KR100261212B1 - Method for manufacturing capacitor of semiconductor device - Google Patents
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제1(a)도 내지 제1(d)도는 종래 기술에 의한 반도체 장치의 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the prior art.
제2(a)도 내지 제2(d)도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명은 반도체 장치의 커패시터 제조방법에 관한 것으로, 특히 상부 금속전극층을 형성하는 과정에서 발생하는 할로겐 원소에 의한 고유전막의 부식을 방지함으로써 신뢰성이 높은 커패시터를 얻을 수 있는 반도체 장치의 커패시터 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, in which a highly reliable capacitor can be obtained by preventing corrosion of a high-k dielectric layer by a halogen element generated in the process of forming an upper metal electrode layer. It is about.
하나의 커패시터와 하나의 트랜지스터로 구성된 메모리셀로 이루어진 DRAM(Dynamic Random Access Memory)이 고집적화됨에 따라 상기 커패시터의 면적도 점차 줄어들고 있으며, 동작전압도 점점 낮아지고 있다. 그러나, 정보의 구분을 가능하게 하는 전하량은 일정한 크기 이상을 가져야 하기 때문에 특정량 이상의 전하량을 커패시터에 유도하는 것이 점점 어려워지고 있다.As the DRAM (Dynamic Random Access Memory) consisting of a memory cell composed of one capacitor and one transistor is highly integrated, the area of the capacitor is gradually decreasing, and the operating voltage is also gradually decreasing. However, it is increasingly difficult to induce more than a certain amount of charge into the capacitor because the amount of charge that enables the information to be distinguished must have a certain size or more.
커패시터의 전하량(Q)은 커패시터의 정전용량(capacitance;C)과 동작전압(V)의 곱으로 정해진다. 즉, Q=CV이다. 따라서, 동작전압이 낮아지고 있는 상태에서 특정량 이상의 전하량을 얻기 위해서는 정전용량을 크게 할 수 밖에 없다.The charge amount Q of the capacitor is determined by the product of the capacitance C of the capacitor and the operating voltage V. That is, Q = CV. Therefore, in order to obtain a specific amount of charge or more in a state where the operating voltage is lowered, the capacitance must be increased.
정전용량은 커패시터의 유효면적이 클수록, 유전체의 유전율이 클수록, 그리고 유전체의 두께가 얇을 수록 커진다. 현재 널리 사용되고 있는 SiO2막보다 유전율이 큰 물질로 DRAM 커패시터의 유전체막으로 각광을 받고 있는 물질중의 하나가 탄탈륨산화막(TaO)이다. 상기 탄탈륨산화막을 커패시터의 유전체막으로 사용하면 커패시터 하부전극의 유효면적을 감소시키면서 용량은 그대로 유지 또는 증대시킬 수 있고, 더욱이 상기와 같은 이유에 의해 제조단가도 줄일 수 있다.The capacitance becomes larger as the effective area of the capacitor, the larger the dielectric constant of the dielectric, and the thinner the dielectric. Tantalum oxide (TaO) is one of the materials that has a higher dielectric constant than the widely used SiO 2 film and is attracting attention as a dielectric film of a DRAM capacitor. When the tantalum oxide film is used as the dielectric film of the capacitor, the effective area of the capacitor lower electrode can be reduced or the capacity can be maintained or increased. Furthermore, the manufacturing cost can be reduced for the above reason.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 종래 기술에 의한 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 특히 실린더형 하부전극을 채용한 커패시터의 제조방법을 나타낸 것들이다.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the prior art, and particularly, a method of manufacturing a capacitor using a cylindrical lower electrode.
제1(a)도는 도우핑된 폴리 실리콘으로 실린더형 하부전극을 형성하는 공정을 나타낸 단면도로서, 본 공정은 반도체 기판(10) 상에 절연층(20)을 형성하고, 트랜지스터의 활성영역과의 접촉을 위한 콘택홀(Contact Hole)(30)을 형성한 다음, 도우핑된 폴리 실리콘으로 실린더형 하부전극(40)을 형성하는 과정으로 이루어진다.FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing a process of forming a cylindrical lower electrode from doped polysilicon, in which the insulating layer 20 is formed on a semiconductor substrate 10 and formed with an active region of a transistor. After forming a contact hole 30 for contact, the cylindrical lower electrode 40 is formed of doped polysilicon.
