KR100349689B1 - Method for manufacturing ferroelectric memory device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속배선과 캐패시터간 확산방지막으로 탄탈륨나이트라이드를 이용한 강유전체 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은 불순물확산층이 형성된 반도체 기판 상부에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 층간절연막 상부에 하부전극, 강유전체막, 상부전극으로 이루어진 캐패시터를 형성하는 단계, 상기 캐패시터의 상부전극을 포함한 반도체 기판 상부에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 불순물확산층과 상부전극이 노출되도록 상기 제 2 층간절연막을 패터닝하는 단계, 상기 노출된 불순물확산층을 포함한 전면에 제 1 탄탈륨나이트라이드를 형성하고 상기 캐패시터의 상부전극에만 남도록 패터닝하여 확산방지막을 형성하는 단계, 상기 확산방지막을 포함한 전면에 탄탈륨, 제 2 탄탈륨나이트라이드를 적층하고 패터닝하여 상기 상부전극과 불순물확산층을 연결하는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a method of manufacturing a ferroelectric memory device using tantalum nitride as a diffusion barrier between a metal wiring and a capacitor. The present invention provides a method of forming a first interlayer dielectric layer on a semiconductor substrate on which an impurity diffusion layer is formed. Forming a capacitor including a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode on the first interlayer insulating film, and forming a second interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the upper electrode of the capacitor, to expose the impurity diffusion layer and the upper electrode. Patterning the second interlayer insulating film, forming a first tantalum nitride on the entire surface including the exposed impurity diffusion layer, and patterning the diffusion layer to remain only on the upper electrode of the capacitor; Tantalum, the second tantalum nitride And patterning the layer comprises forming a metal wiring for connecting the upper electrode and the impurity diffusion layer.

Description

강유전체 메모리 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}Manufacturing method of ferroelectric memory device {METHOD FOR MANUFACTURING FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}

본 발명은 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 확산방지막으로 탄탈륨질화막을 이용하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a ferroelectric memory device using a tantalum nitride film as a diffusion barrier.

일반적으로 강유전체 메모리 소자(Ferroelectric RAM;FeRAM)의 축전물질로는 SrBi2Ta2O9(이하 SBT)와 Pb(Zr,Ti)O3(이하 PZT) 박막이 주로 사용된다. 강유전체는 상온에서 유전상수가 수백에서 수천에 이르며 두 개의 안정한 잔류분극(remnant polarization) 상태를 갖고 있어 이를 박막화하여 비휘발성(nonvolatile) 메모리 소자로의 응용이 실현되고 있다. 강유전체 박막을 이용하는 비휘발성 메모리 소자는 인가되는 전기장의 방향으로 분극의 방향을 조절하여 신호를 입력하고 전기장을 제거하였을 때 남아있는 잔류분극의 방향에 의해 디지털 신호 "1"과 "0"을 저장하는 히스테리시스(Hysteresis) 특성을 이용한다.In general, SrBi 2 Ta 2 O 9 (hereinafter referred to as SBT) and Pb (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PZT) thin films are mainly used as storage materials for ferroelectric memory devices (FeRAM). Ferroelectrics have dielectric constants ranging from hundreds to thousands at room temperature, and have two stable remnant polarization states, making them thinner and enabling their application to nonvolatile memory devices. A nonvolatile memory device using a ferroelectric thin film adjusts the direction of polarization in the direction of an applied electric field and stores the digital signals "1" and "0" by the direction of residual polarization remaining when the electric field is removed. Hysteresis characteristics are used.

그리고 플러그를 이용하지 않는 저밀도(Low density) FeRAM 소자에서 강유전물질로 PZT, SBT, SrxBiy(TaiNbj)2O9(이하 SBTN) 등의 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 강유전체를 사용하는 경우 통상적으로 Pt, Ir, Ru, Pt 합금 등의 금속으로 상부전극(Top electrode)을 형성한다.And low density (Low density) in the FeRAM device to the ferroelectric material PZT, SBT, Sr x Bi y (Ta i Nb j) without using a plug 2 O 9 (hereinafter SBTN) having a perovskite (perovskite) structure, such as In the case of using a ferroelectric, a top electrode is typically formed of a metal such as Pt, Ir, Ru, or Pt alloy.

