KR100443350B1 - 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법 - Google Patents

스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100443350B1
KR100443350B1 KR10-2001-0087782A KR20010087782A KR100443350B1 KR 100443350 B1 KR100443350 B1 KR 100443350B1 KR 20010087782 A KR20010087782 A KR 20010087782A KR 100443350 B1 KR100443350 B1 KR 100443350B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
source
reactor
strontium
ruthenium
plasma
Prior art date
Application number
KR10-2001-0087782A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030057706A (ko
Inventor
길덕신
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR10-2001-0087782A priority Critical patent/KR100443350B1/ko
Publication of KR20030057706A publication Critical patent/KR20030057706A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100443350B1 publication Critical patent/KR100443350B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/409—Oxides of the type ABO3 with A representing alkali, alkaline earth metal or lead and B representing a refractory metal, nickel, scandium or a lanthanide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
    • H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD

Abstract

본 발명은 고온 공정의 화학기상증착법에 따른 막증착의 어려움을 해결하도록 한 전도성 금속산화물(SrRuO3, LaNiO3)의 단원자층 증착 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명의 스트론튬루테늄산화물(SrRuO3)의 단원자층 증착 방법은 반응기내에 기판을 로딩시키는 단계, 상기 기판상에 리간드가 결합된 스트론튬소스를 흡착시키는 단계, 상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 흡착된 스트론튬소스의 리간드를 제거하면서 상기 스트론튬소스 중의 스트론튬을 산화시키는 단계, 상기 산화된 스트론튬 상에 리간드가 결합된 루테늄소스를 흡착시키는 단계, 및 상기 반응기내에 상기 활성화된 산소를 다시 공급하여 상기 흡착된 루테늄소스의 리간드를 제거하면서 상기 루테늄소스 중의 루테늄을 산화시키는 단계를 포함한다.

Description

스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법{Method for atomic layer depostion strontium ruthenate}
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 스트론듐루테늄산화막(SrRuO3, strontium ruthenate)의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 고집적화, 소형화 및 고속화에 따라 캐패시터가차지하는 면적이 감소하고 있으며, 비록 반도체 소자가 고집적화 및 소형화되더라도 반도체 소자를 구동시키기 위한 캐패시터의 정전 용량은 최소한 확보되어야한다.
DRAM 및 FeRAM에서 캐패시터의 정전 용량을 확보하기 위한 한 방안으로 캐패시터의 하부 전극(또는 스토리지전극)을 실린더(Cyclinder) 구조, 스택(Stack) 구조, 핀(Pin) 구조, 오목(Concave) 구조 등 다양한 구조로 형성하여 제한된 면적 하에서 캐패시터 하부 전극의 유효 표면적을 극대화시키고 있다.
캐패시터의 정전 용량을 확보하기 위한 다른 방안으로는 캐패시터의 유전막으로 고유전율(High-k) 또는 강유전(Ferroelectric) 특성을 갖는 SrRuO3, BST[(Ba, Sr)TiO3], PZT, SBT 등의 산화물 박막을 적용하고, 이러한 산화물 박막을 적용할 경우 전기적 특성 측면에서 캐패시터의 하부전극/상부전극으로는 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), TiN 등의 전도성 금속을 적용한다.
그러나, 산화물 박막들은 반드시 페로브스카이트(Perovskite) 구조를 형성해야만 원하는 특성을 얻을 수가 있는데 박막의 두께가 매우 얇아질 경우 하부전극과 접한 계면에서의 특성 저하로 전체 박막의 특성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위해 백금, 이리듐, 루테늄 등의 금속박막대신 BST, PZT 등과 동일한 페로브스카이트 구조를 가지면서도 전도특성을 갖는 SrRuO3, LaNiO3등의 전도성 금속산화물 박막을 하부전극으로 이용하여 계면의 영향을 최소화하려는 시도가 이루어지고 있다. 그 중에서도 특히 SrRuO3는 종래 사용된 Sr, Ru의 연속이라는 관점에서 가장 적합한 전도성 금속산화물 박막으로 간주되고 있다.
상술한 전도성 산화물 박막을 증착하기 위해 스퍼터링(Sputtering)법, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)을 적용한다.
먼저 스퍼터링법은 플라즈마 상태에서 아르곤 이온을 생성시키기 위해 고전압을 타겟에 인가한 상태에서 아르곤 등의 비활성가스를 진공챔버내로 주입시킨다. 이 때, 아르곤 이온들은 타겟의 표면에 스퍼터되고, 타겟의 원자들은 타겟의 표면으로부터 제거된다.
이러한 스퍼터링법에 의해 기판과 접착성이 우수한 고순도 박막을 형성할 수 있으나, 공정 차이를 갖는 고집적 박막을 스퍼터링법으로 증착하는 경우에는 전체 박막위에서 균일도를 확보하기가 매우 어려워 미세한 패턴을 위한 스퍼터링법의 적용에는 한계가 있다.
다음으로, 화학기상증착법(CVD)은 가장 널리 이용되는 증착 기술로서, 반응가스와 분해가스를 이용하여 요구되는 두께를 갖는 박막을 기판상에 증착한다.
화학기상증착법은 먼저 다양한 가스들을 반응챔버로 주입시키고, 열, 빛, 플라즈마와 같은 고에너지에 의해 유도된 가스들을 화학반응시키므로써 기판상에 요구되는 두께의 박막을 증착시킨다.
아울러, 화학기상증착법(CVD)에서는 반응에너지만큼 인가된 플라즈마 또는 가스들의 비(ratio) 및 량(amount)을 통해 반응조건을 제어하므로서 증착률을 증가시키는 장점이 있다.
그러나, 예컨대 SrRuO3의 화학기상증착(CVD)법에 있어서는 Sr과 Ru 소스의 분해온도(Sr은 350℃ 이상, Ru는 200℃ 이상)가 매우 달라 현재 그 적용에 어려움이 있다.
따라서, SrRuO3박막의 형성을 위해서는 특히 저온 공정에 의해 SrRuO3박막을 형성하기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고온 공정의 화학기상증착법에 따른 막증착의 어려움을 해결하는데 적합한 전도성 금속산화물 박막의 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 화학기상증착법에 일반적으로 사용되는 β-디케토네이트 계열의 Sr 소스[Sr(tmhd)2] 및 Ru 소스[Ru(od)3]의 화학적 구조도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SrRuO3의 단원자층 증착 공정을 위한 타이밍도,
도 3은 단원자층 증착법에 의한 SrRuO3을 하부전극으로 이용하는 캐패시터를 도시한 도면.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전도성 금속산화물의 단원자층 증착 방법은 반응기내에 기판을 로딩시키는 단계, 상기 반응기내에 제1금속소스를 공급하여 상기 기판 상에 제1금속소스를 흡착시키는 단계, 상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 제1금속소스로부터 분해된 중심 금속원자를 포함하는 제1금속산화물을 형성하는 단계, 상기 반응기내에 제2금속소스를 공급하여 상기 제1금속산화물 상에 상기 제2금속소스를 흡착시키는 단계, 및 상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 제2금속소스로부터 분해된 중심 금속원자를 포함하는 제2금속산화물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 활성화된 산소는 산소 플라즈마, H2O 플라즈마 및 오존 발생기에 의해 생성된 오존 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법은 반응기내에 기판을 로딩시키는 단계, 상기 기판상에 리간드가 결합된 스트론튬소스를 흡착시키는 단계, 상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 흡착된 스트론튬소스의 리간드를 제거하면서 상기 스트론튬소스 중의 스트론튬을 산화시키는 단계, 상기 산화된 스트론튬 상에 리간드가 결합된 루테늄소스를 흡착시키는 단계, 및 상기 반응기내에 상기 활성화된 산소를 다시 공급하여 상기 흡착된 루테늄소스의 리간드를 제거하면서 상기 루테늄소스 중의 루테늄을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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.
도 1은 화학기상증착법에 일반적으로 사용되는 β-디케토네이트 계열의 Sr 소스[Sr(tmhd)2] 및 Ru 소스[Ru(od)3]의 화학적 구조도이다.
도 1을 참조하면, 분자 구조에서 중심의 금속원자인 Sr 및 Ru을 제외한 부분, 즉 리간드인 tmhd, od에 해당하는 부분은 C,H,O를 포함하고 있다. 이 부분은 통상의 산소원인 H2O에 의해서 화학적으로 H(tmhd), H(od)의 반응이 일어나지 않을 정도의 낮은 온도에서는 효과적인 반응을 기대하기 어렵다.
다시 말하면, 일반적인 H2O를 이용한 교환반응에 의해서는 Sr이나 Ru에 붙어 있는 리간드를 제거하는 반응이 거의 일어나기 어렵고, 특히 β-디케토네이트(diketonate) 계열의 소스인 경우 H2O에 의한 리간드의 제거 반응은 효과적으로 일어나기 어려워 박막이 형성되지 않는다.
또한, Sr 또는 Ru의 리간드 제거에 의한 공정온도가 크게 다르기 때문에 분해 온도가 높은 Sr의 반응온도를 낮출 수 있는 새로운 산소원이 필요하다.
따라서, 후술할 본 발명의 실시예에서는 이들의 문제점을 해결하기 위하여 산소원으로 외적인 에너지원에 활성화된 산소원을 이용하는 단원자층 증착법에 의해 SrRuO3박막을 형성하는 방법을 제안한다.
활성화된 산소원으로는 오존, 산소 플라즈마 또는 H2O 플라즈마를 사용한다.
일 예로, 산소원으로 H2O를 사용하지 않고 산소 플라즈마를 이용하여 리간드를 연소시키는 경우 매우 낮은 온도에서 중심 금속 원자를 제외한 나머지 리간드를 제거할 수 있을 뿐만 아니라 중심 금속 원자를 산화시키는 것이 가능하다. 즉, 산소 플라즈마를 통해 리간드의 제거와 금속원자의 산화를 동시에 일어나도록 한다.
더욱이, 산소원으로 쓰는 산소 플라즈마는 매우 높은 에너지를 갖고 있기 때문에 리간드 분해 반응의 온도를 크게 낮출 수 있다.
첨부된 도면 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 스트론튬루테늄산화물(SrRuO3)의 단원자층 증착 공정을 설명하기로 한다.
통상적으로, 단원자층 증착법(ALD)은 반응소스를 챔버 내로 순차적으로 주입하고 제거하는 방식으로 반도체 기판상에 복수의 단원자층을 순차적으로 증착하는 방법이다.
이러한 단원자층증착법은 화학기상증착법(CVD)처럼 화학반응을 이용하는 증착법이지만 각각의 가스가 챔버 내에서 혼합되지 않고 한개씩 펄스로 흘려진다는 점에서 화학기상증착법(CVD)과 구별된다. 예컨데, A와 B 가스를 사용하는 경우, 먼저 A가스만을주입한다. 이 때, A가스 분자가 화학흡착(Chemical absorption)된다. 챔버에 잔류한 A가스는 아르곤이나 질소와 같은 비활성가스로 퍼지한다. 이후 B가스만을 주입하면, A가스와와 B가스 사이의 반응은 화학흡착된 A가스가 있는 표면에서만 일어나 단원자층 박막이 증착된다. 이때문에 어떠한 몰포로지(Morphology)를 가진 표면이라 해도 100%의 단차피복성(Step coverage)을 획득할 수 있는 것으로 알려져 있다. A가스 및 B가스의 반응 후 챔버에 잔존하는 B가스 및 반응부산물을 퍼지시킨다. A 또는 B 가스를 유입시켜 단원자층 증착을 반복함으로써 박막의 두께를 단원자층 단위로 조절할 수 있게 된다. 다시 말하면, 단원자층 증착법에 의한 박막의 두께는 증착공정의 반복횟수와 밀접한 관계가 있다.
도 2를 참조하면, 1단계(T1)는 SrRuO3막이 증착될 기판이 장착된 반응기내에 Sr 소스를 공급하는 단계로서, Sr 소스의 공급에 의해 Sr 분자의 기판 표면에서의 흡착 반응을 유도한다.
이 때, 기판의 온도는 Sr 소스와 나중에 공급되는 Ru 소스가 자체 분해 반응이 일어나는 온도 이하로 유지해야 하는데, 바람직하게 그 온도는 100℃∼300℃로유지한다.
그리고, 기판은 Si, TiN, TiSiN, TiAlN, Ru, Pt, Ir, RuO2, IrO2, 또는 이들 박막이 적층된 막이고, 이들 기판들은 스퍼터링법, 화학기상증착법, 단원자층 증착법에 의해 증착된다.
그리고, Sr 소스로는 β-디케토네이트계열의 리간드를 갖는 Sr(tmhd)2, Sr(methd)2및 이들을 용제에 녹인 소스중에서 선택된 하나를 사용하거나, 사이클로펜타(cyclo penta) 계열의 리간드를 갖는 [Sr(C5-i-Pr3H2)2)]2를 사용한다.
