KR100200696B1 - Dram device - Google Patents

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KR100200696B1
KR100200696B1 KR1019950070199A KR19950070199A KR100200696B1 KR 100200696 B1 KR100200696 B1 KR 100200696B1 KR 1019950070199 A KR1019950070199 A KR 1019950070199A KR 19950070199 A KR19950070199 A KR 19950070199A KR 100200696 B1 KR100200696 B1 KR 100200696B1
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윤동수
이상인
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윤종용
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    • H01L28/75Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer

Abstract

본 발명은 Ta와; Ce, Zr, Y, Th 및 Hf로 구성되는 군에서 선택되는 금속, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소 또는 화합물로 이루어지며 상기 원소 또는 화합물의 양이 전체 확산방지막 조성물에 대해 0.1-50 at% 인, D-램 소자에 사용되는 확산방지막 조성물 및 상기 조성물로 이루어지는 확산방지막으로 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to Ta; It consists of at least one element or compound selected from the group consisting of metals selected from the group consisting of Ce, Zr, Y, Th, and Hf, oxides thereof, and mixtures thereof, wherein the amount of the elements or compounds The present invention relates to a diffusion barrier film composition for use in a D-RAM device which is 0.1-50 at% of the composition, and a semiconductor device comprising a diffusion barrier film made of the composition.

Description

Ta와 금속 또는 산화물로 이루어지는 확산방지막 조성물 및 상기 확산방지막을 포함하는 D-램 소자Diffusion barrier composition comprising Ta and metal or oxide and D-RAM device comprising the diffusion barrier

제1도는 D-램 소자의 기본 구조도이다.1 is a basic structural diagram of a D-RAM device.

제2도는 진공하에서 30 초간 열처리시 종래의 TixNy확산방지막의 면 저항을 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the sheet resistance of a conventional Ti x N y diffusion barrier film during heat treatment for 30 seconds under vacuum.

제3a도 내지 제3c도는 실시예 1에 따라 제조된 대조구 시편 및 본 발명의 시편을 진공하의 각 온도에서 30 분간 열처리시 면 저항을 나타낸 그래프이다.3a to 3c are graphs showing the surface resistance when the control specimen prepared in Example 1 and the specimen of the present invention were heat-treated for 30 minutes at each temperature under vacuum.

제4도는 실시예 1에서 제조된 시편을 진공하의 각 온도에서 30 분간 열치한 후 X-선 회절로 회절각을 측정한 그래프이다.4 is a graph of the diffraction angle measured by X-ray diffraction after the specimen prepared in Example 1 was heated for 30 minutes at each temperature under vacuum.

제5도는 실시예 1에서 제조된 시편을 열처리하지 않고(A), 또는 진공하의 850℃에서 30 분간 열처리한 후(B)의 Auger electron depth프로파일을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing an Auger electron depth profile of the specimen prepared in Example 1 without heat treatment (A) or after heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes under vacuum (B).

제6도는 실시예 3에서 제조된 시편을 진공하의 각 온도에서 30분간 열처리한 후 X-선 회절로 회절각을 측정한 그래프이다.6 is a graph of the diffraction angle measured by X-ray diffraction after heat-treating the specimen prepared in Example 3 at each temperature under vacuum.

제7도는 실시예 3에서 제조된 시편을 열처리하지 않고(A), 또는 진공하의 850℃에서 30 분간 열처리한 후(B)의 Auger electron depth프로파일을 나타낸 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the Auger electron depth profile of the specimen prepared in Example 3 without heat treatment (A) or after heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes under vacuum (B).

제8도는 실시예 4에서 제조된 시편을 공기 중에서 각 온도에서 30 분간 열처한 후 면저항을 측정한 그래프이다.8 is a graph measuring the sheet resistance after heat-treating the specimen prepared in Example 4 at each temperature in air for 30 minutes.

