KR100399936B1 - Method for fabricatingin ferroelectric device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온에서도 확산방지막이 안정된 역활을 하여 우수한 막질의 강유전체 박막을 얻을 수 있는 강유전체 소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위해, 이를 위한 본 발명의 강유전체 소자의 제조 방법은 소정의 공정이 완료된 기판상에 층간절연층을 패터닝하여 홀을 형성하는 단계; 상기 홀에 리세스된 플러그를 형성하는 단계; 상기 플러그상에 금속버퍼층 및 금속산화물을 교대로 증착하되 상기 금속산화물의 두께가 증가하는 다층 확산방지막을 형성하는 단계; 및 상기 다층 확산방지막 상에 커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하는 강유전체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a ferroelectric device and a method for manufacturing the ferroelectric device capable of obtaining a stable ferroelectric thin film having excellent film quality by acting as a stable diffusion barrier even at high temperature, the manufacturing method of the ferroelectric device of the present invention for this purpose on Patterning an interlayer insulating layer in to form a hole; Forming a recessed plug in the hole; Alternately depositing a metal buffer layer and a metal oxide on the plug to form a multi-layer diffusion barrier layer having an increased thickness of the metal oxide; And forming a capacitor electrode on the multilayer diffusion barrier layer.

Description

강유전체 소자의 제조 방법{Method for fabricatingin ferroelectric device}Method for manufacturing ferroelectric device {Method for fabricating in ferroelectric device}

본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 강유전체 소자 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a ferroelectric element.

반도체 소자에서 강유전체(ferroelectric) 재료를 커패시터에 사용함으로써 기존 DRAM 소자에서 필요한 리프레쉬(refresh)의 한계를 극복하고 대용량의 메모리를 이용할 수 있는 소자의 개발이 진행되어 왔다.By using ferroelectric materials in capacitors in semiconductor devices, development of devices capable of using a large-capacity memory while overcoming the limitation of refresh required in conventional DRAM devices has been in progress.

FeRAM(ferroelectric random access memory) 소자는 비휘발성 기억 소자의 일종으로 전원이 끊어진 상태에서도 저장 정보를 기억하는 장점이 있을 뿐만 아니라 동작 속도도 기존의 DRAM(dynamic random access memory)에 필적하여 차세대 기억소자로 각광받고 있다.A ferroelectric random access memory (FeRAM) device is a nonvolatile memory device that has the advantage of storing stored information even when the power supply is turned off, and its operation speed is comparable to that of a conventional dynamic random access memory (DRAM). Be in the spotlight.

강유전체 박막을 비휘발성 메모리 소자로 사용하는 경우 가해주는 전기장의 방향으로 분극의 방향을 조절하여 신호를 입력하고, 전기장을 제거하였을 때 남아있는 잔류분극의 방향에 의해 디지털 신호(digital) 1과 0을 저장하게 되는 원리를 이용하는 것이다.When using a ferroelectric thin film as a nonvolatile memory device, the signal is input by adjusting the direction of polarization in the direction of an electric field applied to the ferroelectric thin film, and the digital signals 1 and 0 are determined by the direction of residual polarization remaining when the electric field is removed. Is to use the principle of storage.

PZT 및 BST와 같은 강유전체 박막은 그 유전율이 수백이상으로 높고, 큐리(Curie) 온도 이하에서 자발 분극이 존재하여 전계를 가하지 않은 상태에서 분극을 갖고 있는 특성을 보이고 있어, 반도체 메모리 소자에 다양하게 응용되고 있다. DRAM의 셀 커패시터로 강유전체 커패시터를 사용할 경우 유전율이 기존의 Ta2O5에 비해 10배이상 높아 작은 커패시터 면적에서도 충분한 정전용량을 확보할 수 있는 장점이 있다. 이 때문에 수기가 비트급 DRAM에 있어서는 셀 커패시터로서BST 박막을 이용한 강유전체 커패시터에 대한 개발이 많이 이루어지고 있다.Ferroelectric thin films, such as PZT and BST, have high dielectric constants of more than several hundreds and exhibit spontaneous polarization under Curie temperature and thus have polarization in the absence of an electric field. It is becoming. When using ferroelectric capacitors as DRAM cell capacitors, the dielectric constant is more than 10 times higher than that of conventional Ta2O5, which has the advantage of ensuring sufficient capacitance even in a small capacitor area. For this reason, many developments have been made on ferroelectric capacitors using BST thin films as cell capacitors in handwritten bit DRAM.