상기한 Sr 소스의 공급 시간은 0.1∼10초 이내로 제어한다.
다음으로, 2단계(T2)는 흡착 반응후 남은 잉여의 Sr 소스를 제거하는 퍼지 단계로서, 이 때 퍼지 가스로는 Sr 소스와 반응하지 않는 비활성 기체인 아르곤(Ar), 질소(N2) 등을 사용한다.
또한, 퍼지시 진공 펌프에 의해 펌핑할 수도 있으며, 퍼지 시간은 0.1∼10초로 조절한다.
다음으로, 3단계(T3)는 1단계에서 표면 흡착된 Sr 소스의 리간드를 제거하고 동시에 산화를 위하여 활성화된 산소를 공급하는 단계로서, 활성화된 산소로는 산소 또는 H2O를 플라즈마로 만들거나 또는 오존 발생기에 의해 생성된 오존을 이용한다.
일 예로, 플라즈마를 이용하여 활성화된 산소를 공급하는 방법으로 기판이놓이는 반응기내에서 직접 플라즈마를 발생시키거나 또는 외부에서 발생시켜 반응기내로 유도하여 공급하는 리모트 플라즈마(remote plasma)를 사용한다.
이처럼 활성화된 산소를 0.1초∼10초동안 공급하면, Sr 소스에 포함된 리간드는 연소 반응을 통해 CO2, H2O의 형태로 제거됨과 동시에 중심의 Sr 원자는 SrO층을 형성한다.
다음으로, 4단계(T4)는 반응하고 남은 산소 및 반응부산물을 퍼지하는 단계로서, 이 때 퍼지 가스로는 비활성 기체인 아르곤(Ar), 질소(N2) 등을 사용한다. 또한, 퍼지시 진공 펌프에 의해 펌핑할 수도 있으며, 퍼지시간은 2단계와 동일하다.
다음으로, 5단계(T5)는 SrO층상에 Ru 소스를 공급하여 표면 흡착 반응을 유도하는 단계로서, Ru 소스로는 β-디케토네이트계열의 리간드를 갖는 Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3및 Ru(od)3중에서 선택된 하나를 사용하거나 사이클로펜타 계열의 Ru(cp)2, Ru(Mecp)2및 Ru(Etcp)2중에서 선택된 하나를 사용하며, 이들 Ru 소스는 0.1초∼10초동안 공급된다.
다음으로, 6단계(T6)는 흡착반응후 남은 Ru 소스를 퍼지하는 단계로서, 이 때 퍼지 가스로는 비활성 기체인 아르곤(Ar), 질소(N2) 등을 사용한다. 또한, 퍼지시 진공 펌프에 의해 펌핑할 수도 있으며, 퍼지시간은 2단계 및 4단계와 동일하다.
다음으로, 7단계(T7)는 흡착된 Ru 소스로부터 리간드를 제거하고 중심의 Ru을 산화시키기 위해 활성화된 산소를 공급하는 단계로서, 활성화된 산소로는 산소 또는 H2O를 플라즈마로 만들거나 또는 오존 발생기에 의해 생성된 오존을 이용한다.
일 예로, 플라즈마를 이용하여 활성화된 산소를 공급하는 방법으로 기판이 놓이는 반응기내에서 직접 플라즈마를 발생시키거나 또는 외부에서 발생시켜 반응기내로 유도하여 공급하는 리모트 플라즈마를 사용한다.
이처럼 활성화된 산소를 0.1초∼10초동안 공급하면, Ru 소스에 포함된 리간드는 연소 반응을 통해 CO2, H2O의 형태로 제거됨과 동시에 중심의 Ru 원자는 RuO층을 형성한다.
다음으로, 8단계(T8)는 반응하고 남은 산소 및 제거된 리간드와의 반응물을 퍼지하는 단계로서, 이 때 퍼지 가스로는 비활성 기체인 아르곤(Ar), 질소(N2) 등을 사용한다. 또한, 퍼지시 진공 펌프에 의해 펌핑할 수도 있으며, 퍼지시간은 2, 4단계 및 6단계와 동일하다.
전술한 1단계부터 8단계(T1∼T8)의 반응이 끝나고 나면 SrRuO3의 한 층이 형성된다
따라서 위 1단계 내지 8단계를 하나의 주기로 하여 반복하므로써 원하는 두께의 SrRuO3박막을 형성한다.
한편, 일실시예에서 각 소스의 공급시간을 0.1∼10초로 유지하는데, 그 이유는 흡착 반응 및 리간드 제거 반응이 충분히 일어나도록 하기 위함이며, 각 소스및 산소원 공급 사이의 퍼지 시간을 0.1∼10초로 유지하는데 퍼지 시간은 길수록 유리하지만 주기 시간(cycle time)의 감소를 위하여 바람직하게 0.1∼10초로 유지한다.
그리고, 일실시예에서는 Ru 소스 및 Sr 소스의 리간드 제거 및 산화를 위한 활성화된 산소원으로 산소 플라즈마를 적용하였으나, 오존(O3) 및 H2O 플라즈마를 사용하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 2에 따른 단원자층 증착법은 Sr 소스와 Ru 소스의 공급 순서를 바꿔도 동일한 효과를 얻는다.
그리고, 본 발명은 전도성을 갖는 금속산화물 예컨대 LaNiO3형성시에도 적용 가능하다.
도 3은 단원자층 증착법에 의한 SrRuO3을 하부전극으로 이용하는 캐패시터를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하여 캐패시터의 제조 방법을 설명하면, 먼저 트랜지스터 및 비트라인(도시 생략)의 제조 공정이 완료된 반도체기판(21)상에 층간절연막(22)을 형성한 다음, 감광막을 이용한 콘택마스크로 층간절연막(22)을 식각하여 반도체기판(21)이 노출되는 콘택홀을 형성한다. 계속해서, 플러그 콘택홀을 포함한 전면에 폴리실리콘을 증착한 후, 에치백 또는 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 플러그 콘택홀에 부분 매립되는 폴리실리콘 플러그(23)를 형성한다.
다음으로, 폴리실리콘플러그(23)상에 폴리실리콘플러그(23)와 하부전극간의접촉저항을 개선시키는 티타늄실리사이드(Ti-silicide)(24)를 형성한 후, 티타늄실리사이드(24)상에 하부전극으로부터 폴리실리콘플러그(23)로의 산소 확산을 방지하는 확산방지막으로서 티타늄나이트라이드(TiN)(25)를 형성한다. 이 때, 티타늄실리사이드(24)는 티타늄을 증착한 후 열처리하여 형성되며, 티타늄나이트라이드(25)는 에치백이나 화학적기계적연마 공정을 통해 콘택홀에 완전히 매립된다.
계속해서, 티타늄나이트라이드(25)를 포함한 층간절연막(22)상에 캐패시터의 높이 및 용량을 결정짓는 캐패시터산화막(26)을 형성한 후, 스토리지노드 마스크(도시 생략)로 캐패시터산화막(26)을 식각하여 하부전극이 형성될 영역, 즉 오목부를 오픈시킨다.
다음으로, 오픈된 오목부를 포함한 캐패시터산화막(26)상에 도3에 도시된 단원자층 증착법을 이용하여 하부전극으로 SrRuO3(27)을 증착한다.
도면에 도시되지 않았지만, 후속 공정으로 SrRuO3(27)을 에치백 또는 화학적기계적연마하여 오목부내에만 잔류시킨 후, SrRuO3(27)상에 BST, PZT 등과 같은 페로브스카이트 구조를 갖는 유전막을 형성하고, 유전막상에 TiN, 루테늄, 백금, 이리듐, IrO2, RuO2, SrRuO3, LaNiO3등의 상부전극을 형성한다.
도 3에서는 오목형 캐패시터를 도시하였으나, 본 발명은 적층형 캐패시터, 실린더형 캐패시터 등 모든 반도체소자의 캐패시터에 적용 가능하다.
도 3에 따른 캐패시터에서, 단원자층 증착법으로 형성된 SrRuO3는 그 단차피복성이 화학기상증착법에 의한 것보다 우수하고, 이처럼 하부전극인 SrRuO3의 단차피복성이 양호하기 때문에 후속 유전막 및 상부전극 증착이 용이하다.
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.