제1(b)도는 상기 실린더형 하부전극(40)이 형성된 결과물 상에 고유전막(50)을 형성하는 공정을 나타낸 단면도이다. 상기 고유전막(50)의 재료로는 TaO, SrTiO3또는 (BaSr)TiO3등이 활발히 연구되고 있다. 상기 고유전막(50)의 두께는 그 재료의 유전율에 따라 각각 다르게 형성될 수 있다.FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a process of forming the high dielectric film 50 on the resultant product in which the cylindrical lower electrode 40 is formed. As the material of the high dielectric film 50, TaO, SrTiO 3 or (BaSr) TiO 3 and the like have been actively studied. The thickness of the high dielectric film 50 may be formed differently depending on the dielectric constant of the material.
제1(c)도는 상기 고유전막(50)이 형성된 결과물 상에 상부 금속전극(60)을 형성하는 공정을 나타낸 단면도이다.FIG. 1C is a cross-sectional view illustrating a process of forming the upper metal electrode 60 on the resultant product on which the high dielectric film 50 is formed.
일반적으로, 반도체 장치의 커패시터용 고유전막의 상부전극으로는 도우핑된 폴리 실리콘이 사용된다. 그러나, 상기 폴리 실리콘의 증착 시에 고유전막 상에는 자연산화막이 성장하게 된다. 상기 자연산화막이 성장하게 되면, 상기 고유전막 상에 저유전율을 가진 물질층이 형성되는 것이기 때문에 정전용량이 감소하는 결과가 발생한다. 또한, 커패시터의 하부전극은 표면적을 증가시킴으로써 정전용량을 높이기 위해 요철구조를 보통 그 표면에 가지거나 하부전극의 높이를 증가시키게 되는데, 상기 표면적 증대효과를 유지하기 위해서는 상부전극의 스텝 커버리지(step coverage)가 좋아야 한다. 따라서, 상기 상부 금속전극층(60)을 형성함에 있어서, 자연산화막 성장을 억제함과 동시에 양호한 스텝 커버리지를 얻기 위해, 상기 고유전막(50) 상에 직접 도우핑된 폴리 실리콘을 증착하는 방법보다는 상부 금속전극층을 화학기상증착법으로 먼저 형성하는 방법이 채용되고 있다. 상기 고유전막(50)이 탄탈륨 옥사이드(TaO)인 경우에, 상기 상부 금속전극층(60)에는 텅스텐 나이트라이드(WN)가 보통 사용된다. 이 때, 소오스 가스로는 WF6및 NH3가 사용되며, 증착은 화학기상증착법을 통하여 이루어진다. 여기서, 소오스 가스에는 금속 할로겐화물인 WF6이 사용되므로, 반응과정에서 부식성이 강한 플루오르(fluorine) 성분에 의해 상기 고유전막(50)이 열화(劣化)되는 문제가 발생한다.In general, doped polysilicon is used as the upper electrode of the high-k dielectric film for a capacitor of a semiconductor device. However, when the polysilicon is deposited, a natural oxide film is grown on the high dielectric film. When the natural oxide film is grown, capacitance is reduced because a material layer having a low dielectric constant is formed on the high dielectric film. In addition, the lower electrode of the capacitor usually has an uneven structure on its surface or increases the height of the lower electrode to increase the capacitance by increasing the surface area. In order to maintain the surface area increasing effect, step coverage of the upper electrode is shown. Should be good. Therefore, in forming the upper metal electrode layer 60, the upper metal rather than the method of depositing the doped polysilicon directly on the high-k dielectric layer 50 in order to suppress the growth of the natural oxide film and to obtain a good step coverage The method of forming an electrode layer first by chemical vapor deposition is employ | adopted. When the high dielectric film 50 is tantalum oxide (TaO), tungsten nitride (WN) is usually used for the upper metal electrode layer 60. At this time, WF 6 and NH 3 are used as the source gas, and the deposition is performed through chemical vapor deposition. Here, since the metal halide WF 6 is used as the source gas, there is a problem that the high dielectric film 50 is deteriorated by a highly corrosive fluorine component during the reaction.
제1(d)도는 상기 상부 금속전극층(60)이 형성된 결과물 상에 도우핑된 폴리실리콘층(70)을 증착하여 상부전극을 완성하는 공정을 나타낸 단면도이다. 그러나, 상기 고유전막(50)이 열화(劣化)되는 문제가 본 공정 이전에 이미 발생하게 되면, 신뢰성이 높은 커패시터를 얻을 수 없다.FIG. 1 (d) is a cross-sectional view illustrating a process of completing the upper electrode by depositing the doped polysilicon layer 70 on the resultant product on which the upper metal electrode layer 60 is formed. However, if the problem of deterioration of the high-k dielectric film 50 has already occurred before this process, a highly reliable capacitor cannot be obtained.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 장치의 커패시터용 상부 금속전극층을 형성하는 과정에서 발생하는 할로겐 원소에 의한 고유전막의 부식을 방지함으로써 신뢰성이 높은 커패시터를 얻을 수 있는 반도체 장치의 커패시터 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a capacitor manufacturing method of a semiconductor device that can obtain a highly reliable capacitor by preventing corrosion of the high-k dielectric film by the halogen element generated in the process of forming the upper metal electrode layer for the capacitor of the semiconductor device. have.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 커패시터용 하부전극을 형성하는 단계와, 하부전극이 형성된 상기 결과물 상에 고유전막을 증착하는 단계와, 상기 고유전막 상에 실란(SiH4) 가스를 흘려주는 단계와, 상기 고유전막 상에 금속 할로겐화물을 포함하는 소오스 가스로 하여 상부 금속전극층을 형성하는 단계와, 상기 금속전극층 상에 도우핑된 다결정 실리콘층(doped poly silicon)을 증착하여 상부전극층을 완성하는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 소자의 커패시터 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, forming a lower electrode for a capacitor on a semiconductor substrate, depositing a high dielectric film on the resultant on which the lower electrode is formed, and the silane (SiH 4 ) on the high dielectric film Flowing a gas, forming a top metal electrode layer using a source gas containing a metal halide on the high dielectric film, and depositing a doped poly silicon layer on the metal electrode layer by depositing a doped poly silicon layer. It provides a capacitor manufacturing method of a semiconductor device comprising the step of completing the upper electrode layer.
상기 커패시터 제조방법은 상기 고유전막이 탄탈륨 옥사이드(TaO)로 이루어진 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 상기 상부 금속전극층이, 소오스 가스로서 WF6및 NH3를 사용하여 형성된, 텅스텐 나이트라이드(WN)인 경우에도 플루오르(fluorine) 원소로부터 상기 고유전막을 보호하기 위해 상기 커패시터 제조방법을 적응하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 상부 금속전극층은, 양호한 스텝 커버리지를 구현할 수 있도록, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 중에 선택된 어느 하나의 공정을 통하여 형성되는 것이 바람직하다.The capacitor manufacturing method may be applied to the case where the high dielectric film is made of tantalum oxide (TaO). Further, in the case where the upper metal electrode layer is tungsten nitride (WN) formed using WF 6 and NH 3 as the source gas, the method of manufacturing the capacitor is adapted to protect the high dielectric film from fluorine elements. It is preferable. Meanwhile, the upper metal electrode layer is formed through any one process selected from chemical vapor deposition (CVD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) so as to realize good step coverage. It is preferable.
상기한 본 발명에 의하면, 흘려준 실란(SiH4) 가스에서 해리된 수소원자가 상부 금속전극층의 형성에 사용되는 금속 할로겐화물 소오스 가스에서 발생하는 할로겐 원소와 결합하여 휘발성이 있는 수소할로겐화물(hydrogen halide)을 형성한 후, 증착장비 밖으로 배출되므로 상기 할로겐 원소에 의한 고유전막의 부식이 방지된다.According to the present invention described above, hydrogen halide dissociated from the silane (SiH 4 ) gas passed through is combined with a halogen element generated from the metal halide source gas used to form the upper metal electrode layer. ) Is formed and then discharged out of the deposition apparatus to prevent corrosion of the high-k dielectric layer by the halogen element.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2(a)도 내지 제2(d)도는 본 발명에 따른 반도체 장치의 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention.
제2(a)도는 실린더형 하부전극(140)이 형성된 결과물 상에 고유전막(150)을 형성하는 공정을 나타낸 단면도로서, 종래 기술의 제1(b)도에 설명된 공정과 동일한 공정에 해당한다.FIG. 2 (a) is a cross-sectional view illustrating a process of forming the high dielectric film 150 on the resultant product in which the cylindrical lower electrode 140 is formed, and corresponds to the same process as that described in FIG. do.
구체적으로, 본 공정은 반도체 기판(110) 상에 절연층(120)을 형성하고, 트랜지스터의 활성영역과의 접촉을 위한 콘택홀(Contact Hole)(130)을 형성한 다음, 도우핑된 폴리 실리콘으로 실린더형 하부전극(140)을 형성하는 단계 및 상기 실린더형 하부전극(140)이 형성된 결과물 상에 고유전막(150)을 형성하는 단계로 이루어진다. 본 실시예에서 상기 고유전막(150)에는 탄탈륨 옥사이드(TaO)가 사용된다.Specifically, in this process, the insulating layer 120 is formed on the semiconductor substrate 110, the contact hole 130 for contacting the active region of the transistor is formed, and then the doped polysilicon is formed. Forming a cylindrical lower electrode 140 and forming a high dielectric film 150 on a resultant product on which the cylindrical lower electrode 140 is formed. In this embodiment, tantalum oxide (TaO) is used for the high dielectric film 150.
제2(b)도는 본 발명의 중심부에 해당하는 공정을 나타낸 단면도로서, 상기 고유전막(150)이 증착된 결과물 표면에 실란(SiH4) 가스(152)를 흘려주는 것을 나타낸 것이다. 그 다음에, 소오스 가스로 WF6및 NH3를 사용하는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)을 적용하여 텅스텐 나이트라이드(WN)를 증착하게 되면, 상기 증착공정이 고온 공정이므로 상기 실란 가스(152)가 실리론 원자(154)와 수소원자(도시되지 않음)로 각각 해리된다. 상기 실리콘 원자(154)는 상기 고유전막(150) 표면에 흡착되고, 상기 수소원자는 상기 WF6가스에서 해리된 플루오르(fluorine) 원소와 결합하여 휘발성이 있는 HF 가스를 형성한 후, 증착장비 밖으로 배출되므로 상기 플루오르 원소에 의한 고유전막의 부식이 방지된다.FIG. 2 (b) is a cross-sectional view showing a process corresponding to the center of the present invention, and shows silane (SiH 4 ) gas 152 flowing to the surface of the resultant material on which the high dielectric film 150 is deposited. Next, tungsten nitride (WN) is deposited by applying chemical vapor deposition (CVD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using WF 6 and NH 3 as the source gas. In this case, since the deposition process is a high temperature process, the silane gas 152 is dissociated into the silon atom 154 and the hydrogen atom (not shown), respectively. The silicon atom 154 is adsorbed on the surface of the high-k dielectric layer 150, and the hydrogen atom combines with the fluorine element dissociated in the WF 6 gas to form volatile HF gas and then out of the deposition apparatus. Since it is discharged, corrosion of the high dielectric film by the fluorine element is prevented.
제2(c)도는 상기 고유전막(150) 상에 자연산화막이 성장하는 것을 억제하면서, 양호한 스텝 커버리지를 가진 상부전극이 형성될 수 있도록 먼저 상부 금속전극(160)을 형성하는 공정을 나타낸 단면도이다. 여기서는, 소오스 가스로 WF6및 NH3를 사용하므로 상기 상부 금속전극(160)으로 텅스텐 나이트라이드(WN)가 증착되게 된다.FIG. 2 (c) is a cross-sectional view illustrating a process of first forming the upper metal electrode 160 so that the upper electrode having good step coverage can be formed while suppressing the growth of the natural oxide film on the high dielectric film 150. . In this case, since WF 6 and NH 3 are used as the source gas, tungsten nitride (WN) is deposited on the upper metal electrode 160.
제2(d)도는 상기 상부 금속전극층(160)이 형성된 결과물 상에 도우핑된 폴리실리콘층(170)을 증착하여 상부전극을 완성하는 공정을 나타낸 단면도이다.FIG. 2 (d) is a cross-sectional view illustrating a process of completing the upper electrode by depositing the doped polysilicon layer 170 on the resultant material on which the upper metal electrode layer 160 is formed.
따라서, 상기한 본 발명의 실시예에 의하면 반도체 장치의 커패시터용 상부 금속전극층을 형성하는 과정에서 발생하는 플루오르 원소에 의한 고유전막의 부식이 방지되므로 신뢰성이 높은 커패시터를 얻을 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention described above, since the corrosion of the high-k dielectric layer due to the fluorine element generated in the process of forming the upper metal electrode layer for the capacitor of the semiconductor device is prevented, a highly reliable capacitor can be obtained.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 실시 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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KR1019960001296A KR100261212B1 (en) | 1996-01-22 | 1996-01-22 | Method for manufacturing capacitor of semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100475899B1 (en) * | 2002-03-08 | 2005-03-10 | 주식회사 선익시스템 | Method for evaporating capacitor electrode of semiconductor |
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1996
- 1996-01-22 KR KR1019960001296A patent/KR100261212B1/en not_active IP Right Cessation
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KR100475899B1 (en) * | 2002-03-08 | 2005-03-10 | 주식회사 선익시스템 | Method for evaporating capacitor electrode of semiconductor |
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