KR100449247B1 - 반도체 커패시터의 Ｉｒ／Ｉｒ02 전극 제조방법 - Google Patents
반도체 커패시터의 Ｉｒ／Ｉｒ02 전극 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법에 관한 것으로서, 특히 이 방법은 반응 챔버에 Ir를 갖는 소스 가스를 주입하고, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하고, 반응 챔버에 산화 또는 환원 가스를 주입하고, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하는 1싸이클로 Ir 또는 IrO2의 단원자막을 증착해서 커패시터의 하/상부 전극을 형성할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 1 싸이클당 Ir 또는 IrO2의 단원자막을 증착하기 때문에 스텝커버리지가 우수하여 3차원의 복잡한 지오미터리와 정밀한 두께를 갖는 커패시터의 하/상부 전극을 안정적으로 제조할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 Ir 또는 IrO2의 원자막 증착 공정(Atomic Layer Deposition)으로 고용량 및 고신뢰성의 커패시터를 달성할 수 있는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법에 관한 것이다.
현재 반도체소자의 고집적화를 달성하기 위하여 셀 면적의 감소 및 동작 전압의 저전압화에 관한 연구/개발이 활발하게 진행되고 있다. 더구나, 반도체소자의 고집적화가 이루어질수록 커패시터의 면적이 급격하게 감소되지만 기억소자의 동작에 필요한 전하 즉, 단위 면적에 확보되는 커패시턴스는 증가되어야만 한다.
커패시터의 충분한 용량을 확보하기 위해서 통상의 실린더 구조 변경을 통해 커패시터 면적을 증가하거나 유전체막의 두께 감소를 통해 충분한 커패시턴스를 확보시키는 방법이 이루어지고 있다. 256Mega급 또는 그 이상의 고집적 메모리 소자의 커패시터 재료로는 ONO/MPS 또는 TaON, Ta2O5 그리고 BST((BaSrTi)O3) 등이 사용되거나 또는 사용 예정이다.
현재에는 커패시터의 구조를 MIS(Metal/Insulator/Silicon) 내지 MIM (Metal/Insulator/Metal)로 변경하게 되었는데, 그 중에서도 MIM형 커패시터는 비저항이 작고 내부에 공핍(deplection)에 의한 기생커패시턴스가 없기 때문에 고성능 반도체장치에 주로 이용되고 있다.
최근에는 MIM 구조에서 현재 전극 재료로는 백금을 많이 사용하고 있으나, 산소 분위기하에서 하부막이 산화되는 치명적인 결함이 있었다. 따라서, 백금(Pt)을 대체할 새로운 전극 재료가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 좋은 원자막 증착 공정으로 이리듐 금속(Ir 또는 IrO2)을 하/상부 전극 물질로 증착함으로써 3차원의 복잡한 지오미트리(geometry)를 갖는 하/상부 전극에 의해 고용량 및 고신뢰성의 커패시터를 달성할 수 있는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 원자막 증착 공정에 따라 반도체 커패시터의 Ir 또는 IrO2 하/상부 전극을 제조하는 공정을 순차적으로 나타낸 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 원자막 증착 공정의 시퀀스를 나타낸 타이밍도,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 Ir/IrO2 하부 및 상부 전극을 갖는 반도체 커패시터의 수직 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 반도체 기판의 하부 구조물 102 : 층간 절연막
104 : 콘택 플러그 106 : Ir/IrO2 하부 전극
108 : 유전체막 110 : Ir/IrO2 상부 전극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 커패시터의 하/상부 전극을 제조하는 방법에 있어서, 반응 챔버에 Ir를 갖는 소스 가스를 주입하는 단계와, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하는 단계와, 반응 챔버에 산화 또는 환원 가스를 주입하는 단계와, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하는 단계로 Ir 또는 IrO2의 단원자막으로 하/상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 원자막 증착 공정에 따라 반도체 커패시터의 Ir 또는 IrO2 하/상부 전극을 제조하는 공정을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 Ir/IrO2 하부 및 상부 전극은 다음과 같은 원자막 증착 방법에 의해 이루어진다. 본 실시예는 Ir 또는 IrO2의 단원자막으로 하/상부 전극을 형성하는 1단일층/주기(monolayer/cycle : 이하 ML/cycle라 함)의 공정 순서를 갖는다. 그리고, 반응 챔버의 원자막 증착 공정 온도가 25℃∼800℃, 압력이 0.1mTorr ~ 50Torr에서 진행하도록 한다.
먼저, 반응 챔버에 Ir를 갖는 소스 가스(Ir precursor)를 주입(S10)한다. 이에 반도체 기판 표면에는 Ir 소스가 흡착된다. 이때, Ir의 소스 가스는 Ir 3가 가스 및 Ir 1가 가스 중에서 어느 하나이다.
그리고, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스(purge gas)를 주입한다. (S12) 이에 따라, 반도체 기판 표면 이외에 잔존하는 잉여 Ir 소스 가스는 배기되거나 퍼지가 이루어진다. 이때, 퍼지 가스는 N2, Ar, He 중에서 어느 하나를 포함하는 가스로 비활성 가스이다.
그 다음, 반응 챔버에 산화 또는 환원 가스를 주입한다.(S14) 이때, Ir의 산화 또는 환원 가스는 H2, O2, N2O, NO2, NH3, H2O 중에서 어느 하나이다. 이에 반도체 기판 표면에 흡착된 Ir 소스 가스가 산화 또는 환원 가스와 반응해서 단원자층의 Ir 또는 IrO2가 증착된다. 기판 표면에 증착된 단원자층의 Ir 또는 IrO2만 남고 나머지 반응 부산물은 탈착된다. 이는 표면에 흡착된 Ir 소스 가스가 한정되므로 이 반응은 Ir 소스 가스가 모두 소진되면 더 이상 진행되지 않는 셀프-리미팅 프로세스(self-limiting process)이다.
그리고나서, 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입한다.(S16) 퍼지 또는 배기에 의해 반응 챔버의 기상에 잔존하는 Ir 소스 가스나 반산화 또는환원 가스가 제거되고 물리흡착 되어 있는 반응 부산물이 탈착된다.
그러므로, 본 발명의 Ir 또는 IrO2 원자막 증착 공정은 싸이클당 증착되는 막이 제한되면서 Ir 또는 IrO2 단원자막이 증착되기 때문에 스텝 커버리지가 아주 우수하고 싸이클 수를 조절함으로써 Ir 또는 IrO2막의 두께를 정밀하게 제어하여 커패시터의 하/상부 전극을 제조할 수 있다.
한편, 본 발명은 Ir의 솔벤트로서 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 부틸 아세테이트(butyl acetate) 중에서 어느 하나를 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 원자막 증착 공정의 시퀀스를 나타낸 타이밍도이다. 본 발명의 Ir/IrO2 원자막 증착 공정에 있어서, 한 싸이클을 구성하는 각각의 기체 싸이클은 0.001∼60sec의 시간 사이에서 진행된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 Ir 또는 IrO2의 원자막 증착 시퀀스는 1ML/cycle의 펄스 신호에 따라 반응 챔버에 Ir 소스 가스→ 배기/퍼지 가스→ 산화/환원 가스→배기/퍼지 가스를 순차적으로 공급한다. 이러한 시퀀스에 의해 Ir 또는 IrO2의 단원자층이 형성된다.
본 발명은 상술한 Ir 또는 IrO2의 원자막 증착 공정을 이용하여 반도체 커패시터의 하부 및 상부 전극을 형성할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따라 제조된 Ir/IrO2 하부 및 상부 전극을 갖는 반도체 커패시터의 수직 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 반도체 기판의 하부 구조물(100)을 덮는 층간 절연막(102)내 콘택 플러그(104) 위에 Ir/IO2 단원자막으로 하부 전극(106)과 Ir/IrO2 상부 전극(110)을 형성할 수 있다. 미설명된 도면 부호 108은 전극간 유전체막을 가르키는 것이다.
또한, 본 발명에서는 커패시터의 하/상부 전극(106, 110)을 Ir 또는 IrO2의 단원자막 단층으로 형성하였지만, Ir 또는 IrO2의 단원자막을 순차 또는 역순으로 다층 적층해서 형성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 스텝 커버리지 특성이 좋은 원자막 증착 공정으로 Ir 또는 IrO2을 증착해서 커패시터의 하/상부 전극을 형성한다.
그러므로, 본 발명은 1 싸이클당 Ir 또는 IrO2의 단원자막을 증착하기 때문에 스텝커버리지가 우수하여 3차원의 복잡한 지오미터리와 정밀한 두께를 갖는 커패시터의 하/상부 전극을 안정적으로 제조할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (8)
- 반도체 커패시터의 하/상부 전극을 제조하는 방법에 있어서,반응 챔버에 Ir를 갖는 소스 가스로서, Ir 3가 가스 또는 Ir 1가 가스 중 어느 하나를 주입하는 단계;상기 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하는 단계;상기 반응 챔버에 산화 또는 환원 가스로서, H2, O2, N2O, NO2, NH3, H2O 중 어느 하나를 주입하는 단계;상기 반응 챔버의 가스를 배기하거나 퍼지 가스를 주입하여 Ir 또는 IrO2의 단원자막으로 된 하/상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되되,상기 Ir의 솔벤트로는 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 또는 부틸 아세테이트(butyl acetate) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법.
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- 제 1항에 있어서, 상기 퍼지 가스는 N2, Ar, He 중에서 어느 하나를 포함하는 가스로 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 한 싸이클을 구성하는 각각의 기체 싸이클은 0.001∼60sec의 시간 사이에서 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 반응 챔버의 공정 온도는 25℃∼800℃, 압력은 0.1mTorr ~ 50Torr인 것을 특징으로 하는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 Ir 또는 IrO2의 단원자막을 반복해서 상기 하/상부 전극이 Ir 또는 IrO2의 순차 또는 역순으로 다층 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 커패시터의 Ir/IrO2 전극 제조방법.
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