KR100237022B1 - 캐패시터의 유전체막 형성방법 - Google Patents
캐패시터의 유전체막 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 캐패시터의 유전체막 형성방법에 관한 것으로, 반도체 소자의 고집적화로 캐패시터의 할당되는 면적이 줄어듦에 따라 소자에서 요구되는 정전용량의 확보를 위하여 유전체막의 두께를 줄여야 하지만, 유전체막의 두께를 줄일 경우 절연파괴 및 누설전류 등의 전기적 특성이 열화되는 문제가 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명에서는 전하저장전극상에 하부 산화막을 형성하고, 1차 열처리를 실시하여 상기 하부 산화막내에 존재하는 댕글링 결합을 제거하는 동시에 상기 하부 산화막과 전하저장전극 계면에 질화산화막을 형성한 후 상기 하부 산화막 상부에 질화막을 형성하고, 저온에서 상기 질화막의 표면을 산화시켜 상부 산화막을 형성한 후 2차 열처리를 실시하므로써 캐패시터의 유전체막 특성을 향상시킨다.
Description
본 발명은 캐패시터의 유전체막 형성방법에 관한 것으로, 특히 하부 산화막, 질화막, 상부 질화막의 3중 구조를 갖는 캐패시터 유전 재료의 특성을 향상시키기 위한 캐패시터의 유전체막 형성방법에 관한 것이다.
종래 캐패시터의 유전체막 형성방법을 제1도를 통하여 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와같이 접합 영역(2)이 형성된 실리콘 기판(1) 상부에 절연막(3)을 형성한 후 접합 영역(2)이 노출되도록 절연막을 식각하여 콘택 홀(Contact Hole)을 형성한다. 콘택 홀이 매립되도록 전체 구조 상부에 제1폴리실리콘을 증착한 후 패터닝하여 전하저장전극(4)을 형성한다. 전하저장전극(4)의 전기 저항을 낮추기 위하여 불순물을 첨가한 후 전하저장전극(4) 상부면에 유전체막인 하부 산화막(5), 질화막(6) 및 상부 산화막(7)을 순차적으로 형성한다. 이어서 플레이트 전극으로 사용할 제2폴리실리콘을 증착한 후 전기 저항을 낮추기 위하여 불순물을 첨가하면 캐패시터 형성 공정이 완료된다.
그런데, 소자의 집적도가 높아지고 캐패시터에 할당된 면적이 줄어듦에 따라 하부 산화막-질화막-상부 산화막으로 이루어진 유전체막에서 질화막의 두께를 줄여야 일정량의 정전용량이 확보된다. 그러나 질화막의 두께를 줄일 경우에 유전체막의 절연 파괴나 누설 전류가 발생하여 고집적 소자를 이루는데 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명은 유전체막인 하부 산화막, 질화막 및 상부 산화막 형성시 열처리를 통하여 유전체막들의 전기적 특성을 향상시켜 상기 문제점을 해소할 수 있는 캐패시터의 유전체막 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전하저장전극, 유전체막 및 플레이트 전극으로 이루어지는 캐패시터의 유전체막 형성 방법에 있어서, 상기 전하저장전극을 형성한 후 상기 전하저장전극상에 하부 산화막을 형성하는 단계와, 1차 열처리를 실시하여 상기 하부 산화막내에 존재하는 댕글링 결합을 제거하는 동시에 상기 하부 산화막과 전하저장전극 계면에 질화산화막을 형성하는 단계와, 상기 하부 산화막 상부에 질화막을 형성하는 단계와, 저온에서 상기 질화막의 표면을 산화시켜 상부 산화막을 형성한 후 2차 열처리를 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래 캐패시터의 유전체막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
제2(a)도 내지 제2(c)도는 본 발명에 따른 캐패시터의 유전체막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 및 11 : 실리콘 기판 2 및 12 : 접합 영역
3 및 12 : 절연막 4 및 14 : 전하저장전극
5 및 15 : 하부 산화막 6 및 16 : 질화막
7 및 17 : 상부 산화막 8 및 18 : 플레이트 전극
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제2(a)도 내지 제2(c)도는 본 발명에 따른 캐패시터의 유전체막 형성방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
제2(a)도에 도시된 바와같이 접합 영역(12)이 형성된 실리콘 기판(11) 상부에 절연막(13)을 형성한 후 접합 영역(12)이 노출되도록 절연막(13)을 일부분 식각하여 콘택 홀을 형성한다. 콘택 홀이 매립되도록 전체 구조 상부에 도전층을 형성한 후 패터닝하여 전하저장전극(14)을 형성하고, 전체 상부면에 0.5 내지 2nm 두께의 하부 산화막(15)을 자연 성장시킨다. 이어서, 1차 열처리를 실시하여 하부 산화막(15)내에 존재하는 댕글링(Dangling)결합을 제거하고 하부 산화막(15)과 전하저장전극(14) 계면에 질화 산화막(SiON)을 형성시킨다. 1차 열처리는 700 내지 850℃의 온도와 0.15 내지 3Torr의 압력, 그리고 질소가 함유된 가스 분위기하에서 10 내지 60분 동안 실시한다. 질소가 함유된 가스는 NH3, N2O, 및 NO 가스 중 어느 하나이다. 질화산화막은 질소가 함유된 가스가 전하저장전극(14)과 하부 산화막(15) 계면에 침투하게 되어 형성된다. 이러한 질화 산화막은 하부 산화막(15)보다 유전율이 크기 때문에 캐패시터의 정전 용량을 증가시켜 주는 효과가 있다.
제2(b)도는 하부 산화막(15) 상부에 질화막(16)을 형성한 상태의 단면도이다. 이때 질화막(16)은 600 내지 700℃의 온도 및 0.15 내지 3Torr의 압력하에 형성된다. 1차 열처리 및 질화막(16) 형성 공정은 인-시투(In-Situ)로 진행된다.
제2(c)도는 질화막(16) 상부에 상부 산화막(17)을 형성한 후 2차 열처리를 실시하고, 전체 상부면에 캐패시터의 플레이트 전극으로 사용될 폴리실리콘을 증착한 상태의 단면도이다. 이때 상부 산화막 형성 공정은 750 내지 800℃의 온도 및 산소 또는 산소와 수소의 혼합 가스 분위기에서 실시한다. 그리고 산소와 수소의 혼합가스 비는 1 : 1 내지 3 : 1이다. 2차 열처리 공정은 800 내지 900℃의 온도 및 질소가 함유된 가스 분위기하에서 10 내지 60분간 실시한다. 질소가 함유된 가스로는 N2및 NH3가스 중 어느 하나를 사용한다. 또한, 2차 열처리 공정은 질화막(16) 및 상부 산화막(17)의 유전 특성을 향상시키기 위한 것이다.
상술한 바와 같이 캐패시터의 유전체막인 하부 산화막, 질화막 및 상부 산화막의 유전 특성을 향상시키도록 본 발명의 공정을 따르면 다음과 같은 효과가 있다. 첫째, 자연적으로 성장한 하부 산화막을 1차 열처리하므로 산화막의 구조를 치밀하게 하고 하부 산화막과 전하저장전극 계면에 질화산화막이 형성되어 전체적인 정전용량이 증가하는 효과가 있다. 둘째, 질화막을 저온에서 형성하므로 막의 균일성이 개선되고 질화막 증착시 고질적으로 발생하는 파티클이 감소하므로 장비 가동률이 증가하며 생산성이 향상되는 효과가 있다. 셋째, 상부 산화막 형성 공정을 질화막의 산화 저항성을 고려하여 적정 온도로 산화 온도를 낮추는 대신 질화막 산화후 산화로에서 인-시투 공정으로 온도를 높여 2차 고온 열처리를 실시한다. 그 결과 상부의 질화막의 불충분한 산화를 보완하고 질화막의 구조도 동시에 치밀하게 하여 전체적인 캐패시터 유전체막의 특성을 향상시킨다.
Claims (10)
- 전하저장전극, 유전체막 및 플레이트 전극으로 이루어지는 캐패시터의 유전체막 형성 방법에 있어서, 상기 전하저장전극을 형성한 후 상기 전하저장전극상에 하부 산화막을 형성하는 단계와, 1차 열처리를 실시하여 상기 하부 산화막내에 존재하는 댕글링 결합을 제거하는 동시에 상기 하부 산화막과 전하저장전극 계면에 질화산화막을 형성하는 단계와, 상기 하부 산화막 상부에 질화막을 형성하는 단계와, 저온에서 상기 질화막의 표면을 산화시켜 상부 산화막을 형성한 후 2차 열처리를 실시하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 산화막은 0.5 내지 2nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 열처리는 700 내지 850℃의 온도와 0.15 내지 3Torr의 압력 및 질소가 함유된 가스 분위기하에서 10 내지 60분동안 실시되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 질소가 함유된 가스는 NH3, N2O 및 NO중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 질화막은 600 내지 700℃의 온도 및 0.1 내지 0.5Torr의 압력 조건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 열처리 및 질화막 형성 공정은 인-시투로 실시되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 산화막은 750 내지 800℃의 온도 및 산소 또는 산소와 수소의 혼합 가스 분위기에서 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제7항에 있어서, 상기 산소와 수소의 혼합가스 비는 1 : 1 내지 3 : 1인 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 2차 열처리는 800 내지 900℃의 온도 및 질소가 함유된 가스 분위기하에서 10 내지 60분간 실시하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
- 제9항에 있어서, 상기 질소가 함유된 가스는 N2및 NH3중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 캐패시터의 유전체막 형성방법.
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