한편, 강유전체 박막의 불휘발성 특성을 이용한 FRAM의 경우에 있어서도, PZT, SBT 등와 같은 강유전체 박막 커패시터에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있고, 제품화 되고 있다. 상기의 강유전체 박막을 포함한 대부분의 강유전체 박막은 산소를 다량으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.On the other hand, even in the case of the FRAM utilizing the nonvolatile characteristics of the ferroelectric thin film, research on ferroelectric thin film capacitors such as PZT, SBT, and the like has been actively conducted and commercialized. Most ferroelectric thin films including the above ferroelectric thin films are characterized by containing a large amount of oxygen.

따라서, 강유전체 박막을 메모리 커패시터의 유전체 물질로 사용할 경우에는 커패시터의 상하부 전극을 모두 금속 박막을 사용할 필요가 있다. 금속 박막 없이 폴리실리콘 위에 직접 강유전체 박막을 형성할 경우에는 강유전체 박막 내에 포함되어 있는 산소성분과 폴리실리콘과 반응하여 SiO2 박막이 계면에 형성되어 진다. 이러한 경우 전체적인 유전율은 감소하여 강유전체 박막을 사용한 장점을 잃게 되기 때문이다. 따라서, 강유전체 박막을 사용한 커패시터의 경우는 금속전극을 사용하는 것이 일반적이다.Therefore, when the ferroelectric thin film is used as a dielectric material of the memory capacitor, it is necessary to use a metal thin film for both the upper and lower electrodes of the capacitor. When the ferroelectric thin film is directly formed on the polysilicon without the metal thin film, the SiO 2 thin film is formed at the interface by reacting with the oxygen component and the polysilicon contained in the ferroelectric thin film. In this case, the overall dielectric constant is reduced, and the advantage of using the ferroelectric thin film is lost. Therefore, in the case of a capacitor using a ferroelectric thin film, it is common to use a metal electrode.

도1은 종래 기술에 따른 강유전체 소자의 커패시터 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a capacitor of a ferroelectric device according to the prior art.

도1을 참조하여 살펴보면, 소자분리막(11), 게이트구조(13), 활성영역(12), 비트라인(14)이 형성된 기판(10) 상에 제1 층간절연층(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1, a first interlayer insulating layer 15 is formed on a substrate 10 on which an isolation layer 11, a gate structure 13, an active region 12, and a bit line 14 are formed.

상기 제1 층간절연막(15)을 관통하여 반도체기판의 활성영역(12)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘(16), 금속버퍼층(18) 확산방지막(17)으로 이루어진 스토리지 노드 콘택 플러그(16, 17, 18)로 형성한다.A contact hole connected to the active region 12 of the semiconductor substrate is formed through the first interlayer insulating layer 15. The contact hole is formed of the storage node contact plugs 16, 17, and 18 formed of the polysilicon 16 and the metal buffer layer 18.

이어서 하부전극(19), 강유전체(20) 및 상부전극(21)을 증착하고 패터닝하여 커패시터를 완성한다.Subsequently, the lower electrode 19, the ferroelectric 20 and the upper electrode 21 are deposited and patterned to complete the capacitor.

트랜지스터의 활성영역(12)과 커패시터의 연결은 폴리실리콘(16) 플러그에 의해 연결되어 지며, DRAM의 경우 전하를 저장하는 용도로, FRAM의 경우 분극방향을 저장하는 용도로 사용되어 진다.The active region 12 of the transistor and the capacitor are connected by a polysilicon 16 plug. In the case of DRAM, the charge is stored, and in the case of the FRAM, the polarization direction is used.

