KR20050029814A - Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same - Google Patents

Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20050029814A
KR20050029814A KR1020030066027A KR20030066027A KR20050029814A KR 20050029814 A KR20050029814 A KR 20050029814A KR 1020030066027 A KR1020030066027 A KR 1020030066027A KR 20030066027 A KR20030066027 A KR 20030066027A KR 20050029814 A KR20050029814 A KR 20050029814A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ruthenium
film
plasma
oxygen
source
Prior art date
Application number
KR1020030066027A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이광희
이정현
서범석
유차영
임한진
정숙진
이진일
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020030066027A priority Critical patent/KR20050029814A/en
Publication of KR20050029814A publication Critical patent/KR20050029814A/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/60Electrodes
    • H01L28/65Electrodes comprising a noble metal or a noble metal oxide, e.g. platinum (Pt), ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO2), iridium (Ir), iridium dioxide (IrO2)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

A method of fabricating Ru layer and a method of fabricating an MIM capacitor using the same are provided to minimize oxygen content within the ruthenium layer by forming the ruthenium layer by a PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method or a PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition) method. A ruthenium layer(110) is formed on an upper surface of a semiconductor(100) by using a specific oxygen ruthenium source or plasma including hydrogen as a decomposer of a ruthenium source. The specific oxygen ruthenium source is formed with one of cyclopentadienyle type ruthenium sources such as Ru(EtCp)2 and Ru(BuCp)2. The plasma is formed with H2 plasma or NH3 plasma.

Description

루테늄막 제조방법 및 이를 이용한 MIM 캐패시터의 제조방법{Method for manufacturing Ru layer and method for manufacturing MIM capacitor using the same}Ruthenium film production method and method for manufacturing MIM capacitor using the same {Method for manufacturing Ru layer and method for manufacturing MIM capacitor using the same}

본 발명은 루테늄막 제조방법 및 이를 이용한 MIM 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하부 전극으로 사용되는 루테늄막의 산소 함량을 감소시킬 수 있는 루테늄막 제조방법 및 이를 이용한 MIM 캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ruthenium film manufacturing method and a method of manufacturing a MIM capacitor using the same, and more particularly to a ruthenium film manufacturing method that can reduce the oxygen content of the ruthenium film used as a lower electrode and a method of manufacturing a MIM capacitor using the same It is about.

최근, 디램(DRAM), 페램(FERAM)등의 반도체 소자의 박막 전극 재료로서 비저항 등의 전기적 특성이 극도로 우수한 루테늄(Ru) 또는 루테늄 화합물이 적용되고 있다.In recent years, ruthenium (Ru) or ruthenium compound which is extremely excellent in electrical characteristics, such as a resistivity, is applied as thin film electrode material of semiconductor elements, such as DRAM and FERAM.

루테늄(또는 루테늄 화합물)으로 된 박막은 예를 들어 스퍼터링(sputtering) 또는 CVD(chemical vapor deposition)으로 주로 형성되고 있다. 특히, CVD 방식은 균일한 두께의 박막을 제조하기 용이하다는 장점이 있으므로, 고집적 반도체 소자를 제작하는데 주로 사용되고 있다. Thin films of ruthenium (or ruthenium compound) are mainly formed by, for example, sputtering or chemical vapor deposition (CVD). In particular, since the CVD method has an advantage of easily manufacturing a thin film having a uniform thickness, it is mainly used to manufacture a highly integrated semiconductor device.

CVD 방법에 의하여 루테늄 박막을 제조하는 데에는 루테늄 소스가 필요하다. 일반적인 루테늄 소스로는 시클로펜타디에닐(cyclopentadienyle) 타입의 Ru(EtCp)2 또는 Ru(BuCp)2 소스 및 비-디케토네이트(b-diketonate) 타입의 Ru(OD)3 또는 Ru(methd)3등이 있다. 여기서, CVD 방식에 의하여 형성된 Ru막을 전극으로 이용하는 MIM 캐패시터의 제조방법을 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.A ruthenium source is required to prepare a ruthenium thin film by the CVD method. Common ruthenium sources include Ru (EtCp) 2 or Ru (BuCp) 2 sources of cyclopentadienyle type and Ru (OD) 3 or Ru (methd) 3 of non-diketonate type. Etc. Here, a method of manufacturing a MIM capacitor using a Ru film formed by a CVD method as an electrode will be described with reference to FIG. 1.

도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상부에 층간 절연막(20)을 형성한다. 층간 절연막(20)의 소정 부분에 도전 플러그(25)를 공지의 방식으로 형성한다. 도전 플러그(25)가 형성된 층간 절연막(20) 상부에 몰드 산화막(도시되지 않음)을 형성한다. 도전 플러그(25) 표면이 노출되도록 층간 절연막(20)을 식각하여, 캐패시터 영역을 한정한다. As shown in FIG. 1, an interlayer insulating layer 20 is formed on the semiconductor substrate 10. A conductive plug 25 is formed in a predetermined portion of the interlayer insulating film 20 in a known manner. A mold oxide film (not shown) is formed on the interlayer insulating film 20 on which the conductive plug 25 is formed. The interlayer insulating film 20 is etched to expose the surface of the conductive plug 25 to define the capacitor region.

