KR100624904B1 - Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 BST를 유전체로 사용하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것으로, 금속 유기 화학기상증착법으로 BST 유전체를 1차 증착한 후, NH3 분위기에서 400 내지 800℃의 온도로 열처리하고, 1차 증착된 BST층상에 금속 유기 화학기상증착법으로 BST 유전체를 2차 증착한 후, NH3 분위기에서 400 내지 800℃의 온도로 열처리하여 BST 유전체층을 형성하는 캐패시터 제조 방법에 관하여 기술된다. 본 발명의 NH3 후속 열처리는 기존의 300 내지 400℃의 온도에서 O2나 N2O 플라즈마 처리나 UV-O3 처리를 실시하는 것과는 달리 N과 H로 구성된 환원성 분위기에서 진행하므로 확산 방지막으로 N2 확산이 이루어져 확산 방지막의 내산화성을 증가시킬 뿐만 아니라, 기존 보다 높은 온도에서 2차에 걸쳐 증착 및 NH3 후속 열처리가 이루어지기 때문에 BST 유전체층 내의 불순물 제거 효과 및 결정성을 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device using BST as a dielectric. The BST dielectric is first deposited by a metal organic chemical vapor deposition method, and then heat-treated at a temperature of 400 to 800 ° C. in an NH 3 atmosphere. A method for producing a capacitor is described, in which a BST dielectric is secondarily deposited on a deposited BST layer by a metal organic chemical vapor deposition method, followed by heat treatment at a temperature of 400 to 800 ° C. in an NH 3 atmosphere to form a BST dielectric layer. Subsequent heat treatment of NH 3 of the present invention proceeds in a reducing atmosphere composed of N and H, unlike the conventional O 2 or N 2 O plasma treatment or UV-O 3 treatment at a temperature of 300 to 400 ° C. 2 diffusion to increase the oxidation resistance of the diffusion barrier, as well as secondary deposition and NH 3 subsequent heat treatment at a higher temperature than the conventional one can improve the impurities removal effect and crystallinity in the BST dielectric layer.

고유전체 캐패시터, BST 유전체층, NH3 후속 열처리High dielectric capacitor, BST dielectric layer, NH3 subsequent heat treatment

Description

반도체 소자의 캐패시터 제조 방법 {Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device} Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device             

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of a device for explaining a capacitor manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉<Description of Signs of Main Parts of Drawings>

10: 접합부 11: 반도체 기판10: junction 11: semiconductor substrate

12: 층간 절연막 13: 콘택 플러그12: interlayer insulating film 13: contact plug

14: 접촉막 15: 확산 방지막14: contact film 15: diffusion barrier film

16: 희생 산화막 17: 하부 전극16: sacrificial oxide film 17: lower electrode

18: BST 유전체층 18a: 제 1 BST층18: BST dielectric layer 18a: first BST layer

18b: 제 2 BST층 19: 상부 전극18b: second BST layer 19: upper electrode

본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것으로, 특히 BST를 유전체로 사용하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 공정중 BST 유전체층을 증착한 후에 실시하는 후속 열처리 공정시 O2 확산에 의한 확산 방지막의 산화를 방지하면서 안정된 BST 유전체층을 형성할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and in particular, to prevent oxidation of a diffusion barrier due to O 2 diffusion in a subsequent heat treatment process performed after depositing a BST dielectric layer during a capacitor manufacturing process of a semiconductor device using BST as a dielectric. The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of forming a stable BST dielectric layer.

일반적으로, 반도체 소자가 고집적화 및 소형화되어감에 따라 캐패시터가 차지하는 면적 또한 줄어들고 있는 추세이다. 캐패시터의 면적이 줄어들고 있음에도 불구하고 소자의 동작에 필요한 캐패시터의 정전 용량은 확보되어야 한다. 정전 용량을 확보하기 위해 하부 전극을 3차원 구조로 형성하여 유효 표면적을 증대시키고 있으나, 이 방법 역시 한계에 도달하여 256M DRAM급 이상의 고집적 반도체 소자에는 적용할 수 없는 실정이다. 정전 용량을 확보하기 위한 다른 방법은 높은 유전율을 갖는 유전체를 사용하여 캐패시터를 제조하는 것이다.In general, as semiconductor devices are highly integrated and miniaturized, the area occupied by capacitors is also decreasing. Although the area of the capacitor is decreasing, the capacitance of the capacitor required for the operation of the device must be secured. In order to secure the capacitance, the lower electrode is formed in a three-dimensional structure to increase the effective surface area, but this method also reaches a limit and cannot be applied to a highly integrated semiconductor device of 256M DRAM or more. Another way to ensure capacitance is to manufacture a capacitor using a dielectric having a high dielectric constant.