상술한 본 발명은 활성화된 산소원을 이용하여 단원자층 증착법으로 전도성 금속산화물 박막을 형성하므로써 100nm 이하 디자인룰에 대응할 수 있는 단차피복성 및 우수한 두께 균일성을 갖는 우수한 전도성 금속산화물 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 특히 페로브스카이트 구조를 갖는 유전막(BST, PZT 등)의 전극 물질로 사용하므로써 전극과 유전막 사이의 계면 특성을 향상시켜 캐패시터의 특성 향상을 구현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 반응기내에 기판을 로딩시키는 단계;
    상기 반응기내에 제1금속소스를 공급하여 상기 기판 상에 제1금속소스를 흡착시키는 단계;
    상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 제1금속소스로부터 분해된 중심 금속원자를 포함하는 제1금속산화물을 형성하는 단계;
    상기 반응기내에 제2금속소스를 공급하여 상기 제1금속산화물 상에 상기 제2금속소스를 흡착시키는 단계; 및
    상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 제2금속소스로부터 분해된 중심 금속원자를 포함하는 제2금속산화물을 형성하는 단계
    를 포함하는 전도성 금속산화물 박막의 단원자층 증착 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성화된 산소는 산소 플라즈마, H2O 플라즈마 및 오존 발생기에 의해 생성된 오존 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 금속산화물 박막의 단원자층 증착 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산소 플라즈마는, 상기 반응기내에 직접 고주파 전력을 인가하여 발생된 산소 플라즈마에 의해 공급되거나, 외부에서 플라즈마를 형성하고 상기 반응기내로 유도하는 리모트 플라즈마에 의해 공급되는 것을 특징으로 하는 전도성 금속산화물 박막의 단원자층 증착 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1금속소스는 Sr(tmhd)2, Sr(methd)2및 이들을 용제에 녹인 소스, [Sr(C5-i-Pr3H2)2)]2중에서 선택된 하나이고, 상기 제2금속소스는 Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3, Ru(od)3, Ru(cp)2, Ru(Mecp)2및 Ru(Etcp)2중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 금속산화물 박막의 단원자층 증착 방법.
  5. 반응기내에 기판을 로딩시키는 단계;
    상기 기판상에 리간드가 결합된 스트론튬소스를 흡착시키는 단계;
    상기 반응기내에 활성화된 산소를 공급하여 상기 흡착된 스트론튬소스의 리간드를 제거하면서 상기 스트론튬소스 중의 스트론튬을 산화시키는 단계;
    상기 산화된 스트론튬 상에 리간드가 결합된 루테늄소스를 흡착시키는 단계; 및
    상기 반응기내에 상기 활성화된 산소를 다시 공급하여 상기 흡착된 루테늄소스의 리간드를 제거하면서 상기 루테늄소스 중의 루테늄을 산화시키는 단계
    를 포함하는 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 활성화된 산소는 산소 플라즈마, H2O 플라즈마 및 오존 발생기에 의해 생성된 오존 중에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법.
KR10-2001-0087782A 2001-12-29 2001-12-29 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법 KR100443350B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0087782A KR100443350B1 (ko) 2001-12-29 2001-12-29 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0087782A KR100443350B1 (ko) 2001-12-29 2001-12-29 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030057706A KR20030057706A (ko) 2003-07-07
KR100443350B1 true KR100443350B1 (ko) 2004-08-09

Family

ID=32215468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0087782A KR100443350B1 (ko) 2001-12-29 2001-12-29 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100443350B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428017B1 (ko) * 2012-12-17 2014-08-11 서울대학교산학협력단 SrRuO3 전극의 제조 방법, 캐패시터의 제조 방법, 및 반도체 소자
US9443736B2 (en) 2012-05-25 2016-09-13 Entegris, Inc. Silylene compositions and methods of use thereof
US9534285B2 (en) 2006-03-10 2017-01-03 Entegris, Inc. Precursor compositions for atomic layer deposition and chemical vapor deposition of titanate, lanthanate, and tantalate dielectric films
US10186570B2 (en) 2013-02-08 2019-01-22 Entegris, Inc. ALD processes for low leakage current and low equivalent oxide thickness BiTaO films

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7285308B2 (en) 2004-02-23 2007-10-23 Advanced Technology Materials, Inc. Chemical vapor deposition of high conductivity, adherent thin films of ruthenium
