KR100402939B1 - 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, ONO 구조의 캐패시터에서 질화막 형성전에 NH₄OH 클리닝 및 HF 클리닝을 실시한 후 바로 튜브내에 장착하여 튜브내를 저압 상태로 만들고 NH₃처리하여 질화막을 형성함으로써 폴리실리콘위에 자라나는 자연 산화막을 최대로 억제하여 캐패시터의 전기적 특성을 최대로 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법이 제시된다.

Description

반도체 소자의 캐패시터 제조 방법

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.

캐패시터를 형성함에 있어서 폴리실리콘막과 질화막 사이의 계면에 자연 산화막이 형성되어 캐패시터의 전기적 특성에 많은 문제점을 일으킨다.

도 1은 종래의 캐패시터 제조를 위한 온도와 시간에 따른 형성 공정을 도시한 그래프로서, 이를 이용하여 종래 기술의 문제점을 설명하면 다음과 같다. 폴리실리콘이 형성된 반도체 웨이퍼를 HF로 클리닝한 후 NH₄OH로 클리닝을 하면 자연 산화막이 4∼5Å의 두께로 자라게 된다. 클리닝 공정을 수행한 반도체 웨이퍼를 튜브내에 장착하여(11) 소정의 온도까지 상승시키고(12), 안정화 단계(13)를 거쳐 선질화막 형성 공정(14), 후질화막 형성 공정(15)을 실시한다. 그리고 소정의 온도까지 하강시킨 후(16) 백 필(back fill) 공정을 수행한다(17). 이러한 종래의 공정에서는 질화막 형성전까지 자연 산화막이 5∼6Å 더 자라나게 된다. 이렇게 자연 산화막이 두꺼워짐에 따라서 고집적화되어야 하는 반도체 공정에서 필연적으로 질화막 두께는 반대로 박막(thin film)이 되어야만 한다. 그러다보니 9∼11Å의 자연 산화막이 질화막의 특성에 크게 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명은 폴리실리콘과 질화막의 게면 사이에서 자라는 자연 산화막의 생성을 최대한 억제하여 성능을 향상시킬 수 있는 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폴리실리콘이 형성된 반도체 웨이퍼를 NH₄OH 및 HF 클리닝을 실시하는 단계와, 상기 클리닝 공정을 실시한 반도체 웨이퍼를 튜브내에 장착하는 단계와, 상기 반도체 웨이퍼가 장착된 튜브내의 압력을 저압 상태로 유지하는 단계와, 상기 튜브내의 압력을 저압으로 유지한 후 튜브내의 온도를 승온시키고 안정화하는 단계와, 상기 승온된 온도에서 NH₃가스를 주입하는 단계와, 상기 튜브내의 온도를 질화막 증착 온도로 낮추고 안정화한 후 질화막을 형성하는 단계와, 상기 질화막을 형성한 후 온도를 하강시키고 백필 공정을 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 캐패시터 제조를 위한 온도와 시간에 따른 형성 공정을 도시한 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 캐패시터 제조를 위한 온도와 시간에 따른 형성 공정을 도시한 그래프.

본 발명에서는 폴리실리콘과 질화막 사이의 계면에서 자라는 자연 산화막을 억제하기 위해 질화막 형성전에 NH₄OH로 클리닝을 실시한 후 HF로 다시 한번 클리닝을 실시하여 폴리실리콘 표면에 Si-H 결합을 형성하여 자연 산화막을 억제한다. 클리닝이 끝난 바로 직후 튜브에 웨이퍼를 장착하여 튜브내를 제압으로 유지한 후 폴리실리콘 계면을 암모니아로 선처리함으로써 자연 산화막을 억제한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 캐패시터를 제조하기 위한 온도와 시간에 따른 형성공정을 도시한 그래프이다. 폴리실리콘이 형성된 다수의 반도체 웨이퍼를 NH₄OH 클리닝 및 HF 클리닝을 실시한다. 이후 400℃로 설정된 튜브내에 반도체 웨이퍼를 장착한 후(21) 튜브내의 압력을 진공 펌프를 사용하여 10 mTorr로 낮춘다(22). 이때 튜브내의 잔류 산소와 습기에 의한 자연 산화막의 성장을 억제할 수 있다. 튜브내의 온도를 800℃로 승온시킨 후 안정화 단계를 거친다(23). 800℃ 이상이 온도에서 NH₃가스를 10분 이상 주입하여 폴리실리콘 위에 생성된 자연 산화막을 니트라이데이션(nitridation) 시킨다(24). 이후 튜브내의 온도를 질화막 증착 온도(710℃)로 낮추고 안정화한 후 후(25) NH₃와 디클로로실란(dichlorosilane; DCS) 가스를 주입하여 질화막을 형성한다(26). 질화막이 형성되면 온도를 400℃로 하강한 후(27) 백필 공정을 수행한다(28).

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 캐패시터 제조 방법을 사용하면 캐패시터의 수명 뿐만 아니라 전기적 특성도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 폴리실리콘이 형성된 반도체 웨이퍼를 NH₄OH 및 HF 클리닝을 실시하는 단계와,

   상기 클리닝 공정을 실시한 반도체 웨이퍼를 튜브내에 장착하는 단계와,

   상기 반도체 웨이퍼가 장착된 튜브내의 압력을 저압 상태로 유지하는 단계와,

   상기 튜브내의 압력을 저압으로 유지한 후 튜브내의 온도를 승온시키고 안정화하는 단계와,

   상기 승온된 온도에서 NH₃가스를 주입하는 단계와,

   상기 튜브내의 온도를 질화막 증착 온도로 낮추고 안정화한 후 질화막을 형성하는 단계와,

   상기 질화막을 형성한 후 온도를 하강시키고 백필 공정을 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브내의 압력은 400℃의 온도에서 저압 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 튜브내의 압력은 10 mTorr 이하의 저압 상태인 것을특징으로 하는 반도채 소자의 캐패시터 제조 방법.