도 1 은 종래기술의 강유전체 메모리 소자를 나타낸 도면으로서,게이트절연막(2), 게이트전극(3), 불순물확산층(4)이 형성된 반도체 기판(1) 상부에 층간절연막(5)이 형성되고 상기 층간절연막(5) 상부에 강유전막(7)으로 SBT(SrBi2Ta2O9)를 사용하고, 상하부 전극(6,8)물질로 백금(Pt)을 사용한다.1 illustrates a conventional ferroelectric memory device, in which an interlayer insulating film 5 is formed on a semiconductor substrate 1 on which a gate insulating film 2, a gate electrode 3, and an impurity diffusion layer 4 are formed. SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) is used as the ferroelectric film 7 on the insulating film 5, and platinum (Pt) is used as the upper and lower electrodes 6 and 8.

상부전극(8)으로 이용되는 백금(Pt)은 많은 장점이 있지만, 후속 금속 배선 공정에서 배선(11)물질로 사용되는 알루미늄(Al)과 낮은 온도에서도 반응이 심하게 일어난다. 이를 해결하기 위하여 확산 방지막(Diffusion barrier layer)(10)으로 주로 티타늄나이트라이드(TiN)를 사용한다.Platinum (Pt) used as the upper electrode (8) has a number of advantages, but the reaction occurs severely even at low temperatures with aluminum (Al) used as the material of the wiring 11 in the subsequent metal wiring process. To solve this problem, titanium nitride (TiN) is mainly used as the diffusion barrier layer 10.

그러나 티타늄나이트라이드(TiN)는 완벽한 확산 방지막 역할을 하지 못하는 것으로 알려져 있다. 이러한 경우에 후속 메탈배선 공정에서 확산방지막의 티타늄 (Ti)이 SBT 내로 확산해 들어가 전기적 특성을 저하시키게 된다. 따라서 이러한 소자 제조 공정은 신뢰성이 떨어지는 공정으로 소자의 특성 저하 및 수율 감소를 유발하게 된다.However, titanium nitride (TiN) is not known to be a perfect diffusion barrier. In this case, titanium (Ti) of the diffusion barrier layer is diffused into the SBT in the subsequent metallization process to degrade the electrical characteristics. Therefore, such a device manufacturing process is a process that is less reliable, causing deterioration of the characteristics and yield of the device.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 특히 확산방지막으로 탄탈륨/탄탈륨질화막/탄탈륨 적층막을 이용하여 메탈배선과 캐패시터의 상부전극에서의 전기적 특성을 향상시키는데 적합한 강유전체 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and in particular, a method of manufacturing a ferroelectric memory device suitable for improving the electrical characteristics of a metal wiring and an upper electrode of a capacitor using a tantalum / tantalum nitride film / tantalum laminated film as a diffusion barrier. The purpose is to provide.

도 1 은 종래기술의 강유전체 메모리 소자를 나타낸 도면,1 shows a ferroelectric memory device of the prior art;

도 2 내지 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 강유전체 메모리 소자의 제조 방법을 나타낸 도면.2 to 5 illustrate a method of manufacturing a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

21 : 반도체 기판 22 : 게이트전극21 semiconductor substrate 22 gate electrode

23a,23b : 불순물확산층 24 : 제 1 층간절연막23a, 23b: impurity diffusion layer 24: first interlayer insulating film

25 : 고온산화막 26 : 티타늄산화막25: high temperature oxide film 26: titanium oxide film

27 : 하부전극 28 : 강유전체막27: lower electrode 28: ferroelectric film

29 : 상부전극 30a : TEOS29: upper electrode 30a: TEOS

30b : BPSG 31 : 제 2 층간절연막30b: BPSG 31: second interlayer insulating film

33 : 제 1 탄탈륨나이트라이드 34 : 탄탈륨33: first tantalum nitride 34: tantalum

35 : 제 2 탄탈륨나이트라이드 36 : 제 1 금속배선35 second tantalum nitride 36 first metal wiring

37 : 제 3 층간절연막 38 : 티타늄37: third interlayer insulating film 38: titanium

39 : 티타늄나이트라이드 40 : 알루미늄39: titanium nitride 40: aluminum

41 : 반사방지 티타늄나이트라이드 42 : 제 2 금속배선41: anti-reflection titanium nitride 42: second metal wiring

43 : 보호막43: protective film

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강유전체 메모리 소자의 제조 방법은 불순물확산층이 형성된 반도체 기판 상부에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 제 1 층간절연막 상부에 하부전극, 강유전체막, 상부전극으로 이루어진 캐패시터를 형성하는 단계, 상기 캐패시터의 상부전극을 포함한 반도체 기판 상부에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 불순물확산층과 상부전극이 노출되도록 상기 제 2 층간절연막을 패터닝하는 단계, 상기 노출된 불순물확산층을 포함한 전면에 제 1 탄탈륨나이트라이드를 형성하고 상기 캐패시터의 상부전극에만 남도록 패터닝하여 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드로 이루어진 확산방지막을 형성하는 단계, 및 상기 확산방지막을 포함한 전면에 탄탈륨, 제 2 탄탈륨나이트라이드를 적층하고 패터닝하여 상기 상부전극과 불순물확산층을 연결하는 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.A method of manufacturing a ferroelectric memory device of the present invention for achieving the above object comprises the step of forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate formed with an impurity diffusion layer, a lower electrode, a ferroelectric film, an upper electrode on the first interlayer insulating film Forming a capacitor, forming a second interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the upper electrode of the capacitor, patterning the second interlayer insulating film to expose the impurity diffusion layer and the upper electrode, and the exposed impurities Forming a first tantalum nitride on the front surface including a diffusion layer and patterning so as to remain only in the upper electrode of the capacitor to form a diffusion barrier film of the first tantalum nitride, and tantalum, second tantalum on the front surface including the diffusion barrier Laminate and pattern nitride to form the phase Including the step of forming a metal wiring for connecting the electrode and the impurity diffusion layer is characterized by true.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2 는 캐패시터 콘택 식각 공정까지 이루어진 강유전체 캐패시터를 나타낸 도면으로서, 셀영역(Y)과 주변영역(X)이 정의되고 게이트전극(22), 불순물확산층 (23a,23b)이 형성된 반도체 기판(21) 상부에 제 1 층간절연막(24)으로서 BPSG (Boron Phos-phorous Silicate Glass)막을 증착하고, 상기 BPSG막을 리플로우(Reflow)하여 평탄화한 후 고온산화막(High Temperature Oxide;HTO)(25)을 도포한다. 상기 고온산화막(25) 상부에 흡착되어 있는 수분을 제거하기 위해 100∼400℃ 온도범위에서 10분∼1시간동안 경화(Bake) 공정을 실시한다.FIG. 2 is a diagram illustrating a ferroelectric capacitor formed up to a capacitor contact etching process, in which a cell region Y and a peripheral region X are defined, and a semiconductor substrate 21 having gate electrodes 22 and impurity diffusion layers 23a and 23b formed therein. A BPSG (Boron Phos-phorous Silicate Glass) film is deposited as a first interlayer insulating film 24 thereon, and the BPSG film is reflowed and planarized to apply a high temperature oxide (HTO) 25. . In order to remove moisture adsorbed on the high temperature oxide film 25, a curing process is performed for 10 minutes to 1 hour in a temperature range of 100 to 400 ° C.

이어 상기 고온산화막(25) 상부에 접착층(adhesion layer)으로서 티타늄(Ti)을 100∼500 Å 두께로 증착한다. 그리고 500∼800℃ 온도에서 로(furnace)를 이용하여 산소(O2) 분위기로 10분∼1시간 정도 열처리하여 티타늄산화막(TiOX)(26)을 형성한다. 이어 상기 티타늄산화막(TiOX)(26) 상부에 백금(Pt)막을 1000∼3000Å 두께로 증착한다.Subsequently, titanium (Ti) is deposited on the high temperature oxide layer 25 to a thickness of 100 to 500 Å as an adhesion layer. Then, a titanium oxide film (TiO X ) 26 is formed by heat-treating in an oxygen (O 2 ) atmosphere for 10 minutes to 1 hour at a temperature of 500 to 800 ° C. using a furnace. Subsequently, a platinum (Pt) film is deposited on the titanium oxide film TiO X 26 to a thickness of 1000 to 3000 Å.

이어 백금(Pt)막 상에 통상적인 방법 예를 들면, 스핀코팅(Spin coating), LSMCD(Liquid Source Misted Chemical Deposition), 화학적기상증착(Chemiacl Vapor Deposition;CVD),물리적기상증착(Physical Vapor Deposition;PVD)을 이용하여 SBT 강유전막을 증착한다. 이러한 강유전막을 증착하기 전에 강유전막과 하부전극물질인 백금(Pt)막 사이의 접착력을 향상시킬 목적으로 100∼500℃ 범위에서 10분∼2시간 정도 열처리를 실시한다.Subsequently, conventional methods such as spin coating, Liquid Source Misted Chemical Deposition (LSMCD), Chemical Vapor Deposition (CVD), and Physical Vapor Deposition (Pt) on a platinum (Pt) film; PVD) is used to deposit the SBT ferroelectric film. Before depositing the ferroelectric film, heat treatment is performed for 10 minutes to 2 hours in the range of 100 to 500 ° C. for the purpose of improving adhesion between the ferroelectric film and the platinum (Pt) film, which is a lower electrode material.

이어 상부전극물질을 증착하기 전에 강유전막 위에 흡착되어 있는 수분을 제거하기 위하여 100∼400℃ 온도에서 10분∼1시간정도 경화공정을 실시한다. 이어 강유전막 상에 상부전극물질인 백금(Pt)막을 1000∼3000Å 두께로 증착한다. . 이 때 전극 증착 조건은 200∼700℃의 공정온도, 10∼100 mTorr의 압력, 0.1∼1KW의 파워를 필요로 한다.Then, before depositing the upper electrode material, a curing process is performed at a temperature of 100 to 400 ° C. for about 10 minutes to 1 hour to remove moisture adsorbed on the ferroelectric film. Subsequently, a platinum (Pt) film, which is an upper electrode material, is deposited on the ferroelectric film to a thickness of 1000 to 3000 GPa. . At this time, electrode deposition conditions require a process temperature of 200 to 700 ° C, a pressure of 10 to 100 mTorr, and a power of 0.1 to 1 KW.

이어 티타늄나이트라이드(TiN) 하드마스크 및 감광막을 이용한 통상적인 사진 및 식각 공정을 이용하여 백금막/SBT/백금막을 패터닝하여 하부전극(27)/강유전 막(28)/상부전극(29)으로 이루어지는 강유전체 캐패시터를 형성한다.Subsequently, the platinum film / SBT / platinum film is patterned using a conventional photolithography and an etching process using a titanium nitride (TiN) hard mask and a photoresist film to form a lower electrode 27 / ferroelectric film 28 / upper electrode 29. A ferroelectric capacitor is formed.

이어 강유전체 캐패시터를 형성한 후에 전면에 TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)(30a), BPSG막(30b)을 증착하여 제 2 층간절연막(31)을 형성한다. 여기서 상기 TEOS(30a)는 600∼800℃, 1atm 에서 증착하는 것을 특징으로하고 BPSG막(30b)을 증착한 후, 700∼900℃에서 열처리하여 평탄화 및 치밀화 특성을 향상시킨다.Subsequently, after the ferroelectric capacitor is formed, a second interlayer insulating layer 31 is formed by depositing a TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) 30a and a BPSG film 30b. Wherein the TEOS (30a) is characterized in that the deposition at 600 ~ 800 ℃, 1 atm, after depositing the BPSG film 30b, and heat treatment at 700 ~ 900 ℃ to improve the planarization and densification characteristics.

이러한 제 2 층간절연막(31) 증착공정 후, 감광막을 이용하는 통상적인 사진 및 식각 공정을 이용하여 캐패시터 콘택홀(32)을 오픈한다.After the deposition process of the second interlayer insulating film 31, the capacitor contact hole 32 is opened using a conventional photolithography and etching process using a photosensitive film.

도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 캐패시터 콘택홀(32)을 포함한 BPSG막(30b) 상에 확산방지막으로서 제 1 탄탈륨나이트라이드(TaN)(33)을 증착하고 사진 및 식각 공정을 이용하여 캐패시터의 상부전극(29)과 전기적으로 연결되도록 한다. 이러한 확산방지막은 상부전극(Pt)(29) 및 캐패시터내로의 확산을 방지하기 위한 것으로서, 제1탄탈륨나이트라이드(TaN)(33)는 통상적인 PVD 예를 들면, RF 스퍼터링(Radio Frequency-sputtering), DC 반응성 스퍼터링(DC reactive sputtering) 또는 화학적기상증착(CVD)을 이용하여 500∼2000Å두께로 증착된다.As shown in FIG. 3, a first tantalum nitride (TaN) 33 is deposited as a diffusion barrier on the BPSG film 30b including the capacitor contact hole 32 and the photolithography process is performed to obtain a capacitor. It is to be electrically connected to the upper electrode (29). The diffusion barrier is to prevent diffusion into the upper electrode (Pt) 29 and the capacitor, the first tantalum nitride (TaN) 33 is a conventional PVD, for example, RF sputtering (Radio Frequency-sputtering) It is deposited to a thickness of 500-2000 mm using DC reactive sputtering or chemical vapor deposition (CVD).

통상의 반응성 스퍼터링을 이용하여 제 1 탄탈륨나이트라이드(33)를 증착할 경우, 1∼100 mTorr의 압력과 0∼600℃의 온도를 유지한 장치내에서 0.5∼3KW의 파워를 인가하여 10∼1000sccm 유량의 질소분위기에서 수행한다. 그리고 통상의 CVD공정을 이용할 경우 탄탈륨나이트라이드의 단차를 향상시킬 수 있다.In the case of depositing the first tantalum nitride 33 using conventional reactive sputtering, a power of 0.5 to 3 KW is applied in a device maintaining a pressure of 1 to 100 mTorr and a temperature of 0 to 600 ° C. to 10 to 1000 sccm. Carry out in a nitrogen atmosphere at flow rate. In addition, when using a conventional CVD process, the step of tantalum nitride can be improved.

상기 제 1 탄탈륨나이트라이드(33) 증착후 질소(N2) 또는 아르곤(Ar) 또는 산소(O2)의 가스 분위기에서 200∼900℃의 온도를 유지한 장치내에서 열처리한다.After the deposition of the first tantalum nitride 33, heat treatment is performed in an apparatus maintaining a temperature of 200 to 900 ° C. in a gas atmosphere of nitrogen (N 2 ), argon (Ar), or oxygen (O 2 ).

이처럼 캐패시터 확산방지막으로 제 1 탄탈륨나이트라이드(TaN)(33)를 적용하므로써 후속 공정에서 발생하는 티타늄(Ti)에 의한 전기적 특성 열화를 막을 수 있다.In this way, by applying the first tantalum nitride (TaN) 33 as a capacitor diffusion barrier, it is possible to prevent the deterioration of electrical characteristics due to titanium (Ti) generated in a subsequent process.

도 4 는 캐패시터와 트랜지스터를 전기적으로 연결하기 위한 콘택 식각 공정후, 탄탈륨나이트라이드(TaN)/탄탈륨(Ta) 적층막을 이용하여 캐패시터와 트랜지스터 사이의 금속배선(local interconnection)을 완성한 후의 단면도이다.FIG. 4 is a cross-sectional view after a contact etching process for electrically connecting a capacitor and a transistor, and then completing a local interconnection between the capacitor and the transistor using a tantalum nitride (TaN) / tantalum (Ta) laminate.

도 4에 도시된 바와 같이, 캐패시터와 금속배선간 확산방지막인 제 1 탄탈륨나이트라이드(TaN)(33)를 패터닝한 후 반도체 기판(21)의 셀영역(Y)의 불순물확산층(23b)의 콘택 영역만 통상적인 사진 및 식각 공정을 이용하여 식각하여 불순물확산층(23b)의 일정 표면이 노출되는 콘택홀(도시 생략)을 형성한다.As shown in FIG. 4, after the first tantalum nitride (TaN) 33, which is a diffusion barrier between the capacitor and the metal wiring, is patterned, the contact of the impurity diffusion layer 23b of the cell region Y of the semiconductor substrate 21 is patterned. Only the region is etched using a conventional photolithography and etching process to form a contact hole (not shown) in which a predetermined surface of the impurity diffusion layer 23b is exposed.

이어 콘택홀을 포함한 전면에 탄탈륨(Ta)(34)을 200∼1000Å 두께로 증착하고 상기 탄탈륨(34) 상에 제 2 탄탈륨나이트라이드(TaN)(35)를 500∼5000Å 두께로 증착하는데, 이는 알루미늄을 이용하지 않으므로 두께가 너무 얇으면 배선저항이 높아지고, 두께가 너무 두꺼우면 단차가 증가하므로 후속 사진 및 식각 공정상의 복잡함을 방지하기 위함이다.Subsequently, a tantalum (Ta) 34 is deposited to a thickness of 200 to 1000 GPa on the entire surface including the contact hole, and a second tantalum nitride (TaN) 35 is deposited to a thickness of 500 to 5000 GPa on the tantalum 34. Since the aluminum is not used, the thickness is too thin, the wiring resistance is high, and if the thickness is too thick, the step is increased to prevent the complexity of the subsequent photograph and etching process.

이어 상기 제 2 탄탈륨나이트라이드(35)/탄탈륨(34)의 적층막을 산소 또는 질소 또는 아르곤 가스 분위기에서 후속 열처리를 실시한다.Subsequently, the laminated film of the second tantalum nitride 35 / tantalum 34 is subjected to subsequent heat treatment in an oxygen, nitrogen, or argon gas atmosphere.

이와같은 메탈배선 공정은 셀영역(Y)에서만 실시하여 캐패시터와 트랜지스터 사이를 연결하는 탄탈륨(34) 및 제 2 탄탈륨나이트라이드(35)의 적층막인 제 1 금속배선 (36)을 형성한다.This metal wiring process is performed only in the cell region Y to form the first metal wiring 36, which is a laminated film of tantalum 34 and second tantalum nitride 35, which connect between the capacitor and the transistor.

도 5 는 제 3 층간절연막 증착후에 제 2 금속배선 공정까지 마친 후의 단면도이다.5 is a cross-sectional view after finishing the second metal wiring process after the deposition of the third interlayer insulating film.

즉 제 1 금속배선(36) 공정이 끝난 다음에 제 3 층간절연막(37)을 도포하는데, BPSG,PSG 또는 SiON/SOG/실리콘계 산화막의 적층막을 이용한다.That is, after the process of the first metal wiring 36 is finished, the third interlayer insulating film 37 is applied. A laminated film of BPSG, PSG, or SiON / SOG / silicon oxide film is used.

이어 제 3 층간절연막(37) 도포 후에 통상적인 사진 및 식각 공정을 이용하여 주변지역(X)의 불순물확산층(23a) 콘택홀(도시 생략)을 오픈한다. 이어 불순물확산층(23a)의 콘택저항을 감소시키기 위해 소프트에치(Soft etch) 또는 BOE (Buffered Oxide Etchant)용액을 이용한 세정공정(Cleaning)을 실시한다. 이후 티타늄(Ti)(38)을 50∼1000Å 정도 증착한다. 이어 티타늄나이트라이드(TiN)(39)를 300∼1000Å 정도 증착한후 로(furnace)를 이용하여 질소 분위기에서 열처리를 하여 콘택저항을 감소시키고 티타늄나이트라이드(39)의 방지막특성을 향상시킨다. 이 때의 열처리 온도 및 시간은 300∼500℃, 10분∼2시간 정도로 한다. 이 열처리 공정은 급속열처리(RTA)로 대체할 수 있다.Subsequently, after the third interlayer insulating film 37 is applied, the contact hole (not shown) of the impurity diffusion layer 23a in the peripheral area X is opened using a conventional photolithography and etching process. Subsequently, in order to reduce the contact resistance of the impurity diffusion layer 23a, a cleaning process using a soft etch or a buffered oxide etchant (BOE) solution is performed. Then, titanium (Ti) 38 is deposited at about 50 to 1000 Å. Subsequently, the titanium nitride (TiN) 39 is deposited at about 300 to 1000 Å, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere using a furnace to reduce contact resistance and to improve the prevention film properties of the titanium nitride 39. The heat treatment temperature and time at this time are about 300 to 500 ° C and about 10 minutes to 2 hours. This heat treatment process can be replaced by rapid thermal treatment (RTA).

이어 티타늄나이트라이드(39) 증착후 알루미늄(40)을 1000∼5000Å 정도 증착하고, 반사방지특성을 갖는 티타늄나이트라이드(ARC-TiN)(41)를 100∼1000Å 정도 증착한다.Subsequently, after the titanium nitride 39 is deposited, aluminum 40 is deposited at about 1000 to 5000 mW, and titanium nitride (ARC-TiN) 41 having antireflection property is deposited at about 100 to 1000 mW.

이어 통상적인 사진 및 식각 공정을 이용하여 주변 지역에서의 불순물확산층(23b)과 배선의 콘택 접촉저항을 낮추도록 티타늄(38)/티타늄나이트라이드(39)/알루미늄(40)/반상방지티타늄나이트라이드(41)의 적층막 구조를 갖는 제 2 금속배선 (42)을 형성한다. 상기 제 2 금속배선(42)은 주변지역(X)에서는 주변 회로 연결용 배선으로 사용되고 셀지역(Y)에서는 비트라인 배선 및 기타 배선으로 사용될 수 있다.Next, titanium (38) / titanium nitride (39) / aluminum (40) / anti-reflective titanium nitride are used to reduce the contact contact resistance between the impurity diffusion layer 23b and the wiring in the surrounding area using conventional photolithography and etching processes. The second metal wiring 42 having the laminated film structure of 41 is formed. The second metal wire 42 may be used as a wire for connecting peripheral circuits in the peripheral area X and used as bit line wiring and other wires in the cell area Y.

이어 상기 제 2 금속배선(42)을 포함한 전면에 보호막(43)을 형성한다.Subsequently, a passivation layer 43 is formed on the entire surface including the second metal wire 42.

다른 적용예로 탄탈륨나이트라이드(TaN) 대신 탄탈륨알루미늄나이트라이드 (TaAlN) 또는 탄탈륨실리콘나이트라이드(TaSiN)를 이용할 수도 있다.In another application, tantalum aluminum nitride (TaAlN) or tantalum silicon nitride (TaSiN) may be used instead of tantalum nitride (TaN).

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같이 본 발명의 강유전체 메모리 소자의 제조 방법은 제 1 금속배선 공정에서 알루미늄(Al)을 사용하지 않으므로써, 후속 열공정에 의한 Pt/Al 반응을 원천적으로 막을 수 있다. 또 캐패시터 확산방지막 및 제 1 금속배선으로 TaN/Ta/TaN구조를 사용하므로써, 후속 공정에서 발생하는 티타늄(Ti)에 의한 전기적 특성 열화를 방지할 수 있다.As described above, in the method of manufacturing the ferroelectric memory device of the present invention, since aluminum (Al) is not used in the first metal wiring process, the Pt / Al reaction by the subsequent thermal process can be prevented. In addition, by using the TaN / Ta / TaN structure as the capacitor diffusion barrier and the first metal wiring, it is possible to prevent the deterioration of electrical characteristics due to titanium (Ti) generated in a subsequent process.

그리고 전체 소자 제조 공정에서는 Al을 사용하지 않으므로 캐패시터 단차를획기적으로 감소시킬 수 있으므로 후속 사진 및 식각 공정을 용이하게 하여 소자 의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, since Al is not used in the entire device manufacturing process, the capacitor step can be dramatically reduced, thereby facilitating subsequent photographic and etching processes to improve device yield.

Claims (16)

불순물확산층이 형성된 반도체 기판 상부에 제 1 층간절연막을 형성하는 단계;Forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate on which the impurity diffusion layer is formed; 상기 제 1 층간절연막 상부에 하부전극, 강유전체막, 상부전극으로 이루어진 캐패시터를 형성하는 단계;Forming a capacitor including a lower electrode, a ferroelectric layer, and an upper electrode on the first interlayer insulating film; 상기 캐패시터의 상부전극을 포함한 반도체 기판 상부에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계;Forming a second interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the upper electrode of the capacitor; 상기 불순물확산층과 상부전극이 노출되도록 상기 제 2 층간절연막을 패터닝하는 단계;Patterning the second interlayer insulating film to expose the impurity diffusion layer and the upper electrode; 상기 노출된 불순물확산층을 포함한 전면에 제 1 탄탈륨나이트라이드를 형성하고 상기 캐패시터의 상부전극에만 남도록 패터닝하여 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드로 이루어진 확산방지막을 형성하는 단계; 및Forming a first tantalum nitride on the entire surface including the exposed impurity diffusion layer and patterning the first tantalum nitride to remain only at the upper electrode of the capacitor to form a diffusion barrier layer formed of the first tantalum nitride; And 상기 확산방지막을 포함한 전면에 탄탈륨, 제 2 탄탈륨나이트라이드를 적층하고 패터닝하여 상기 상부전극과 불순물확산층을 연결하는 금속배선을 형성하는 단계Forming and patterning tantalum and second tantalum nitride on the entire surface including the diffusion barrier to form a metal wiring connecting the upper electrode and the impurity diffusion layer. 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that made. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드는 반응성 스퍼터링을 이용하여 1∼100mTorr의 압력과 30℃∼600℃의 온도를 유지한 상태에서 0.5∼3㎾의 파워와 10∼1000 sccm의 질소가스를 처리하여 300∼3000Å 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The first tantalum nitride is subjected to 300 to 3000 kW by treating 0.5 to 3 kW of power and 10 to 1000 sccm of nitrogen gas under a pressure of 1 to 100 mTorr and a temperature of 30 to 600 C using reactive sputtering. A method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that deposited to a thickness. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드 증착후 질소 또는 산소 또는 블활성 가스 분위기에서 200∼900℃의 온도로 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And depositing the first tantalum nitride at a temperature of 200 ° C. to 900 ° C. in a nitrogen, oxygen, or blister gas atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 제 2 탄탈륨나이트라이드는 500∼5000Å 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a ferroelectric memory device, wherein the second tantalum nitride is deposited to have a thickness of 500 to 5000 GPa. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탄탈륨/제 2 탄탈륨나이트라이드 증착후 질소 또는 산소 또는 아르곤 가스 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And depositing the tantalum / second tantalum nitride and heat-treating it in a nitrogen, oxygen, or argon gas atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1탄탈륨나이트라이드로 이루어지는 확산방지막은 상기 제1탄탈륨나이트라이드에 실리콘이 함유된 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The diffusion barrier layer made of the first tantalum nitride is a method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that the silicon contained in the first tantalum nitride. 셀영역과 주변영역이 정의되고 불순물확산층이 형성된 반도체 기판상에 하부전극, 강유전막, 상부전극으로 이루어지는 캐패시터를 형성하는 단계;Forming a capacitor including a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode on a semiconductor substrate in which a cell region and a peripheral region are defined and an impurity diffusion layer is formed; 상기 상부전극을 포함한 반도체 기판 상부에 제 1 층간절연막을 형성한 후 상기 제 1 층간절연막을 사진 및 식각을 실시하여 상기 셀영역의 불순물확산층 및 상부전극의 일정표면이 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계;After forming a first interlayer insulating film on the semiconductor substrate including the upper electrode, and forming a contact hole to expose a predetermined surface of the impurity diffusion layer and the upper electrode of the cell region by performing a photo and etching the first interlayer insulating film. ; 상기 상부전극 표면에 형성된 콘택홀내에 제 1 탄탈륨나이트라이드를 형성하고 패터닝하여 상기 제1탄탈륨나이트라이드로 이루어진 확산방지막을 형성하는 단계;Forming and patterning a first tantalum nitride in a contact hole formed on the upper electrode surface to form a diffusion barrier layer formed of the first tantalum nitride; 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드를 포함한 전면에 탄탈륨, 제 2 탄탈륨나이트라이드를 적층하여 형성하는 단계;Forming a tantalum and a second tantalum nitride on the entire surface including the first tantalum nitride; 상기 탄탈륨, 제 2 탄탈륨나이트라이드를 패터닝하여 상기 상부전극과 상기 셀영역의 불순물확산층을 연결시키는 제 1 금속배선을 형성하는 단계;Patterning the tantalum and the second tantalum nitride to form a first metal wire connecting the upper electrode and the impurity diffusion layer of the cell region; 상기 제 1 금속배선 상부에 제 2 층간절연막을 형성하고 상기 주변영역의 불순물확산층이 노출되도록 상기 제 2 층간절연막을 패터닝하는 단계; 및Forming a second interlayer insulating film over the first metal wiring and patterning the second interlayer insulating film to expose the impurity diffusion layer in the peripheral region; And 상기 주변영역의 불순물확산층과 전기적으로 연결되는 제 2 금속배선을 형성하는 단계Forming a second metal interconnect electrically connected to the impurity diffusion layer in the peripheral region 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.Method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that made. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드는 반응성 스퍼터링을 이용하여 1∼100mTorr의 압력과 30℃∼600℃의 온도를 유지한 상태에서 0.5∼3㎾의 파워와 10∼1000 sccm의 질소가스를 처리하여 300∼3000Å 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The first tantalum nitride is subjected to 300 to 3000 kW by treating 0.5 to 3 kW of power and 10 to 1000 sccm of nitrogen gas under a pressure of 1 to 100 mTorr and a temperature of 30 to 600 C using reactive sputtering. A method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that deposited to a thickness. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 탄탈륨나이트라이드 증착후 질소 또는 산소 또는 블활성 가스 분위기에서 200∼900℃의 온도로 열처리 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And depositing the first tantalum nitride at a temperature of 200 ° C. to 900 ° C. in a nitrogen, oxygen, or blister gas atmosphere. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 제 2 탄탈륨나이트라이드는 500∼5000Å 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.A method for manufacturing a ferroelectric memory device, wherein the second tantalum nitride is deposited to have a thickness of 500 to 5000 GPa. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 탄탈륨/제 2 탄탈륨나이트라이드 증착후 질소 또는 산소 또는 아르곤 가스 분위기에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And depositing the tantalum / second tantalum nitride and heat-treating it in a nitrogen, oxygen, or argon gas atmosphere. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 1 금속배선은 상기 반도체 기판의 셀영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And the first metal wiring is formed only in the cell region of the semiconductor substrate. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 2 금속배선은 상기 반도체 기판의 셀영역 및 주변영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And the second metal wiring is formed in the cell region and the peripheral region of the semiconductor substrate. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제 2 금속배선은 티타늄, 티타늄나이트라이드, 알루미늄, 반사방지특성를 갖는 티타늄나이트라이드를 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The second metal wiring may be formed by stacking titanium, titanium nitride, aluminum, and titanium nitride having antireflection characteristics. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 티타늄, 티타늄나이드라이드를 증착한 후 산소 또는 질소 또는 아르곤 가스 분위기에서 로 또는 급속열처리공정을 이용하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.And depositing the titanium and titanium nitride, followed by heat treatment using a furnace or rapid heat treatment in an oxygen, nitrogen, or argon gas atmosphere. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1탄탈륨나이트라이드로 이루어진 확산방지막은 상기 제1탄탈륨나이트라이드에 실리콘이 함유된 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 소자의 제조 방법.The diffusion barrier layer formed of the first tantalum nitride is a method of manufacturing a ferroelectric memory device, characterized in that the silicon contained in the first tantalum nitride.
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