최근, 높은 유전율을 갖는 BST를 사용하여 BST 캐패시터를 제조하는 방법이 연구되고 있다. BST 캐패시터는 폴리실리콘 콘택 플러그 및 TiN, TiSiN, TiAlN과 같은 물질로 확산 방지막을 형성하고, Pt, Ru, Ir 등과 같은 노블 메탈(noble metal)을 사용하여 하부 전극을 형성하고, 노블 메탈 하부 전극 상에 BST를 증착 및 열처리하여 BST 유전체층을 형성하고, 노블 메탈을 사용하여 상부 전극을 형성하여 제조된다.Recently, a method of manufacturing a BST capacitor using BST having a high dielectric constant has been studied. The BST capacitor forms a diffusion barrier layer using a polysilicon contact plug and a material such as TiN, TiSiN, TiAlN, and forms a lower electrode using a noble metal such as Pt, Ru, Ir, and the like. BST is deposited and heat treated to form a BST dielectric layer, and a top electrode is formed using a noble metal.

이와 같은 기존의 캐패시터 제조 방법에 있어서, BST 유전체층은 400 내지 450℃의 온도 조건에서 BST 전구체(precursor)를 이용한 금속 유기 화학기상증착(MOCVD)법으로 BST를 증착한 후, 유전율을 극대화하기 위하여 열처리 공정을 실시하여 형성한다. 열처리 공정은 300 내지 400℃의 온도에서 O2나 N2O 플라즈마 처리하거나 UV-O3 처리하여 탄소 등의 불순물을 제거한 후, 600 내지 750℃의 온도에서 N2 분위기로 열처리를 실시한다. 그런데, 하부 전극으로 사용되는 노블 메탈은 O2의 확산을 방지하는 능력이 낮기 때문에 BST를 증착한 후에 실시하는 O2나 N2O 플라즈마 처리나 UV-O3 처리 동안에 O2가 노블 메탈 하부 전극을 통해 확산 방지막으로 확산되어 확산 방지막의 산화를 촉진시키고, 이로 인하여 캐패시터의 전기적 특성을 저하시키는 문제가 있다. O2의 확산을 줄이기 위해서는 후처리 온도를 더욱 낮게 하거나 플라즈마 여기 전력을 낮추어야 하는데, 이 경우 BST 유전체층 내의 탄소와 같은 불순물이 완전히 제거되지 않을 뿐만 아니라 BST 유전체층의 충분한 결정화가 이루어지지 않아 BST 유전체층의 안정화를 이룰 수 없고, 결국 캐패시터의 정전 용량의 저하를 초래하는 문제가 발생된다.In such a conventional capacitor manufacturing method, the BST dielectric layer is deposited by BST deposition using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) using a BST precursor at a temperature of 400 to 450 ° C., and then heat treated to maximize the dielectric constant. It forms by performing a process. The heat treatment process is O 2 or N 2 O plasma treatment or UV-O 3 treatment at a temperature of 300 to 400 ℃ to remove impurities such as carbon, and then heat treatment in an N 2 atmosphere at a temperature of 600 to 750 ℃. However, the noble metal is used as the lower electrode is a O 2 or N 2 O plasma treatment or UV-O 3 O 2 the noble metal bottom electrode during the processes to be performed after depositing a BST is low, the ability to prevent the diffusion of O 2 Through the diffusion to the diffusion barrier to promote the oxidation of the diffusion barrier, there is a problem to lower the electrical characteristics of the capacitor. To reduce the diffusion of O 2, the post-treatment temperature must be lowered or the plasma excitation power lowered. In this case, impurities such as carbon in the BST dielectric layer are not completely removed, and the BST dielectric layer is not sufficiently crystallized, thereby stabilizing the BST dielectric layer. Cannot be achieved, resulting in a problem of lowering the capacitance of the capacitor.