다음, 캐패시터 영역이 한정된 반도체 기판(10) 상부에 시클로펜타디에닐 타입의 Ru(EtCp)2 또는 Ru(BuCp)2 소스 및 비-디케토네이트 타입의 Ru(OD)3 또는 Ru(methd)3 소스 중 선택되는 하나의 소스를 이용하여 CVD 방식으로 하부 전극용 루테늄막을 증착한다. 이때, 상기 루테늄 소스를 분해하기 위한 분해자로는 산소(O2)가 사용된다.Next, a cyclopentadienyl type Ru (EtCp) 2 or Ru (BuCp) 2 source and a non-diketonate type Ru (OD) 3 or Ru (methd) 3 on the semiconductor substrate 10 having a limited capacitor region. A ruthenium film for the lower electrode is deposited by CVD using one source selected from among the sources. At this time, oxygen (O 2 ) is used as a decomposer for decomposing the ruthenium source.

이와 같이 증착된 루테늄막을 몰드 산화막 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마하여, 콘케이브(concave) 형태의 하부 전극(30)을 형성한다. 그후, 몰드 산화막을 공지의 방식으로 제거한다. The ruthenium film deposited as described above is chemically mechanically polished to expose the mold oxide film surface, thereby forming a lower electrode 30 having a concave shape. Thereafter, the mold oxide film is removed in a known manner.

하부 전극(30) 및 층간 절연막(20) 표면에 유전막, 예컨대 탄탈륨 산화막(35)을 증착한다음, 탄탈륨 산화막(35)의 유전율을 개선하기 위하여 열처리 공정을 실시한다. 탄탈륨 산화막(35) 표면에 하부 전극(30)과 동일한 물질로 상부 전극(40)을 형성하여, 캐패시터(45)를 완성한다.After depositing a dielectric film such as a tantalum oxide film 35 on the lower electrode 30 and the interlayer insulating film 20, a heat treatment process is performed to improve the dielectric constant of the tantalum oxide film 35. The upper electrode 40 is formed on the surface of the tantalum oxide film 35 with the same material as the lower electrode 30, thereby completing the capacitor 45.

그러나, 상술한 바와 같이, 하부 전극(30)을 구성하는 루테늄막은 루테늄 소스를 분해시키기 위한 분해자로 산소를 사용하고 있으므로, 루테늄막내에 산소가 다량 포함되어 있다. However, as described above, since the ruthenium film constituting the lower electrode 30 uses oxygen as a decomposer for decomposing the ruthenium source, a large amount of oxygen is contained in the ruthenium film.

특히, 시클로펜타디에닐 타입의 루테늄 소스를 사용하는 경우, 루테늄 소스 자체내에 산소가 포함되어 있지 않으므로, 초기 핵생성이 지연될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 고압 고농도의 산소 분위기 하에서 루테늄막을 증착하고 있지만, 고농도의 산소 분위기하에서 루테늄막을 증착함에 따라, 루테늄막의 산소 함량이 증대된다.In particular, when using a ruthenium source of the cyclopentadienyl type, since the ruthenium source itself does not contain oxygen, the initial nucleation may be delayed. In order to prevent this, the ruthenium film is deposited under a high pressure and high oxygen atmosphere, but as the ruthenium film is deposited under a high oxygen atmosphere, the oxygen content of the ruthenium film is increased.

또한, 비-디케토네이트 타입의 Ru(OD)3 또는 Ru(methd)3등의 루테늄 소스는 자체적으로 소스내에 산소기를 포함하고 있으므로, 루테늄막 내부에 필연적으로 산소가 포함된다.In addition, since ruthenium sources such as Ru (OD) 3 or Ru (methd) 3 of the non-diketonate type itself contain oxygen groups in the source, oxygen is inevitably included in the ruthenium film.

이러한 산소의 대부분은 탄탈륨 산화막의 유전율을 개선하기 위한 열처리 공정시 하부의 티타늄 금속막으로 된 도전 플러그(25)로 대부분 확산되어, 도전 플러그(25)의 표면을 산화시킨다. 여기서, 미설명 도면 부호 50은 도전 플러그(25)와 하부 전극(30)의 계면에 발생된 산화막을 나타낸다.Most of this oxygen diffuses into the conductive plug 25 made of a titanium metal film at the bottom during the heat treatment process for improving the dielectric constant of the tantalum oxide film, thereby oxidizing the surface of the conductive plug 25. Here, reference numeral 50 denotes an oxide film generated at an interface between the conductive plug 25 and the lower electrode 30.

이와 같이 도전 플러그(25)가 산화되면, 도전 플러그(25)와 하부 전극(30)간의 콘택 저항이 증대되어, 저항성 페일 비트(fail bit)가 유발된다. 더불어, 콘택 플러그(25)와 하부 전극(30) 사이에 산화막(50)의 발생으로, 원치 않는 기생 캐패시터가 형성되어, 캐패시터의 전체 용량을 감소시킨다. When the conductive plug 25 is oxidized in this manner, the contact resistance between the conductive plug 25 and the lower electrode 30 is increased, resulting in a resistive fail bit. In addition, the generation of the oxide film 50 between the contact plug 25 and the lower electrode 30 results in the formation of unwanted parasitic capacitors, thereby reducing the total capacitance of the capacitor.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 산소 함량을 최소화할 수 있는 루테늄막 제조방법을 제공하는 것이다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a ruthenium film production method that can minimize the oxygen content.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 MIM 캐패시터의 하부 전극과 콘택되는 도전 플러그의 산화를 방지할 수 있는 상기한 루테늄막 제조방법에 의한 MIM 캐패시터의 제조방법을 제공하는 것이다. In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing a MIM capacitor by the above-described ruthenium film manufacturing method that can prevent the oxidation of the conductive plug in contact with the lower electrode of the MIM capacitor.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 루테늄막 제조방법은, 반도체 기판상에 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 상기 루테늄 소스의 분해자로 이용하여 루테늄막을 제조한다.In order to achieve the above technical problem, the ruthenium film production method of the present invention, by using a plasma containing a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component on the semiconductor substrate as a decomposer of the ruthenium source to produce a ruthenium film.

또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 MIM 캐패시터의 제조방법은, 반도체 기판상에 도전 플러그를 갖는 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막 상부에 몰드 산화막을 형성한다. 그후, 상기 도전 플러그가 노출되도록 몰드 산화막을 소정 부분 패터닝하여, 캐패시터 영역을 형성한다음, 상기 몰드 산화막 상부에 상기 도전 플러그와 콘택되도록 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 이용하여 루테늄막을 형성한다. 상기 루테늄막을 상기 몰드 산화막이 노출되도록 평탄화하여, 하부 전극을 형성하고, 상기 몰드 산화막을 제거한다. 그후, 상기 하부 전극 표면에 유전막을 형성하고, 상기 유전막 상부에 상부 전극을 형성한다.In addition, according to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a MIM capacitor includes forming an interlayer insulating film having a conductive plug on a semiconductor substrate, and forming a mold oxide film over the interlayer insulating film. Thereafter, a portion of the mold oxide film is patterned to expose the conductive plug to form a capacitor region, and then a ruthenium film is formed by using a plasma including a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component to contact the conductive plug on the mold oxide film. Form. The ruthenium film is planarized to expose the mold oxide film to form a lower electrode, and the mold oxide film is removed. Thereafter, a dielectric film is formed on the lower electrode surface, and an upper electrode is formed on the dielectric film.

상기 도전 플러그는 티타늄 금속막으로 형성될 수 있다.The conductive plug may be formed of a titanium metal film.

상기 비산소 루테늄 소스는 Ru(EtCp)2 및 Ru(BuCp)2와 같은 사이클로펜타디에닐 타입의 루테늄 소스중 선택되는 하나가 이용될 수 있고, 상기 수소 성분을 포함하는 플라즈마는 H2 플라즈마 또는 NH3플라즈마일 수 있다.The non-oxygen ruthenium source may be one selected from ruthenium sources of cyclopentadienyl type, such as Ru (EtCp) 2 and Ru (BuCp) 2, and the plasma containing the hydrogen component may be H 2 plasma or NH. 3 plasma.

또한, 상기 루테늄막은 PECVD 방식 또는 PEALD 방식으로 형성할 수 있다. 아울러, 상기 루테늄막을 PEALD 방식으로 형성하는 경우, 수소 성분을 포함하는 플라즈마 분위기가 조성된 ALD 챔버내에 상기 비산소 루테늄 소스를 소정 시간 동안 공급하는 단계와, 상기 ALD 챔버 내부를 퍼지시키는 단계를 적어도 한번 반복 실시한다. In addition, the ruthenium film may be formed by a PECVD method or a PEALD method. In addition, when the ruthenium film is formed in the PEALD method, supplying the non-oxygen ruthenium source to the ALD chamber having a plasma atmosphere containing hydrogen for a predetermined time and purging the inside of the ALD chamber at least once. Repeat.

이하 첨부한 도면에 의거하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

(실시예 1)(Example 1)

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 루테늄막 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a ruthenium film production method according to Embodiment 1 of the present invention.

도 2를 참조하여, 반도체 기판(100), 예컨대, 소정의 회로 패턴 및 절연층들이 형성되어 있는 실리콘 기판 결과물 상부에, 비산소 루테늄 소스를 이용하여 루테늄막(110)을 증착한다. 비산소 루테늄 소스로는 산소 성분을 포함하고 있지 않는 루테늄 소스로서, 예를 들어, Ru(EtCp)2, Ru(BuCp)2 및 RuCpBuCp와 같은 사이클로펜타디에닐 타입의 루테늄 소스가 이용될 수 있다. 한편, 비산소 루테늄 소스를 분해시키기 위한 분해자로는 수소(H) 성분을 포함하는 플라즈마, 예컨대, H2 플라즈마 또는 NH3플라즈마가 이용될 수 있다. 바람직하게는, 본 실시예의 루테늄막(110) 증착시 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 지속적으로 공급할 수 있도록, PECVD(Plasma enhanced CVD) 방식으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, a ruthenium film 110 is deposited using a non-oxygen ruthenium source on a semiconductor substrate 100, for example, on a silicon substrate product on which predetermined circuit patterns and insulating layers are formed. As the non-oxygen ruthenium source, a ruthenium source containing no oxygen component, for example, a ruthenium source of cyclopentadienyl type such as Ru (EtCp) 2 , Ru (BuCp) 2 and RuCpBuCp may be used. Meanwhile, as a decomposer for decomposing the non-oxygen ruthenium source, a plasma including a hydrogen (H) component, for example, an H 2 plasma or an NH 3 plasma may be used. Preferably, it may be formed by a plasma enhanced CVD (PECVD) method to continuously supply a plasma containing a hydrogen component during deposition of the ruthenium film 110 of the present embodiment.

비록 초기 핵생성율이 낮은 비산소 루테늄 소스를 이용하여 루테늄막을 증착하더라도, 높은 활성도를 가지는 수소 성분을 포함하는 플라즈마가 분해자로 이용되므로, 비산소 루테늄 소스의 분해율이 개선되어, 핵생성율을 개선할 수 있다. 또한, PECVD 방식에 의해 루테늄막이 형성됨에 따라, 종래의 스퍼터링 방식 보다 스텝 커버리지 특성이 탁월하다. Although the ruthenium film is deposited using a non-oxygen ruthenium source having a low initial nucleation rate, since the plasma containing a high activity hydrogen is used as the decomposer, the decomposition rate of the non-oxygen ruthenium source can be improved, thereby improving the nucleation rate. have. In addition, as the ruthenium film is formed by PECVD, the step coverage characteristics are superior to those of the conventional sputtering method.

(실시예 2)(Example 2)

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 ALD 챔버에 공급되는 가스 펄싱을 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing gas pulsing supplied to the ALD chamber according to Example 2 of the present invention.

본 실시예에 따른 루테늄막 역시, 상기 실시예 1과 같이 비산소 루테늄 소스 및 상기 비산소 루테늄 소스를 분해시키기 위한 분해자로 수소 성분을 포함하는 플라즈마가 이용된다. 본 실시예에서는, 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 지속적으로 제공하기 위하여, 루테늄막을 PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition) 방식으로 형성한다.In the ruthenium film according to the present embodiment, a plasma including a hydrogen component is used as a decomposer for decomposing the non-oxygen ruthenium source and the non-oxygen ruthenium source as in the first embodiment. In this embodiment, in order to continuously provide a plasma containing a hydrogen component, a ruthenium film is formed by a plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD) method.

PEALD 방식에 따른 루테늄막 제조방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 비산소 루테늄 소스 및 플라즈마 분위기를 주기적으로 공급한다. 보다 자세하게는, 비산소 루테늄 소스를 소정 시간(t1)동안 공급한다. 상기 비산소 루테늄 소스는 상기한 실시예 1과 같이 산소 성분을 포함하지 않는 시클로펜타디에닐 타입의 루테늄 소스가 소정 시간동안 공급된다. The ruthenium film manufacturing method according to the PEALD method, as shown in FIG. 3, periodically supplies a non-oxygen ruthenium source and a plasma atmosphere. More specifically, the non-oxygen ruthenium source is supplied for a predetermined time t1. As for the non-oxygen ruthenium source, a cyclopentadienyl type ruthenium source containing no oxygen component is supplied for a predetermined time as in Example 1 above.

비산소 루테늄 소스의 공급을 중단한 후, 소정 시간(t2)동안 퍼지 공정을 실시한다. 퍼지 공정중, 상기 비산소 루테늄 소스의 루테늄을 제외한 성분이 제거된다. 퍼지 공정을 마친다음, 소정 시간(t3)동안 플라즈마를 인가한다. 플라즈마를 인가한다는 것은 ALD 챔버 내부에 플라즈마 분위기를 조성한다는 것이고, 플라즈마는 수소 성분을 포함하는 플라즈마, 예컨대, H2 플라즈마 또는 NH3 플라즈마일 수 있다.After the supply of the non-oxygen ruthenium source is stopped, a purge process is performed for a predetermined time t2. During the purge process, components other than ruthenium of the non-oxygen ruthenium source are removed. After the purge process is completed, plasma is applied for a predetermined time t3. Applying the plasma is to create a plasma atmosphere inside the ALD chamber, which may be a plasma containing a hydrogen component, such as an H 2 plasma or an NH 3 plasma.

다음, 다시 소정 시간(t4) 동안 퍼지 공정을 실시한다. 이와 같이, 비산소 루테늄 소스를 공급하는 공정, 퍼지 공정 및 플라즈마를 인가하는 공정을 번갈아 실시하여, 소정 두께의 루테늄막을 증착한다. Next, the purge process is performed again for a predetermined time t4. In this manner, a process of supplying a non-oxygen ruthenium source, a purge process, and a process of applying plasma are alternately performed to deposit a ruthenium film having a predetermined thickness.

본 실시예에 따르면, 루테늄 소스는 소스 자체가 산소를 포함하고 있지 않고, 상기 분해자 역시 산소를 포함하고 있지 않으므로, 증착된 루테늄막의 산소 함량이 매우 낮다. 또한, 본 실시예의 루테늄막은 일반적으로 저온(200 내지 300℃)에서 진행되는 ALD 방식으로 형성되므로, 루테늄막에 열에 의해 가해지는 데미지가 감소된다.According to the present embodiment, since the ruthenium source does not contain oxygen and the decomposer also does not contain oxygen, the deposited ruthenium film has a very low oxygen content. In addition, since the ruthenium film of this embodiment is generally formed by the ALD method which proceeds at low temperature (200-300 degreeC), the damage to a ruthenium film by heat is reduced.

도 4는 본 실시예와 같이 비산소 루테늄 소스 및 H2 플라즈마를 분해자를 이용하여, ALD 방식에 의해 형성된 루테늄막의 조성을 나타낸 그래프이고, 도 5는 종래와 같이 산소 포함 루테늄 소스 및 산소 가스를 분해자를 이용하여, CVD 방식에 의해 형성된 루테늄막의 조성을 나타낸 그래프이다. 상기 도 4 및 도 5에 도시된 루테늄막의 조성은 XPS(x-ray photoelectron spectroscopy) 방식으로 분석한 결과이며, 상기 XPS 방식은 검사 대상(예컨대, 루테늄막)에 광전자를 스퍼터링하여 방출되는 양을 측정한 것이다.Figure 4 is a graph showing the composition of the ruthenium film formed by the ALD method using a non-oxygen ruthenium source and H 2 plasma as a decomposer, Figure 5 is a decomposing the oxygen-containing ruthenium source and oxygen gas as in the prior art Is a graph showing the composition of a ruthenium film formed by the CVD method. The composition of the ruthenium film shown in FIGS. 4 and 5 is a result of analyzing by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method, and the XPS method measures the amount emitted by sputtering photoelectrons to an inspection target (eg, ruthenium film). It is.

본 실시예와 같이, 비산소 루테늄 소스 및 H2 플라즈마를 이용하여, ALD 방식으로 형성된 루테늄막은 도 4의 그래프에서와 같이, 루테늄막 표면의 소량의 산소를 제외하고, 루테늄막의 하부(루테늄막과 도전 플러그의 계면에 해당함)에 산소가 거의 관찰되지 않았다.As in the present embodiment, the ruthenium film formed by the ALD method using the non-oxygen ruthenium source and the H 2 plasma, except for a small amount of oxygen on the surface of the ruthenium film, as shown in the graph of FIG. Virtually no oxygen was observed).

반면, 종래와 같이, 산소 포함 루테늄 소스, 예컨대, Ru(methd)3 소스 및 산소를 분해자로 이용하여 CVD 방식으로 루테늄막을 형성한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 루테늄막 내에 산소가 넓게 분포하고 있으며, 특히 루테늄막의 하부(루테늄막과 도전 플러그의 계면에 해당함)에 다량의 산소가 분포되어 있음을 알 수 있다. On the other hand, when a ruthenium film is formed by a CVD method using an oxygen-containing ruthenium source such as a Ru (methd) 3 source and oxygen as a decomposer, as shown in FIG. 5, oxygen is widely distributed in the ruthenium film. In particular, it can be seen that a large amount of oxygen is distributed under the ruthenium film (corresponding to the interface between the ruthenium film and the conductive plug).

이러한 결과, 본 실시예와 같이, 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 이용하여 루테늄막을 형성하는 경우, 종래에 비해 루테늄막내의 산소 함량이 크게 감소됨을 알 수 있다. 또한, 상술한 실시예 1과 같이 PECVD 방식에 의해 루테늄막을 증착하는 경우 역시 상기 도 4의 결과와 동일하다. As a result, as shown in the present embodiment, when the ruthenium film is formed by using a plasma containing a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component, it can be seen that the oxygen content in the ruthenium film is greatly reduced as compared with the prior art. In addition, when the ruthenium film is deposited by the PECVD method as in Example 1 described above, the result of FIG. 4 is also the same.

(실시예 3) (Example 3)

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예 3에 따른 MIM 캐패시터의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 6A to 6C are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a MIM capacitor according to Embodiment 3 of the present invention.

도 6a를 참조하여, 반도체 기판(200), 예컨대, 트랜지스터와 같은 회로 소자 및 절연막이 형성되어 있는 실리콘 기판 상부에 층간 절연막(210)을 형성한다. 층간 절연막(210) 내부에 상기 트랜지스터의 도전 영역과 전기적으로 연결되도록 공지의 방법에 의하여 도전 플러그(215)를 형성한다. 도전 플러그(215)를 구성하는 물질로는 이후 형성될 루테늄 하부 전극과의 반응성이 낮은 티타늄 질화막이 이용될 수 있다. 도전 플러그(215) 및 층간 절연막(210) 상부에 식각 저지막(220) 및 몰드 산화막(225)을 순차적으로 적층한다. 식각 저지막(220)은 예컨대, 층간 절연막(210)과 식각 선택비가 상이한 막, 예를 들어, 실리콘 질화막이 이용될 수 있다. 몰드 산화막(225) 및 식각 저지막(220)을 도전 플러그(215) 및 그 주변부가 노출되도록 식각하여, 캐패시터 영역(H)을 한정한다. Referring to FIG. 6A, an interlayer insulating layer 210 is formed on a semiconductor substrate 200, for example, a silicon substrate on which a circuit element such as a transistor and an insulating layer are formed. The conductive plug 215 is formed in the interlayer insulating layer 210 by a known method so as to be electrically connected to the conductive region of the transistor. As a material of the conductive plug 215, a titanium nitride film having low reactivity with a ruthenium lower electrode to be formed later may be used. An etch stop layer 220 and a mold oxide layer 225 are sequentially stacked on the conductive plug 215 and the interlayer insulating layer 210. As the etch stop layer 220, for example, a layer having a different etching selectivity from the interlayer insulating layer 210 may be used, for example, a silicon nitride layer. The mold oxide layer 225 and the etch stop layer 220 are etched to expose the conductive plug 215 and the periphery thereof, thereby defining the capacitor region H.

그 다음, 몰드 산화막(225) 및 캐패시터 영역(H) 상부에 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 분해자로 이용하여 루테늄막(230)을 소정 두께로 증착한다. 루테늄막(230)은 상기한 실시예 1 및 2에서와 같이, PECVD 또는 PEALD 방식으로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 루테늄막(230)은 산소를 포함하지 않는 루테늄 소스 및 분해자에 의해 형성되므로, 루테늄막(230)내의 산소 함량이 매우 낮으며, 특히 루테늄막(230)과 도전 플러그(215) 계면의 산소 분포가 현격히 감소된다. Next, the ruthenium film 230 is deposited to a predetermined thickness using a plasma including a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component on the mold oxide film 225 and the capacitor region H as a decomposer. The ruthenium film 230 may be formed by PECVD or PEALD, as in Embodiments 1 and 2 described above. Since the ruthenium film 230 formed as described above is formed by a ruthenium source and a decomposer that does not contain oxygen, the oxygen content in the ruthenium film 230 is very low, especially at the interface between the ruthenium film 230 and the conductive plug 215. Oxygen distribution is significantly reduced.

그후, 루테늄막(230) 상부에 상기 캐패시터 영역(H)이 충진되도록 희생층(도시되지 않음)을 형성한다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 희생층 및 루테늄막(230)을 몰드 산화막(225) 표면이 노출되도록 화학적 기계적 연마하여, 하부 전극(235)을 형성한다. 그후, 희생층 및 몰드 산화막(225)을 공지의 습식 식각 방식으로 제거한다. Thereafter, a sacrificial layer (not shown) is formed on the ruthenium film 230 so as to fill the capacitor region H. Then, as shown in FIG. 225, by chemical mechanical polishing to expose the surface, to form the lower electrode 235. Thereafter, the sacrificial layer and the mold oxide film 225 are removed by a known wet etching method.

도 4c에 도시된 바와 같이, 하부 전극(235) 표면 및 에치 스톱퍼(220) 표면에 유전막(240)을 증착한다. 유전막(240)은 고유전율을 갖는 절연막으로서, 예를 들어, 탄탈륨 산화막(Ta2O5)이 이용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 탄탈륨 산화막은 증착 당시 비정질 상태를 가지므로, 결정질 상태일 때보다 유전율이 낮다. 이에 따라, 탄탈륨 산화막의 유전율을 개선시키기 위하여, 유전막(240)을 소정 온도에서 열처리한다. 이때, 상기 하부 전극(235)내에는 산소가 거의 포함되어 있지 않은 상태이므로, 열처리 공정을 수행하여도 산소가 도전 플러그(215)쪽으로 확산되지 않는다. 이에 따라, 도전 플러그(215)의 산화를 방지할 수 있다. 그후, 유전막(240) 표면에 상부 전극(245)을 형성하여, 캐패시터(250)를 형성한다. 이때, 상부 전극(245)은 하부 전극(235)과 동일한 물질 및 방법에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상부 전극(245)은 예를 들어, 귀금속막으로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 4C, a dielectric film 240 is deposited on the surface of the lower electrode 235 and the surface of the etch stopper 220. The dielectric film 240 is an insulating film having a high dielectric constant, for example, a tantalum oxide film Ta 2 O 5 may be used. As is known, tantalum oxide films have an amorphous state at the time of deposition, and thus have a lower dielectric constant than when in a crystalline state. Accordingly, in order to improve the dielectric constant of the tantalum oxide film, the dielectric film 240 is heat-treated at a predetermined temperature. In this case, since the oxygen is almost not contained in the lower electrode 235, even when the heat treatment process is performed, oxygen does not diffuse to the conductive plug 215. Accordingly, oxidation of the conductive plug 215 can be prevented. Thereafter, the upper electrode 245 is formed on the surface of the dielectric film 240 to form the capacitor 250. In this case, the upper electrode 245 may be formed by the same material and method as the lower electrode 235. In addition, the upper electrode 245 may be formed of, for example, a noble metal film.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 하부 전극용 루테늄막 증착시, 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분 포함 플라즈마를 분해자로 사용하여, PECVD 또는 PEALD 방식으로 루테늄막을 형성한다. 이에 따라, 루테늄막 증착시 산소 공급이 배제되므로, 루테늄막내에 산소 함량이 최소화된다. 그러므로, 후속의 열처리 공정시, 도전 플러그쪽으로의 산소 확산이 방지되어, 도전 플러그의 산화가 방지된다.As described in detail above, according to the present invention, a ruthenium film is formed by PECVD or PEALD method using a non-oxygen ruthenium source and a plasma containing a hydrogen component as a decomposer during the deposition of the ruthenium film for the lower electrode. Accordingly, since oxygen supply is excluded when the ruthenium film is deposited, the oxygen content in the ruthenium film is minimized. Therefore, in the subsequent heat treatment step, oxygen diffusion to the conductive plug is prevented, and oxidation of the conductive plug is prevented.

따라서, 하부 전극과 도전 플러그간의 콘택 저항이 감소됨과 아울러, 캐패시터의 용량이 개선된다.Therefore, the contact resistance between the lower electrode and the conductive plug is reduced, and the capacitance of the capacitor is improved.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다. Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. .

도 1은 일반적인 MIM 캐패시터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a general MIM capacitor.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 루테늄막 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view for explaining a ruthenium film production method according to Embodiment 1 of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 ALD 챔버에 공급되는 가스 펄싱을 보여주는 그래프이다. 3 is a graph showing gas pulsing supplied to the ALD chamber according to Example 2 of the present invention.

도 4는 본 실시예와 같이 비산소 루테늄 소스 및 H2 플라즈마를 분해자를 이용하여, ALD 방식에 의해 형성된 루테늄막의 조성을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the composition of the ruthenium film formed by the ALD method using a non-oxygen ruthenium source and H 2 plasma decomposer as in the present embodiment.

도 5는 종래와 같이 산소 포함 루테늄 소스 및 산소 가스를 분해자를 이용하여, CVD 방식에 의해 형성된 루테늄막의 조성을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the composition of a ruthenium film formed by a CVD method using an oxygen-containing ruthenium source and an oxygen gas decomposer as in the related art.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예 3에 따른 MIM 캐패시터의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다. 6A to 6C are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a MIM capacitor according to Embodiment 3 of the present invention.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

100, 200 : 반도체 기판 110,230 : 루테늄막100, 200: semiconductor substrate 110, 230: ruthenium film

235 : 하부 전극 240 : 유전막235 lower electrode 240 dielectric film

Claims (13)

반도체 기판상에 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 상기 루테늄 소스의 분해자로 이용하여 루테늄막을 형성하는 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법.And a ruthenium film is formed on a semiconductor substrate using a plasma containing a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component as a decomposer of the ruthenium source. 제 1 항에 있어서, 상기 비산소 루테늄 소스는 Ru(EtCp)2 및 Ru(BuCp)2와 같은 사이클로펜타디에닐(cyclopentadienyle) 타입의 루테늄 소스중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법.The method of claim 1, wherein the non-oxygen ruthenium source is one selected from a ruthenium source of a cyclopentadienyl type such as Ru (EtCp) 2 and Ru (BuCp) 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 수소 성분을 포함하는 플라즈마는 H2 플라즈마 또는 NH3플라즈마인 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법.The ruthenium film production method according to claim 1, wherein the plasma containing the hydrogen component is H 2 plasma or NH 3 plasma. 제 1 항에 있어서, 상기 루테늄막은 PECVD 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법.The ruthenium film production method according to claim 1, wherein the ruthenium film is formed by PECVD. 제 1 항에 있어서, 상기 루테늄막은 PEALD 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법. The ruthenium film production method according to claim 1, wherein the ruthenium film is formed by a PEALD method. 제 5 항에 있어서, 상기 루테늄막을 PEALD 방식으로 형성하는 단계는,The method of claim 5, wherein the ruthenium layer is formed by PEALD. ALD 챔버내에 상기 비산소 루테늄 소스를 소정 시간 동안 공급하는 단계와, Supplying the non-oxygen ruthenium source into an ALD chamber for a predetermined time; 상기 ALD 챔버 내부를 퍼지시키는 단계와,Purging the inside of the ALD chamber; 상기 ALD 챔버에 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 제공하는 단계를 적어도 한번 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 루테늄막 제조방법.And repeatedly providing at least one plasma including a hydrogen component to the ALD chamber. 반도체 기판상에 도전 플러그를 갖는 층간 절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film having a conductive plug on the semiconductor substrate; 상기 층간 절연막 상부에 몰드 산화막을 형성하는 단계;Forming a mold oxide film on the interlayer insulating film; 상기 도전 플러그가 노출되도록 몰드 산화막을 소정 부분 패터닝하여, 캐패시터 영역을 형성하는 단계;Forming a capacitor region by partially patterning a mold oxide film to expose the conductive plug; 상기 몰드 산화막 상부에 상기 도전 플러그와 콘택되도록 비산소 루테늄 소스 및 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 이용하여 루테늄막을 형성하는 단계;Forming a ruthenium film on the mold oxide film by using a plasma including a non-oxygen ruthenium source and a hydrogen component to contact the conductive plug; 상기 루테늄막을 상기 몰드 산화막이 노출되도록 평탄화하여, 하부 전극을 형성하는 단계; Planarizing the ruthenium film to expose the mold oxide film to form a lower electrode; 상기 몰드 산화막을 제거하는 단계;Removing the mold oxide film; 상기 하부 전극 표면에 유전막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film on the lower electrode surface; And 상기 유전막 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 MIM 캐패시터의 제조방법.And forming an upper electrode on the dielectric layer. 제 7 항에 있어서, 상기 도전 플러그는 티타늄 금속막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the conductive plug is formed of a titanium metal film. 제 7 항에 있어서, 상기 비산소 루테늄 소스는 Ru(EtCp)2 및 Ru(BuCp)2와 같은 사이클로펜타디에닐 타입의 루테늄 소스중 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법.The method of claim 7, wherein the non-oxygen ruthenium source is one selected from a cyclopentadienyl type ruthenium source such as Ru (EtCp) 2 and Ru (BuCp) 2 . 제 7 항에 있어서, 상기 수소 성분을 포함하는 플라즈마는 H2 플라즈마 또는 NH3플라즈마인 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the plasma containing the hydrogen component is H 2 plasma or NH 3 plasma. 제 7 항에 있어서, 상기 루테늄막은 PECVD 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the ruthenium film is formed by PECVD. 제 7 항에 있어서, 상기 루테늄막은 PEALD 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the ruthenium film is formed by a PEALD method. 제 12 항에 있어서, 상기 루테늄막을 PEALD 방식으로 형성하는 단계는,The method of claim 12, wherein the ruthenium film is formed by PEALD. ALD 챔버내에 상기 비산소 루테늄 소스를 소정 시간 동안 공급하는 단계와, Supplying the non-oxygen ruthenium source into an ALD chamber for a predetermined time; 상기 ALD 챔버 내부를 퍼지시키는 단계와,Purging the inside of the ALD chamber; 상기 ALD 챔버에 수소 성분을 포함하는 플라즈마를 제공하는 단계를 적어도 한번 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 MIM 캐패시터의 제조방법. Providing a plasma comprising a hydrogen component to the ALD chamber at least once.
KR1020030066027A 2003-09-23 2003-09-23 Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same KR20050029814A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030066027A KR20050029814A (en) 2003-09-23 2003-09-23 Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030066027A KR20050029814A (en) 2003-09-23 2003-09-23 Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050029814A true KR20050029814A (en) 2005-03-29

Family

ID=37386319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030066027A KR20050029814A (en) 2003-09-23 2003-09-23 Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20050029814A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100771864B1 (en) * 2005-12-28 2007-11-01 삼성전자주식회사 Method of forming metal layer and method of forming capacitor using the same
US7361544B2 (en) 2005-12-27 2008-04-22 Hynix Semiconductor Inc. Method for fabricating capacitor in semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7361544B2 (en) 2005-12-27 2008-04-22 Hynix Semiconductor Inc. Method for fabricating capacitor in semiconductor device
KR100771864B1 (en) * 2005-12-28 2007-11-01 삼성전자주식회사 Method of forming metal layer and method of forming capacitor using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100505680B1 (en) Method for manufacturing semiconductor memory device having ruthenium film and apparatus for manufacturing the ruthenium film
US7109542B2 (en) Capacitor constructions having a conductive layer
US7288808B2 (en) Capacitor constructions with enhanced surface area
KR100622609B1 (en) Thin film deposition method
KR100672766B1 (en) Method for fabricating capacitor in semiconductor device
US20070023810A1 (en) Capacitor, semiconductor device having the same, and method of manufacturing the semiconductor device
KR100596805B1 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
KR100772101B1 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
KR20050029814A (en) Method for manufacturing ru layer and method for manufacturing mim capacitor using the same
US7842581B2 (en) Methods of forming metal layers using oxygen gas as a reaction source and methods of fabricating capacitors using such metal layers
KR101082097B1 (en) Capacitor of semiconductor device and method for forming the same
KR100532960B1 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
KR100771540B1 (en) Method for forming capacitor
KR100503961B1 (en) Method of manufacturing a capacitor
US6762090B2 (en) Method for fabricating a capacitor
KR100476374B1 (en) Method for fabricating semiconductor device
KR100673217B1 (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
KR100772100B1 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
KR100417860B1 (en) mehtod for fabricating capacitor
KR100686688B1 (en) Method of forming ru thin film
KR101016952B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device
KR100417859B1 (en) mehtod for fabricating capacitor
KR100387262B1 (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
KR100359784B1 (en) Method for Fabricating Capacitor of Semiconductor Device
KR20090120946A (en) Method for fabricating capacitor of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid