KR100493707B1 - Ruthenium Thin Film Formation Method - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 전극으로 사용되는 루테늄 박막에 대하여 개시한다. 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법은: 루테늄 소스 가스와 산소 가스를 사용하여 화학 기상 증착법으로 반응 챔버 내의 기판 상에 루테늄 박막을 형성하는 방법에 있어서, 할로겐 화합물을 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 할로겐 화합물을 이용하여 보다 많은 루테늄 시드들이 생기도록 유도하므로 보다 균일한 루테늄 박막을 증착하기 때문에, 누설 전류가 감소하고 항복 전압이 증가하는 전기적 특성이 좋아지게 되는 효과가 있다. 그리고, 고온 공정에서도 박막 증착률이 커져서 저온 공정에서 생기기 쉬운 탄소 불순물이 생기지 않아 별도의 열처리 공정이 필요하지 않기 때문에, 생산성 향상과 원가 절감 효과가 있다. 또한, 보다 작은 선폭을 가진 단차 패턴의 고품질 루테늄 박막을 형성할 수 있어서, 유전 물질과 상부 전극을 쉽게 채워 넣을 수 있는 디램 커패시터의 하부 전극을 형성할 수 있기 때문에 반도체 산업에 기여할 수 있다.A ruthenium thin film used as an electrode of a semiconductor device is disclosed. The ruthenium thin film forming method of the present invention is characterized by using a halogen compound in a method of forming a ruthenium thin film on a substrate in a reaction chamber using a chemical vapor deposition method using a ruthenium source gas and an oxygen gas. According to the present invention, since more ruthenium seeds are generated by using a halogen compound, since more uniform ruthenium thin films are deposited, the electrical characteristics of reducing leakage current and increasing breakdown voltage are improved. In addition, since the deposition rate of the thin film is increased even in the high temperature process, carbon impurities, which are easily generated in the low temperature process, are not generated, and thus a separate heat treatment process is not required, thereby improving productivity and reducing costs. In addition, it is possible to form a high quality ruthenium thin film having a stepped pattern having a smaller line width, thereby contributing to the semiconductor industry because it is possible to form a lower electrode of the DRAM capacitor that can easily fill the dielectric material and the upper electrode.
Description
본 발명은 루테늄(Ru) 박막 형성방법에 관한 것으로서, 특히 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)에서 할로겐 화합물을 이용하는 루테늄 박막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ruthenium (Ru) thin film forming method, and more particularly to a ruthenium thin film forming method using a halogen compound in the chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition).
루테늄(Ru), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os) 등의 귀금속은 높은 가격 때문에 반도체 집적회로에 별로 쓰이지 않았으나, 최근 이들 귀금속 또는 그 산화물을 특히, 커패시터의 하부전극 또는 상부전극으로 사용하는 연구가 활발해지고 있다. 이는, 최근 높은 유전 상수를 가지는 Ta2O5, BST((Ba,Sr)TiO3), PZT((Pb,Zr)TiO3) 등의 물질을 유전막으로 사용하는 경우에, 종래 전극 물질로 많이 사용하는 다결정실리콘으로는 원하는 커패시터의 전기적 특성을 얻지 못하기 때문이다. 또한, 특히 루테늄의 경우 누설 전류 특성이 우수하고 백금보다 식각이 용이하므로 루테늄 박막을 커패시터의 전극으로 사용하기 위한 연구가 활발해지고 있는 것이다.Precious metals such as ruthenium (Ru), platinum (Pt), iridium (Ir), and osmium (Os) have been rarely used in semiconductor integrated circuits due to their high price. However, these precious metals or their oxides have recently been used, particularly in the lower or upper electrodes of capacitors. Research to use as is becoming active. In recent years, when a material having a high dielectric constant such as Ta 2 O 5 , BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), PZT ((Pb, Zr) TiO 3 ), or the like is used as a dielectric film, it is often used as a conventional electrode material. This is because the polycrystalline silicon used does not obtain the electrical characteristics of the desired capacitor. In addition, especially in the case of ruthenium, since the leakage current characteristics are excellent and easier to etch than platinum, researches for using a ruthenium thin film as an electrode of a capacitor are being actively conducted.
다음에, 도면을 참조하여 디램 커패시터의 전극에 사용되는 루테늄 박막을 예를 들어 설명한다.Next, the ruthenium thin film used for the electrode of a DRAM capacitor is demonstrated with reference to drawings.
도 1은 커패시터의 하부 전극 또는 상부 전극으로 사용되는 루테늄 박막을 나타내기 위한 커패시터의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a capacitor for showing a ruthenium thin film used as a lower electrode or an upper electrode of a capacitor.
도 1을 참조하면, 커패시터의 구조는 다결정 실리콘 접합부(10), 확산방지막(20), 하부 전극(30), 상부 전극(40), 및 상부 전극과 하부 전극 사이에 채워진 유전 물질(50)로 이루어진다. 이때, 상부 전극(40)또는 하부 전극(30)으로 루테늄 박막을 이용하기 위해서는 패턴을 형성하지 않은 형상 또는 단차가 형성된 패턴을 가지는 형상으로 이루어져야 한다. 그러므로, 하부 전극(30)으로 형성되기 위해서는 단차에 대한 도포성이 좋아야하는 것이다.Referring to FIG. 1, the structure of the capacitor is composed of a polycrystalline silicon junction 10, a diffusion barrier 20, a lower electrode 30, an upper electrode 40, and a dielectric material 50 filled between the upper electrode and the lower electrode. Is done. At this time, in order to use the ruthenium thin film as the upper electrode 40 or the lower electrode 30, it must be made in a shape having no pattern or a shape having a stepped pattern. Therefore, in order to be formed as the lower electrode 30, applicability to the step must be good.
종래, 기화된 루테늄 소스 가스와 반응 가스를 이용하여 기판이나 층간 절연막 상에 루테늄을 증착하는 유기 금속 화학 기상(MOCDV) 방법으로 형성된 루테늄 박막은, 상술한 단차에 대한 도포성이 우수한 특성이 있으나, 표면 모폴러지(morphology)가 나빠 원하는 누설 전류 특성이나 면 저항을 얻기 힘들다는 단점이 있다. 이것은, 루테늄 소스 가스에서 분해된 Ru 흡착 시드(seed)들이 저온에서도 서로 뭉쳐서 큰 그레인(grain)으로 되기 때문이며, 그러므로, 루테늄 박막의 두께를 약 30nm 정도로 증착하였을 경우에 표면 거칠기(root mean square)가 8nm 정도로 매우 거칠게 되는 것이다.Conventionally, although a ruthenium thin film formed by an organometallic chemical vapor phase (MOCDV) method of depositing ruthenium on a substrate or an interlayer insulating layer using a vaporized ruthenium source gas and a reactive gas, the coating property for the above-described step is excellent, The disadvantage is that the surface morphology is poor and it is difficult to obtain desired leakage current characteristics or surface resistance. This is because the Ru adsorption seeds decomposed in the ruthenium source gas are aggregated together at low temperatures to form large grains. Therefore, when the thickness of the ruthenium thin film is deposited to about 30 nm, the root mean square It's rough at about 8nm.
또한, 이러한 유기 금속 화학 기상 증착법에서는 웨이퍼 표면에서 증착 반응이 일어날 수 있는 온도가 그리 높지 않아서 증착 속도가 빠르지 않기 때문에 전체 공정 속도도 느린 단점이 있으며, 이때, 저온 공정에서는 탄소 불순물이 발생함에 따라 이를 제거하기 위한 열처리 공정을 더 실시해야 하는 단점도 있다. In addition, such an organometallic chemical vapor deposition method has a disadvantage that the deposition process is not very high on the wafer surface, so that the deposition rate is not fast, and thus, the overall process speed is slow. There is also a disadvantage that the heat treatment process for removal must be further performed.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 것과 같은 종래 문제점을 해결하여 단차 도포성과 표면 모폴러지 특성이 모두 양호한 루테늄 박막을 얻을 수 있는 루테늄 박막 형성 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a ruthenium thin film formation method that can solve the conventional problems as described above to obtain a ruthenium thin film having both excellent step coverage and surface morphology characteristics.
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상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법은: 상기 반응 챔버 내에 기판을 마련하는 단계와; 상기 반응 챔버 내에 상기 루테늄 소스 가스와 상기 산소 가스를 주입하여 상기 루테늄을 상기 기판 상에 증착하는 동안에, 상기 할로겐 화합물을 주입하는 루테늄 박막 증착 단계; 로 이루어지는 것이 바람직하다.Ruthenium thin film forming method of the present invention for achieving the technical problem comprises the steps of preparing a substrate in the reaction chamber; A ruthenium thin film deposition step of injecting the halogen compound while injecting the ruthenium source gas and the oxygen gas into the reaction chamber to deposit the ruthenium on the substrate; It is preferable that it consists of.
이때, 상기 기판을 마련하는 단계에서, 상기 반응 챔버 내의 압력은 1 mTorr∼10 Torr로 이루어진다.At this time, in the preparing of the substrate, the pressure in the reaction chamber is made of 1 mTorr ~ 10 Torr.
또한, 상기 루테늄 박막 증착 단계에서는, 상기 루테늄을 상기 기판 상에 계속 증착하면서, 상기 반응 챔버 내로 할로겐 화합물의 유량을 0.1∼200 sccm으로 하여 1∼120초 동안 주입한다.In addition, in the ruthenium thin film deposition step, while continuing to deposit the ruthenium on the substrate, the flow rate of the halogen compound into the reaction chamber at a flow rate of 0.1 to 200 sccm for 1 to 120 seconds.
여기서, 상기 루테늄 박막 증착 단계는, 일정 시간 동안 상기 루테늄 소스 가스 및 상기 산소 가스를 주입 후, 중단하는 단계와; 상기 반응 챔버 내를 진공 펌프로 펌핑하는 단계와; 상기 반응 챔버 내에 상기 할로겐 화합물을 주입하여 할로겐 원자를 상기 기판 상에 증착하는 단계와; 상기 반응 챔버 내를 진공 펌프로 펌핑하는 단계와; 상기 루테늄 소스 가스 및 상기 산소 가스의 주입하여 루테늄 박막 증착을 완성하는 단계; 로 이루어지는 것이 바람직하다.The ruthenium thin film deposition step may include: stopping after injecting the ruthenium source gas and the oxygen gas for a predetermined time; Pumping the reaction chamber into a vacuum pump; Injecting said halogen compound into said reaction chamber to deposit halogen atoms onto said substrate; Pumping the reaction chamber into a vacuum pump; Injecting the ruthenium source gas and the oxygen gas to complete a ruthenium thin film deposition; It is preferable that it consists of.
이때, 상기 펌핑하는 단계에서의 상기 펌핑을, 상기 반응 챔버 내의 압력을 0.1 mTorr∼100 mTorr로 이루어지도록 실시하고, 상기 할로겐 화합물의 주입은, 반응 챔버 내의 압력을 1 mTorr∼10 Torr로 이루어지도록 실시한다.In this case, the pumping in the pumping step is performed so that the pressure in the reaction chamber is made of 0.1 mTorr to 100 mTorr, and the injection of the halogen compound is carried out so that the pressure in the reaction chamber is made of 1 mTorr to 10 Torr. do.
또한, 상기 반응 챔버 내의 온도는 200∼450℃이며, 상기 반응 챔버 내에 주입되는 상기 루테늄 소스 가스의 운반 가스는 질소 가스, 또는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스이고, 상기 루테늄 소스 가스는 Ru(EtCp)2인 것이 좋다.In addition, the temperature in the reaction chamber is 200 ~ 450 ℃, the carrier gas of the ruthenium source gas injected into the reaction chamber is an inert gas such as nitrogen gas, or argon gas, the ruthenium source gas is Ru (EtCp) 2 It is good to be.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described preferred embodiments of the present invention.
[실시예 1]Example 1
도 2는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 1에 대하여 나타내기 위한 블록도이다.Figure 2 is a block diagram for showing the first embodiment according to the ruthenium thin film formation method of the present invention.
도 2를 참조하면, 먼저, 반응 챔버 내에 질화티타늄(100 Å)/티타늄(150 Å)/실리콘(100Å)의 구조를 가진 웨이퍼를 기판으로서 마련한다. 이때, 기판의 표면 온도 및 히터 온도를 효과적으로 제어하기 위해 열전쌍(thermocouple) 웨이퍼를 이용하는 데, 이 열전쌍 웨이퍼는 0.003inch 굵기의 크로멜(chromel)과 알루멜(alumel)로 형성된 합금(OMEGA Engineering)을 아크(arc) 용접기로 용접해서 만든 열전쌍을 세라믹 접착제로 붙여서 만든 것이다. 여기서, 루테늄 박막이 커패시터의 하부 전극으로 쓰일 경우에는 단차 패턴으로 기판을 형성하게 된다. 그리고, 반응 챔버 내의 압력을 진공에 가깝도록 0.1 mTorr∼100 mTorr에 이르도록 펌핑한다. Referring to FIG. 2, first, a wafer having a structure of titanium nitride (100 mm 3) / titanium (150 mm 3) / silicon (100 mm) is provided as a substrate in a reaction chamber. In this case, a thermocouple wafer is used to effectively control the surface temperature and the heater temperature of the substrate. The thermocouple wafer arcs an alloy formed of 0.003 inch thick chromel and aluminel (OMEGA Engineering). (arc) A thermocouple made by welding with a ceramic adhesive. Here, when the ruthenium thin film is used as the lower electrode of the capacitor, the substrate is formed in a stepped pattern. Then, the pressure in the reaction chamber is pumped to reach 0.1 mTorr to 100 mTorr close to the vacuum.