따라서, 본 발명은 BST 유전체층 증착 후에 실시하는 후속 열처리 공정시 O2 확산에 의한 확산 방지막의 산화를 방지하면서 안정된 BST 유전체층을 형성할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of forming a stable BST dielectric layer while preventing oxidation of a diffusion barrier film by O 2 diffusion in a subsequent heat treatment process performed after deposition of a BST dielectric layer.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법은 콘택 플러그, 접촉막 및 확산 방지막이 형성된 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극 상에 BST를 증착한 후, NH3 분위기에서 열처리를 실시하여 BST 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 BST 유전체층 상에 상부 전극을 형성한 후, O2 분위기에서 열처리를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, the method including: forming a lower electrode on a substrate on which a contact plug, a contact layer, and a diffusion barrier layer are formed; Depositing BST on the lower electrode and then performing heat treatment in an NH 3 atmosphere to form a BST dielectric layer; And forming an upper electrode on the BST dielectric layer, and then performing heat treatment in an O 2 atmosphere.

또한, 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법은 층간 절연막에 콘택 홀이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계; 상기 콘택 홀 내에 콘택 리세스를 갖는 콘택 플러그를 형성하는 단계; 상기 콘택 플러그의 콘택 리세스 내에 접촉막 및 확산 방지막을 형성한 후, 전체 구조상에 희생 산화막을 형성하는 단계; 상기 희생 산화막의 일부분을 식각하여 상기 확산 방지막이 노출되는 홀 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생 산화막의 홀 패턴 부분에 상기 확산 방지막과 연결되는 실린더 구조의 하부 전극을 형성한 후, 상기 희생 산화막을 제거하는 단계; 상기 하부 전극을 포함한 전체 구조상에 BST를 1차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 1 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 1 BST층이 형성되는 단계; 상기 제 1 BST층상에 BST를 2차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 2 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 2 BST층이 형성되는 단계; 및 상기 제 1 및 제 2 BST층으로 된 BST 유전체층상에 상부 전 극을 형성한 후, O2 분위기에서 제 3 열처리를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In addition, a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes the steps of providing a semiconductor substrate having a contact hole formed in the interlayer insulating film; Forming a contact plug having a contact recess in the contact hole; Forming a sacrificial oxide film over the entire structure after forming the contact film and the diffusion barrier film in the contact recess of the contact plug; Etching a portion of the sacrificial oxide layer to form a hole pattern exposing the diffusion barrier layer; Removing the sacrificial oxide film after forming a lower electrode having a cylinder structure connected to the diffusion barrier film in a hole pattern portion of the sacrificial oxide film; Depositing BST primarily on the entire structure including the lower electrode, and then performing a first heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a first BST layer; Depositing BST secondly on the first BST layer, and then performing a second heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a second BST layer; And forming an upper electrode on the BST dielectric layer formed of the first and second BST layers, and then performing a third heat treatment in an O 2 atmosphere.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views of devices for explaining a capacitor manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention.

도 1a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(11) 상에 층간 절연막(12)을 형성하고, 층간 절연막(12)의 일부분을 식각하여 접합부(10)가 노출되는 콘택 홀을 형성한 후, 콘택 리세스(recess)를 갖는 콘택 플러그(13)를 콘택 홀 내에 형성한다. 콘택 플러그(13)의 콘택 리세스 내에 접촉막(14) 및 확산 방지막(15)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an interlayer insulating layer 12 is formed on a semiconductor substrate 11 on which various elements for forming a semiconductor element are formed, and a portion of the interlayer insulating layer 12 is etched to expose the junction 10. After the hole is formed, a contact plug 13 having a contact recess is formed in the contact hole. The contact film 14 and the diffusion barrier film 15 are formed in the contact recess of the contact plug 13.

상기에서, 콘택 플러그(13)는 화학기상증착법으로 콘택 홀이 완전히 매립되도록 폴리실리콘을 증착한 후, 전면 식각 공정이나 화학적 기계적 연마 공정을 과도하게 실시하여 콘택 홀의 입구로부터 내부 쪽으로 폴리실리콘이 500 내지 2000Å 더 식각되도록 하여 리세스를 갖도록 형성한다.In the above, the contact plug 13 deposits polysilicon so that the contact hole is completely filled by chemical vapor deposition, and then excessively performs a front etching process or a chemical mechanical polishing process so that the polysilicon is 500 to inward from the inlet of the contact hole. 2000 되도록 is further etched to form a recess.