제9도는 실시예 4에서 제조된 시편을 진공하의 각 온도에서 30분간 열처리 한 후 X-선 회절로 회절각을 측정한 그래프이다.9 is a graph of the diffraction angle measured by X-ray diffraction after heat-treating the specimen prepared in Example 4 at each temperature under vacuum for 30 minutes.

a: CeO2스퍼터 파워: 170W, 확산방지막 두께: 100 Åa: CeO 2 sputter power: 170 W, diffusion barrier thickness: 100 kW

b: CeO2스퍼터 파워: 170W, 확산방지막 두께: 500 Åb: CeO 2 sputter power: 170 W, diffusion barrier thickness: 500 kW

c: CeO2스퍼터 파워: 200W, 확산방지막 두께: 500 Åc: CeO 2 sputter power: 200 W, diffusion barrier thickness: 500 kPa

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 기판 2 : 워드1: substrate 2: word

3 :비트선 4 : 절연막3: bit line 4: insulating film

5 : 하부전극 6 : 유전체5: lower electrode 6: dielectric

7 : 상부 전극 8 : 배선금속7 upper electrode 8 wiring metal

본 발명은 Ta와, 금속 또는 금속산화물로 이루어지는 반도체 소자에 사용되는 확산방지막 및 상기 확산방지막을 가지는 D-램 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a diffusion barrier film used in a semiconductor device made of Ta, a metal or a metal oxide, and a D-RAM device having the diffusion barrier film.

상기 금속은 Ce, Zr, Y, Th 또는 Hf이 바람직하며, 금속 산화물은 MO2-x(M:Ce,Zr,Y,Th 또는 Hf, 0≤x≤1) 가 바람직하다.The metal is preferably Ce, Zr, Y, Th or Hf, and the metal oxide is preferably MO 2-x (M: Ce, Zr, Y, Th or Hf, 0 ≦ x ≦ 1).

D-램의 구성은 기본적으로 1 트랜지스터 + 1 캐패시터의 셀 구조를 가지므로 집적도를 높일 수 있다는 장점이 있다. D-램의 기본 구조는 이미 잘 알려져 있으며 제1도와 같이 간단히 나타낼 수 있는데, 배선 재료에 의한 저항을 더욱 낮추기 위하여 반도체 소자의 상층부에 저저항의 배선을 병렬로 연결하는 배선의 다층화가 이루어짐에 따라 배선금속선이 2개 이상 적층되는 경우도 있다.The configuration of the D-RAM basically has a cell structure of 1 transistor + 1 capacitor, so the integration can be increased. The basic structure of the D-RAM is well known and can be simply expressed as shown in FIG. 1. As the multilayer of the wiring connecting the low resistance wiring in parallel to the upper layer of the semiconductor element is further reduced in order to further lower the resistance by the wiring material. Two or more wiring metal wires may be laminated.

소자의 초고집적화가 진행됨에 따라 정보를 저장하는 단위인 셀면적이 점차 축소되자 전하의 형태로 정보를 저장하는 캐패시터의 면적이 제한을 받게 되었고, 이를 극복하기 위하여 캐패시터를 3차원화 하여 그 면적을 넓히는 방법이 제시되었다. 그러나 이러한 방법으로도 기존의 유전 재료의 두께가 터널링(tunneling)을 일으킬 정도까지 얇아지고 또한 더 이상 유전체 박막의 모양을 변화시켜서 캐패시터의 면적을 늘리 수 없는 한계에 다다르게 됨에 따라, 유전상수가 보다 큰 재료의 선택이 필연적으로 고려되고 있다.As the ultra-high integration of devices progressed, the cell area, which is a unit for storing information, was gradually reduced, and the area of the capacitor for storing information in the form of electric charges was restricted. Ways to widen were presented. However, even with this method, the dielectric constant becomes thinner to the extent that tunneling occurs and the dielectric constant is no longer changed to reach the limit of increasing the capacitor area. The choice of material is inevitably considered.

현재 강유전체로는 PZT(PbZr1-xTxO3), PLZT(PbLa1-xZrxTiO3), Ta2O5, BST(Ba1-xSrTiO3)등이 널리 연구되고 있다.Currently, as ferroelectrics, PZT (PbZr 1-x T x O 3 ), PLZT (PbLa 1-x Zr x TiO 3 ), Ta 2 O 5 , and BST (Ba 1-x SrTiO 3 ) have been widely studied.

한편, 강유전체층을 소자로 구동시키기 위해서는 상, 하부 전극을 형성하여야 하는데, 근래에 비교적 전극 특성이 좋은 RuO2와 Pt가 전극재료로 활발히 연구되고 있으나, RuO2는 누설전류 특성이 좋지 않고 증착조건이 까다로우며 Pt는 누설전류 특성은 좋으나 Pt가 실리콘기판, 절연막으로 사용되는 실리사이드, 다결정 실리콘으로 확산되어 백금과 실리콘이 반응하여 백금-실리사이드가 형성되는 문제가 있다. 또 이들 전극 재료가 유전체 박막 내에 함유되어 있던 산소를 통과시키므로 고온 산호 플라즈마 분위기에서 하부 전극 위에 유전체 박막을 형성시킬 경우 전극을 통과한 산소가 폴리실리콘쪽으로 확산되어 실리콘 산화믈을 만들어 전극 층에서의 전기저항을 높이거나, 폴리실리콘에서 실리콘 원자기 전극 쪽으로 확산되어 실리사이드를 형성하게 되어 소자의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제가 있다.On the other hand, in order to drive the ferroelectric layer to the element a, to be formed in the lower electrode, but has a relatively electrode characteristics are good RuO 2 and Pt in recent years been actively studied as an electrode material, RuO 2 is deposited condition without a bad leakage current characteristic Pt has good leakage current characteristics, but Pt diffuses into a silicon substrate, a silicide used as an insulating film, and polycrystalline silicon, whereby platinum and silicon react to form platinum-silicide. In addition, since these electrode materials pass oxygen contained in the dielectric thin film, when the dielectric thin film is formed on the lower electrode in a high temperature coral plasma atmosphere, the oxygen passed through the electrode diffuses to the polysilicon to form silicon oxide, thereby producing electricity in the electrode layer. There is a problem in that the resistance is increased, or the polysilicon diffuses toward the silicon atom electrode to form silicide, thereby degrading the reliability of the device.

따라서 소자의 신뢰도를 감소시키는, 유전체 물질 내의 산소, 전극 물질, 그리고 기판이나 절연막 중의 실리콘의 확산을 효과적으로 방지할 수 있는 새로운 확산방지막 조성물의 개발이 요청되고 있다.Therefore, there is a demand for the development of a new diffusion barrier composition that can effectively prevent the diffusion of oxygen in the dielectric material, electrode material, and silicon in the substrate or insulating film, which reduces the reliability of the device.

현재 D-램 캐패시터 전극이 확산방지막으로써, TiN, TaN, WN1-x와 같이 산소 또는 질소로 충진처리된 다결정 나이트라이드 방지막 등이 사용되고 있으나 이러한 물질은 낮은 온도에서도 산소와 질소가 쉽게 이동하기 때문에 실리콘 및 산소의 이동을 완전히 차단하지 못하여 실리콘 산화물 및 전극물질인 백금이 확산하여 백금-실리사이드를 형성한다.At present, D-ram capacitor electrodes are used as diffusion barriers, such as TiN, TaN, and WN 1-x- filled polycrystalline nitride barriers filled with oxygen or nitrogen. However, these materials easily transfer oxygen and nitrogen even at low temperatures. It does not completely block the movement of silicon and oxygen, silicon oxide and platinum as an electrode material diffuses to form platinum-silicide.

한편, 금속과 실리콘의 상호 확산에 의한 소자의 신뢰도 저하는 또다른 부분에서도 문제가 되고 있다.On the other hand, the deterioration of the reliability of the device due to the interdiffusion of metal and silicon is another problem.

즉, 반도체 집적회로 제조공정의 마지막 단계로서 평면공정으로 형성된 각 소자들을 전기적으로 연결시켜 주는 배선공정 또는 금속선 형성 공정(metallization process)이 필요한데, 소자의 집적도가 높아짐에 따라 집적회로 제조공정에서 배선공정은 높은 수율과 신뢰성 있는 소자 제조를 위한 관건이 되고 있다.That is, as a final step of the semiconductor integrated circuit manufacturing process, a wiring process or a metallization process for electrically connecting the devices formed by the planar process is required. As the degree of integration of devices increases, the wiring process in the integrated circuit manufacturing process Has become a key for high yield and reliable device fabrication.

최근에는 반도체 소자의 상층부에 저저항의 배선을 병렬로 연결하여 더욱 저항을 낮추는 배선의 다층화가 이루어지고 있으며, 단층 또는 단층 배선용 재료로, 알루미늄 또는 알루미늄을 기본으로 한 재료가 널리 사용되고 있는데, 알루미늄은 융점이 낮고 강도가 낮아 장기간 소자 작동시 신뢰성에 대한 문제가 있다.Recently, multilayer wiring of lower resistances has been achieved by connecting low-resistance wires in parallel to upper layers of semiconductor devices, and aluminum or aluminum-based materials are widely used as single-layer or single-layer wiring materials. Low melting point and low strength have a problem of reliability in long term device operation.

차세대 반도체 배선재료로서 여러 금속이 활발히 연구되고 있으며 그중 구리는 낮은 전기적 저항과 알루미늄보다 전기적 이동에 대해 높은 저항을 가진다는 장점이 있어 활발히 연구되고 있다. 그러나 대부분의 금속 배선재료, 특히 구리는 대부분의 다른 금속 및 Si에서 매우 빠르게 움직이며 따라서, 확산에 의해서 기판 중의 Si 속으로 확산하여 소자를 단선시키는 결과를 초래한다.As a next-generation semiconductor wiring material, various metals are actively researched, and among them, copper is actively researched because of its advantages of low electrical resistance and higher resistance to electrical movement than aluminum. However, most metal wiring materials, in particular copper, move very quickly in most other metals and Si, and therefore diffuse into Si in the substrate by diffusion, resulting in disconnection of the device.

따라서 이와 같이 금속 배선 재료의 실리콘으로의 빠른 확산을 방지하기 위하여서도 확산방지막을 둘 필요가 있다.Therefore, in order to prevent rapid diffusion of the metal wiring material into silicon, it is necessary to provide a diffusion barrier.

개발된 확산방지막 중 비정질 삼원계 확산방지막(amorphous-Ta-Si-N, W-Si-N 등)이 가장 우수하다고 알려져 있으나 이것을 캐패시터 전극의 확산방지막으로 사용하는 경우에도 산소나 실리콘의 확산을 완전히 치단하지 못하며 비정질이기 때문에 고온 및 장시간 열처리시에 결정화가 일어난다는 단점이 있다.Among the developed diffusion barriers, amorphous ternary diffusion barriers (amorphous-Ta-Si-N, W-Si-N, etc.) are known to be the best, but even when used as diffusion barriers for capacitor electrodes, the diffusion of oxygen or silicon is completely Since it is not hard and amorphous, there is a disadvantage in that crystallization occurs at high temperature and a long time heat treatment.

확산방지막은 전극 재료 또는 배선 재료로 사용되는 금속과 화학적 친화력이 없어야 되며, 고온까지 결정입계 형성과 같은 결함이 없어야 되고, 금속과 Si의 높은 고용도 및 높은 확산도에 대한 저항성이 클 것이 요구된다.The diffusion barrier film must be free of chemical affinity with the metal used as the electrode material or wiring material, free from defects such as grain boundary formation up to high temperature, and have a high resistance to high solid solubility and high diffusion of metal and Si.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 D-램 소자에 사용되는, 금속이나 산소 또는 실리콘 등의 상호확산을 효과적으로 차단할 수 있는 확산방지막 조성물을 제공한다.The present invention provides a diffusion barrier composition that can effectively block the interdiffusion of metals, oxygen or silicon, etc. used in the D-RAM device to solve this problem.

본 발명의 확산방지막 조성물은 Ta와, Ce, Zr, Y, Th, Hf 및 이들 금속의 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어진다.The anti-diffusion film composition of the present invention is composed of Ta and at least one material selected from the group consisting of Ce, Zr, Y, Th, Hf and oxides of these metals.

상기 물질의 양은 전체 확산방지막 조성물에 대하여 0.1-50 at%이다.The amount of material is 0.1-50 at% based on the total diffusion barrier composition.

Ta 박막과 같은 다결정 박막에서의 확산은 결정입 내부를 통한 확산보다는 결정입계를 통한 확산이 주된 경로가 되므로, 본 발명에서는 위에서 언급된 금속 또는 이들의 화합물 중 하나 이상을 첨가함에 의해 Ta의 결정입계를 채워주어 다결정질 확산방지막에서 결정입계 형성을 차단함으로써 확산 방지 성능을 향상시킬 수 있다.Since diffusion in a polycrystalline thin film such as a Ta thin film is mainly a diffusion through the grain boundary rather than a diffusion through the inside of the grain, in the present invention, the grain boundary of Ta is added by adding one or more of the above-mentioned metals or compounds thereof. It is possible to improve the diffusion prevention performance by blocking the formation of grain boundaries in the polycrystalline diffusion barrier by filling the.

본 발명에서는 이와 같은 금속 또는 이들의 산화물을 첨가함에 의해, 첨가된 금속 또는 산화물이 Ta의 결정입계를 채워주는 역할을 하므로 전극물질, 금속배선재료 또는 기타 금속층을 구성하는 금속이 확산방지막의 Ta 결정입계로 확산되는 것을 방지할 수 있으므로 확산방지막의 파손을 막을 수 있다.In the present invention, by adding such metals or oxides thereof, the added metals or oxides serve to fill the grain boundaries of Ta, so that the metals constituting the electrode material, the metal wiring material or the other metal layer are Ta crystals of the diffusion barrier. Since diffusion can be prevented at the grain boundary, breakage of the diffusion barrier can be prevented.

이와 같은 기능을 수행하기 위하여 본 발명에서 사용될 수 있는 금속은 녹는점이 높고, 열적 안전성이 높으며, Ta와 함께 사용할 때 편석 결향성(tenency of segragation)이 크고, 원자 반경이 큰 금속이 좋다(F.R. deBoer 등, Cohesion in metals(Transition metal alloys), Vol. 1(1988), North-Holland Press 참고).Metals that can be used in the present invention to perform such a function have a high melting point, high thermal stability, and have a high tenon of segragation and a large atomic radius when used with Ta (FR deBoer). Et al., Cohesion in metals (Transition metal alloys), Vol. 1 (1988), North-Holland Press).

이러한 조건을 만족하기 위하여 특히, Ce, Zr, Y, Th 및 Hf로 구성되는 군에서 선택되는 금속, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 원소 또는 화합물이 바람직하다.In order to satisfy these conditions, in particular, an element or compound selected from the group consisting of metals, oxides thereof and mixtures thereof selected from the group consisting of Ce, Zr, Y, Th and Hf is preferred.

상기 금속화합물은 MO2-x(M:Ce,Zr,Y,Th 또는 Hf, 0≤x≤1)로 표시되며, 하나 또는 하나 이상이 함께 사용될 수 있다.The metal compound is represented by MO 2-x (M: Ce, Zr, Y, Th or Hf, 0 ≦ x ≦ 1), and one or more thereof may be used together.

상기 원소 또는 화합물의 양과 조성은 증착조건을 바꿈에 의해 변화시킬 수 있으며, 원소 또는 화합물의 양이 많아질수록 확산방지 특성은 우수해지나 전기적 특성에 나쁜 영향을 줄 수 있으므로, 이러한 두가지 면을 모두 고려하여 그 양을 결정한다.The amount and composition of the element or compound may be changed by changing the deposition conditions, and as the amount of the element or compound increases, the diffusion preventing property may be excellent but may adversely affect the electrical properties. Consider the amount.

D-램 소자에서 확산방지막은 소자를 구성하는 금속과 실리콘의 상호확산 및 산소의 확산을 방지하기 위하여 사용되므로, 소자에서 금속층과, 실리콘 함유 절연막 또는 실리콘함유 기판과의 경계에 위치된다. 본 발명의 확산방지막 조성물 역시 반도체 구조에는 상관없이 일반적인 확산방지막 위치 중 일부 또는 전부에 사용된다.In the D-RAM device, the diffusion barrier film is used to prevent the diffusion of oxygen and silicon from the metal constituting the device, and is thus located at the boundary between the metal layer and the silicon-containing insulating film or the silicon-containing substrate in the device. The diffusion barrier composition of the present invention is also used in some or all of the general diffusion barrier positions irrespective of the semiconductor structure.

제1도에 표시된 기본 D-램 구조를 예를 들어 설명하면, 확산방지막은 예를 들어 캐패시터에서 하부전극(5)의 아래면, 워드선(2)과 절연막(4) 또는 기판(1)과의 접촉면, 비트선(3)과 절연막(4) 또는 기판(1)과의 접촉면, 배선금속(8)과 절연층과의 접촉면 등에 사용되며, 배선 금속이 다층화된 경우 각 배선금속층과 절연층과의 접촉면에도 사용된다.Referring to the basic D-RAM structure shown in FIG. 1 by way of example, the diffusion barrier layer is formed on the lower surface of the lower electrode 5, the word line 2 and the insulating film 4 or the substrate 1, for example, in a capacitor. It is used for the contact surface of the bit line 3 and the insulating film 4 or the substrate 1, the contact surface of the wiring metal 8 and the insulating layer, and when the wiring metal is multilayered, each wiring metal layer and the insulating layer and It is also used for the contact surface of.

제1도는 단순히 예시를 위해 제시한 것으로, 앞에서 기재한 바와 같이 더욱 많은 정보를 저장하기 위하여 캐패시터 형태를 3차원화하는 등 소자의 형태에 여러가지 변화를 줄 수 있으나, 이러한 형태상의 변화에 관계 없이 확산방지막은 여전히 필요하며, 본 발명은 다양한 형태의 D-램 소자에 모두 이용될 것이다.FIG. 1 is merely for illustrative purposes. As described above, various changes can be made to the shape of a device, such as three-dimensional capacitor shape, in order to store more information. A barrier film is still needed and the present invention will be used in all types of D-RAM devices.

아래의 실시예를 통해 본 발명은 더욱 자세히 설명될 것이나, 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the scope of the present invention is not limited by the examples.

[실시예 1]Example 1

증착에는 고주파 마그네트론 스퍼터링 시스템(radio frequency magnetron sputtering system), 이온빔-어시스트 증착 시스템(ion beam-assisted deposition system) 그리고 이온 플레이팅 시스템 장비를 이용하였다.For deposition, a radio frequency magnetron sputtering system, an ion beam-assisted deposition system, and an ion plating system were used.

Si(100) 기판을 standard cleaning과 BOE(buffered oxide echant) 7:1 용액에 넣어 자연 산화막을 제거한 후 진공용기에 장입하여 Ta에 CeO2-X(0≤x≤1)가 10 at% 들어가도록 500Å 두께로 증착하였으며, 진공을 깨뜨리지 않고 Cu를 1000Å 증착하였다. 각각의 증착장비에 다른 실험변수 및 증착조건은 다음 표 1에 기재한다.Si (100) substrate was added to standard cleaning and BOE (buffered oxide echant) 7: 1 solution to remove the native oxide film, and then charged into a vacuum vessel so that 10 at% CeO 2-X (0≤x≤1) was added to Ta. It was deposited to a thickness of 500 mm 3 and deposited 1000 mm Cu without breaking the vacuum. Different experimental variables and deposition conditions for each deposition equipment are shown in Table 1 below.

Cu 증착이 끝난 시편을 진공(1-5 x 10-6torr)상태로 500-900℃ 의 온도범위에서 30분 동안 유지시킨 후 상온에서 냉각하였다.Cu deposited specimens were maintained in a vacuum (1-5 x 10 -6 torr) state for 30 minutes in the temperature range of 500-900 ℃ and then cooled at room temperature.

대조구로, Ta를 확산방지막 재료로 사용하여 위와 같은 방법으로 실리콘(100) 기판위에 Ta 확산방지막을 증착시키고, 그 위에 Cu를 증착시켰다. Cu 증착이 끝난 시편을 진공(1-5 x 10 torr)상태로 500-900℃의 온도범위에서 30분 동안 유지시킨 후 상온에서 냉각시켰다.As a control, using Ta as the diffusion barrier material, a Ta diffusion barrier film was deposited on the silicon 100 substrate in the same manner as above, and Cu was deposited thereon. Vacuum deposited Cu specimens (1-5 x 10) torr) was maintained for 30 minutes in the temperature range of 500-900 ℃ and then cooled to room temperature.

시편의 확산 방지 특성을 알아보기 위하여, 시편을 500-850℃ 범위의 온도에서 30분 동안 열처리한 후, 4-point probe(Chang Min Co., Ltd.사 제품)를 이용하여 면저항(Sheet resistance)을 측정하였다.In order to examine the diffusion prevention characteristics of the specimen, the specimen was heat-treated at a temperature in the range of 500-850 ° C. for 30 minutes, and then sheet resistance using a 4-point probe (manufactured by Chang Min Co., Ltd.). Was measured.

제3도에서 알 수 있듯이, Ta 확산방지막의 경우, 700℃에서 30분간 열처리 후 면저항이 급격히 상승하였으나, 본 발명에 따른 확산방지막은 850℃ 까지도 면저항이 거의 일정하게 유지되었다.As can be seen in FIG. 3, in the case of the Ta diffusion barrier, the sheet resistance was rapidly increased after heat treatment at 700 ° C. for 30 minutes, but the sheet diffusion resistance of the Ta diffusion barrier according to the present invention remained almost constant up to 850 ° C. FIG.

열처리하지 않은 시편과 700-850℃에서 열처리한 시편을 대상으로 X-선 회절로 회절각을 측정하였으며(제4도), 열처리하지 않은 시편과 850℃에서 열처리한 시편을 대상으로 오제이 전자 스펙트로미터(Auger electron sepectrometry) 오제이 전자 깊이 프로파일(electron depth profile)을 분석하였다(제5도). 결과로부터, 본 발명에 따른 확산방지막은 850℃에서 30분간 열처리한 후에도 구리나 실리콘의 상호확산이 일어나지 않았음을 알 수 있다.The diffraction angle was measured by X-ray diffraction on the unannealed specimen and the specimen heat-treated at 700-850 ° C (Fig. 4). Auger electron sepectrometry OJ electron depth profile was analyzed (FIG. 5). From the results, it can be seen that the diffusion barrier film according to the present invention did not occur in the interdiffusion of copper or silicon even after the heat treatment for 30 minutes at 850 ℃.

[실시예 2]Example 2

대조구로, TiN및 TiN을 각각 확산방지막 재료를 사용하여 실시예 1의 방법에 따라 실리콘(100) 기판 위에 확산방지막을 증착시키고, 그 위에 Cu를 증착시켰다. Cu 증착이 끝난 시편을 진공(1-5 x 10 torr)상태로 400-900℃의 온도범위에서 30초동안 유지시킨 후 상온으로 냉각시켰다.As a control, TiN and TiN were respectively deposited on the silicon (100) substrate according to the method of Example 1 using a diffusion barrier material, and Cu was deposited thereon. Vacuum deposited Cu specimens (1-5 x 10) torr) was maintained for 30 seconds in the temperature range of 400-900 ℃ and then cooled to room temperature.

제조된 시편을, 실시예 1에 기재된 방법으로 면저항을 측정하였다. 제2도에서 알 수 있듯이, TiN및 TiN확산방지막의 경우, 각각 700℃ 및 900℃ 에서 30초간 열처리했을 때 확산방지막이 파손되어 면저항이 급격히 상승하였다.The sheet resistance of the prepared specimen was measured by the method described in Example 1. As can be seen in FIG. 2, in the case of the TiN and TiN diffusion barrier films, the diffusion barrier was damaged when heat-treated at 700 ° C. and 900 ° C. for 30 seconds, and the sheet resistance rapidly increased.

[실시예 3]Example 3

CeO스퍼터 파워를 200W로 하고, Ta+CeO확산방지막의 두께를 300Å로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 시편을 제작하였다. 열처리하지 않은 시편과, 700-850℃에서 열처리한 시편을 대상으로 X-선 회절각을 측정하였으며(제6도), 오제이 전자 깊이 프로파일을 분석하였다(제7도).A specimen was prepared in the same manner as in Example 1 except that the CeO sputter power was set to 200 W and the thickness of the Ta + CeO diffusion barrier was set to 300 mW. X-ray diffraction angles were measured on specimens not heat-treated and specimens heat-treated at 700-850 ° C. (FIG. 6), and the OJ electron profile was analyzed (FIG. 7).

[실시예 4]Example 4

Si/TiSi웨이퍼에, 실시예 1에 기재된 조건에 따라 CeO스퍼터 파워를 각각 200W, 170W, 170W으로 하고 Ta+CeO확산방지막의 두께를 500Å, 500Å, 300Å로 하는 것을 제외하는 실시예 1와 같은 방법으로 시편을 제작하였다.According to the conditions described in Example 1, the Si / TiSi wafer was subjected to the same method as in Example 1 except that the CeO sputter power was set to 200 W, 170 W and 170 W, respectively, and the thickness of the Ta + CeO diffusion barrier film was set to 500 kW, 500 kW and 300 kW. The specimen was prepared.

확산방지막을 증착한 각각의 시편 위에 전자빔 증착기(electron beam evaporator)을 이용하여, 35kV, 230mA 조건에서 백금을 500Å 두께로 증착시켰다.Platinum was deposited to a thickness of 500 kV at 35 kV and 230 mA using an electron beam evaporator on each specimen on which the diffusion barrier film was deposited.