다음에, 기판이 마련된 반응 챔버 내에 압력 3 Torr가 될 때까지 C2H5I, 또는 CH3I 등과 같은 요오드 화합물을 주입한다. 본 실시예에서는 C2H5I(증기압 25.3℃에서 157 Torr)를 요오드 원자를 흡착시키기 위한 할로겐 화합물로 사용하였다. 그러므로, 증기압이 상대적으로 높은 C2H5I를 반응 챔버 내로 유입시키는 것은 추가적인 운반 가스의 도움 없이 증기압만으로 이루어지게 된다. 이때, 요오드 화합물을 반응 챔버 내에 주입하면, 순간적으로 기판 상에 요오드 원자가 포화 흡착하게 된다.Next, an iodine compound such as C 2 H 5 I, CH 3 I, or the like is injected into the reaction chamber provided with the substrate until the pressure is 3 Torr. In this example, C 2 H 5 I (157 Torr at 25.3 ° C. vapor pressure) was used as the halogen compound to adsorb iodine atoms. Therefore, the introduction of C 2 H 5 I, which has a relatively high vapor pressure, into the reaction chamber is achieved only by the vapor pressure without the aid of additional carrier gas. At this time, when the iodine compound is injected into the reaction chamber, the iodine atoms are momentarily adsorbed on the substrate.
그 다음에, 요오드 원자가 증착된 기판을 가지는 반응 챔버 내로, 아르곤 가스로 루테늄 소스 가스를 운반하고 반응 가스인 산소 가스를 주입하면, 산소 가스가 루테늄 소스 가스와 반응하여 루테늄을 기판 상에 증착시킨다. 이때, 본 실시예에서 루테늄 소스 가스로서 Ru(EtCp)2(ethyl-π-cyclopentadienyl)가 사용되는 데, 이것은 상대적으로 높은 증기압(73℃에서 0.1 Torr) 및 열 안정성을 갖는 물질이어서 아르곤 가스를 버블링(bubbling)시켜서 반응 챔버 내로 유입된다. 여기서, 압력계의 변화로 계산한 Ru(EtCp)2의 유량은 1∼2 sccm정도로서 50sccm인 산소의 유량에 비해서 아주 작은 것을 알 수 있다.Then, into the reaction chamber having the substrate on which iodine atoms are deposited, carrying a ruthenium source gas with argon gas and injecting an oxygen gas as a reaction gas, the oxygen gas reacts with the ruthenium source gas to deposit ruthenium on the substrate. In this embodiment, Ru (EtCp) 2 (ethyl-π-cyclopentadienyl) is used as a ruthenium source gas, which is a material having a relatively high vapor pressure (0.1 Torr at 73 ° C.) and thermal stability to bubble argon gas. Bubbling into the reaction chamber. Here, it can be seen that the flow rate of Ru (EtCp) 2 calculated by the change of the pressure gauge is about 1 to 2 sccm, which is very small compared to the flow rate of oxygen, which is 50 sccm.
이어서, 반응 챔버 내의 온도를 250℃ 이하로 내려서 루테늄 박막이 증착된 기판을 식히게 된다.The temperature in the reaction chamber is then lowered to 250 ° C. or lower to cool the substrate on which the ruthenium thin film is deposited.
[실시예 2]Example 2
도 3는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 2에 대하여 나타내기 위한 블록도이다.Figure 3 is a block diagram for showing the second embodiment according to the ruthenium thin film formation method of the present invention.
도 3을 참조하면, 먼저, 반응 챔버 내에 본 발명의 실시예 1과 같이 형성된 질화티타늄(100 Å)/티타늄(150 Å)/실리콘(100Å)의 구조를 가진 웨이퍼를 기판으로서 마련한다. 여기서, 반응 챔버 내의 압력을 진공에 가깝도록 0.1 mTorr∼100 mTorr에 까지 펌핑한다. Referring to FIG. 3, first, a wafer having a structure of titanium nitride (100 microseconds) / titanium (150 microseconds) / silicon (100 microseconds) formed as in Example 1 of the present invention is provided in a reaction chamber. Here, the pressure in the reaction chamber is pumped from 0.1 mTorr to 100 mTorr to be close to vacuum.
다음에, 기판이 마련된 반응 챔버 내에 아르곤 가스로 루테늄 소스 가스, 즉 실시예 1에서와 같이 Ru(EtCp)2를 운반하고 반응 가스인 산소 가스를 주입하면, 산소 가스가 Ru(EtCp)2와 반응하여 루테늄을 기판 상에 증착시킨다. 이때, 본 실시예에서는 루테늄의 핵이 생성되는 초기 진행 단계로부터 연속적인 박막이 진행되기 전까지의 공정 진행 도중에 요오드 화합물 C2H5I을 50 sccm으로 10초 동안 흘려주면서 루테늄 박막 증착 공정을 계속 진행하는 것으로 이루어진다.Next, when a ruthenium source gas, that is, Ru (EtCp) 2 is transported into the reaction chamber provided with the substrate, that is, Ru (EtCp) 2 as in Example 1, and oxygen gas that is a reaction gas is injected, the oxygen gas reacts with Ru (EtCp) 2. Ruthenium is deposited on the substrate. In this embodiment, the ruthenium thin film deposition process is continued while flowing the iodine compound C 2 H 5 I at 50 sccm for 10 seconds during the process from the initial progression step of generating nuclei of ruthenium until the continuous thin film progresses. It consists of doing
이어서, 루테늄 박막이 증착된 후, 반응 챔버 내의 온도를 250℃ 이하로 내려서 루테늄 박막이 증착된 기판을 식히게 된다.Subsequently, after the ruthenium thin film is deposited, the temperature in the reaction chamber is lowered to 250 ° C. or lower to cool the substrate on which the ruthenium thin film is deposited.
[실시예 3]Example 3
도 4는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 3에 대하여 나타내기 위한 블록도이다.Figure 4 is a block diagram for showing the third embodiment according to the ruthenium thin film formation method of the present invention.
도 4를 참조하면, 먼저, 상술한 실시예들에서와 같이 반응 챔버 내에 질화티타늄(100 Å)/티타늄(150 Å)/실리콘(100Å)의 구조를 가진 웨이퍼를 기판으로서 마련한다. 그리고, 반응 챔버 내의 압력을 진공에 가깝도록 0.1 mTorr∼100 mTorr에 까지 펌핑한다. Referring to FIG. 4, first, a wafer having a structure of titanium nitride (100 μs) / titanium (150 μs) / silicon (100 μs) is provided as a substrate in a reaction chamber as in the above-described embodiments. Then, the pressure in the reaction chamber is pumped to 0.1 mTorr to 100 mTorr to be close to vacuum.
다음에, 기판이 마련된 반응 챔버 내에 아르곤 가스로 루테늄 소스 가스, 즉 실시예 1에서와 같이 Ru(EtCp)2를 운반하고 반응 가스인 산소 가스를 주입하면, 산소 가스와 Ru(EtCp)2이 반응하여 루테늄을 기판 상에 증착시키는 데, 일정 시간이 지나면 공정 진행 도중에 산소 가스와 Ru(EtCp)2의 주입을 차단하여 루테늄 박막 증착을 중단한다. 이때, 중단이 이루어지는 시간은 본 실시예에서는 루테늄의 핵이 생성되는 초기 진행 단계로부터 연속적인 박막이 진행되기 전까지의 시간 내에서 이루어져야 한다.Next, when ruthenium source gas, that is, Ru (EtCp) 2 is transported into the reaction chamber provided with the substrate as in Example 1, and injecting oxygen gas, which is a reaction gas, oxygen gas and Ru (EtCp) 2 react. Then, ruthenium is deposited on the substrate. After a predetermined time, ruthenium thin film deposition is stopped by blocking the injection of oxygen gas and Ru (EtCp) 2 during the process. At this time, the interruption time should be within the time from the initial progression step in which the nuclei of ruthenium are produced until the continuous thin film progresses.
그 다음에, 진공 펌프로 반응 챔버 내를 공정 초기의 반응 챔버 압력 0.1 mTorr∼100 mTorr에 까지 펌핑한다. The vacuum chamber is then pumped into the reaction chamber to 0.1 mTorr to 100 mTorr at the beginning of the process.
이어서, 반응 챔버 내에 압력 3 Torr가 될 때까지 할로겐 화합물로서 C2H5I를 주입하여 요오드 원자를 순간 증착한다. 이때, C2H5I을 주입할 때는 증기압이 상대적으로 높아서 추가적인 운반 가스를 마련할 필요가 없이 주입됨을 상기 실시예에서 언급한 바 있다.Subsequently, C 2 H 5 I is injected as a halogen compound into the reaction chamber until the pressure is 3 Torr, thereby instantaneously depositing iodine atoms. In this case, it was mentioned in the above embodiment that when the C 2 H 5 I is injected, the vapor pressure is relatively high so that it is injected without the need for providing additional carrier gas.
그리고 나서, 다시 진공 펌프로 반응 챔버 내를 공정 초기의 반응 챔버 압력 0.1 mTorr∼100 mTorr에 까지 펌핑한 후, Ru(EtCp)2 및 산소 가스를 주입하여 루테늄 박막 증착을 완성하는 것이다.Then, the reaction chamber is pumped again to a reaction chamber pressure of 0.1 mTorr to 100 mTorr at the beginning of the process by a vacuum pump, and then Ru (EtCp) 2 and oxygen gas are injected to complete ruthenium thin film deposition.
이어서, 반응 챔버 내의 온도를 250℃ 이하로 내려서 루테늄 박막이 증착된 기판을 식히게 된다.The temperature in the reaction chamber is then lowered to 250 ° C. or lower to cool the substrate on which the ruthenium thin film is deposited.
이때, 본 발명의 실시예들에서는 할로겐 화합물 중 요오드 화합물인 C2H5I을 이용했지만, 이에 한하는 것은 아니어서 할로겐 화합물이면 좋다. 또한, Ru(EtCp)2의 운반 가스로서 아르곤 가스를 이용하였지만, 질소 가스를 이용하여도 좋다.In this case, in the embodiments of the present invention, C 2 H 5 I, which is an iodine compound, is used, but the halogen compound is not limited thereto. In addition, although argon gas was used as a carrier gas of Ru (EtCp) 2 , nitrogen gas may be used.
또한, 본 발명의 실시예들에서 할로겐 화합물의 주입은 반응 챔버 내의 압력이 1 mTorr∼10 Torr로 되도록 실시하고, 반응 챔버 내의 반응 온도는 할로겐 화합물로서 C2H5I를 이용하기 때문에 200∼450℃ 범위에서 이루어진다. 그러나, 이에 한정하지 않고, 이용되는 할로겐 화합물에 따라서 반응 챔버 내의 반응 온도는 달라질 수 있다.In addition, in the embodiments of the present invention, the injection of the halogen compound is performed so that the pressure in the reaction chamber is 1 mTorr to 10 Torr, and the reaction temperature in the reaction chamber is 200 to 450 because C 2 H 5 I is used as the halogen compound. In the range of < RTI ID = 0.0 > However, the present invention is not limited thereto, and the reaction temperature in the reaction chamber may vary depending on the halogen compound used.
이하에서는, 본 발명에 따라서 할로겐 화합물을 이용하여 형성된 루테늄 박막을 도면들을 참조하여 자세히 설명한다. Hereinafter, a ruthenium thin film formed using a halogen compound according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 5는 본 발명에 따른 루테늄 박막 형성 방법에 있어서의 반응 온도의 범위를 나타내기 위한 아레니우스 플롯(plot)이다. 이때, 플롯에서 나타내는 기호 □는 루테늄 박막 형성 시에 할로겐 화합물을 이용하지 않은 경우, 루테늄이 기판 표면에서 반응을 하는 온도(이하, '반응 온도' 라 한다)에 따른 박막 증착 영역을 나타내며, ○는 루테늄 박막 형성 시에 할로겐 화합물을 이용하지 않은 경우, 루테늄이 기판에서 확산되는 온도(이하, '확산 온도'라 한다)에 따른 박막 증착 영역을 나타내며, ▽는 루테늄 박막 형성 시에 할로겐 화합물로서 C2H5I를 이용한 경우, 반응 온도에 따른 박막 증착 영역을 나타내고, △는 루테늄 박막 형성 시에 할로겐 화합물로서 C2H5I를 이용한 경우, 확산 온도에 따른 박막 증착 영역을 나타낸다.FIG. 5 is an Arenius plot for showing a range of reaction temperatures in the ruthenium thin film forming method according to the present invention. FIG. At this time, the symbol □ in the plot indicates a thin film deposition region according to the temperature (hereinafter referred to as 'reaction temperature') at which ruthenium reacts on the substrate surface when no halogen compound is used in forming the ruthenium thin film. If you have not used a halogen compound during the ruthenium thin film form, shows a film deposition region according to the temperature (hereinafter referred to as "diffusion temperature") which ruthenium is diffused in the substrate, ▽ it is C 2 as the halogen compound during a ruthenium thin film formation In the case of using H 5 I, the thin film deposition region according to the reaction temperature is indicated, and Δ represents the thin film deposition region according to the diffusion temperature when C 2 H 5 I is used as the halogen compound in the formation of the ruthenium thin film.
도 5를 참조하면, 우선, 루테늄 박막 형성 시에, 할로겐 화합물을 이용하지 않은 경우와 할로겐 화합물을 이용한 경우를 각각의 박막 증착 영역을 비교하면, 확산 온도에 따른 박막 증착률은 두 경우에서 큰 변화를 보이지 않지만, 반응 온도에 따른 박막 증착률은 C2H5I을 이용한 경우에 현저하게 증가하는 것을 알 수 있다. 그러므로, C2H5I를 이용하여 가장 높은 반응 온도에서도 보다 증가한 박막 증착률로 인해 기판 상에 안정하게 루테늄 박막을 형성할 수 있는 것이다.Referring to FIG. 5, first, in the case of forming a ruthenium thin film, comparing the thin film deposition regions of the case where no halogen compound is used and the case where the halogen compound is used, the thin film deposition rate according to the diffusion temperature is significantly changed in both cases. Although not shown, it can be seen that the thin film deposition rate according to the reaction temperature is significantly increased when using C 2 H 5 I. Therefore, C 2 H 5 I can be used to form a ruthenium thin film on the substrate stably due to the increased film deposition rate even at the highest reaction temperature.
도 6a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscope) 사진이고, 도 6b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 AFM 사진이다. 이때, 각각 형성된 루테늄 박막들은 같은 온도에서 실시하며, 같은 두께로 증착된 것이다.6A is an atomic force microscope (AFM) photograph of a ruthenium thin film surface formed when a conventional halogen element is not used, and FIG. 6B is a ruthenium thin film formed when C 2 H 5 I is used as a halogen element according to the present invention. AFM photograph showing the surface. At this time, each of the ruthenium thin films formed are carried out at the same temperature, and are deposited with the same thickness.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 할로겐 원소를 사용하지 않고 형성된 루테늄 박막 보다 본 발명에 따라 C2H5I 사용하여 형성된 루테늄 박막의 표면이 더욱 균일 함을 알 수 있다.6A and 6B, it can be seen that the surface of the ruthenium thin film formed using C 2 H 5 I according to the present invention is more uniform than the ruthenium thin film formed without using a halogen element.
도 7a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이고, 도 7b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM 사진이다. 이때, 각각 형성된 루테늄 박막들은 같은 온도에서 실시하며, 같은 두께로 증착된 것이다.7A is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed when a conventional halogen element is not used, and FIG. 7B is a ruthenium thin film formed when C 2 H 5 I is used as a halogen element according to the present invention. SEM photograph showing the surface. At this time, each of the ruthenium thin films formed are carried out at the same temperature, and are deposited with the same thickness.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 할로겐 원소를 사용하지 않고 형성된 루테늄 박막 보다 본 발명에 따라 C2H5I 사용하여 형성된 루테늄 박막의 표면이 현저하게 조밀하며 더 매끈함을 알 수 있다. 이때, 거칠기(RMS)를 분석할 결과, 할로겐 원소를 사용하지 않고 형성된 루테늄 박막의 표면 거칠기는 78Å이고, C2H5I 사용하여 형성된 루테늄 박막의 표면 거칠기는 17Å이다. 그러므로, 본 발명에 따라 할로겐 원소를 이용한 루테늄 박막이 더욱 향상된 표면을 가지게 됨을 알 수 있다.7A and 7B, it can be seen that the surface of the ruthenium thin film formed using C 2 H 5 I according to the present invention is significantly denser and smoother than the ruthenium thin film formed without using a halogen element. At this time, as a result of analyzing the roughness (RMS), the surface roughness of the ruthenium thin film formed without using a halogen element is 78 GPa, and the surface roughness of the ruthenium thin film formed using C 2 H 5 I is 17 GPa. Therefore, it can be seen that the ruthenium thin film using the halogen element according to the present invention has a further improved surface.
도 8a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 단차 패턴으로 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM사진이고, 도 8b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 단차 패턴으로 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM 사진이다. 이때, 각각 형성된 루테늄 박막들은 같은 온도에서 실시하며, 같은 두께로 증착된 것이다.8A is a SEM photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed in a stepped pattern when a conventional halogen element is not used, and FIG. 8B is a ruthenium formed in a stepped pattern when C 2 H 5 I is used as a halogen element according to the present invention. SEM photograph showing the surface of the thin film. At this time, each of the ruthenium thin films formed are carried out at the same temperature, and are deposited with the same thickness.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 커패시터의 하부 전극의 형상인 단차 패턴이 형성된 기판에 루테늄 박막을 형성한 경우에도, 역시, 할로겐 원소를 사용하지 않고 형성된 루테늄 박막 보다 본 발명에 따라 C2H5I 사용하여 형성된 루테늄 박막 더 균일하게 형성되어 있음을 알 수 있다.8A and 8B, even when a ruthenium thin film is formed on a substrate on which a stepped pattern, which is a shape of a lower electrode of a capacitor, is formed, C 2 H 5 according to the present invention than ruthenium thin film formed without using a halogen element. It can be seen that the ruthenium thin film formed using I is formed more uniformly.
