KR100345065B1 - Method for manufacturing capacitor in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 셀 영역과 주변영역을 한정하는 반도체 기판상에 층간절연막 및 질화막을 차례로 증착하는 단계; 캐패시터 형성 영역에 제1 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 질화막과 층간절연막을 차례로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀내에 플러그 폴리 실리콘막을 증착하는 단계; 상기 결과물 상부에 캡 옥사이드막 및 하드마스크막을 차례로 증착하는 단계; 캐패시터 형성 영역을 한정하는 제2 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽을 하여 플러그 폴리 실리콘막이 노출되도록 하드 마스크막과 캡 옥사이드막을 차례로 식각하여 하부전극 모듈을 형성하는 단계; 상기 하부전극 모듈 구조 전면에 하부 전극물질로 폴리 실리콘막을 증착한 후, 하부전극 모듈의 안쪽 내부가 매립되도록 폴리 실리콘막 상부에 포토 레지스트를 코팅 처리하는 단계; CMP 공정을 통하여 상기 캡 옥사이드막 상부에 증착되어 있는 하부마스크막과 하부 전극용 폴리 실리콘막을 연마하여 각각 하나의 독립된 메모리 저장용 셀로 분리하는 단계; 상기 하부전극 모듈 안쪽에 코팅과정을 통해 매립된 포토레지스트를 제거하는 단계; 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부에 유전막용 비정질 TaON 박막을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 TaON 박막을 어닐링하여 TaON 박막을 결정화시키고, 이어서 상부 전극욜 금속막을 증착하여 컨케이브 구조의 캐패시터를 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes sequentially depositing an interlayer insulating film and a nitride film on a semiconductor substrate defining a cell region and a peripheral region; Forming a first photoresist pattern in the capacitor formation region, and subsequently etching the nitride film and the interlayer insulating film using the pattern as an etch barrier to form a contact hole; Depositing a plug polysilicon film in the contact hole; Sequentially depositing a cap oxide film and a hard mask film on the resultant product; Forming a second photoresist pattern defining a capacitor formation region, and sequentially etching the hard mask film and the cap oxide film to expose the plug polysilicon film by using the pattern as an etch barrier to form a lower electrode module; Depositing a polysilicon film with a lower electrode material on the entire lower electrode module structure, and then coating a photoresist on the polysilicon film so that the inside of the lower electrode module is buried; Grinding the lower mask layer and the lower silicon polysilicon layer deposited on the cap oxide layer through the CMP process, and separating the lower mask layer into one independent memory storage cell; Removing the photoresist buried through the coating process inside the lower electrode module; Forming an amorphous TaON thin film for a dielectric film on the polysilicon film for the lower electrode; And annealing the amorphous TaON thin film to crystallize the TaON thin film, and then depositing an upper electrode metal film to form a capacitor having a convex structure.

Description

반도체 소자의 캐패시터 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING CAPACITOR IN SEMICONDUCTOR DEVICE}METHODS FOR MANUFACTURING CAPACITOR IN SEMICONDUCTOR DEVICE

본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 특히, 컨케이브 형태의 구조를 갖는 반도체 소자의 TaON 캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a TaON capacitor of a semiconductor device having a convex structure.

최근 반도체 제조 기술의 발달과 더불어, 메모리 소자의 수요가 급증하고 있다. 데이터 저장 수단으로 이용되는 커패시터는 전극의 면적과 전극간의 거리와 전극 사이에 삽입되는 유전막의 유전율에 따라 그 정전용량이 달라진다. 그런데, 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 반도체 장치에서 커패시터 형성영역이 줄어들고 그 결과 커패시터의 전극면적이 작아져서 커패시터의 정전용량이 감소된다. 이러한 캐패시터 제조 방법은 일반적으로, 콘택홀이 구비된 층간 절연막이 형성된 반도체 기판이 제공된다. 상기 콘택홀 내부에 폴리 실리콘막을 증착한 후 에치 백하여 플러그 폴리 실리콘막을 형성한다. 그런다음 상기 플러그 폴리 실리콘막 상부에 식각 배리어막으로 PE-Nitride막을 증착하고, 캡 옥사이드막으로 습식식각 속도가 비교적 빠른 PSG막을 증착한다. 그리고나서, 캡 옥사이드막을 식각하여 캐패시터를 제조하기 위한 기본 하부 전극 구조를 형성한다. 이 때, 상기 식각 배리어 질화막은 캡 옥사이드 식각시에 건식식각 배리어로, 캡 옥사이드막을 딥 아웃시에는 습식 식각 배리어로 작용하는데, 식각 선택비의 확보를 위해 적어도 200Å 이상의 충분한 두께를 갖는 식각 배리어가 필요하다. 그러나 식각 선택비 확보를 위해 식각 배리어 두께를 두껍게 하면 반도체 기판상에서 스트레스를 받아 크랙(Crack)이 발생한다. 한편, 크랙이 발생하지 않도록 질화막을 얇은 두께로 형성하면, 상기 캡 옥사이드막을 건식식각을 수행하면 선택비 부족에 의해 질화막이 어텍을 받고, 후속 질화막 식각시 하부의 층간 절연막까지 식각되어 누설 전류원이 되어 캐패시터의 리프레쉬 특성이 저하된다.Recently, with the development of semiconductor manufacturing technology, the demand for memory devices is increasing rapidly. The capacitor used as the data storage means varies in capacitance depending on the area of the electrode, the distance between the electrodes, and the dielectric constant of the dielectric film inserted between the electrodes. However, as the semiconductor device is highly integrated, the capacitor formation area in the semiconductor device is reduced, and as a result, the electrode area of the capacitor is reduced, thereby reducing the capacitance of the capacitor. In general, such a capacitor manufacturing method is provided with a semiconductor substrate having an interlayer insulating film provided with a contact hole. A polysilicon film is deposited inside the contact hole and then etched back to form a plug polysilicon film. Then, a PE-Nitride layer is deposited as an etch barrier layer on the plug polysilicon layer, and a PSG layer having a relatively high wet etching rate is deposited as a cap oxide layer. Then, the cap oxide film is etched to form a basic lower electrode structure for producing a capacitor. In this case, the etch barrier nitride layer serves as a dry etching barrier when cap oxide is etched and a wet etching barrier when the cap oxide layer is diped out, and an etching barrier having a sufficient thickness of at least 200 mm 3 or more is required to secure an etching selectivity. Do. However, if the thickness of the etching barrier is increased to secure the etching selectivity, cracks are generated due to stress on the semiconductor substrate. On the other hand, when the nitride film is formed to have a thin thickness so that cracks do not occur, the nitride film is attacked due to lack of selectivity when the cap oxide film is dry etched, and the subsequent interlayer insulating film is etched to become a leakage current source during subsequent etching of the nitride film. The refresh characteristics of the capacitors deteriorate.

이에 따라, 종래에는 도 1a에 도시된 바와같이, 셀 영역(A)과 주변영역(B)을 한정하는 반도체 기판(1)상에, 콘택홀을 구비한 층간 절연막(2)을 형성한다. 그런다음, 상기 콘택홀 내에 플러그 폴리실리콘막(3)을 형성하고, 상기 결과물 전면상에 식각 배리어막(4)과 캡옥사이드막, 예컨데 PSG막(5)을 차례로 증착한다. 이어서, 캐패시터 영역을 한정하는 감광막 패턴(도시되지 않음)을 형성하고 상기 층간 절연막(2)이 노출되도록 감광막 패턴을 식각 장벽으로 하여 캡 옥사이드막(5)을 식각한다. 이에 따라, 캐패시터를 제조하기 위한 기본 하부 전극 구조가 형성된다.Accordingly, as shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 2 having contact holes is formed on the semiconductor substrate 1 that defines the cell region A and the peripheral region B. As shown in FIG. Then, a plug polysilicon film 3 is formed in the contact hole, and an etch barrier film 4 and a cap oxide film, for example, a PSG film 5 are sequentially deposited on the entire surface of the resultant product. Subsequently, a cap oxide film 5 is etched by forming a photoresist pattern (not shown) defining a capacitor region and using the photoresist pattern as an etch barrier so that the interlayer insulating film 2 is exposed. As a result, a basic lower electrode structure for manufacturing the capacitor is formed.

도 1b를 참조하면, 상기 결과물 전면상에 전하저장전극(6)용 폴리 실리콘막 및 유전막용 N/O 또는 Ta2O5막(7)을 차례로 증착한다. 그런다음 습식식각 속도가 빠른 PSG, SOG막과 같은 USG막(8)을 기판 전면에 증착하거나 포토레지스트막(8)을 전면에 코팅하여 실린더 구조의 내부를 매립한다.Referring to FIG. 1B, a polysilicon film for the charge storage electrode 6 and an N / O or Ta2O5 film 7 for the dielectric film are sequentially deposited on the entire surface of the resultant product. Then, a USG film 8 such as a PSG and SOG film having a fast wet etching rate is deposited on the entire surface of the substrate, or the photoresist film 8 is coated on the entire surface to fill the inside of the cylinder structure.

그 다음으로 도 1c를 참조하면, 층간절연막(2)이 노출될때까지 PSG막 또는 SOG막과 같은 USG막(8) 또는 포토레지스트막(8)과 Ta2O5막과 폴리실리콘막(6)을 차례로 연마한다. 그런다음, 상기 PSG막, USG막 (8) 또는 포토레지스트막(8)을 습식식각을 수행한다.1C, the USG film 8 or the photoresist film 8, such as the PSG film or SOG film, or the Ta2O5 film and the polysilicon film 6, in turn, is polished until the interlayer insulating film 2 is exposed. do. Then, the PSG film, the USG film 8 or the photoresist film 8 is wet etched.

도 1d를 참조하면, 상기 전하저장전극(6)의 안쪽 및 바깥쪽 모두를 사용하기 위해 캡옥사이드막(5)을 딥 아웃함으로써, 원통형 실린더 구조의 캐패시터 구조를 형성한다.Referring to FIG. 1D, a capacitor structure of a cylindrical cylinder structure is formed by dipping out the cap oxide film 5 to use both the inside and the outside of the charge storage electrode 6.

그러나, 상기와 같은 종래의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional capacitor manufacturing method of the semiconductor device as described above has the following problems.

상기 원통형 실린더 구조의 전하저장전극(6) 바깥쪽을 사용하기 위해 캡 옥사이드막(5)을 딥 아웃할 때, 주변 영역(B)에 있는 캡 옥사이드막(5)이 함께 습식식각이 되어 도 1d에 도시된 바와같이 셀 영역과 주변영역 사이에 전하저장전극의 높이(l)만큼 단차가 발생한다. 따라서, 노광공정시 DOF(Depth Of Focus) 마진이 없어 층간 절연막을 증착 후 평탄화하는 공정을 추가하여야 한다. 이 결과로서 층간 절연막 증착 후 연마 공정인 CMP 공정이 필요하고, CMP의 균일도를 개선하기 위해 셀 영역의 절연막만을 부분 식각해주는 셀 리세스 마스크 공정과 식각 공정들이 추가적으로 필요하다. 이하, 후속 공정에서 마스크를 포함한 포토 레지스트막의 스트립 공정과 후속 세정 공정이 필요하다. 그러므로, 단위 공정수가 많아지고 공정이 복잡해져서 제조 비용이 비싸다.When the cap oxide film 5 is diped out to use the outer side of the charge storage electrode 6 of the cylindrical cylinder structure, the cap oxide film 5 in the peripheral region B is wet-etched together, and FIG. 1D. As shown in FIG. 2, a step is generated between the cell region and the peripheral region by the height l of the charge storage electrode. Therefore, there is no DOF (Depth Of Focus) margin during the exposure process, so a process of planarizing and depositing the interlayer insulating film should be added. As a result, a CMP process, which is a polishing process after deposition of an interlayer insulating film, is required, and a cell recess mask process and an etching process that partially etch only the insulating film of the cell region are needed to improve the uniformity of the CMP. Hereinafter, a stripping step and a subsequent cleaning step of the photoresist film including the mask are required in subsequent steps. Therefore, the number of unit processes is large and the process is complicated, and manufacturing cost is high.

이에 따라, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기위해 안출된 것으로, 유전률이 높은 TaON 박막을 사용하고, 컨케이브 구조의 캐패시터를 형성함으써,셀 영역과 주변영역과의 단차를 발생시키지 않는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, by using a TaON thin film having a high dielectric constant and forming a capacitor of a concave structure, the semiconductor does not generate a step between the cell region and the peripheral region It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitor of a device.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views for explaining a capacitor manufacturing method of a conventional semiconductor device.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 반도체 기판 11 : 층간 절연막10 semiconductor substrate 11 interlayer insulating film

12 : 질화막 13 : 플러그 폴리 실리콘막12: nitride film 13: plug polysilicon film

12a : 배리어 질화막 12b : 버퍼 옥사이드막12a: barrier nitride film 12b: buffer oxide film

14 : 캡 옥사이드막 15 : 하드 마스크막14 cap oxide film 15 hard mask film

16 : 하부전극 모듈 17 : 하부 전극용 폴리 실리콘막16: lower electrode module 17: polysilicon film for the lower electrode

18 : 포토 레지스트막 19 : 비정질 TaON 박막18: photoresist film 19: amorphous TaON thin film

19a : 결정화된 TaON 박막 20 : 상부 전극용 금속막19a: crystallized TaON thin film 20: upper electrode metal film

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 셀 영역과 주변영역을 한정하는 반도체 기판상에 층간절연막 및 질화막을 차례로 증착하는 단계; 캐패시터 형성 영역에 제1 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 질화막과 층간절연막을 차례로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀내에 플러그 폴리 실리콘막을 증착하는 단계; 상기 결과물 상부에 캡 옥사이드막 및 하드마스크막을 차례로 증착하는 단계; 캐패시터 형성 영역을 한정하는 제2 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽을 하여 플러그 폴리 실리콘막이 노출되도록 하드 마스크막과 캡 옥사이드막을 차례로 식각하여 하부전극 모듈을 형성하는 단계; 상기 하부전극 모듈 구조 전면에 하부 전극물질로 폴리 실리콘막을 증착한 후, 하부전극 모듈의 안쪽 내부가 매립되도록 폴리 실리콘막 상부에 포토 레지스트를 코팅 처리하는 단계; 화학기계연마(CMP) 공정을 통하여 상기 캡 옥사이드막 상부에 증착되어 있는 하드마스크막과 하부 전극용 폴리 실리콘막을 연마하여 각각 하나의 독립된 메모리 저장용 셀로 분리하는 단계; 상기 하부전극 모듈 안쪽에 코팅과정을 통해 매립된 포토레지스트를 제거하는 단계; 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부에 유전막용 비정질 TaON 박막을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 TaON 박막을 어닐링하여 결정화된 TaON 박막을 형성하고, 이어서 상부 전극용 금속막을 증착하여 컨케이브 구조의 캐패시터를 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of sequentially depositing an interlayer insulating film and a nitride film on a semiconductor substrate defining a cell region and a peripheral region; Forming a first photoresist pattern in the capacitor formation region, and subsequently etching the nitride film and the interlayer insulating film using the pattern as an etch barrier to form a contact hole; Depositing a plug polysilicon film in the contact hole; Sequentially depositing a cap oxide film and a hard mask film on the resultant product; Forming a second photoresist pattern defining a capacitor formation region, and sequentially etching the hard mask film and the cap oxide film to expose the plug polysilicon film by using the pattern as an etch barrier to form a lower electrode module; Depositing a polysilicon film with a lower electrode material on the entire lower electrode module structure, and then coating a photoresist on the polysilicon film so that the inside of the lower electrode module is buried; Polishing the hard mask film and the polysilicon film for the lower electrode deposited on the cap oxide film through a chemical mechanical polishing (CMP) process, and separating the polysilicon film for each of the cells into one independent memory storage cell; Removing the photoresist buried through the coating process inside the lower electrode module; Forming an amorphous TaON thin film for a dielectric film on the polysilicon film for the lower electrode; And annealing the amorphous TaON thin film to form a crystallized TaON thin film, and then depositing a metal film for the upper electrode to form a capacitor having a convex structure.

상기 질화막은 배리어 질화막과 버퍼 옥사이드막, 예컨데, PE-TEOS막으로 연속 증착된다. 이 때, 버퍼 옥사이드막은 바람직하게 LP-CVD, PE-CVD 또는 RT-CVD 장비를 사용하여 200 ~ 1000Å의 두께로 증착한다.The nitride film is continuously deposited with a barrier nitride film and a buffer oxide film, for example, a PE-TEOS film. At this time, the buffer oxide film is preferably deposited to a thickness of 200 ~ 1000Å using LP-CVD, PE-CVD or RT-CVD equipment.

상기 질화막 및 층간 절연막 식각은 각각 두께의 30% 과도식각으로 진행한다.The nitride film and the interlayer insulating film are etched at 30% transient etching, respectively.

상기 플러그 폴리 실리콘막은 LP-CVD 또는 RTP 장비를 사용하여 2E+20atoms/cc 이상의 p농도를 갖는 도핑된 폴리 실리콘막으로 구성한다.The plug polysilicon film is composed of a doped polysilicon film having a p concentration of 2E + 20 atoms / cc or more using LP-CVD or RTP equipment.

상기 하드마스크막은 바람직하게 500 ~ 2000Å의 두께로 도핑된 폴리 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘막으로 구성된다.The hard mask film is preferably composed of a doped poly or undoped polysilicon film with a thickness of 500-2000 kPa.

상기 캡 옥사이드막은 바람직하게 PE-TEOS막, PSG막 또는 Si-H Base의 소스를 이용한 USG막과 같은 산화막을 사용한다.The cap oxide film preferably uses an oxide film such as a PE-TEOS film, a PSG film or a USG film using a Si-H Base source.

하부전극 형성을 위한 캡 옥사이드막 식각시 하부의 질화막을 식각 배리어로 이용하여 10% ~ 100%의 과도식각으로 진행하고, 상기 캡옥사이드막과 질화막의 식각 선택비는 바람직하게 5 ~ 20 : 1로 유지한다.When etching the cap oxide layer for forming the lower electrode, the lower nitride layer is used as an etching barrier, and the etching process is performed at a rate of 10% to 100%, and the etching selectivity of the cap oxide layer and the nitride layer is preferably 5 to 20: 1. Keep it.

상기 하부 전극용 폴리 실리콘막은 캐패시터 소자의 충전용량을 증가시키기 위해 바람직하게 HSG(Hemi-Sphrical Grain) 형상으로 형성되는 것을 더 포함한다.The polysilicon film for the lower electrode may further include being formed in a Hemi-Sphrical Grain (HSG) shape in order to increase the charge capacity of the capacitor device.

상기 CMP 공정은 하드 마스크막을 포함한 하부전극용 폴리 실리콘막을 5 ~ 20%의 CMP 타겟으로 진행한다.In the CMP process, the polysilicon film for the lower electrode including the hard mask film is processed to a 5 to 20% CMP target.

상기 비정질 TaON 박막 증착전, HF용액을 이용하여 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 세정하고, 기타 유기물을 포함한 이물질을 제거하기 위해 H2SO4 용액 또는 NH4OH 용액등의 화합물을 상기 HF 세정 전 또는 후에 추가해서 계면을 세정한다. 그런다음, 상기 비정질 TaON 박막 증착전, 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 플라즈마 또는 RTP를 이용하여 NH3 개스 분위기에서 질화시킨다.Before depositing the amorphous TaON thin film, a compound such as H2SO4 solution or NH4OH solution is added before or after the HF cleaning to clean the upper part of the polysilicon film for the lower electrode using HF solution, and to remove foreign substances including other organic substances. Clean. Then, before depositing the amorphous TaON thin film, the upper part of the polysilicon film for lower electrode is nitrided in an NH 3 gas atmosphere using plasma or RTP.

상기 비정질 TaON 박막은 원료 물질인 탄탈륨 에칠레이트(Ta(OC2H5)5)를 기화기에서 기상태로 만들고, NH3 개스가 공급되는 LPCVD 챔버내에서, NH3 및 원료물질로부터 얻어진 Ta 화학 증기의 반응에 의하여 형성된다. 이 때, 비정질 TaON 박막은 바람직하게 50 ~ 100Å의 두께로 증착한다.The amorphous TaON thin film is formed by the reaction of Ta chemical vapor obtained from NH3 and the raw material in an LPCVD chamber in which the raw material tantalum ethylene (Ta (OC2H5) 5) is vaporized in a vaporizer and supplied with NH3 gas. do. At this time, the amorphous TaON thin film is preferably deposited to a thickness of 50 ~ 100Å.

상기 비정질 TaON 박막은 인-시튜로 N2O 또는 O2 개스가 공급되는 챔버내에서 650 ~ 750℃의 온도로 열처리하여 박막내의 불순물을 제거하는 동시에 결정화된 TaON 박막를 형성한다.The amorphous TaON thin film is heat-treated at a temperature of 650 to 750 ° C. in a chamber supplied with N 2 O or O 2 gas in-situ to remove impurities in the thin film and to form a crystallized TaON thin film.

상기 상부 전극용 금속막은 TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2, 또는 Pt막 등으로 구성한다.The upper electrode metal film is formed of a TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO 2, Ir, IrO 2, Pt film, or the like.

(실시예)(Example)

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 상세한 설명을 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a capacitor manufacturing method of the semiconductor device of the present invention.

도 2a를 참조하면 셀 영역(A)과 주변영역(B)을 한정하는 반도체 기판(10)상에, 층간절연막(11) 및 질화막(12)을 차례로 증착한다. 상기 질화막(12)은 배리어 질화막(12a)과 버퍼 옥사이드막(12b), 예컨데, PE-TEOS막으로 연속 증착된다. 이 때, 버퍼 옥사이드막은 바람직하게 LP-CVD, PE-CVD 또는 RT-CVD 장비를 사용하여 200 ~ 1000Å의 두께로 증착한다.Referring to FIG. 2A, an interlayer insulating film 11 and a nitride film 12 are sequentially deposited on the semiconductor substrate 10 defining the cell region A and the peripheral region B. FIG. The nitride film 12 is continuously deposited with a barrier nitride film 12a and a buffer oxide film 12b, for example, a PE-TEOS film. At this time, the buffer oxide film is preferably deposited to a thickness of 200 ~ 1000Å using LP-CVD, PE-CVD or RT-CVD equipment.

도 2b를 참조하면, 캐패시터 형성 영역에 제1 감광막 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 질화막(12)과 층간절연막(11)을 차례로 식각하여 콘택홀을 형성한다. 이 때, 질화막(12) 및 층간 절연막(11) 식각은 각각 두께의 30% 과도식각으로 진행한다. 그런다음, 상기 콘택홀내에 공지의 방식에 의해 플러그 폴리 실리콘막(13)을 증착한다. 상기 플러그 폴리 실리콘막은 LP-CVD 또는 RTP 장비를 사용하여 2E+20 atoms/cc 이상의 p농도를 갖는 도핑된 폴리실리콘막으로 구성한다.Referring to FIG. 2B, a first photoresist layer pattern (not shown) is formed in the capacitor formation region, and the nitride layer 12 and the interlayer dielectric layer 11 are sequentially etched using the pattern as an etch barrier to form contact holes. . At this time, the etching of the nitride film 12 and the interlayer insulating film 11 proceeds with a 30% transient etching of the thickness, respectively. Then, a plug polysilicon film 13 is deposited in the contact hole by a known method. The plug polysilicon film is composed of a doped polysilicon film having a p concentration of 2E + 20 atoms / cc or more using LP-CVD or RTP equipment.

도 2c를 참조하면, 상기 결과물 상부에 캡 옥사이드막(14) 및 반도체 소자의 미세화 패턴에 의해 공정 마진을 위한 하드마스크막(15)을 차례로 증착한다. 여기서 상기 하드마스크막은 바람직하게 500 ~ 2000Å의 두께로 도핑된 폴리 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘막으로 구성된다. 또한, 상기 캡 옥사이드막은 바람직하게 PE-TEOS막, PSG막 또는 Si-H Base의 소스를 이용한 USG막을 사용한다. 그런다음, 캐패시터 형성 영역을 한정하는 제2 감광막 패턴(도시되지 않음)을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽을 하여 플러그 폴리 실리콘막이 노출되도록 하드 마스크막(15)과 캡 옥사이드막(14)을 차례로 식각하여 하부전극 모듈(16)을 형성한다.. 이 때, 하부전극 형성을 위한 캡 옥사이드막(14) 식각시 하부의 질화막을 식각 배리어로 이용하여 10% ~ 100%의 과도식각으로 진행하고, 상기 캡옥사이드막과 질화막의 식각 선택비는 바람직하게 5 ~ 20 : 1로 유지한다.Referring to FIG. 2C, the cap oxide layer 14 and the hard mask layer 15 for process margin are sequentially deposited on the resultant by the miniaturization pattern of the semiconductor device. Here, the hard mask film is preferably composed of a poly or undoped polysilicon film doped with a thickness of 500 ~ 2000Å. In addition, the cap oxide film preferably uses a PE-TEOS film, a PSG film or a USG film using a Si-H Base source. Then, a second photoresist pattern (not shown) defining a capacitor formation region is formed, and then the hard mask layer 15 and the cap oxide layer 14 are sequentially formed so that the plug polysilicon layer is exposed by etching the pattern. The lower electrode module 16 is etched to form the lower electrode module 16. In this case, when the cap oxide layer 14 for forming the lower electrode is etched, the lower nitride layer is used as an etching barrier, and the etching process proceeds to a transient etching of 10% to 100%. The etching selectivity of the cap oxide film and the nitride film is preferably maintained at 5 ~ 20: 1.

도 2d를 참조하면, 상기 결과물 전면에 하부 전극용 폴리 실리콘막(17)을 증착한다. 그런다음, 하부전극 모듈 안쪽 내부가 매립되도록 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부에 바람직하게 비교적 빠른 식각 속도를 갖는 포토 레지스트(18)을 증착한다. 이 때, 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막(17)은 캐패시터 소자의 충전용량을 증가시키기 위해 바람직하게 HSG(Hemi-Sphrical Grain) 형상(도시되지 않음)으로 형성되는 것을 더 포함한다.Referring to FIG. 2D, a polysilicon film 17 for lower electrodes is deposited on the entire surface of the resultant product. Then, a photoresist 18 having a relatively fast etching speed is deposited on the polysilicon film for the lower electrode so that the inside of the lower electrode module is embedded. In this case, the lower silicon polysilicon layer 17 further includes a HSG (Hemi-Sphrical Grain) shape (not shown), in order to increase the charge capacity of the capacitor element.

그런다음, 도 2e를 참조하면, CMP 공정을 통하여 상기 캡 옥사이드막(14) 상부에 증착되어 있는 하드마스크막(15)과 하부 전극용 폴리 실리콘막(17)을 연마하여 각각 하나의 독립된 메모리 저장용 셀(도시되지 않음)로 분리를 한다. 여기서, CMP 공정을 통하여 캡 옥사이드가 과도하게 연마되면 하부 전극의 면적이 감소하여 전체적인 캐피시터의 정전 용량이 작이진다. 이에 따라, 상기 CMP 공정은 하드 마스크막을 포함한 하부전극용 폴리 실리콘막을 5 ~ 20%의 CMP 타겟으로 진행한다. 그런다음, 하부전극 모듈(16) 안쪽에 있는 포토레지스트를 제거한다.Next, referring to FIG. 2E, the hard mask layer 15 and the polysilicon layer 17 for lower electrode deposited on the cap oxide layer 14 are polished through a CMP process to store one independent memory. Separating into a cell (not shown). Here, when the cap oxide is excessively polished through the CMP process, the area of the lower electrode is reduced to reduce the capacitance of the entire capacitor. Accordingly, in the CMP process, the polysilicon film for the lower electrode including the hard mask film is advanced to the CMP target of 5 to 20%. Then, the photoresist inside the lower electrode module 16 is removed.

도 2f를 참조하면, 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부에 유전막용 비정질 TaON 박막을 형성한다. 여기서, 상기 비정질 TaON 박막 증착전, HF용액을 이용하여 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 세정하고, 기타 유기물을 포함한 이물질을 제거하기 위해 H2SO4 용액 또는 NH4OH 용액등의 화합물을 상기 HF 세정 전 또는 후에 추가해서 계면을 세정한다. 그런다음, 상기 비정질 TaON 박막 증착전, 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 플라즈마 또는 RTP를 이용하여 NH3 개스 분위기에서 질화시킨다. 상기 비정질 TaON 박막은 원료 물질인 탄탈륨 에칠레이트(Ta(OC2H5)5)를 기화기에서 기상상태로 만들고, NH3 개스가 공급되는 LPCVD 챔버내에서, NH3 및 원료물질로부터 얻어진 Ta 화학 증기의 반응에 의하여 형성된다. 이 때, 비정질 TaON 박막은 바람직하게 50 ~ 100Å의 두께로 증착한다.Referring to FIG. 2F, an amorphous TaON thin film for a dielectric film is formed on the polysilicon film for the lower electrode. Here, before depositing the amorphous TaON thin film, a compound such as H2SO4 solution or NH4OH solution is added before or after the HF cleaning to clean the upper part of the polysilicon film for the lower electrode using HF solution and to remove foreign substances including other organic substances. To clean the interface. Then, before depositing the amorphous TaON thin film, the upper part of the polysilicon film for lower electrode is nitrided in an NH 3 gas atmosphere using plasma or RTP. The amorphous TaON thin film is formed by the reaction of Ta chemical vapor obtained from NH3 and raw materials in an LPCVD chamber in which a raw material tantalum ethylene (Ta (OC2H5) 5) is vaporized in a vaporizer and supplied with NH3 gas. do. At this time, the amorphous TaON thin film is preferably deposited to a thickness of 50 ~ 100Å.

그리고나서, 도 2g를 참조하면, 상기 비정질 TaON 박막은 인-시튜로 N2O 또는 O2 개스가 공급되는 챔버내에서 650 ~ 750℃의 온도로 열처리하여 박막내의 불순물을 제거하는 동시에 결정화된 TaON 박막(19a)를 형성한다. 그런다음, 상기 결정화된 TaON 박막 상부에 상부 전극용 금속막, 예컨데, TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2, 또는 Pt막 등을 증착하여 컨케이브 구조의 캐피시터 전극을 형성한다.Then, referring to Figure 2g, the amorphous TaON thin film is heat-treated at a temperature of 650 ~ 750 ℃ in a chamber supplied with N2O or O2 gas in-situ to remove impurities in the thin film at the same time crystallized TaON thin film (19a ). Then, a capacitor electrode having a concave structure is deposited on the crystallized TaON thin film by depositing an upper electrode metal film, for example, TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO 2, Ir, IrO 2, or Pt film. Form.

이상에서 자세히 살펴본 바와같이, 본 발명은 종래의 NO 보다 유전률이 높고, Ta2O5막 보다 누설전류와 항복전계 특성이 우수한 TaON 박막을 사용하기 때문에 캐패시터의 등가 산화막(Tox)을 낮출 수 있다. 따라서 구조가 간단한 컨케이브 형태의 하부전극을 사용해도 25fF/cell 이상의 정전 용량을 얻을수 있으며, 기존의 원통형 실린더 구조의 하부전극을 형성하는데 필요한 층간 절연막 형성후 연마공정 또는 에치 백과 같은 평탄화 공정이 필요없다. 이 결과로써 컨케이브 구조의 TaON 캐패시터 형성과정에서 셀영역과 주변 영역과의 단차가 발생하지 않아 공정 TAT(Turn Around Time) 감소와 함께 작업 처리량(Throuhgput)을 증가시킬 수 있다.As described in detail above, since the present invention uses a TaON thin film having a higher dielectric constant than the conventional NO and having better leakage current and breakdown field characteristics than the Ta 2 O 5 film, the equivalent oxide film (Tox) of the capacitor can be lowered. Therefore, even if the concave type lower electrode has a simple structure, a capacitance of 25 fF / cell or more can be obtained, and there is no need for a polishing process or a planarization process such as an etch back after the formation of the interlayer insulating film required to form the lower electrode of the conventional cylindrical cylinder structure. . As a result, the step between the cell region and the peripheral region does not occur in the process of forming the TaON capacitor of the concave structure, thereby increasing the throughput and reducing the process around time (TAT).

이에 따라, 반도체 소자의 제조 비용을 크게 줄일 수 있어 보다 경제적으로 캐패시터를 제조할 수 있는 효과가 있다.As a result, the manufacturing cost of the semiconductor device can be greatly reduced, so that the capacitor can be manufactured more economically.

기타, 본 발명은 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.

Claims (16)

셀 영역과 주변영역을 한정하는 반도체 기판상에 층간절연막 및 질화막을 차례로 증착하는 단계;Sequentially depositing an interlayer insulating film and a nitride film on a semiconductor substrate defining a cell region and a peripheral region; 캐패시터 형성 영역에 제1 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽으로 하여 상기 질화막과 층간절연막을 차례로 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계;Forming a first photoresist pattern in the capacitor formation region, and subsequently etching the nitride film and the interlayer insulating film using the pattern as an etch barrier to form a contact hole; 상기 콘택홀내에 플러그 폴리 실리콘막을 증착하는 단계;Depositing a plug polysilicon film in the contact hole; 상기 결과물 상부에 캡 옥사이드막 및 하드마스크막을 차례로 증착하는 단계;Sequentially depositing a cap oxide film and a hard mask film on the resultant product; 캐패시터 형성 영역을 한정하는 제2 감광막 패턴을 형성하고, 그 패턴을 식각 장벽을 하여 플러그 폴리 실리콘막이 노출되도록 하드 마스크막과 캡 옥사이드막을 차례로 식각하여 하부전극 모듈 구조를 형성하는 단계;Forming a second photoresist pattern defining a capacitor formation region, and subsequently etching the hard mask layer and the cap oxide layer to expose the plug polysilicon layer using the pattern as an etch barrier to form a lower electrode module structure; 상기 하부전극 모듈 구조 전면에 하부 전극물질로 폴리 실리콘막을 증착한 후, 하부전극 모듈의 안쪽 내부가 매립되도록 폴리 실리콘막 상부에 포토 레지스트를 코팅 처리하는 단계;Depositing a polysilicon film with a lower electrode material on the entire lower electrode module structure, and then coating a photoresist on the polysilicon film so that the inside of the lower electrode module is buried; 화학기계연마(CMP) 공정을 통하여 상기 캡 옥사이드막 상부에 증착되어 있는 하부마스크막과 하부 전극용 폴리 실리콘막을 연마하여 각각 하나의 독립된 메모리 저장용 셀로 분리하는 단계;Grinding the lower mask film and the polysilicon film for lower electrode deposited on the cap oxide film through a chemical mechanical polishing (CMP) process, and separating each of the lower mask film into one independent memory storage cell; 상기 하부전극 모듈 안쪽에 코팅과정을 통해 매립된 포토레지스트를 제거하는 단계;Removing the photoresist buried through the coating process inside the lower electrode module; 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부에 유전막용 비정질 TaON 박막을 형성하는 단계; 및Forming an amorphous TaON thin film for a dielectric film on the polysilicon film for the lower electrode; And 상기 비정질 TaON 박막을 어닐링하여 결정화된 TaON 박막을 형성하고, 이어서 상부 전극용 금속막을 증착하여 컨케이브 구조의 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.Annealing the amorphous TaON thin film to form a crystallized TaON thin film, and then depositing a metal film for the upper electrode to form a capacitor having a convex structure. 제 1항에 있어서, 상기 질화막은 배리어 질화막과 버퍼 옥사이드막, 예컨데, PE-TEOS막으로 연속 증착되는 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the nitride film is continuously deposited with a barrier nitride film and a buffer oxide film, for example, a PE-TEOS film. 제 1항에 있어서, 상기 버퍼 옥사이드막은 바람직하게 LP-CVD, PE-CVD 또는 RT-CVD 장비를 사용하여 200 ~ 1000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the buffer oxide film is deposited to a thickness of 200 to 1000 Å using LP-CVD, PE-CVD, or RT-CVD equipment. 제 1항에 있어서, 상기 질화막 및 층간 절연막 식각은 각각 두께의 30% 과도식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the nitride film and the interlayer insulating film are etched at 30% transient etching, respectively. 제 1항에 있어서, 상기 플러그 폴리 실리콘막은 LP-CVD 또는 RTP 장비를 사용하여 2E+20 atoms/cc 이상의 p농도를 갖는 도핑된 폴리 실리콘막으로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the plug polysilicon film is composed of a doped polysilicon film having a p concentration of 2E + 20 atoms / cc or more using LP-CVD or RTP equipment. 제 1항에 있어서, 상기 하드마스크막은 바람직하게 500 ~ 2000Å의 두께로 도핑된 폴리 또는 도핑되지 않은 폴리실리콘막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the hard mask film is made of a poly or undoped polysilicon film, preferably doped with a thickness of 500 to 2000 microns. 제 1항에 있어서, 상기 캡 옥사이드막은 바람직하게 PE-TEOS막, PSG막 또는 Si-H Base의 소스를 이용한 USG막과 같은 산화막을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the cap oxide film is preferably an oxide film such as a PE-TEOS film, a PSG film, or a USG film using a Si-H base source. 제 1항에 있어서, 하부전극 형성을 위한 캡 옥사이드막 식각시 하부의 질화막을 식각 배리어로 이용하여 10% ~ 100%의 과도식각으로 진행하고, 상기 캡옥사이드막과 질화막의 식각 선택비는 바람직하게 5 ~ 20 : 1로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein when the cap oxide layer is etched to form the lower electrode, the lower nitride layer is used as an etch barrier, and the etching process is performed at a rate of 10% to 100%. Capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that 5 to 20: 1. 제 1항에 있어서, 상기 하부 전극용 폴리 실리콘막은 캐패시터 소자의 충전용량을 증가시키기 위해 바람직하게 HSG 형상으로 형성되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.2. The method of claim 1, wherein the polysilicon film for lower electrodes is preferably formed in an HSG shape in order to increase the charge capacity of the capacitor element. 제 1항에 있어서, 상기 CMP 공정은 하드 마스크막을 포함한 하부전극용 폴리 실리콘막을 5 ~ 20%의 CMP 타겟으로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the CMP process is performed by performing a polysilicon film for a lower electrode including a hard mask film to a CMP target of 5 to 20%. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 TaON 박막 증착전, HF용액을 이용하여 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 세정하고, 기타 유기물을 포함한 이물질을 제거하기 위해 H2SO4 용액 또는 NH4OH 용액등의 화합물을 상기 HF 세정 전 또는 후에 추가해서 계면을 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein before the deposition of the amorphous TaON thin film, the HF solution is used to clean the upper part of the polysilicon film for the lower electrode, and to remove foreign substances including other organic substances, a compound such as an H 2 SO 4 solution or an NH 4 OH solution is washed with the HF. A method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device, characterized in that the interface is cleaned before or after. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 TaON 박막 증착전, 하부 전극용 폴리 실리콘막 상부를 플라즈마 또는 RTP를 이용하여 NH3 개스 분위기에서 질화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein before the amorphous TaON thin film is deposited, an upper portion of the polysilicon film for lower electrode is nitrided in an NH 3 gas atmosphere by using plasma or RTP. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 TaON 박막은 원료 물질인 탄탈륨 에칠레이트(Ta(OC2H5)5)를 기화기에서 기상상태로 만들고, NH3 개스가 공급되는 LPCVD 챔버내에서, NH3 및 원료물질로부터 얻어진 Ta 화학 증기의 반응에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.2. The Ta chemistry of claim 1, wherein the amorphous TaON thin film is made of gaseous state tantalum acrylate (Ta (OC2H5) 5) in a vaporizer in a vapor phase, and is obtained from Ta3 chemicals obtained from NH3 and raw materials in an LPCVD chamber supplied with NH3 gas. Capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed by the reaction of steam. 제 13항에 있어서, 비정질 TaON 박막은 바람직하게 50 ~ 100Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 13, wherein the amorphous TaON thin film is deposited to a thickness of preferably 50 to 100 GPa. 제 1항에 있어서, 상기 비정질 TaON 박막은 인-시튜로 N2O 또는 O2 개스가 공급되는 챔버내에서 650 ~ 750℃의 온도로 열처리하여 박막내의 불순물을 제거하는 동시에 결정화된 TaON 박막를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The amorphous TaON thin film of claim 1, wherein the amorphous TaON thin film is heat-treated at a temperature of 650 to 750 ° C. in a chamber supplied with N 2 O or O 2 gas in-situ to remove impurities in the thin film and to form a crystallized TaON thin film. A capacitor manufacturing method of a semiconductor device. 제 1항에 있어서, 상기 상부 전극용 금속막은 TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2, 또는 Pt막 등으로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the upper electrode metal film is formed of a TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO 2, Ir, IrO 2, Pt film, or the like.
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