강유전체 박막의 금속전극(19, 21)으로는 Pt,Ru, Ir등의 노블(Noble) 금속 게열이 사용되어 진다. 이때, 강유전체(20)은 고온에서 증착 또는 후속 열처리 공정이 수반되어 지는 관계로, 강유전체(20) 형성시 박막내에 포함되어 있는 산소 성분이 하부전극(19)을 통해 확산되어 폴리실리콘(16) 플러그와 반응하여 접촉저항을 증가시키는 원인이 되고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위해 확산방지막(17)을 사용하여 산소의 확산을 방지하고 있다.As the metal electrodes 19 and 21 of the ferroelectric thin film, a noble metal array such as Pt, Ru, Ir, or the like is used. At this time, since the ferroelectric 20 is accompanied by a deposition or subsequent heat treatment at a high temperature, oxygen components included in the thin film when the ferroelectric 20 is formed are diffused through the lower electrode 19 so that the polysilicon 16 plugs. In order to solve the problem, the diffusion barrier 17 is used to prevent the diffusion of oxygen.

상기 확산방지막(17)은 산소의 확산을 방지하기 위한 목적으로 사용되고 있기 때문에 산소와 반응하지 않는 물질을 사용하거나 또는 산소와 반응하여도 전도성을 잃지 않는 물질을 선택해야 한다. 일반적인 확산 장벽 물질인 TiN의 경우는 산소와 쉽게 반응하여 절연체를 형성함으로 강유전체 커패시터용 확산장벽 물질로는 적당하지 않다.Since the diffusion barrier 17 is used to prevent the diffusion of oxygen, a material that does not react with oxygen or a material that does not lose conductivity even when reacted with oxygen should be selected. In general, TiN, a diffusion barrier material, is not suitable as a diffusion barrier material for ferroelectric capacitors because it easily reacts with oxygen to form an insulator.

따라서, 강유전체 커패시터의 확산방지막(17)으로는 산소와 반응하여도 전도성을 유지하는 IrO2, RuO2와 같은 전도성 금속 산화물 물질을 주로 사용하고 있다.Therefore, as the diffusion barrier 17 of the ferroelectric capacitor, conductive metal oxide materials such as IrO 2 and RuO 2 that maintain conductivity even when reacted with oxygen are mainly used.

일예로 하부전극(19)을 이리듐(Ir)으로, 확산방지막(17)을 IrO2으로 사용할 수 있다. 이때에는 금속버퍼층(18)으로 Ir을 얇게 증착하여 사용하는데, 이는 확산방지막(17)을 IrO2으로 증착시 폴리실리콘(16)과 반응하지 않도록 하기 위해 얇은 두께로 사용되어 지는 층이다.For example, the lower electrode 19 may be used as iridium (Ir), and the diffusion barrier film 17 may be used as IrO 2. At this time, a thin layer of Ir is used as the metal buffer layer 18, which is a layer that is used in a thin thickness so as not to react with the polysilicon 16 when the diffusion barrier 17 is deposited with IrO2.

상기 확산방지막(17)으로 사용되는 금속산화물(예컨대 IrOx)은 500 ~ 600℃ 의 온도까지는 안정된 특성을 보여 주나, 그 이상의 온도에서는 금속산화물 내에 포함되어 있는 산소가 다시 아래로 확산되어 폴리 실리콘 플러그와 반응하여 그 부분의 접촉저항을 증가시켜 소자 동작의 불량을 유발하는 문제가 발생된다.The metal oxide (eg IrOx) used as the diffusion barrier 17 shows stable properties up to a temperature of 500 to 600 ° C., but at higher temperatures, oxygen contained in the metal oxide is diffused downward again to form a polysilicon plug. In response, a problem arises in that the contact resistance of the portion is increased to cause a malfunction of the device.

도2는 도1의 A-A'에 대한 성분 분포를 600℃ 구조에 대해 열처리 하여 열처리 전과 후의 깊이별 성분 분포를 Augur eletron spectroscope를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.FIG. 2 shows the result of measuring the component distribution for each depth before and after heat treatment by heat treatment of the component distribution of A-A 'of FIG. 1 using 600 ° C. structure using Augur eletron spectroscope.

이하 도2를 참조하여 살펴보면, 600 ℃의 열처리에 대해서도 확산방지막(17) 내에 있는 산소 성분이 폴리실리콘 계면까지 확산되어 있음을 알 수 있다. 이러한 확산 정도의 경우 접촉저항과 같은 전기적 특성에 있어서는 매우 큰 영향을 줄 것으로 예상된다. 이러한 문제 때문에 종래 기술에 있어서는 강유전체 박막 및 후속 공정에 대한 공정 온도를 500℃ 이하에서 이루어 지도록 하고 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that even in the heat treatment at 600 ° C., the oxygen component in the diffusion barrier film 17 is diffused to the polysilicon interface. This degree of diffusion is expected to have a very significant effect on the electrical properties such as contact resistance. For this reason, in the prior art, the process temperature for the ferroelectric thin film and subsequent processes is made to be 500 ° C or less.

그러나, 이러한 방법은 강유전체 박막 증착시 충분한 온도를 주지 못하므로 우수한 특성을 보유한 박막을 얻기 힘든 문제점이 있어, 결과적으로 600℃ 이상의 온도에서도 확산방지막이 안정된 역할을 해줄수 있는 방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.However, this method is difficult to obtain a thin film having excellent characteristics because it does not give enough temperature when the ferroelectric thin film is deposited, and as a result, the development of a method that can play a stable role in the diffusion barrier even at a temperature above 600 ℃ is urgently required. .

본 발명은 강유전체 소자의 커패시터 확산방지막을 다층으로 형성하여,고온에서도 확산방지막이 안정된 역활을 하여 우수한 막질의 강유전체 박막을 얻을 수있는 강유전체 소자를 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a ferroelectric device in which a capacitor diffusion barrier layer of a ferroelectric element is formed in multiple layers, and thus the diffusion barrier layer is stable even at high temperatures to obtain a ferroelectric thin film having excellent film quality.

도1은 종래 기술에 의한 강유전체 소자의 커패시터 단면도.1 is a cross-sectional view of a capacitor of a ferroelectric element according to the prior art.

도2는 종래 기술에 의한 강유전체 소자의 플러그의 성분분포에 관한 실험 그래프.2 is an experimental graph of the component distribution of the plug of the ferroelectric element according to the prior art.

도3a 내지 도3c는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 도면.3A-3C illustrate a preferred embodiment of the present invention.

도4은 본 발명의 바람직한 실시예의 실험결과를 보여주는 도면.Figure 4 shows the experimental results of the preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.* Explanation of symbols for the main parts of the drawings.

30 : 층간절연층 31 : 콘택플러그30: interlayer insulating layer 31: contact plug

32 : 금속버퍼층 33 : 확산방지막32: metal buffer layer 33: diffusion barrier

34 : 하부전극 35 : 강유전체34: lower electrode 35: ferroelectric

36 : 상부전극36: upper electrode

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한, 본 발명은 소정의 공정이 완료된 기판상에 층간절연층을 패터닝하여 홀을 형성하는 단계; 상기 홀에 리세스된 플러그를 형성하는 단계; 상기 플러그상에 금속버퍼층 및 금속산화물을 교대로 증착하되 상기 금속산화물의 두께가 증가하는 다층 확산방지막을 형성하는 단계; 및 상기 다층 확산방지막 상에 커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하는 강유전체 소자의 제조 방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of forming a hole by patterning the interlayer insulating layer on the substrate is completed a predetermined process; Forming a recessed plug in the hole; Alternately depositing a metal buffer layer and a metal oxide on the plug to form a multi-layer diffusion barrier layer having an increased thickness of the metal oxide; And forming a capacitor electrode on the multilayer diffusion barrier layer.

본 발명은 금속 산화물로 이루어진 확산방지막이 강유전체로 부터 아래로 내려오는 산소에 대한 확산을 방지하는 역할을 충분히 수행하고 있는 반면, 600℃이상의 후속 열처리 공정에 있어서는 금속 산화물 자체 내에 포함되어 있는 산소 성분이 분리, 확산되어 폴리실리콘과의 계면을 산화시켜 접촉저항을 증가시키는 원인을 제거하기 위해, 금속산화물 확산방지막을 다층으로 구성하여 강유전체에 가까운 부분은 확산방지막 내에 포함되어 있는 산소 성분을 다량 포함시켜 강유전체 박막으로 부터 확산되어 내려오는 산소성분을 차단케 하고, 확산방지막의 하단 부분은 후속 고온 열처리 공정에 대해서도 폴리실리콘 하단부에 확산 공급하는 산소의 양을 억제시키기 위해 산소성분을 미량으로 포함시킨 구조를 특징으로 하고 있다.In the present invention, the diffusion barrier formed of the metal oxide sufficiently serves to prevent diffusion of oxygen down from the ferroelectric, while in the subsequent heat treatment process of 600 ° C. or higher, the oxygen component contained in the metal oxide itself is In order to eliminate the cause of separation and diffusion to oxidize the interface with polysilicon to increase the contact resistance, the metal oxide diffusion barrier is formed in multiple layers, and the portion close to the ferroelectric contains a large amount of oxygen components contained in the diffusion barrier. Blocks the oxygen component diffused down from the thin film, and the lower portion of the diffusion barrier layer contains a small amount of oxygen component to suppress the amount of oxygen diffused to the lower portion of the polysilicon even in the subsequent high temperature heat treatment process I am doing it.

즉, 금속산화물 확산방지막의 상단부는 강유전체로 부터 확산되어 내려오는 산소의 양을 차단시키는 역할을 하고, 하단부는 고온에서도 폴리실리콘을 산화시키는 산소성분을 적게 포함하도록 설계한 것이다.That is, the upper end of the metal oxide diffusion barrier serves to block the amount of oxygen diffused down from the ferroelectric, and the lower end is designed to contain less oxygen component that oxidizes polysilicon even at high temperature.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.

도3a 내지 도3b는 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.3a to 3b show a preferred embodiment of the present invention.

먼저 도3a를 참조하여 살펴보면, 소정 공정이 완료된 기판상에 층간절연층(30)을 증착하고, 반도체 기판의 활성영역(도시되지 않음)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘으로 콘택플러그(31)를 형성하고, 금속버퍼층(32) 및 확산방지막(33)을 Ir/IrO2 구조로 형성한다. 금속버퍼층(32)의 두께는 100 ~ 300Å 범위로 하여 형성하고, Ir 대신에 Ru를 사용할 수 있다. 여기서 확산방지막(33)으로 IrOx 형성할 때에 일반적으로 Ir 박막을 증착함과 동시에 산소 가스를 챔버내에 투입하여 Ir과 산소를 반응 시켜 IrO2 박막이 증착되도록 하고 있다.First, referring to FIG. 3A, an interlayer insulating layer 30 is deposited on a substrate on which a predetermined process is completed, and a contact hole connected to an active region (not shown) of a semiconductor substrate is formed. The contact plug 31 is formed of the contact hole using polysilicon, and the metal buffer layer 32 and the diffusion barrier layer 33 are formed in an Ir / IrO 2 structure. The thickness of the metal buffer layer 32 is formed in the range of 100 to 300 kPa, and Ru may be used instead of Ir. In the case of forming IrOx with the diffusion barrier 33, an Ir thin film is generally deposited and an oxygen gas is introduced into the chamber to react Ir and oxygen to deposit an IrO2 thin film.

이어서 하부전극(34), 강유전체(35) 및 상부전극(36)을 증착하고 패터닝하여 커패시터를 완성한다.Subsequently, the lower electrode 34, the ferroelectric 35, and the upper electrode 36 are deposited and patterned to complete the capacitor.

도3b는 도3a의 확산방지막(33) 부분만 확대하여 도시한 것이다.FIG. 3B shows only an enlarged portion of the diffusion barrier 33 of FIG. 3A.

확산방지막(33) 형성과정을 자세히 살펴보면, 금속버퍼층(32)으로 증착된 Ir에 금속산화물을 형성하는데, 산소의 투입량을 초기에는 적게 하고, 후반에는 다량 투입하여 금속산화물 내에 포함되어 있는 산소의 양이 높이에 따라 많아 지도록 한다. 이러한 방법으로 제작된 금속산화물 확산방지막(33)(graded diffusion barrier, GDB) IrO2은 강유전체 박막으로 부터 확산되어 내려오는 산소의 양을 점차 차단하고, 금속산화물 자체에서 공급되어 폴리실리콘으로 확산되어 내려가는 산소의 양 또한 줄일 수 있게 된다.Looking at the formation process of the diffusion barrier 33 in detail, to form a metal oxide on the Ir deposited by the metal buffer layer 32, the amount of oxygen is initially reduced, the amount of oxygen contained in the metal oxide in the second half Try to increase by this height. The metal oxide diffusion barrier 33 (GDB) IrO 2 produced in this manner gradually blocks the amount of oxygen diffused from the ferroelectric thin film, and is supplied from the metal oxide itself and diffused into polysilicon. The amount of can also be reduced.

도3b에서 위쪽으로 갈수록 산소의 양이 많이 함유된 확산방지막이 형성됨을 보여준다. 상기와 같이 형성된 금속산화물 확산방지막을 인해 강유전체 박막의 증착온도를 700℃ 까지 높여 공정을 진행 할 수 있고, 산소의 차단 효과를 높이기 위해 금속 산화물 확산방지층의 두께를 500Å 이상으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3B, the diffusion barrier layer containing a large amount of oxygen is formed. Due to the metal oxide diffusion barrier layer formed as described above, the process may be performed by increasing the deposition temperature of the ferroelectric thin film to 700 ° C., and the thickness of the metal oxide diffusion barrier layer may be formed to be 500 Å or more to increase the oxygen blocking effect.

그러나, 금속산화물 내에 산소의 양을 깊이에 따라 정확하게 제어하여 형성하기가 실제로는 매우 어려울 것이다. 이는 각각의 물질이 안정된 상을 형성하는 산소 혼합 비율이 정해져 있기 때문이다.However, it will be very difficult to form and control precisely the amount of oxygen in the metal oxide according to the depth. This is because the oxygen mixing ratio at which each substance forms a stable phase is determined.

따라서, 도3b의 개념을 더 쉽게 적용하기 위한 구조를 도3c에 제시하였다.Accordingly, a structure for more easily applying the concept of FIG. 3B is shown in FIG. 3C.

도3b의 효과를 내기 위해서, 도3b처럼, 금속 산화물로 이루어진 확산방지막 내의 산소의 양을 제어하여 점차 줄여나가는 대신, 산소의 양을 고정시키고 금속산화물 박막층의 두께와 산소를 포함하지 않는 금속 층의 두께를 변화시켜 도3b의 효과를 얻는 방법을 사용한다.In order to achieve the effect of FIG. 3B, instead of gradually reducing the amount of oxygen in the diffusion barrier made of metal oxide, as shown in FIG. 3B, the amount of oxygen is fixed and the thickness of the metal oxide thin film layer and The method of obtaining the effect of Fig. 3B by varying the thickness is used.

도3c를 참조하여 살펴보면, 확산방지막의 각 층의 두께는 상단부의 금속산화물층의 두께(t1)의 두께를 가장 크게 하고 하단부의 금속산화물 층의 두께(t3)를가장 작게 함과 동시에 중간에 삽입되는 금속버퍼층의 두께(t4, t5)는 고정시켜서 형성한다. 여기서는 t1, t2,t3은 금속산화물로서 IrO2로 두께를 점차 두껍게 형성하고, t4,t5는 금속버퍼층으로 Ir를 일정한 두께(100 ~ 300Å 범위내에서)로 형성한다. 일예로 상기 금속산화물의 그 첫번째 두께는 10 ~ 15Å 범위로 하고, 두번째 두께는 20 ~ 30Å 범위로 하고, 세번째 두께는 100Å 이상으로 하는 하여 형성할 수 있다.Referring to Figure 3c, the thickness of each layer of the diffusion barrier film is the largest thickness of the metal oxide layer (t1) of the uppermost and the thickness (t3) of the metal oxide layer of the lowermost and at the same time inserted in the middle The thicknesses t4 and t5 of the metal buffer layers to be fixed are formed. Here, t1, t2, and t3 are metal oxides, which are gradually thickened with IrO2, and t4, t5 are formed with a metal buffer layer having a constant thickness (within 100 to 300 kPa). For example, the first thickness of the metal oxide may be in the range of 10 to 15 kPa, the second thickness in the range of 20 to 30 kPa, and the third thickness may be 100 kPa or more.

금속버퍼층으로 Ir 대신에 Ru를 사용할 수 있고, 금속산화물도 IrO2 또는 RuO2로 형성할 수 있다.Instead of Ir, Ru may be used as the metal buffer layer, and the metal oxide may be formed of IrO 2 or RuO 2.

상기와 같이 형성된 금속산화물 확산방지막을 인해 강유전체 박막의 증착온도를 700℃ 까지 높여 공정을 진행 할 수 있다.Due to the metal oxide diffusion barrier formed as described above, the process may be performed by increasing the deposition temperature of the ferroelectric thin film to 700 ° C.

이어서 도4는 강유전체 소자의 커패시터의 확산방지막으로 다층 금속산화물 확산방지막의 효과를 평가하기 위해, 760 torr, 산소분위기에서 10분간 열처리때 온도(가로축)에 대한 콘택플러그 저항(세로축)을 나타낸 실험 도표이다. 이는 기존의 방식대로 금속산화물 확산방지막을 단층으로 IrO2 을 사용한 경우(A)와 도3c에서 제시한 다층으로 확산방지막 구조(B)를 형성했을 때, 각각의 온도에서 후속 열처리 후 폴리실리콘과의 접촉저항을 측정한 것이다.4 is an experimental diagram showing contact plug resistance (vertical axis) with respect to temperature (horizontal axis) during heat treatment for 10 minutes in an oxygen atmosphere at 760 torr, in order to evaluate the effect of the multilayer metal oxide diffusion barrier as a diffusion barrier of the capacitor of the ferroelectric element. to be. This is achieved by contacting with polysilicon after subsequent heat treatment at each temperature when the diffusion barrier structure (B) is formed in a multilayer (A) and the multilayer shown in FIG. The resistance is measured.

실험에서, 종래의 확산방지막 구조(A)에서는, 하부전극으로 사용된 Ir은 80nm으로 하고, 확산방지막으로 사용된 IrO2는 50nm, 금속버퍼층으로 사용된 Ir는 30nm로 형성하였고, 본발명에서의 다층 확산방지막 구조에서는 하부전극으로 사용된 Ir은 80nm, 금속버퍼층으로 사용된 Ir은 30nm로 형성하였고, 다층 확산방지막은기존의 IrO2 한층의 두께와 비슷하게 형성하였다. 이는 두께에 대한 효과를 배제하기 위한 것이다.In the experiment, in the conventional diffusion barrier structure (A), Ir used as the lower electrode was 80 nm, IrO 2 used as the diffusion barrier was formed at 50 nm, Ir used as the metal buffer layer was formed at 30 nm. In the diffusion barrier structure, Ir used as the lower electrode was formed at 80 nm, and Ir used as the metal buffer layer was formed at 30 nm, and the multilayer diffusion barrier formed similar to the thickness of the existing IrO 2 layer. This is to exclude the effect on thickness.

기존의 확산방지막을 사용한 경우 500℃ 이상에서 급격하게 접촉저항이 증가함을 알 수 있고, 이는 폴리실리콘 플러그 표면이 500℃ 이상에서 급격히 산화됨을 나타낸다. 반면, 본 발명에서 제안하고 있는 다층 확산 방지막의 결과를 보면, 700℃까지 저항의 변화가 심하게 없음을 확인할 수 있다.In the case of using the conventional diffusion barrier film, it can be seen that the contact resistance rapidly increases at 500 ° C. or higher, indicating that the surface of the polysilicon plug is rapidly oxidized at 500 ° C. or higher. On the other hand, looking at the results of the multilayer diffusion barrier proposed by the present invention, it can be seen that there is no significant change in resistance up to 700 ° C.

상기의 다층 금속산화물 확산방지막은 금속 산화물 뿐만 아니라 확산방지막으로 사용되는 기타 화합물 박막에 대해서도 조성의 변화를 줌으로서 확산방지막으로서의 역활을 개선시킬수 있다.The multilayer metal oxide diffusion barrier can improve its role as a diffusion barrier by changing the composition of not only the metal oxide but also other compound thin films used as the diffusion barrier.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것을 본 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and the present invention belongs to various permutations, modifications, and changes that can be made without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

본 발명에 따르면, 물질의 변화 및 공정 스텝의 추가 없이도 제조시 투입되는 산소의 양만을 조절하여 확산방지막을 형성함으로서, 콘택 저항을 작게 유지하면서도 강유전체의 증착온도를 높일 수 있어 우수한 막질의 강유전체 박막을 얻을 수 있다.According to the present invention, by forming only a diffusion barrier by controlling only the amount of oxygen introduced during manufacture without changing materials and adding process steps, it is possible to increase the deposition temperature of the ferroelectric while maintaining a low contact resistance, thereby making an excellent film quality ferroelectric thin film. You can get it.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 소정의 공정이 완료된 기판상에 층간절연층을 패터닝하여 홀을 형성하는 단계;Forming a hole by patterning an interlayer insulating layer on the substrate having a predetermined process; 상기 홀에 리세스된 플러그를 형성하는 단계;Forming a recessed plug in the hole; 상기 플러그상에 금속버퍼층 및 금속산화물을 교대로 증착하되 상기 금속산화물의 두께가 증가하는 다층 확산방지막을 형성하는 단계; 및Alternately depositing a metal buffer layer and a metal oxide on the plug to form a multi-layer diffusion barrier layer having an increased thickness of the metal oxide; And 상기 다층 확산방지막 상에 커패시터 전극을 형성하는 단계Forming a capacitor electrode on the multilayer diffusion barrier layer 를 포함하는 강유전체 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a ferroelectric element comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 금속버퍼층으로 Ir 또는 Ru 를 사용하는 것을 특징으로 하는 강유전체소자의 제조 방법.A method of manufacturing a ferroelectric element, wherein Ir or Ru is used as the metal buffer layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 금속버퍼층은 그 두께를 100 ~ 300 Å 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.The metal buffer layer is a method of manufacturing a ferroelectric element, characterized in that the thickness of 100 ~ 300 Å range. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 금속산화물은 IrO2 또는 RuO2 를 사용하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 제조 방법.The metal oxide is a method of manufacturing a ferroelectric device, characterized in that using IrO2 or RuO2. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 금속산화물은 그 두께가 10 ~ 100Å 범위로 증가하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자 제조 방법.The metal oxide is a ferroelectric device manufacturing method, characterized in that the thickness increases in the range of 10 ~ 100Å.
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