KR100510526B1 - Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents

Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR100510526B1
KR100510526B1 KR10-2003-0023331A KR20030023331A KR100510526B1 KR 100510526 B1 KR100510526 B1 KR 100510526B1 KR 20030023331 A KR20030023331 A KR 20030023331A KR 100510526 B1 KR100510526 B1 KR 100510526B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film
capacitor
type doped
doped poly
poly
Prior art date
Application number
KR10-2003-0023331A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040088895A (en
Inventor
정은애
정우인
김영선
김희석
진범준
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR10-2003-0023331A priority Critical patent/KR100510526B1/en
Priority to TW093109790A priority patent/TWI233689B/en
Priority to JP2004116181A priority patent/JP2004320022A/en
Priority to US10/823,352 priority patent/US7153750B2/en
Publication of KR20040088895A publication Critical patent/KR20040088895A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100510526B1 publication Critical patent/KR100510526B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors
    • H01L28/60Electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터는, 실린더형 커패시터 하부전극, 유전막, 및 상부전극으로 구성된 것으로서, 상부전극이 금속막과 그 위에 적층된 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 것이 특징이다. n-형 도프트 폴리 Si 1-xGex막은 500℃ 이하의 저온에서 활성화된 상태로 증착이 되거나, 또는 500℃ 이하에서 활성화가 가능하기 때문에 현재 600℃ 이상의 고온에서 진행되어야 하는 커패시터 공정과 비교하여 커패시터의 누설전류 특성 열화를 현저하게 개선할 수 있다.The capacitor of the semiconductor device according to the present invention is composed of a cylindrical capacitor lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode, and the upper electrode is made of a metal film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film stacked thereon. Is characteristic. The n-type doped poly Si 1-x Ge x film can be deposited at low temperatures below 500 ° C, or activated at temperatures below 500 ° C, and therefore compared to capacitor processes that must now proceed at high temperatures above 600 ° C. Therefore, the degradation of the leakage current characteristic of the capacitor can be remarkably improved.

Description

반도체 소자의 커패시터 및 그 제조방법{Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same}Capacitor of semiconductor device and method of manufacturing the same {Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same}

본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고집적 소자에 응용 가능한 디램(DRAM) 셀 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM cell capacitor and a method for manufacturing the same, which can be applied to a highly integrated device.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 특히 디램과 같은 반도체 소자의 경우, 제한된 면적에서 충분한 셀 커패시턴스를 확보할 필요가 있다. 이를 위하여 기존에 커패시터 유전막으로 사용하던 산화막/질화막/산화막보다 수배 내지 수백배 큰 유전율을 갖는 물질로 된 고유전막을 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. As the degree of integration of semiconductor devices increases, there is a need to secure sufficient cell capacitance in a limited area, especially for semiconductor devices such as DRAM. To this end, studies are being actively conducted to use a high dielectric film made of a material having a dielectric constant several times to several hundred times larger than that of an oxide film / nitride film / oxide film, which is conventionally used as a capacitor dielectric film.

그런데, 종래 커패시터 상/하부전극으로서 사용되는 도프트 폴리실리콘 전극은 고유전막과 반응하여 커패시터의 전기적 특성을 열화시킨다. 이를 방지하기 위해, 도프트 폴리실리콘 전극과 고유전막 사이에 SiON막과 같은 저유전막을 추가적으로 도포하는 방법도 제안되었지만, 결국 유전막의 실질적인 두께가 증가되는 한계가 있다. However, the doped polysilicon electrode, which is used as a capacitor upper / lower electrode in the related art, reacts with the high dielectric film to deteriorate the electrical characteristics of the capacitor. In order to prevent this, a method of additionally applying a low dielectric film such as a SiON film between the doped polysilicon electrode and the high dielectric film has also been proposed, but there is a limit in that the substantial thickness of the dielectric film is increased.

보다 개선된 방법으로서, 고유전막을 사용하는 커패시터의 상부전극에만, 또는 상부전극과 하부전극 모두에 폴리실리콘막보다 반응성이 떨어지는 금속막을 이용하는 방법이 제안되었다. 여기서 "금속막"은 금속 물질 자체로 이루어진 막뿐만 아니라 그것의 전도성 산화물 혹은 전도성 질화물로 이루어진 막까지도 포함하는 의미로 사용된다. 상/하부전극을 모두 도프트 폴리실리콘 전극으로 사용하는 SIS(Semiconductor-Insulator-Semiconductor) 커패시터에 대비해 이들을 각각 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 커패시터, MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터라고 한다. As a further improved method, a method of using a metal film that is less reactive than a polysilicon film is proposed for only the upper electrode of the capacitor using the high dielectric film, or both the upper electrode and the lower electrode. The term "metal film" is used herein to include not only a film made of a metal material itself but also a film made of a conductive oxide or a conductive nitride thereof. In contrast to the SIS (Semiconductor-Insulator-Semiconductor) capacitors that use both the upper and lower electrodes as doped polysilicon electrodes, they are referred to as metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitors and metal-insulator-metal (MIM) capacitors, respectively.

그러나, 금속막으로 이루어진 상부전극의 경우에는 습식각(wet etch), 건식각(dry etch), 응력(stress) 등의 집적 공정 상의 문제가 발생하고, 비저항이 작기 때문에 신호지연을 위한 저항층(resistor layer) 역할도 수행할 수 없는 문제가 있다. 이 때문에, 금속막 위에 도프트 폴리실리콘막을 적층한 이중막을 상부전극으로 이용하고 있다. 여기서, 도프트 폴리실리콘막은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법으로 비정질 실리콘을 증착한 다음 활성화(activation) 열처리를 하여 형성하게 되는데, 이 때 가해지는 열처리로 인하여 금속막만을 사용하는 경우에 비해 누설전류 특성이 열화되는 문제가 있다. However, in the case of the upper electrode made of a metal film, problems such as wet etch, dry etch, stress, etc., occur in the integration process, and because the resistivity is small, the resistance layer for signal delay ( There is also a problem that can not play the role of resistor layer). For this reason, the double film which laminated | stacked the doped polysilicon film on the metal film is used as an upper electrode. Here, the doped polysilicon film is formed by depositing amorphous silicon by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method and then activating heat treatment. There is a problem that current characteristics deteriorate.

도 1은 종래 MIS 커패시터에서 도프트 폴리실리콘막의 활성화 열처리로 인해 누설전류 특성이 어떻게 열화되는지를 보여준다. 도 1에서 (a)는 상부전극으로서 TiN막만을 사용하여 열처리할 필요없는 MIS 커패시터의 누설전류 특성을 나타낸다. (b)는 TiN막과 n-형 도프트 폴리실리콘막을 적층한 이중막을 상부전극으로 사용하는 MIS 커패시터의 누설전류 특성을 나타낸다. (b)의 경우, n-형 도프트 폴리실리콘막은 530℃에서 LPCVD 방법으로 증착하고 N2 분위기의 퍼니스(furnace)에서 600℃, 30분의 열처리를 실시한 것이다.FIG. 1 shows how leakage current characteristics deteriorate due to activation heat treatment of a doped polysilicon film in a conventional MIS capacitor. In FIG. 1, (a) shows the leakage current characteristic of the MIS capacitor which does not need to be heat treated using only the TiN film as the upper electrode. (b) shows the leakage current characteristics of the MIS capacitor using a double film in which a TiN film and an n-type doped polysilicon film are stacked as an upper electrode. In the case of (b), the n-type doped polysilicon film was deposited by LPCVD at 530 ° C. and heat-treated at 600 ° C. for 30 minutes in a furnace of N 2 atmosphere.

도 1의 (a)와 (b)로부터, 활성화 열처리를 실시한 (b)의 경우에 누설전류가 크게 증가하며 Tox도 더 두꺼운 것을 볼 수 있다. 따라서, 현재 사용하고 있는 n-형 도프트 폴리실리콘막의 열처리 조건(600℃, 30분 혹은 650℃, 2분의 퍼니스 공정)을 열적 부담(thermal budget)이 적은 공정으로 개발할 필요가 있다. From (a) and (b) of FIG. 1, in the case of (b) subjected to the activation heat treatment, it can be seen that the leakage current is greatly increased and Tox is also thicker. Therefore, it is necessary to develop the heat treatment conditions (furnace process of 600 degreeC, 30 minutes, or 650 degreeC, 2 minutes) of the n-type doped polysilicon film currently used by the process with low thermal budget.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 저온 공정이 가능해 누설전류 특성이 향상된 반도체 소자의 커패시터를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a capacitor of a semiconductor device capable of low temperature process and having improved leakage current characteristics.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 저온에서 반도체 소자의 커패시터를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device at a low temperature.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터는, 반도체 기판 상에 형성된 실린더형 커패시터 하부전극, 상기 하부전극 표면 상에 형성된 유전막, 및 상기 유전막 상에 형성된 상부전극을 포함하고, 상기 상부전극은 상기 유전막에 접하는 금속막과 그 위에 적층된 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes a cylindrical capacitor lower electrode formed on a semiconductor substrate, a dielectric film formed on the lower electrode surface, and an upper electrode formed on the dielectric film. The upper electrode is made of a metal film in contact with the dielectric film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film stacked thereon.

본 발명에 따른 다른 반도체 소자의 커패시터는, 반도체 기판 상에 형성되고 금속막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극, 상기 하부전극 표면 상에 형성된 유전막, 및 상기 유전막 상에 형성된 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 상부전극을 포함한다.A capacitor of another semiconductor device according to the present invention includes a cylindrical capacitor lower electrode formed on a semiconductor substrate and made of a metal film, a dielectric film formed on the lower electrode surface, and an n-type doped poly Si 1 formed on the dielectric film. -x Ge x includes an upper electrode.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터 제조방법에서는, 반도체 기판 상에 실린더형 커패시터 하부전극을 형성한 다음, 상기 하부전극 표면 상에 유전막을 형성한다. 상기 유전막 상에 금속막과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 순차 적층하여 금속막과 n-형 도프트 폴리 Si 1-xGex막으로 이루어진 상부전극을 형성한다.In order to achieve the above technical problem, in the method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, a cylindrical capacitor lower electrode is formed on a semiconductor substrate, and then a dielectric film is formed on the lower electrode surface. A metal film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film are sequentially stacked on the dielectric layer to form an upper electrode formed of the metal film and the n-type doped poly Si 1-x Ge x film.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다른 반도체 소자의 커패시터 제조방법에서는, 반도체 기판 상에 금속막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극을 형성하고 나서, 상기 하부전극 표면 상에 유전막을 형성한다. 상기 유전막 상에 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 상부전극을 형성한다.In another method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention, a cylindrical capacitor lower electrode made of a metal film is formed on a semiconductor substrate, and then a dielectric film is formed on the lower electrode surface. An n-type doped poly Si 1-x Ge x upper electrode is formed on the dielectric layer.

이와 같이, 본 발명의 커패시터의 상부전극 중에는 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막이 포함된다. n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 500℃ 이하의 저온에서 활성화된 상태로 증착이 되거나, 또는 활성화가 가능하다. 따라서, 현재 n-형 도프트 폴리실리콘막을 사용하기 때문에 600℃ 이상의 고온에서 진행되어야 하는 커패시터 공정과 비교하여 커패시터의 누설전류 특성 열화를 현저하게 개선할 수 있다.As such, the upper electrode of the capacitor of the present invention includes an n-type doped poly Si 1-x Ge x film. The n-type doped poly Si 1-x Ge x film may be deposited or activated at a low temperature of 500 ° C. or lower. Therefore, since the current n-type doped polysilicon film is used, the degradation of the leakage current characteristics of the capacitor can be remarkably improved as compared to the capacitor process that must proceed at a high temperature of 600 ° C or higher.

이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements. In addition, where a layer is described as being "on" another layer or semiconductor substrate, a layer may exist in direct contact with the other layer or semiconductor substrate, or a third layer therebetween. Can be done.

제 1 실시예First embodiment

도 2 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 제 1 실시예에 따른 커패시터는 하부전극이 도프트 폴리실리콘막이고 상부전극이 TiN막과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 MIS 커패시터이다.2 to 7 are cross-sectional views illustrating a capacitor and a method of manufacturing the same according to the first embodiment of the present invention. The capacitor according to the first embodiment is a MIS capacitor whose lower electrode is a doped polysilicon film and the upper electrode is made of a TiN film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film.

먼저 도 2를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 하부 절연막(110)을 형성한 다음, 하부 절연막(110)을 관통하여 반도체 기판(100)의 불순물 영역(105)과 접하는 복수개의 컨택플러그(115)를 형성한다. 컨택플러그(115) 및 하부 절연막(110) 상에 예를 들어 실리콘 질화막으로 된 식각정지막(120)을 먼저 형성한 다음, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass), PE(Plasma Enhanced)-TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 또는 HDP(High Density Plasma)-산화물 등을 증착하여 몰드산화막(130)을 형성한다. First, referring to FIG. 2, a plurality of contact plugs are formed on the semiconductor substrate 100 and then contact the impurity regions 105 of the semiconductor substrate 100 through the lower insulating layer 110. 115). An etch stop layer 120 made of, for example, silicon nitride is formed on the contact plug 115 and the lower insulating layer 110, and then boron phosphorus silicate glass (BPSG), phosphorus silicate glass (PSG), and plasma (PE) are formed. The mold oxide film 130 is formed by depositing an enhanced (ETE) -Tetra Ethyl Ortho Silicate (TEOS) or a High Density Plasma (HDP) -oxide.

다음으로 도 3에서와 같이, 식각정지막(120)의 상면이 노출될 때까지 몰드산화막(130)을 식각하여 몰드산화막 패턴(130a)을 형성한다. 이 때, 식각정지막(120)은 하부 절연막(110)이 식각되지 않게 보호한다. 이어서, 노출된 식각정지막(120)만 제거할 정도로 식각 공정을 진행하여 컨택플러그(115) 및 그 주변의 하부 절연막(110)의 상면을 노출시키는 홀(135)을 형성한다. 몰드산화막 패턴(130a)의 하부에는 식각정지막 패턴(120a)이 잔류하게 된다. Next, as shown in FIG. 3, the mold oxide film 130 is etched until the top surface of the etch stop layer 120 is exposed to form a mold oxide film pattern 130a. In this case, the etch stop layer 120 protects the lower insulating layer 110 from being etched. Subsequently, the etching process is performed to remove only the exposed etch stop layer 120, thereby forming a hole 135 exposing the top surface of the contact plug 115 and the lower insulating layer 110 around the contact plug 115. The etch stop layer pattern 120a remains under the mold oxide layer pattern 130a.

도 4를 참조하여, 홀(135)을 완전히 매립하지 않는 정도 두께로 도프트 폴리실리콘막(140)을 형성한다. 이러한 도프트 폴리실리콘막(140)은 커패시터의 하부전극이 될 막으로서, 단차도포성이 우수한 CVD 또는 ALD(Atomic Layer Deposition)에 의할 수 있다. 예컨대, 통상의 LPCVD 방법으로 폴리실리콘을 증착한 다음, 비저항을 확보하기 위해 그 위에 PH3 도핑을 실시하여 n-형 도프트 폴리실리콘이 되게 한다.Referring to FIG. 4, the doped polysilicon film 140 is formed to a thickness that does not completely fill the hole 135. The doped polysilicon layer 140 may be a lower electrode of the capacitor, and may be formed by CVD or atomic layer deposition (ALD) having excellent step coverage. For example, polysilicon is deposited by a conventional LPCVD method and then PH 3 doped thereon to ensure a resistivity to become n-type doped polysilicon.

계속하여 도 5를 참조하여, 도프트 폴리실리콘막(140) 위로 갭 필 특성이 좋은 USG(Undoped Silicate Glass)막과 같은 캡핑막(145)을 증착하여 홀(135) 내부를 매립한다. 다음으로, 몰드산화막 패턴(130a)의 상면이 드러날 때까지 캡핑막(145)과 도프트 폴리실리콘막(140)을 에치백 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 제거한다(도면에서 점선 위 부분을 제거하는 것임). 이렇게 함으로써 각각 분리된 실린더형 커패시터 하부전극(140a)이 형성된다. 5, a capping film 145 such as a USG (Undoped Silicate Glass) film having good gap fill characteristics is deposited on the doped polysilicon film 140 to fill the inside of the hole 135. Next, the capping film 145 and the doped polysilicon film 140 are removed by etch back or chemical mechanical polishing (CMP) until the top surface of the mold oxide film pattern 130a is exposed. ). In this way, the cylindrical capacitor lower electrodes 140a are separated from each other.

다음으로 도 6에 도시한 것과 같이, 캡핑막(145)과 몰드산화막 패턴(130a)을 습식 식각으로 제거하여 하부전극(140a) 표면이 드러나게 한 다음, 그 표면 상에 유전막(150)을 형성한다. 필요에 따라서는, 유전막(150)을 형성하기 전에 하부전극(140a) 표면에 대하여 NH3 가스를 이용한 플라즈마 질화처리(plasma nitridation) 또는 열 질화처리(thermal nitridation)를 실시하기도 한다. 이러한 처리에 의해 하부전극(140a) 표면에 10-20Å 정도의 실리콘 질화막이 형성될 수 있으며, 이는 하부전극(140a)과 유전막(150) 사이에 일어날 수도 있는 반응을 방지한다.Next, as shown in FIG. 6, the capping layer 145 and the mold oxide layer pattern 130a are removed by wet etching to expose the surface of the lower electrode 140a, and then the dielectric layer 150 is formed on the surface. . If necessary, plasma nitridation or thermal nitridation using NH 3 gas may be performed on the surface of the lower electrode 140a before forming the dielectric film 150. By this treatment, a silicon nitride film having a thickness of about 10-20 Å may be formed on the surface of the lower electrode 140a, which prevents a reaction that may occur between the lower electrode 140a and the dielectric film 150.

유전막(150)으로서는 예를 들어, HfO2막, Al2O3막 또는 Al2 O3/HfO2 복합막을 형성할 수 있다. 이와 같은 유전막(150)을 형성하기 위해서는, 단차도포성이 우수한 CVD 또는 ALD를 이용할 수 있다. 특히 ALD의 경우에는 증착 온도를 300℃ 가까이로 낮게 유지할 수 있어 공정 온도 측면에서 유리하다. 유전막(150)의 전기적 특성이 개선되도록, 유전막(150) 증착 후 별도 처리하는 단계를 더 수행할 수도 있다. 예를 들어, 유전막(150)이 형성된 결과물을 오존(O3) 처리, 산소나 질소가 포함된 가스 분위기에서 플라즈마 처리 또는 산소나 질소가 포함된 가스 분위기에서 열처리할 수 있다.As the dielectric film 150, for example, an HfO 2 film, an Al 2 O 3 film, or an Al 2 O 3 / HfO 2 composite film can be formed. In order to form the dielectric film 150 as described above, CVD or ALD having excellent step coatability can be used. Particularly in the case of ALD, the deposition temperature can be kept close to 300 ° C, which is advantageous in terms of process temperature. In order to improve the electrical characteristics of the dielectric layer 150, a separate process may be further performed after the deposition of the dielectric layer 150. For example, the resultant on which the dielectric layer 150 is formed may be heat treated in an ozone (O 3 ) treatment, a plasma treatment in a gas atmosphere containing oxygen or nitrogen, or a gas atmosphere containing oxygen or nitrogen.

다음으로 도 7에 도시한 것과 같이, 유전막(150) 상에 상부전극(160)을 형성한다. 이 때, 상부전극(160)은 TiN막(152)과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막(154)을 순차 적층하여 형성한다.Next, as shown in FIG. 7, the upper electrode 160 is formed on the dielectric film 150. In this case, the upper electrode 160 is formed by sequentially stacking the TiN film 152 and the n-type doped poly Si 1-x Ge x film 154.

먼저, TiN막(152)은 CVD나 ALD, 혹은 MOCVD(Metal Organic CVD)에 의하여 형성할 수 있다. TiN막(152) 대신에 WN, TaN, Cu, Al 또는 W막을 형성하여도 된다. 그리고, Pt, Ir, Ru, Rh, Os, Pd 등의 귀금속, 이러한 귀금속의 산화막으로 형성하여도 되며, TiN/W, TiN/TaN, WN/W 등의 형태와 같이 여러 금속막의 조합으로 형성하여도 된다. 이들 막의 증착 온도는 500℃ 미만인 경우에 더욱 효과적이다. First, the TiN film 152 may be formed by CVD, ALD, or MOCVD (Metal Organic CVD). Instead of the TiN film 152, a WN, TaN, Cu, Al, or W film may be formed. Also, it may be formed of a noble metal such as Pt, Ir, Ru, Rh, Os, Pd, or an oxide film of such a noble metal, or may be formed of a combination of various metal films such as TiN / W, TiN / TaN, WN / W You may also The deposition temperature of these films is more effective when less than 500 ° C.

다음으로, TiN막(152) 위에 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막(154)을 형성하는데, 폴리 Si1-xGex막을 증착하면서 인시튜로 P 또는 As를 도핑하여 형성한다. 이를 위해 통상의 LPCVD 방법을 구현할 수 있는 퍼니스 타입 설비, 매엽식 설비, 또는 25매의 웨이퍼가 들어가는 미니 배치(mini batch) 등의 설비를 사용할 수 있다. 물론, 인시튜 방식 대신에, 폴리 Si1-xGex막 증착 후 P 또는 As를 도핑하는 두 단계(two step)로 형성해도 된다.Next, an n-type doped poly Si 1-x Ge x film 154 is formed on the TiN film 152, which is formed by doping P or As in situ while depositing the poly Si 1-x Ge x film. . For this purpose, a facility such as a furnace type facility, a sheet type facility, or a mini batch containing 25 wafers may be used to implement a conventional LPCVD method. Of course, instead of the in situ method, it may be formed in two steps of doping P or As after poly Si 1-x Ge x film deposition.

우선 Si1-xGex막의 형성시, SiH4, Si2H6, SiH 2Cl2 등의 사일렌계 가스 및 GeH4, GeF4 등의 가스를 소오스 가스로 이용하여, 500℃ 이하의 온도, 예컨대 400-500℃ 범위의 온도, 바람직하게는 430℃ 부근에서 형성한다. 처음에 비정질 상태로 형성한 후 활성화 열처리시 다결정화하거나 처음부터 다결정 및 활성화 상태로 형성해도 된다. 비정질로 형성할 경우에는 증착 온도를 400℃ 이하까지, 예를 들어 350-400℃의 범위까지로도 낮출 수 있고, 후속 활성화 열처리 온도를 500℃ 이하까지, 예를 들어 400-500℃의 범위까지로 낮출 수 있다.First, when forming Si 1-x Ge x film, SiH 4, Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , such as four days-series gas and GeH 4, using a gas such as GeF 4 as a source gas, a temperature not higher than 500 ℃, For example, at a temperature in the range 400-500 ° C., preferably around 430 ° C. It may be initially formed in an amorphous state and then polycrystalline at the time of activation heat treatment, or may be initially formed in a polycrystalline and activated state. In the case of amorphous formation, the deposition temperature can be lowered up to 400 ° C. or lower, for example, in the range of 350-400 ° C., and the subsequent activation heat treatment temperature to 500 ° C. or lower, for example in the range of 400-500 ° C. Can be lowered.

Si와 Ge의 조성비(즉, x)는 가스 유량비로 조정할 수 있다. 이 조성비는 특히 한정되지는 않지만 적어도 공핍층이 형성되지 않는 일함수값이 되도록 불순물 농도와 함께 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들면 0.05≤x≤0.9가 되게 한다. 더욱 바람직하게는 0.2≤x≤0.6이 되게 조정한다. The composition ratio (ie, x) of Si and Ge can be adjusted by the gas flow rate ratio. Although this composition ratio is not specifically limited, It is preferable to design with impurity concentration so that it may become a work function value in which at least a depletion layer is not formed. For example, 0.05? X? 0.9. More preferably, it is adjusted to be 0.2≤x≤0.6.

n형 불순물인 P 또는 As로 도핑하는 것은 비저항을 확보하기 위해서인데, 도핑 농도는 예를 들면 3×1020/cm3 정도가 되게 한다. 증착 온도가 400℃보다 낮으면 이후 열처리 공정을 거쳐 도핑 불순물을 활성화시킨다. 그러나, 열처리 온도가 종래와 달리 500℃를 넘지 않아도 된다. 이로써, 하부전극(140a), 유전막(150) 및 상부전극(160)을 포함하는 커패시터(190)가 500℃ 이하의 비교적 저온에서 제조된다.Doping with P or As, which is an n-type impurity, is to ensure specific resistance, and the doping concentration is, for example, about 3 × 10 20 / cm 3 . If the deposition temperature is lower than 400 ℃ through a heat treatment process to activate the doping impurities. However, unlike the prior art, the heat treatment temperature does not have to exceed 500 ° C. As a result, the capacitor 190 including the lower electrode 140a, the dielectric layer 150, and the upper electrode 160 is manufactured at a relatively low temperature of 500 ° C. or less.

Si1-xGex의 경우 녹는점(melting point)이 실리콘보다 낮기 때문에 증착, 결정화, 입성장, 불순물 활성화 등의 물리적 현상도 실리콘보다 낮은 온도에서 일어난다. 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 기존의 폴리실리콘 대신에 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex를 상부전극에 적용함으로써 공정 온도를 500℃ 이하로 낮출 수 있어, MIS 커패시터의 누설전류 특성을 크게 개선할 수 있다.Since the melting point of Si 1-x Ge x is lower than that of silicon, physical phenomena such as deposition, crystallization, grain growth, and impurity activation also occur at lower temperatures than silicon. In the present invention, the process temperature can be lowered to 500 ° C or lower by applying n-type doped poly Si 1-x Ge x to the upper electrode instead of the conventional polysilicon, thereby reducing leakage current characteristics of the MIS capacitor. It can be greatly improved.

제 2 실시예Second embodiment

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 8에서 제 1 실시예에서와 동일한 요소에 대해서는 도 1 내지 7에서와 동일한 참조 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다. 제 2 실시예는 본 발명의 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 상부전극이 MIM 커패시터에도 적용될 수 있음을 설명한다.8 is a cross-sectional view for describing a capacitor and a method of manufacturing the same according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same elements as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 to 7, and overlapping descriptions are omitted. The second embodiment explains that the n-type doped poly Si 1-x Ge x top electrode of the present invention can also be applied to a MIM capacitor.

도 8에 도시된 커패시터(290)는 하부전극(240a)이 금속막이고 상부전극(160)이 TiN막(152)과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막(154)으로 이루어진다. 하부전극(240a)은 제1 실시예에서와 같이 몰드산화막 패턴 위에 CVD나 ALD, 또는 MOCVD로 TiN, WN, TaN, Cu 또는 W막을 증착한 후 평탄화시켜 형성할 수 있다. 하부전극(240a)에 사용될 수 있는 금속막으로는 이러한 막 이외에도 Pt, Ir, Ru, Rh, Os, Pd 등의 귀금속과 이러한 귀금속의 산화물, 또는 TiN/W, TiN/TaN, WN/W 등의 형태로 된 금속 다중층 등이 있다.In the capacitor 290 illustrated in FIG. 8, the lower electrode 240a is a metal film, and the upper electrode 160 is formed of a TiN film 152 and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film 154. The lower electrode 240a may be formed by depositing and planarizing a TiN, WN, TaN, Cu, or W film by CVD, ALD, or MOCVD on the mold oxide film pattern as in the first embodiment. As the metal film that can be used for the lower electrode 240a, in addition to these films, precious metals such as Pt, Ir, Ru, Rh, Os, and Pd, oxides of such precious metals, or TiN / W, TiN / TaN, WN / W, etc. Metal multilayers, etc. in the form.

하부전극(240a)으로서 이러한 금속막을 사용하면 유전막(250)으로서 HfO2막, Al2O3막, Al2O3/HfO2 복합막 이외에도, HfO 2/Al2O3막, SrTiO3막 또는 (Ba, Sr)TiO3막을 사용할 수 있게 된다.When the metal film is used as the lower electrode 240a, in addition to the HfO 2 film, Al 2 O 3 film, Al 2 O 3 / HfO 2 composite film, the HfO 2 / Al 2 O 3 film, SrTiO 3 film, or the like as the dielectric film 250, The (Ba, Sr) TiO 3 film can be used.

이와 같이 구성되는 MIM 커패시터(290)의 경우에도, 제 1 실시예에서와 마찬가지로, 기존의 폴리실리콘 대신에 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막(154)을 상부전극에 적용함으로써 공정 온도를 500℃ 이하로 낮출 수 있다.In the case of the MIM capacitor 290 thus configured, as in the first embodiment, the n-type doped poly Si 1-x Ge x film 154 is applied to the upper electrode instead of the conventional polysilicon. The temperature can be lowered below 500 ° C.

제 3 실시예Third embodiment

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 9에서 제 1 및 제 2 실시예에서와 동일한 요소에 대해서는 도 1 내지 8에서와 동일한 참조 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다. 9 is a cross-sectional view for describing a capacitor and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention. In Fig. 9, the same elements as in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals as in Figs. 1 to 8, and overlapping descriptions are omitted.

도 9에서와 같이, 상부전극(360)은 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막의 단일막으로만 이루어진다. 여기서도, n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 x의 범위가 0.05≤x≤0.9이거나, 보다 바람직하게는 0.2≤x≤0.6이다.As shown in FIG. 9, the upper electrode 360 is made of only a single film of an n-type doped poly Si 1-x Ge x film. Here too, the range of x of the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is 0.05 ≦ x ≦ 0.9, or more preferably 0.2 ≦ x ≦ 0.6.

이 때, 커패시터(390)의 하부전극(240a)으로는 금속막을 사용하는 것이 바람직하다. 제 2 실시예에서 설명한 것과 같이, 금속막은 TiN 이외에도 WN, TaN, Cu, Al, W 또는 Pt, Ir, Ru, Rh, Os, Pd 등의 귀금속과 이러한 귀금속의 산화물 등으로 이루어질 수 있다. 또는 TiN/W, TiN/TaN, WN/W 등과 같이 이러한 막의 조합으로 이루어질 수도 있다. In this case, it is preferable to use a metal film as the lower electrode 240a of the capacitor 390. As described in the second embodiment, the metal film may be made of precious metals such as WN, TaN, Cu, Al, W or Pt, Ir, Ru, Rh, Os, Pd, oxides of such precious metals, and the like, in addition to TiN. Or a combination of such films, such as TiN / W, TiN / TaN, WN / W, and the like.

본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예들을 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다. 또한, 다음 실험예들이 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. More detailed information about the present invention will be described through the following specific experimental examples, and details not described herein will be omitted because it can be inferred technically by those skilled in the art. In addition, the following experimental examples are not intended to limit the present invention.

실험예 1Experimental Example 1

본 발명 커패시터의 상부전극으로 사용하기 위하여, 500℃, 275torr에서 매엽식 설비를 이용하여 폴리 Si1-xGex막을 증착하면서 인시튜로 P 도핑을 실시하였다. SiH4와 GeH4를 소오스 가스로 이용하되 GeH4 유량을 달리하면서 4-5분 가량 폴리 Si1-xGex막을 증착하였다. GeH4는 수소나 질소 등에 10%로 희석하여 공급하였다(이하, 10% GeH4로 표시). P 도핑 농도는 3×1020/cm3 정도로 하였고, 결과물인 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막에 대하여 별도의 열처리는 실시하지 않았다.In order to use the upper electrode of the capacitor of the present invention, P doping was performed in situ while depositing a poly Si 1-x Ge x film by using a sheet type facility at 500 ° C. and 275 torr. SiH 4 and GeH 4 were used as source gases, but poly Si 1-x Ge x films were deposited for 4-5 minutes with different GeH 4 flow rates. GeH 4 was supplied by diluting with hydrogen or nitrogen at 10% (hereinafter referred to as 10% GeH 4 ). The P doping concentration was about 3 × 10 20 / cm 3 , and no heat treatment was performed on the resulting n-type doped poly Si 1-x Ge x film.

도 10은 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex의 GeH4 유량 증가에 따른 비저항 특성을 나타낸 그래프이다. 도 10에서 가로축은 10% GeH4 대 SiH4의 비율을 나타내고, 세로축은 비저항을 나타낸다. 도 10에서 볼 수 있는 것과 같이, n-형 도프트 폴리 Si1-xGex의 비저항은 GeH4 유량과 함께 감소한다. 도 10의 비저항치로부터 앞의 500℃, 275torr에서의 증착 조건은 증착과 동시에 활성화된 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex를 초래함을 확인할 수 있었다.10 is a graph showing the resistivity characteristics of the in - situ n-type doped poly Si 1-x Ge x with increasing GeH 4 flow rate. In FIG. 10, the horizontal axis represents the ratio of 10% GeH 4 to SiH 4 , and the vertical axis represents the specific resistance. As can be seen in FIG. 10, the resistivity of the n-type doped poly Si 1-x Ge x decreases with GeH 4 flow rate. From the resistivity of FIG. 10, the deposition conditions at 500 ° C. and 275 torr were confirmed to result in in situ n-type doped poly Si 1-x Ge x activated simultaneously with deposition.

따라서, SiH4와 GeH4를 소오스 가스로 이용한 500℃, 275torr 증착 조건에 의할 경우, 기존 공정과 달리 활성화 후속 열처리는 생략할 수 있다. 실리콘 증착시 비정질에서 다결정질로 전이되는 온도가 압력 감소에 따라 낮아진다는 보고가 있으므로, 매엽식 설비보다 압력이 낮은 미니 배치(약 4Torr)나 퍼니스 타입 LPCVD 설비(약 1 Torr 이하)를 이용할 경우 더 낮은 온도에서 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex의 증착이 가능할 것으로 예상된다.Accordingly, when the SiH 4 and GeH 4 are used at 500 ° C. and 275torr deposition conditions using the source gas, the post-activation subsequent heat treatment may be omitted unlike the existing process. It has been reported that the temperature of the transition from amorphous to polycrystalline during silicon deposition decreases with the decrease in pressure, which is more likely when using mini batches (approximately 4 Torr) or furnace type LPCVD equipment (approximately 1 Torr or less), which have lower pressure than single-sheet equipment. It is expected that deposition of in situ n-type doped poly Si 1-x Ge x at low temperatures will be possible.

실험예 2Experimental Example 2

ALD 방법을 이용하여 폴리실리콘막으로 실린더형 하부전극 모양을 형성한 다음, 그 위에 PH3 도핑을 실시하여 도프트 폴리실리콘이 되게 하였다. 도프트 폴리실리콘 하부전극 표면에 대하여 NH3 가스를 이용한 플라즈마 질화처리를 실시하였는데, 790℃에서 300W의 RF 파워로 20초 정도 실시하여, 16Å 정도의 실리콘 질화막을 형성하였다. 그 위에 유전막으로서 HfO2막을 45Å 정도로 형성하였다. 소스가스로는 TEMAH로 불리는 [Hf(NEtMe)4]와 O3를 사용하였고 300℃에서 Ar 버블링을 이용한 방식의 ALD 방법에 의하였다.The ALD method was used to form a cylindrical lower electrode shape with a polysilicon film, and then a doping polysilicon was formed by performing PH 3 doping thereon. Plasma nitride treatment using NH 3 gas was performed on the surface of the doped polysilicon lower electrode, and the silicon nitride film having a thickness of about 16 kHz was formed by performing about 20 seconds at an RF power of 300 W at 790 ° C. An HfO 2 film was formed thereon at about 45 kHz as a dielectric film. As the source gas, [Hf (NEtMe) 4 ] and O 3 called TEMAH were used, and the ALD method using Ar bubbling at 300 ° C was used.

다음으로 450℃에서 HfO2막 상에 ALD 방법에 의해 TiN막을 형성하였다. TiCl4와 NH3를 소스가스로 사용하였으며, 증착 온도는 500℃를 넘지 않게 하였다. 그 위에 아래에 제시한 조건을 가지고 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 적층하여 TiN막과 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 상부전극을 형성하였다.Next, a TiN film was formed on the HfO 2 film at 450 ° C. by the ALD method. TiCl 4 and NH 3 were used as the source gas, and the deposition temperature did not exceed 500 ° C. On top of that, an in-situ n-type doped poly Si 1-x Ge x film was laminated with the conditions given below to form an upper electrode composed of a TiN film and an in-situ n-type doped poly Si 1-x Ge x film. It was.

470℃, 275torr에서 매엽식 설비를 이용하여 폴리 Si1-xGex막을 증착하면서 인시튜로 3×1020/cm3 정도 농도의 P 도핑을 실시하였다. SiH4와 GeH 4를 소오스 가스로 이용하였고 증착은 씨딩(seeding) 단계와 주 증착 단계로 나누어 실시하였다.P doping at a concentration of about 3 × 10 20 / cm 3 was performed in situ while depositing a poly Si 1-x Ge x film using a sheet type facility at 470 ° C. and 275torr. SiH 4 and GeH 4 were used as the source gas and the deposition was carried out in two stages: seeding and main deposition.

씨딩 단계에서는 GeH4 없이 SiH4 50sccm의 유량으로 50초 정도 공급하였다. 이 때 P 도핑 소스로서의 1% 희석된 PH3(이하, 1% PH3로 표시)를 6sccm 공급하였다. 캐리어 가스인 N2의 유량은 9000sccm 정도로 하였다. 주 증착 단계에서는 SiH4의 유량을 80sccm으로 늘리고 10% GeH4도 240sccm 공급하였다. 1% PH3와 N2 의 유량은 씨딩 단계와 동일하게 유지하였다. 주 증착 단계 시간은 110초 정도였다. 이렇게 하면 x값이 0.2 정도가 된다. PH3와 GeH4를 희석시키는 데에는 수소나 질소를 이용하였다. 결과물인 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막에 대하여 별도의 열처리는 실시하지 않았다.The seeding step without GeH 4 to SiH 4 It was supplied for about 50 seconds at a flow rate of 50 sccm. At this time, 6 sccm of 1% diluted PH 3 (hereinafter designated as 1% PH 3 ) as a P doping source was supplied. The flow rate of N 2 which is a carrier gas was about 9000 sccm. In the main deposition step, the flow rate of SiH 4 was increased to 80 sccm and 10% GeH 4 was also supplied at 240 sccm. The flow rates of 1% PH 3 and N 2 were kept the same as the seeding step. The main deposition step time was around 110 seconds. This gives an x value of about 0.2. Hydrogen or nitrogen was used to dilute PH 3 and GeH 4 . The resulting n-type doped poly Si 1-x Ge x film was not subjected to a separate heat treatment.

도 11은 이렇게 제조한 커패시터의 누설전류를 측정한 그래프이다. 도 1에서의 (b)의 경우보다는 누설전류가 매우 낮고, (a)의 경우와는 거의 유사한 것을 확인할 수 있으며, Tox도 (a)와 유사한 정도인 20.5Å으로 측정되었다. 따라서, 별도의 열처리 없이도 상부전극으로서의 특성을 구비한 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 막이 얻어짐을 확인할 수 있다.11 is a graph measuring leakage current of the capacitor thus manufactured. Leakage current is very low than in the case of (b) in Figure 1, it can be confirmed that almost similar to the case of (a), Tox was also measured as 20.5 Å similar to (a). Accordingly, it can be seen that an n-type doped poly Si 1-x Ge x film having characteristics as an upper electrode can be obtained without additional heat treatment.

이러한 우수한 결과는 470℃, 0.45torr에서 LPCVD 퍼니스를 이용하여 65분 정도 인시튜 P 도핑 폴리 Si1-xGex막을 증착하여도 얻을 수 있었다.This excellent result was also obtained by depositing an in - situ doped poly Si 1-x Ge x film for about 65 minutes using an LPCVD furnace at 470 ° C. and 0.45 torr.

실험예 3Experimental Example 3

실험예 2에서와 유사한 조건으로 커패시터를 제조하였다. 단, HfO2막을 증착하는 조건만 다양하게 하여 다양한 Tox의 결과를 얻었다. 본 발명의 결과와 비교하기 위하여, 도 1의 (b)와 같이 TiN막과 600℃에서 30분 동안 열처리된 n-형 도프트 폴리실리콘막의 이중막을 상부전극으로 사용하는 커패시터를 제조하였다.A capacitor was prepared under similar conditions as in Experimental Example 2. However, various Tox results were obtained by varying only the conditions under which the HfO 2 film was deposited. In order to compare with the results of the present invention, as shown in (b) of FIG. 1, a capacitor using a double film of a TiN film and an n-type doped polysilicon film heat-treated at 600 ° C. for 30 minutes was manufactured.

도 12는 이렇게 제조한 커패시터들에서 1.2V일 때의 누설전류를 Tox에 대하여 도시한 그래프이다. 도 12에서 점선으로 표시된 것은 본 발명에 의한 커패시터에 대한 결과이고, 실선으로 표시된 것은 도 1의 (b)와 같은 종래 커패시터에 대한 결과이다. FIG. 12 is a graph showing the leakage current with respect to Tox at 1.2V in the capacitors thus manufactured. In FIG. 12, the dotted line indicates the result of the capacitor according to the present invention, and the solid line indicates the result of the conventional capacitor as shown in FIG.

도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 동일한 Tox 조건이더라도 본 발명의 경우에 누설전류가 더 작다. 또한, 동일한 누설전류 조건일 경우에는 본 발명의 경우에 Tox가 더 작다. 따라서, 본 발명에 의할 경우에 누설전류와 Tox가 모두 종래보다 작아져 특성이 우수한 커패시터가 제조됨을 확인할 수 있다. As can be seen in Figure 12, even under the same Tox condition, the leakage current is smaller in the case of the present invention. Also, in the case of the same leakage current condition, Tox is smaller in the case of the present invention. Therefore, in the case of the present invention, it can be seen that the leakage current and the Tox are both smaller than the conventional ones, so that a capacitor having excellent characteristics is manufactured.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.As mentioned above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious.

상술한 본 발명에 의하면, TiN막과 같은 금속막과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 적층하여 상부전극을 형성하거나, 금속막으로 이루어진 하부전극과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 상부전극을 형성하여 커패시터를 제조한다. n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 500℃ 이하의 저온에서 활성화된 상태로 증착이 되거나, 500℃ 이하의 온도에서 활성화가 가능하기 때문에 현재 600℃ 이상의 고온에서 진행되어야 하는 커패시터 공정과 비교하여 커패시터의 누설전류 특성 열화를 현저하게 개선할 수 있다.According to the present invention described above, an upper electrode is formed by stacking a metal film such as a TiN film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film, or a lower electrode made of a metal film and an n-type doped poly Si 1. Capacitors are fabricated by forming a top electrode made of -x Ge x film. The n-type doped poly Si 1-x Ge x film can be deposited at a low temperature below 500 ° C, or activated at a temperature below 500 ° C. In comparison, the degradation of the leakage current characteristic of the capacitor can be remarkably improved.

도 1은 종래 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 커패시터에서 n-형 도프트 폴리실리콘막의 활성화 열처리로 인해 누설전류 특성이 열화되는 문제를 보여주는 그래프이다. 1 is a graph showing a problem of leakage current characteristics deteriorated due to activation heat treatment of an n-type doped polysilicon film in a conventional metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitor.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MIS 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 2 to 7 are cross-sectional views illustrating a MIS capacitor and a method of manufacturing the same according to a first embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 8 is a cross-sectional view for describing a metal-insulator-metal (MIM) capacitor and a method of manufacturing the same according to a second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MIM 커패시터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 9 is a cross-sectional view for describing a MIM capacitor and a method of manufacturing the same according to a third embodiment of the present invention.

도 10은 인시튜 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex의 GeH4 유량 증가에 따른 비저항 특성을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing the resistivity characteristics of the in - situ n-type doped poly Si 1-x Ge x with increasing GeH 4 flow rate.

도 11은 본 발명에 따라 제조한 MIS 커패시터에 대해 측정한 셀 누설전류를 나타낸 그래프이다. 11 is a graph showing the cell leakage current measured for the MIS capacitor manufactured according to the present invention.

도 12는 종래 MIS 커패시터와 본 발명에 따라 제조한 MIS 커패시터에 대해 측정한 셀 누설전류를 Tox에 대하여 나타낸 그래프이다. 12 is a graph showing a cell leakage current measured with respect to Tox for the conventional MIS capacitor and the MIS capacitor manufactured according to the present invention.

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

100...반도체 기판 140...도프트 폴리실리콘막100 ... semiconductor substrate 140 ... doped polysilicon film

140a, 240a...하부전극 150, 250...유전막140a, 240a ... lower electrode 150, 250 ... dielectric film

152...TiN막 154...n-형 도프트 폴리 Si1-xGex152 ... TiN film 154 ... n-type doped poly Si 1-x Ge x film

160, 360...상부전극 190...MIS 커패시터160, 360 ... upper electrode 190 ... MIS capacitor

290, 390...MIM 커패시터290, 390 ... MIM Capacitors

Claims (36)

삭제delete 반도체 기판 상에 형성되고 도프트 폴리실리콘막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극;A cylindrical capacitor lower electrode formed on the semiconductor substrate and made of a doped polysilicon film; 상기 하부전극 표면 상에 형성된 유전막; 및A dielectric film formed on the surface of the lower electrode; And 상기 유전막 상에 형성된 상부전극을 포함하고,An upper electrode formed on the dielectric layer, 상기 상부전극은 상기 유전막에 접하는 금속막과 그 위에 적층된 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.And the upper electrode is formed of a metal film in contact with the dielectric film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film stacked thereon. 제 2 항에 있어서, 상기 유전막은 HfO2막, Al2O3막 또는 Al2 O3/HfO2 복합막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.3. The capacitor of claim 2, wherein the dielectric film is an HfO 2 film, an Al 2 O 3 film, or an Al 2 O 3 / HfO 2 composite film. 반도체 기판 상에 형성되고 금속막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극;A cylindrical capacitor lower electrode formed on the semiconductor substrate and formed of a metal film; 상기 하부전극 표면 상에 형성된 유전막; 및A dielectric film formed on the surface of the lower electrode; And 상기 유전막 상에 형성된 상부전극을 포함하고,An upper electrode formed on the dielectric layer, 상기 상부전극은 상기 유전막에 접하는 금속막과 그 위에 적층된 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.And the upper electrode is formed of a metal film in contact with the dielectric film and an n-type doped poly Si 1-x Ge x film stacked thereon. 제 4 항에 있어서, 상기 유전막은 HfO2막, Al2O3막, Al2O 3/HfO2 복합막, HfO2/Al2O3막, SrTiO3막 및 (Ba, Sr)TiO3막으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.5. The dielectric film of claim 4, wherein the dielectric film comprises an HfO 2 film, an Al 2 O 3 film, an Al 2 O 3 / HfO 2 composite film, an HfO 2 / Al 2 O 3 film, an SrTiO 3 film, and a (Ba, Sr) TiO 3 film. Capacitor of a semiconductor device, characterized in that any one selected from the group. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 P 또는 As로 도핑된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.5. The capacitor of claim 2 or 4, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is doped with P or As. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 0.05≤x≤0.9인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터. The capacitor of claim 2 or 4, wherein 0.05≤x≤0.9. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 0.2≤x≤0.6인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터. The semiconductor device capacitor according to claim 2 or 4, wherein 0.2≤x≤0.6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터. 5. The capacitor of claim 2 or 4, wherein the metal film in the upper electrode is TiN. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, 귀금속, 귀금속 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터. The semiconductor according to claim 2 or 4, wherein the metal film of the upper electrode is any one selected from the group consisting of TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, precious metals, precious metal oxides, and combinations thereof. Capacitors in the device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 반도체 기판 상에 도프트 폴리실리콘막 또는 금속막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극을 형성하는 단계;Forming a cylindrical capacitor lower electrode formed of a doped polysilicon film or a metal film on the semiconductor substrate; 상기 하부전극 표면 상에 유전막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film on the lower electrode surface; And 상기 유전막 상에 금속막과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 순차 적층하여 금속막과 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막으로 이루어진 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.The metal film and the n- type doping agent poly Si 1-x Ge x sequentially laminated film on the dielectric layer and forming a top electrode made of a metal film and an n- type doped poly-bit 1-x Ge x film Si Capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that. 제 17 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 폴리 Si1-xGe x막을 P 또는 As로 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by doping a poly Si 1-x Ge x film with P or As. 제 17 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 폴리 Si1-xGe x막을 증착하면서 인시튜(in-situ)로 P 또는 As를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by doping P or As in-situ while depositing a poly Si 1-x Ge x film. Method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device. 제 17 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 증착과 동시에 활성화되게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed to be activated simultaneously with deposition. 제 20 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 증착할 때의 온도는 350-500℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.21. The method of claim 20, wherein the temperature when depositing the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is 350-500 ° C. 제 17 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 증착 이후에 활성화 열처리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by activation heat treatment after deposition. 제 22 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 활성화 열처리할 때의 온도는 400-500℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.23. The method of claim 22, wherein the temperature during activation heat treatment of the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is 400-500 ° C. 제 17 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법. 18. The method of claim 17, wherein the metal film of the upper electrode is formed of TiN. 제 17 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, 귀금속, 귀금속 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법. 18. The capacitor of claim 17, wherein the metal layer of the upper electrode is formed of any one selected from the group consisting of TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, precious metals, precious metal oxides, and combinations thereof. Manufacturing method. 제 17 항에 있어서, 상기 도프트 폴리 Si1-xGex막은 퍼니스 타입 설비, 매엽식 설비, 또는 25매의 웨이퍼가 들어가는 미니 배치(mini batch) 설비를 이용한 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the doped poly Si 1-x Ge x film is a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method using a furnace type facility, a sheetfed facility, or a mini batch facility containing 25 wafers. A capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed by. 반도체 기판 상에 금속막으로 이루어진 실린더형 커패시터 하부전극을 형성하는 단계;Forming a cylindrical capacitor lower electrode formed of a metal film on the semiconductor substrate; 상기 하부전극 표면 상에 유전막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film on the lower electrode surface; And 상기 유전막 상에 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex 상부전극을 350-500℃에서 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.And forming an n-type doped poly Si 1-x Ge x upper electrode at 350-500 ° C. on the dielectric layer. 제 27 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 폴리 Si1-xGe x막을 P 또는 As로 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.28. The method of claim 27, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by doping a poly Si 1-x Ge x film with P or As. 제 27 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 폴리 Si1-xGe x막을 증착하면서 인시튜로 P 또는 As를 도핑하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.28. The capacitor fabrication of claim 27, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by doping P or As in-situ while depositing a poly Si 1-x Ge x film. Way. 제 27 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 증착과 동시에 활성화되게 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.28. The method of claim 27, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed to be activated simultaneously with deposition. 삭제delete 제 27 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막은 증착 이후에 활성화 열처리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.28. The method of claim 27, wherein the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is formed by activation heat treatment after deposition. 제 32 항에 있어서, 상기 n-형 도프트 폴리 Si1-xGex막을 활성화 열처리할 때의 온도는 400-500℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.33. The method of claim 32, wherein the activation heat treatment of the n-type doped poly Si 1-x Ge x film is performed at 400-500 ° C. 제 27 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법. 28. The method of claim 27, wherein the metal film of the upper electrode is formed of TiN. 제 27 항에 있어서, 상기 상부전극 중의 상기 금속막은 TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, 귀금속, 귀금속 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법. 28. The capacitor of claim 27, wherein the metal film of the upper electrode is formed of any one selected from the group consisting of TiN, WN, TaN, Cu, W, Al, precious metals, precious metal oxides, and combinations thereof. Manufacturing method. 제 27 항에 있어서, 상기 도프트 폴리 Si1-xGex막은 퍼니스 타입 설비, 매엽식 설비, 또는 25매의 웨이퍼가 들어가는 미니 배치(mini batch) 설비를 이용한 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조방법.28. The method of claim 27, wherein the doped poly Si 1-x Ge x film is a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method using a furnace type facility, a sheetfed facility, or a mini batch facility containing 25 wafers. A capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed by.
KR10-2003-0023331A 2003-04-14 2003-04-14 Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same KR100510526B1 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0023331A KR100510526B1 (en) 2003-04-14 2003-04-14 Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same
TW093109790A TWI233689B (en) 2003-04-14 2004-04-08 Capacitors of semiconductor devices including silicon-germanium and metallic electrodes and methods of fabricating the same
JP2004116181A JP2004320022A (en) 2003-04-14 2004-04-09 Semiconductor device capacitor and method for manufacturing the same
US10/823,352 US7153750B2 (en) 2003-04-14 2004-04-13 Methods of forming capacitors of semiconductor devices including silicon-germanium and metallic electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2003-0023331A KR100510526B1 (en) 2003-04-14 2003-04-14 Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040088895A KR20040088895A (en) 2004-10-20
KR100510526B1 true KR100510526B1 (en) 2005-08-26

Family

ID=37370551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2003-0023331A KR100510526B1 (en) 2003-04-14 2003-04-14 Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100510526B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101288574B1 (en) * 2009-12-02 2013-07-22 제일모직주식회사 Filler for filling a gap and method for manufacturing semiconductor capacitor using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040088895A (en) 2004-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7326984B2 (en) MIS capacitor and method of formation
KR100640631B1 (en) Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same
KR100327687B1 (en) Semiconductor device and its manufacturing method
US6656789B2 (en) Capacitor for highly-integrated semiconductor memory devices and a method for manufacturing the same
US7759192B2 (en) Semiconductor device including capacitor and method of fabricating same
US7750385B2 (en) Semiconductor interconnection structures and capacitors including poly-SiGe layers and metal contact plugs
US6326258B1 (en) Method of manufacturing semiconductor device having thin film capacitor
US7153750B2 (en) Methods of forming capacitors of semiconductor devices including silicon-germanium and metallic electrodes
KR20000045865A (en) Method for forming lower electrode of capacitor having plug
JPH1154703A (en) Manufacture of high dielectric capacitor
KR100510526B1 (en) Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same
KR100388456B1 (en) Method for fabricating capacitor in semiconductor memory device
KR100532428B1 (en) Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same
US6306666B1 (en) Method for fabricating ferroelectric memory device
KR100293721B1 (en) Capacitor manufacturing method having a tantalum oxide film as a dielectric film
KR100924699B1 (en) Semiconductor interconnection structure, Semiconductor device including capacitor and Method of fabricating the same
KR100925028B1 (en) A dielectric layer, forming method thereof and a capacitor of semiconductor device and forming method thereof using the same
KR100865545B1 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
KR20030092598A (en) Method for fabricating capacitor
KR20010008412A (en) Method for manufacturing capacitor of semiconductor device
KR20000045862A (en) Method for manufacturing high dielectric constant capacitor having plug poly
KR20030054173A (en) a method for manufacturing capacitor of semiconductor device
KR20070106287A (en) Method for manufacturing capacitor in semiconductor device

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: 20120801

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130731

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140731

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160801

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180731

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190731

Year of fee payment: 15