열처리하지 않은 시편과, 공기 중에서 600-800℃에서 열처리한 시편을 대상으로 실시예 1에 기재된 방법으로 면저항을 측정하였으며, 그 결과를 제8도에 나타낸다. 또 X-선 회절을 통해 회절각을 측정하였으며(제9a도,제9b도,제9c도), 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 확산방지막은 열처리한 후에도 백금이나 실리콘의 상호확산이 일어나지 않았으며, 또한 배금을 통과한 산소의 확산으로 인한 실리콘 옥사이드의 형성도 일어나지 않았음을 알 수 있다.Sheet resistance was measured by the method described in Example 1 on the specimen which was not heat-treated and the specimen heat-treated at 600-800 ° C. in air, and the results are shown in FIG. 8. In addition, the diffraction angle was measured by X-ray diffraction (Figs. 9a, 9b, and 9c). As can be seen from the results, the diffusion barrier film according to the present invention did not cause the diffusion of platinum or silicon even after the heat treatment. In addition, it can be seen that the formation of silicon oxide did not occur due to the diffusion of oxygen passed through the fermentation.

Claims (7)

Ta와; Ce,Zr,T,Th 및 Hf로 구성되는 군에서 선택되는 금속, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소 또는 화합물로 이루어지며 상기 원소 또는 화합물의 양이 전체 확산방지막 조성물에 대해 0.1-50 at%인, D-램 소자에 사용되는 확산방지막 조성물.With Ta; It is composed of one or more elements or compounds selected from the group consisting of metals selected from the group consisting of Ce, Zr, T, Th and Hf, oxides thereof and mixtures thereof, and the amount of the elements or compounds is total diffusion barrier An anti-diffusion film composition for use in D-RAM devices, wherein the composition is 0.1-50 at%. 제1항에 있어서, 상기 조성물이 D-램 소자에서 캐패시터의 하부 전극의 하부, 워드선과 절연막 또는 기판과의 접촉면, 비트선과 절연막 또는 기판과의 접촉면, 배선 금속과 절연막과의 접촉면에 확산방지막으로 사용되는 조성물.The diffusion barrier of claim 1, wherein the composition comprises a diffusion barrier layer on a lower surface of the lower electrode of the capacitor, a contact surface of a word line and an insulating film or a substrate, a contact surface of a bit line and an insulating film or a substrate, and a contact surface of a wiring metal and an insulating film in a D-RAM device. The composition used. 제2항에 있어서, 상기 기판 또는 절연막이 실리콘을 함유하는 기판 또는 절연막인 조성물.The composition of claim 2, wherein the substrate or insulating film is a substrate or insulating film containing silicon. 확산방지막을 가지는 D-램 소자에 있어서, 상기 확산방지막이 Ta와; Ce, Zr, Y, Th 및 Hf로 구성되는 군에서 선택되는 금속, 이들의 산화물 및 이들의 산화물의 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 원소 또는 화합물로 이루어지며 상기 원소 또는 화합물의 양이 전체 확산방지막 조성물에 대해 0.1-50 at%인 조성물로 이루어지는 D-램 소자.A D-RAM device having a diffusion barrier, wherein the diffusion barrier is formed of Ta; It consists of at least one element or compound selected from the group consisting of metals selected from the group consisting of Ce, Zr, Y, Th and Hf, oxides thereof and mixtures of oxides, the amount of said elements or compounds being total A D-RAM device comprising a composition which is 0.1-50 at% of the diffusion barrier composition. 제4항에 있어서, 상기 확산방지막이 캐패시터의 하부전극의 하부, 워드선과 절연막 또는 기판과의 접촉면, 비트선과 절연막 또는 기판과의 접촉면 또는 배선 금속과 절연막과의 접촉면에 위치하는 D-램 소자.5. The D-RAM device of claim 4, wherein the diffusion barrier layer is positioned below the lower electrode of the capacitor, on the contact surface between the word line and the insulating film or the substrate, the contact surface between the bit line and the insulating film or substrate, or the contact surface between the wiring metal and the insulating film. 제4항에 있어서, 상기 배선 금속이 절연층을 사이에 둔 다층 구조인 D-램 소자.The D-RAM device according to claim 4, wherein the wiring metal has a multilayer structure with an insulating layer interposed therebetween. 제4항에 있어서, 상기 배선 금속이 구리인 D-램 소자.The D-RAM device according to claim 4, wherein the wiring metal is copper.
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