상술한 바와 같이 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 의하면, 할로겐 화합물을 이용하여 보다 많은 루테늄 시드(seed)들이 생기도록 유도하므로 보다 균일한 루테늄 박막을 증착하기 때문에, 누설 전류가 감소하고 항복 전압이 증가하는 전기적 특성이 좋아지게 되는 효과가 있다. 그리고, 고온 공정에서도 박막 증착률이 커져서 저온 공정에서 생기기 쉬운 탄소 불순물이 생기지 않아 별도의 열처리 공정이 필요하지 않기 때문에, 생산성 향상과 원가 절감 효과가 있다.As described above, according to the ruthenium thin film forming method of the present invention, since more ruthenium seeds are generated by using a halogen compound, more uniform ruthenium thin films are deposited, so that leakage current is reduced and breakdown voltage is increased. It is effective to improve the electrical characteristics. In addition, since the deposition rate of the thin film is increased even in the high temperature process, carbon impurities, which are easily generated in the low temperature process, are not generated, and thus a separate heat treatment process is not required, thereby improving productivity and reducing costs.
또한, 보다 작은 선폭을 가진 단차 패턴의 고품질 루테늄 박막을 형성할 수 있어서, 유전 물질과 상부 전극을 쉽게 채워 넣을 수 있는 디램 커패시터의 하부 전극을 형성할 수 있기 때문에 반도체 산업에 기여할 수 있다.In addition, it is possible to form a high quality ruthenium thin film having a stepped pattern having a smaller line width, thereby contributing to the semiconductor industry because it is possible to form a lower electrode of the DRAM capacitor that can easily fill the dielectric material and the upper electrode.
본 발명은 상기 실시 예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited only to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
도 1은 커패시터의 하부 전극 또는 상부 전극으로 사용되는 루테늄 박막을 나타내기 위한 커패시터의 개략도;1 is a schematic diagram of a capacitor for showing a ruthenium thin film used as a lower electrode or an upper electrode of the capacitor;
도 2는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 1에 대하여 나타내기 위한 블록도;Figure 2 is a block diagram for showing Example 1 according to the ruthenium thin film forming method of the present invention;
도 3는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 2에 대하여 나타내기 위한 블록도;3 is a block diagram for showing Example 2 according to the ruthenium thin film forming method of the present invention;
도 4는 본 발명의 루테늄 박막 형성 방법에 따른 실시예 3에 대하여 나타내기 위한 블록도;Figure 4 is a block diagram for showing Example 3 according to the ruthenium thin film formation method of the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 루테늄 박막 형성 방법에 있어서의 반응 온도의 범위를 나타내기 위한 아레니우스 플롯(plot);FIG. 5 is an Arennius plot for showing a range of reaction temperatures in a ruthenium thin film forming method according to the present invention; FIG.
도 6a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscope) 사진; 6A is an atomic force microscope (AFM) photograph showing a ruthenium thin film surface formed when a conventional halogen element is not used.
도 6b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 AFM 사진;6B is an AFM photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed when using C 2 H 5 I as a halogen element according to the present invention;
도 7a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진;7A is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed when a conventional halogen element is not used;
도 7b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM 사진;7b is a SEM photograph showing the surface of the ruthenium thin film formed when using C 2 H 5 I as the halogen element according to the present invention;
도 8a는 종래의 할로겐 원소를 이용하지 않은 경우에 단차 패턴으로 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM사진이고; 및8A is a SEM photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed in a stepped pattern when a conventional halogen element is not used; And
도 8b는 본 발명에 따라 할로겐 원소로서 C2H5I를 이용한 경우에 단차 패턴으로 형성된 루테늄 박막 표면을 나타낸 SEM 사진이다.8b is a SEM photograph showing the surface of a ruthenium thin film formed in a stepped pattern when using C 2 H 5 I as a halogen element according to the present invention.
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| JPH10261772A (en) * | 1997-01-14 | 1998-09-29 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor storage device and its manufacture |
| KR20020032696A (en) * | 2000-10-26 | 2002-05-04 | 박종섭 | Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device |
| KR20020048268A (en) * | 2000-12-18 | 2002-06-22 | 박종섭 | Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device |
| KR20030002045A (en) * | 2001-06-30 | 2003-01-08 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for atomic layer deposition of metal layer and method for fabricating capacitor |
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