접촉막(14)은 리세스를 갖는 콘택 플러그(13)를 포함한 층간 절연막(12) 상에 Ti를 스퍼터법이나 화학기상증착법으로 100 내지 1000Å의 두께로 증착한 후, 550 내지 950℃ 의 온도에서 30 내지 120초간 급속 열 질화(RTN : Rapid Thermal Nitridation)처리하여 콘택 플러그(13)의 표면에 티타늄실리사이드를 형성하고, 미반응된 TiN을 제거하여 형성된다. 접촉막(14)은 Ti 대신에 Ta를 사용하여 탄탈륨실리사이드로 형성할 수 있다.The contact film 14 is deposited on the interlayer insulating film 12 including the contact plug 13 having a recess with a thickness of 100 to 1000 Pa by sputtering or chemical vapor deposition, and then at a temperature of 550 to 950 ° C. Rapid thermal nitriding (RTN) is performed for 30 to 120 seconds to form titanium silicide on the surface of the contact plug 13 and to remove unreacted TiN. The contact film 14 may be formed of tantalum silicide using Ta instead of Ti.

확산 방지막(15)은 TiAlN, TaN, TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, TaAlN 등을 스퍼터링이나 화학기상증착법으로 증착한 후, 전면 식각 공정이나 화학적 기계적 연마 공정으로 접촉막(14) 상에 형성한다.The diffusion barrier 15 is formed on the contact layer 14 by depositing TiAlN, TaN, TiN, TaN, TiSiN, TaSiN, TaAlN, or the like by sputtering or chemical vapor deposition.

도 1b를 참조하면, 확산 방지막(15)을 포함한 층간 절연막(12) 상에 희생 산화막(16)을 증착한 후, 하부 전극이 형성될 부분의 희생 산화막(16)을 식각하여 확산 방지막(15)이 노출되는 홀 패턴을 형성하고, 홀 패턴 부분에 확산 방지막(15)과 연결되는 실린더 구조의 하부 전극(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, after the sacrificial oxide layer 16 is deposited on the interlayer insulating layer 12 including the diffusion barrier layer 15, the sacrificial oxide layer 16 of the portion where the lower electrode is to be formed is etched to form the diffusion barrier layer 15. The exposed hole pattern is formed, and the lower electrode 17 of the cylinder structure connected to the diffusion barrier film 15 is formed in the hole pattern portion.

상기에서, 하부 전극(17)은 Pt, Ir, Ru, RuO2, IrO2등을 화학기상증착법으로 증착한 후, 전면 식각 공정이나 화학적 기계적 연마 공정을 통해 형성하며, 하부 전극(17)의 높이는 희생 산화막(16)의 증착 두께에 의해 결정된다. 희생 산화막(16)은 식각이 용이한 도프트 산화물(doped oxide)인 PSG를 사용한다.In the above, the lower electrode 17 is formed by depositing Pt, Ir, Ru, RuO 2 , IrO 2, etc. by chemical vapor deposition, and then formed by a front etching process or a chemical mechanical polishing process, and the height of the lower electrode 17 is It is determined by the deposition thickness of the sacrificial oxide film 16. The sacrificial oxide layer 16 uses PSG, which is a doped oxide that can be easily etched.

도 1c를 참조하면, 희생 산화막(16)을 제거한다. 제 1 BST층(18a)은 실린더 구조의 하부 전극(17)을 포함한 전체 구조상에 BST를 증착한 후, 후속 열처리를 실시하여 형성한다.Referring to FIG. 1C, the sacrificial oxide film 16 is removed. The first BST layer 18a is formed by depositing BST on the entire structure including the lower electrode 17 of the cylinder structure, followed by subsequent heat treatment.

상기에서, 제 1 BST층(18a)은 전구체(precursor)로 Ba(TMHD)2-폴리아민 (polyamine), Sr(TMHD)2-폴리아민 및 Ti(O-iPr)2(TMHD)2 를 사용하거나, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2 및 Ti(MPD)(THD)2를 사용하여 금속 유기 화학기상증착법으로 30 내지 100Å 두께로 증착한다. 후속 열처리는 400 내지 800℃의 온도 및 NH3 가스 분위기에서 10 내지 100 분 동안 열처리하거나, 400 내지 800℃의 온도 및 NH3 가스 분위기에서 1 내지 10 분 동안 급속 열처리하거나, 400 내지 800℃의 온도에서 NH3 플라즈마 처리하여 제 1 BST층(18a)을 결정화시키고 탄소 등의 불순물을 제거한다.In the above, the first BST layer 18a uses Ba (TMHD) 2 -polyamine, Sr (TMHD) 2 -polyamine and Ti (O-iPr) 2 (TMHD) 2 as a precursor, or It is deposited to a thickness of 30 to 100 kHz by metal organic chemical vapor deposition using Ba (METHD) 2 , Sr (METHD) 2 and Ti (MPD) (THD) 2 . Subsequent heat treatment is from 400 to temperature and NH of 800 ℃ 3 gas atmosphere at 10 to 100 minutes thermal treatment, or at a temperature and NH 3 gas atmosphere at 400 to 800 ℃ 1 to 10 minutes rapid heat treatment, or a temperature ranging from 400 to 800 ℃ for a while NH 3 plasma treatment to crystallize the first BST layer 18a and remove impurities such as carbon.

도 1d를 참조하면, 제 2 BST층(18b)은 제 1 BST층(18a)상에 BST를 증착한 후, 후속 열처리를 실시하고, 이로 인하여 본 발명의 BST 유전체층(18)이 형성된다.Referring to FIG. 1D, the second BST layer 18b deposits BST on the first BST layer 18a and then undergoes subsequent heat treatment, thereby forming the BST dielectric layer 18 of the present invention.

상기에서, 제 2 BST층(18a)은 전구체로 Ba(TMHD)2-폴리아민, Sr(TMHD)2-폴리아민 및 Ti(O-iPr)2(TMHD)2 를 사용하거나, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2 및 Ti(MPD)(THD)2를 사용하여 금속 유기 화학기상증착법으로 제 1 BST층(18a)의 두께와 합한 최종 두께가 100 내지 500Å 두께가 되도록 증착한다. 후속 열처리는 400 내지 800℃의 온도 및 NH3 가스 분위기에서 10 내지 100 분 동안 열처리하거나, 400 내지 800℃의 온도 및 NH3 가스 분위기에서 1 내지 10 분 동안 급속 열처리하거나, 400 내지 800℃의 온도에서 NH3 플라즈마 처리하여 제 2 BST층(18b)을 결정화시키고 탄소 등의 불순물을 제거한다.In the above, the second BST layer 18a uses Ba (TMHD) 2 -polyamine, Sr (TMHD) 2 -polyamine and Ti (O-iPr) 2 (TMHD) 2 as a precursor, or Ba (METHD) 2 , The final thickness combined with the thickness of the first BST layer 18a by metal organic chemical vapor deposition using Sr (METHD) 2 and Ti (MPD) (THD) 2 is deposited to a thickness of 100 to 500 mm 3. Subsequent heat treatment is from 400 to temperature and NH of 800 ℃ 3 gas atmosphere at 10 to 100 minutes thermal treatment, or at a temperature and NH 3 gas atmosphere at 400 to 800 ℃ 1 to 10 minutes rapid heat treatment, or a temperature ranging from 400 to 800 ℃ for a while NH 3 plasma treatment to crystallize the second BST layer 18b to remove impurities such as carbon.

도 1e를 참조하면, BST 유전체층(18)상에 Pt, Ir, Ru, RuO2, IrO2등을 사용하 여 상부 전극(19)을 형성하고, BST 유전체층(18)의 산소 결핍을 해소하기 위하여 350 내지 450℃의 온도 및 O2 가스 분위기의 전기로에서 10 내지 60분 동안 열공정을 실시하여 본 발명의 캐패시터가 완성된다.Referring to FIG. 1E, the upper electrode 19 is formed on the BST dielectric layer 18 using Pt, Ir, Ru, RuO 2 , IrO 2, etc., and the oxygen depletion of the BST dielectric layer 18 is eliminated. The capacitor of the present invention is completed by performing a thermal process for 10 to 60 minutes in an electric furnace at a temperature of 350 to 450 ° C. and an O 2 gas atmosphere.

상기한 본 발명의 실시 예는 금속 유기 화학기상증착법으로 하부 전극 상에 제 1 BST층 증착 후에 NH3 분위기에서 고온 열처리 또는 플라즈마 처리를 하고, 제 1 BST층상에 제 2 BST층을 증착한 후에 다시 NH3 분위기에서 고온 열처리 또는 플라즈마 처리를 하여 제 1 및 제 2 BST층으로 된 BST 유전체층을 형성하고, BST 유전체층상에 상부 전극을 형성한 후에 BST 유전체층의 산소 결핍을 해소하기 위하여 저온의 산화성 분위기에서 열처리하여 BST 캐패시터를 제조하는 것이다.The embodiment of the present invention is a metal organic chemical vapor deposition method after the deposition of the first BST layer on the lower electrode by high temperature heat treatment or plasma treatment in the NH 3 atmosphere, and after the second BST layer is deposited on the first BST layer again A high temperature heat treatment or plasma treatment is carried out in an NH 3 atmosphere to form a BST dielectric layer composed of the first and second BST layers, and an upper electrode is formed on the BST dielectric layer to remove oxygen deficiency of the BST dielectric layer in a low temperature oxidizing atmosphere. Heat treatment is to produce a BST capacitor.

이와 같이 본 발명은 NH3 후속 열처리를 기존의 300 내지 400℃의 온도에서 O2나 N2O 플라즈마 처리나 UV-O3 처리를 실시하는 것과는 달리 N과 H로 구성된 환원성 분위기에서 진행하므로 질화계 확산 방지막에 포함된 산소 함량을 감소시킴과 동시에 질화 시킬 수 있어 확산 방지막의 내산화성을 증가시킬 뿐만 아니라, 기존 보다 높은 400 내지 800℃의 온도에서 2차에 걸쳐 BST 증착 및 NH3 후속 열처리가 이루어지기 때문에 BST 유전체층 내의 불순물 제거 효과 및 결정성을 향상시킬 수 있다. 또한, 2차에 걸친 NH3 처리에 의해 BST 유전체층의 산소 결핍을 확산 방지막이 다시 산화되지 않는 450℃ 이하의 저온의 산화성 분위기에서 열처리하여 해결할 수 있다.As described above, the present invention proceeds in a reducing atmosphere composed of N and H, unlike NH 3 subsequent heat treatment at a temperature of 300 to 400 ° C., instead of performing O 2 or N 2 O plasma treatment or UV-O 3 treatment. The oxygen content of the diffusion barrier can be reduced and nitrided at the same time to increase the oxidation resistance of the diffusion barrier, as well as the BST deposition and NH 3 subsequent heat treatment at a temperature of 400 to 800 ° C higher than before. As a result, the effect of removing impurities and crystallinity in the BST dielectric layer can be improved. In addition, the oxygen deficiency of the BST dielectric layer can be solved by heat treatment in a low temperature oxidizing atmosphere of 450 ° C. or lower at which the diffusion barrier film is not oxidized again by the second NH 3 treatment.

한편, 상기한 본 발명의 실시 예에서는 2단계 증착 및 NH3 후속 열처리를 통해 BST 유전체층을 형성하는 것을 설명하였지만, 1단계 또는 2단계 이상의 증착 및 NH3 후속 열처리를 통해 BST 유전체층을 형성할 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, the formation of the BST dielectric layer through the two-step deposition and the NH 3 subsequent heat treatment has been described, but the BST dielectric layer may be formed through the one-step or two-step deposition and the NH 3 subsequent heat treatment. .

상술한 바와 같이, 본 발명은 BST 유전체층을 증착한 후에 실시하는 후속 열처리 공정시 확산 방지막의 산화 없이 BST 유전체층 내의 탄소 등의 불순물을 제거함과 동시에 결정화시킬 수 있으므로 높은 정전 용량과 낮은 누설 전류 특성을 갖는 BST 캐패시터를 제작할 수 있어 소자의 수율 및 신뢰성 향상은 물론 반도체 소자의 고집적화 실현에 기여할 수 있다.As described above, the present invention has high capacitance and low leakage current characteristics because it can crystallize simultaneously with removing impurities such as carbon in the BST dielectric layer without oxidation of the diffusion barrier during the subsequent heat treatment process after the BST dielectric layer is deposited. BST capacitors can be manufactured, which contributes to improved device yield and reliability, as well as high integration of semiconductor devices.

Claims (10)

콘택 플러그, 접촉막 및 확산 방지막이 형성된 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode on the substrate on which the contact plug, the contact film, and the diffusion barrier film are formed; 상기 하부 전극 상에 BST를 1차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 1 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 1 BST층이 형성되는 단계;First depositing BST on the lower electrode, and then performing a first heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a first BST layer; 상기 제 1 BST층상에 BST를 2차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 2 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 2 BST층이 형성되는 단계; 및Depositing BST secondly on the first BST layer, and then performing a second heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a second BST layer; And 상기 제 1 및 제 2 BST층으로 된 BST 유전체층상에 상부 전극을 형성한 후, O2 분위기에서 열처리를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.And forming an upper electrode on the BST dielectric layer formed of the first and second BST layers, and then performing heat treatment in an O 2 atmosphere. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 NH3 분위기 열처리는 400 내지 800℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The NH 3 atmosphere heat treatment is carried out at a temperature of 400 to 800 ℃ Capacitor manufacturing method of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 O2 분위기 열처리는 350 내지 450℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The O 2 atmosphere heat treatment is carried out at a temperature of 350 to 450 ℃ capacitor manufacturing method of a semiconductor device. 층간 절연막에 콘택 홀이 형성된 반도체 기판이 제공되는 단계;Providing a semiconductor substrate having contact holes formed in the interlayer insulating film; 상기 콘택 홀 내에 콘택 리세스를 갖는 콘택 플러그를 형성하는 단계;Forming a contact plug having a contact recess in the contact hole; 상기 콘택 플러그의 콘택 리세스 내에 접촉막 및 확산 방지막을 형성한 후, 전체 구조상에 희생 산화막을 형성하는 단계;Forming a sacrificial oxide film over the entire structure after forming the contact film and the diffusion barrier film in the contact recess of the contact plug; 상기 희생 산화막의 일부분을 식각하여 상기 확산 방지막이 노출되는 홀 패턴을 형성하는 단계;Etching a portion of the sacrificial oxide layer to form a hole pattern exposing the diffusion barrier layer; 상기 희생 산화막의 홀 패턴 부분에 상기 확산 방지막과 연결되는 실린더 구조의 하부 전극을 형성한 후, 상기 희생 산화막을 제거하는 단계;Removing the sacrificial oxide film after forming a lower electrode having a cylinder structure connected to the diffusion barrier film in a hole pattern portion of the sacrificial oxide film; 상기 하부 전극을 포함한 전체 구조상에 BST를 1차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 1 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 1 BST층이 형성되는 단계;Depositing BST primarily on the entire structure including the lower electrode, and then performing a first heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a first BST layer; 상기 제 1 BST층상에 BST를 2차로 증착한 후, NH3 분위기에서 제 2 열처리를 실시하고, 이로 인하여 제 2 BST층이 형성되는 단계; 및Depositing BST secondly on the first BST layer, and then performing a second heat treatment in an NH 3 atmosphere, thereby forming a second BST layer; And 상기 제 1 및 제 2 BST층으로 된 BST 유전체층상에 상부 전극을 형성한 후, O2 분위기에서 제 3 열처리를 실시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.And forming a top electrode on the BST dielectric layer formed of the first and second BST layers, and then performing a third heat treatment in an O 2 atmosphere. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 접촉막 티타늄실리사이드나 탄탈륨실리사이드로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.And a contact film formed of titanium silicide or tantalum silicide. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 확산 방지막은 TiAlN, TaN, TiN, TaN, TiSiN, TaSiN 및 TaAlN 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The diffusion barrier is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed of any one of TiAlN, TaN, TiN, TaN, TiSiN, TaSiN and TaAlN. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 및 제 2 BST층은 Ba(TMHD)2-폴리아민, Sr(TMHD)2-폴리아민 및 Ti(O-iPr)2(TMHD)2 를 사용하거나, Ba(METHD)2, Sr(METHD)2 및 Ti(MPD)(THD)2를 사용하여 금속 유기 화학기상증착법에 의해 형성되는 것을 특징으로 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The first and second BST layers use Ba (TMHD) 2 -polyamine, Sr (TMHD) 2 -polyamine and Ti (O-iPr) 2 (TMHD) 2 , or Ba (METHD) 2 , Sr (METHD) 2 and Ti (MPD) (THD) 2 to form a metal organic chemical vapor deposition method. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 1 및 제 2 열처리는 400 내지 800℃의 온도에서 실시하는 것을 특징 으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The first and second heat treatment is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that carried out at a temperature of 400 to 800 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제 3 열처리는 350 내지 450℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The third heat treatment is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that carried out at a temperature of 350 to 450 ℃. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 하부 전극 및 상부 전극은 Pt, Ir, Ru, RuO2, IrO2중 어느 하나를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법.The lower electrode and the upper electrode is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed using any one of Pt, Ir, Ru, RuO 2 , IrO 2 .
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