamber 18. Is carried.

그런 다음, 웨이퍼는 트랜스퍼 챔버(18)에 의해 티타늄 챔버(11, 14), 티타늄나이트라이드 챔버(12, 15), 그리고 알루미늄 챔버(13, 16) 순으로 이송되어 웨이퍼 위에 티타늄과 티타늄나이트라이드, 그리고 알루미늄이 연속적으로 형성된다. 이때, 알루미늄 등의 금속 물질로 형성되는 금속층은 다층 구조로 형성될 수 있다.Then, the wafer is transferred to the titanium chambers 11 and 14, the titanium nitride chambers 12 and 15, and the aluminum chambers 13 and 16 by the transfer chamber 18, so that titanium and titanium nitride, And aluminum is formed continuously. In this case, the metal layer formed of a metal material such as aluminum may be formed in a multilayer structure.

이와 같은 알루미늄 금속층을 증착하기 위해서는 높은 열이 필요하며, 이에 따라 웨이퍼의 온도가 높아진다. In order to deposit such an aluminum metal layer, high heat is required, thereby increasing the temperature of the wafer.

금속층이 형성된 높은 온도의 웨이퍼 위에 티타늄 및 티타늄나이트라이드를 증착하면 금속층이 불안정하여 함몰한다. 이것은 높은 온도로 인해 형성된 금속층 이 안정화되지 못하여 발생하는 것이다.Depositing titanium and titanium nitride on a high temperature wafer on which the metal layer is formed causes the metal layer to become unstable and sink. This is caused by the unstable metal layer formed due to the high temperature.

따라서, 티타늄 및 티타늄나이트라이드를 증착하기 이전에 높아진 웨이퍼의 온도를 서서히 낮추기 위해 웨이퍼는 알루미늄 금속층을 증착하고 쿨링 챔버(17)로 이송된다. Thus, the wafer is deposited and transferred to the cooling chamber 17 to gradually lower the temperature of the elevated wafer prior to the deposition of titanium and titanium nitride.

쿨링 챔버(17)로 이송된 웨이퍼는 상온에서 소정 시간동안 머무르면서 알루미늄 증착 과정에서 축적된 열을 방출하여 온도가 서서히 낮아진다. 웨이퍼의 온도가 낮아지면 웨이퍼 위에 형성된 알루미늄층이 안정화된다. The wafer transferred to the cooling chamber 17 stays at room temperature for a predetermined time, releasing heat accumulated in the aluminum deposition process, and the temperature is gradually lowered. When the temperature of the wafer is lowered, the aluminum layer formed on the wafer is stabilized.

그런 다음, 웨이퍼는 트랜스퍼 챔버(18)에 의해 티타늄 챔버(11, 14), 티타늄나이트라이드 챔버(12, 15)에 이송되어, 알루미늄 금속층의 확산을 방지하는 티타늄 및 티타늄나이트라이드막을 형성한다.Then, the wafer is transferred to the titanium chambers 11 and 14 and the titanium nitride chambers 12 and 15 by the transfer chamber 18 to form titanium and titanium nitride films which prevent diffusion of the aluminum metal layer.

이러한 공정 작업을 마친 웨이퍼는 통로 챔버(10, 20)로 이송되어 버퍼 챔버(5) 내부로 이송되고, 이것은 로드 락 트레이(1, 2)로 이송한다.After the processing, the wafer is transferred to the passage chambers 10 and 20 and transferred into the buffer chamber 5, which is then transferred to the load lock trays 1 and 2.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the accompanying drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Could be. Accordingly, the true scope of protection of the invention should be defined only by the appended claims.

본 발명에 따른 반도체 소자 제조 장치는 금속 배선 형성을 위한 장비에 쿨링 챔버를 설치하여 금속층을 안정화함으로써 금속 배선의 함몰을 방지하여 반도체 소자의 신뢰성과 수율을 향상시킬 수 있다.In the semiconductor device manufacturing apparatus according to the present invention, the cooling chamber is installed in the equipment for forming the metal wiring to stabilize the metal layer, thereby preventing the depression of the metal wiring to improve the reliability and yield of the semiconductor device.

Claims (6)

반도체 기판을 로딩하는 로드 락 트레이,A load lock tray for loading a semiconductor substrate, 상기 반도체 기판을 정렬하는 정렬기,An aligner for aligning the semiconductor substrate, 상기 정렬기로부터 상기 반도체 기판을 반송 또는 반출하는 버퍼 챔버,A buffer chamber for conveying or carrying out the semiconductor substrate from the aligner, 상기 반도체 기판 위에 베리어 금속막을 형성하는 제1 반응 챔버,A first reaction chamber forming a barrier metal film on the semiconductor substrate, 상기 반도체 기판 위에 금속층을 형성하는 제2 반응 챔버,A second reaction chamber forming a metal layer on the semiconductor substrate, 상기 반도체 기판의 온도를 낮추는 쿨링 챔버,Cooling chamber for lowering the temperature of the semiconductor substrate, 상기 제1 반응 챔버, 상기 제2 반응 챔버 및 상기 쿨링 챔버로 상기 반도체 기판을 이송하는 트랜스퍼 챔버, 그리고A transfer chamber transferring the semiconductor substrate to the first reaction chamber, the second reaction chamber, and the cooling chamber, and 상기 버퍼 챔버와 상기 트랜스퍼 챔버를 연결하는 통로 챔버A passage chamber connecting the buffer chamber and the transfer chamber 를 포함하는 반도체 소자의 제조 장치. Device for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제1항에서,In claim 1, 상기 쿨링 챔버는 상온을 유지하는 반도체 제조 장치. The cooling chamber is a semiconductor manufacturing apparatus to maintain a room temperature. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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