CN101981226B (zh) * 2008-03-26 2012-09-26 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 含有钌和碱土金属的三元氧化物膜的沉积
US8574675B2 (en) * 2009-03-17 2013-11-05 Advanced Technology Materials, Inc. Method and composition for depositing ruthenium with assistive metal species
US7939442B2 (en) * 2009-04-10 2011-05-10 Micron Technology, Inc. Strontium ruthenium oxide interface

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980038010A (ko) * 1996-11-22 1998-08-05 김광호 반도체소자의 박막형성방법 및 그 박막을 갖춘 반도체소자
KR20000013329A (ko) * 1998-08-07 2000-03-06 윤종용 원자층 증착법을 이용한 박막 제조방법
JP2000114479A (ja) * 1998-10-01 2000-04-21 Toshiba Corp 導電性膜の形成方法およびそれを用いたキャパシタの形成方法
KR20010048295A (ko) * 1999-11-26 2001-06-15 박종섭 유기금속 화학기상증착 장비를 이용한 전극 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980038010A (ko) * 1996-11-22 1998-08-05 김광호 반도체소자의 박막형성방법 및 그 박막을 갖춘 반도체소자
KR20000013329A (ko) * 1998-08-07 2000-03-06 윤종용 원자층 증착법을 이용한 박막 제조방법
JP2000114479A (ja) * 1998-10-01 2000-04-21 Toshiba Corp 導電性膜の形成方法およびそれを用いたキャパシタの形成方法
KR20010048295A (ko) * 1999-11-26 2001-06-15 박종섭 유기금속 화학기상증착 장비를 이용한 전극 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9534285B2 (en) 2006-03-10 2017-01-03 Entegris, Inc. Precursor compositions for atomic layer deposition and chemical vapor deposition of titanate, lanthanate, and tantalate dielectric films
US9443736B2 (en) 2012-05-25 2016-09-13 Entegris, Inc. Silylene compositions and methods of use thereof
KR101428017B1 (ko) * 2012-12-17 2014-08-11 서울대학교산학협력단 SrRuO3 전극의 제조 방법, 캐패시터의 제조 방법, 및 반도체 소자
US10186570B2 (en) 2013-02-08 2019-01-22 Entegris, Inc. ALD processes for low leakage current and low equivalent oxide thickness BiTaO films

Also Published As

Publication number Publication date
KR20030057706A (ko) 2003-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100622609B1 (ko) 박막 형성 방법
US6800567B2 (en) Method for forming polyatomic layers
KR100763559B1 (ko) 강유전체막의 형성 방법 및 이를 이용한 강유전체캐패시터의 제조 방법
US20070014919A1 (en) Atomic layer deposition of noble metal oxides
KR100629023B1 (ko) 티타늄 함유 유전체막 및 그 제조 방법
KR20040093255A (ko) Ａｌｄ에 의한 금속 박막 형성 방법, 란탄 산화막 형성방법 및 반도체 소자의 고유전막 형성 방법
KR100443350B1 (ko) 스트론튬루테늄산화물의 단원자층 증착 방법
US7056784B2 (en) Methods of forming capacitors by ALD to prevent oxidation of the lower electrode
KR100902102B1 (ko) 반도체 소자의 캐패시터 및 그의 제조방법
KR100772531B1 (ko) 캐패시터의 제조 방법
KR100414870B1 (ko) 원자층 증착 방법을 이용한 캐패시터의 제조 방법
KR20070106286A (ko) 루틸구조로 결정화된 티타늄산화막의 형성 방법 및 그를이용한 캐패시터의 제조 방법
KR100532960B1 (ko) 반도체소자의 캐패시터 형성방법
KR100533981B1 (ko) 반도체 장치의 캐패시터 제조방법
KR100390837B1 (ko) 캐패시터 제조 방법
KR100673217B1 (ko) 반도체 소자의 커패시터 제조 방법
KR100443356B1 (ko) 루테늄막의 단원자층 증착법
KR100390811B1 (ko) 백금막의 원자층 증착 방법 및 그를 이용한 캐패시터의제조 방법
KR100431743B1 (ko) 원자층증착법을 이용한 티타늄나이트라이드막 형성 방법및 그를 이용한 캐패시터의 제조 방법
KR20010027082A (ko) 반도체 소자의 캐패시터 제조방법
KR100761406B1 (ko) 탄탈륨산화막을 유전막으로 갖는 캐패시터의 제조 방법
KR100498588B1 (ko) 산소확산배리어막 및 그를 구비한 반도체장치
KR20050067454A (ko) 인시츄 오존처리와 원자층증착법을 이용한 유전막 제조방법
KR100384868B1 (ko) 캐패시터의 제조 방법
KR100744666B1 (ko) 반도체 소자의 캐패시터 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100624

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee