KR100680952B1 - Method for forming capacitor of semiconductor device - Google Patents
Method for forming capacitor of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR100680952B1 KR100680952B1 KR1020040090416A KR20040090416A KR100680952B1 KR 100680952 B1 KR100680952 B1 KR 100680952B1 KR 1020040090416 A KR1020040090416 A KR 1020040090416A KR 20040090416 A KR20040090416 A KR 20040090416A KR 100680952 B1 KR100680952 B1 KR 100680952B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thin film
- film
- forming
- capacitor
- storage electrode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
- H01L21/02181—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing hafnium, e.g. HfO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02175—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal
- H01L21/02192—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides characterised by the metal the material containing at least one rare earth metal element, e.g. oxides of lanthanides, scandium or yttrium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
- H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
- H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
Abstract
본 발명은 소망하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 형성방법은, 반도체 기판 상에 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 스토리지 전극 상에 HfO2 박막과 La2O3 박막의 이중막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및 상기 HfO2 박막과 La2O3 박막의 이중막으로 이루어진 유전막 상에 플레이트 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention discloses a method for forming a capacitor of a semiconductor device capable of securing leakage current characteristics while securing a desired charging capacity. A method of forming a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes: forming a storage electrode on a semiconductor substrate; Forming a dielectric layer on the storage electrode, the dielectric layer including a double layer of an HfO2 thin film and a La2O3 thin film; And forming a plate electrode on the dielectric film formed of a double layer of the HfO2 thin film and the La2O3 thin film.
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 캐패시터 형성 과정을 도시한 단면도. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a capacitor formation process according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 유전막 형성시의 HfO2 박막과 La2O3 박막의 증착 과정을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the deposition process of the HfO2 thin film and La2O3 thin film when forming a dielectric film according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 반도체 기판 2 : 층간절연막1
3 : 스토리지 노드 콘택 10 : 스토리지 전극3: storage node contact 10: storage electrode
12 : HfO2 박막 14 : La2O3 박막 12: HfO2 thin film 14: La2O3 thin film
20 : 유전막 30 : 플레이트 전극20
40 : 캐패시터40: capacitor
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소망하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
최근 반도체 제조 기술의 발달로 메모리 제품의 고집적화가 가속화됨에 따라 단위 셀 면적이 크게 감소하고 있으며, 동작전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 그런데, 메모리 소자의 동작에 필요한 충전용량은 셀 면적의 감소에도 불구하고 소프트 에러(soft error)의 발생과 리프레쉬 시각(refresh tine)의 단축을 방지하기 위해 25fF/셀 이상의 충분한 용량이 지속적으로 요구되고 있다. Recently, as the integration of memory products is accelerated due to the development of semiconductor manufacturing technology, the unit cell area is greatly reduced, and the operating voltage is reduced. However, the charging capacity required for the operation of the memory device, despite the reduction in the cell area, a sufficient capacity of 25 fF / cell or more is continuously required to prevent the occurrence of soft errors and shortening of the refresh tine. have.
따라서, 현재 DCS(Di-Chloro-Silane) 가스를 이용해 증착한 Si3N4막(ε=4)을 유전막으로 사용하고 있는 디램용 NO(Nitride-Oxide) 캐패시터의 경우는 표면적이 큰 반구형 구조의 전극 표면을 갖는 3차원 형태의 스토리지 전극을 채용하게 되었으며, 또한, 충분한 용량을 확보하기 위해서 그 높이를 계속적으로 증가시키고 있다.Therefore, in the case of a DRAM (Nitride-Oxide) capacitor using a Si3N4 film (ε = 4) deposited using a Di-Chloro-Silane (DCS) gas as a dielectric film, the electrode surface of a hemispherical structure having a large surface area is used. The three-dimensional storage electrode has been adopted, and its height is continuously increased to ensure sufficient capacity.
한편, 최근들어 상기의 NO 캐패시터는 256M 이상의 차세대 디램 제품에 필요한 충전용량을 확보하는데 그 한계를 보이고 있다. 이에, 충분한 충전용량 확보를 위해 유전막으로서 Ta2O5막(ε=25), Al2O3막(ε=9) 및 HfO2막(ε=20∼25) 등의 고유전 물질을 단일 유전막 구조로 채용한 캐패시터의 개발이 활발하게 진행되고 있다. On the other hand, in recent years, the NO capacitor has shown its limitation in securing the charge capacity required for next generation DRAM products of 256M or more. Accordingly, in order to secure sufficient charge capacity, as a dielectric film, a capacitor adopting a high dielectric material such as a Ta2O5 film (ε = 25), an Al2O3 film (ε = 9), and an HfO2 film (ε = 20 to 25) in a single dielectric film structure is developed. This is actively going on.
그러나, 상기 Ta2O5막은 유전율은 크지만 누설전류에 취약한 문제점이 있고, 상기 Al2O3막은 유전율이 Si3N4막과 별 차이가 없기 때문에 충전용량 확보에 제약적이며, 상기 HfO2막은 항복전계 강도가 낮아 반복적인 전기적 충격에 취약할 뿐만 아니라 동작전압(대략 1.0±0.2V) 부근에서 누설전류가 증가하는 문제가 있음은 물론 박막 증착후 500℃ 이상의 고온 열공정에 의해 누설전류가 증가하는 현상이 발 생되기 때문에 캐패시터의 내구성을 떨어뜨리는 요인이 되는 문제점이 있다. However, the Ta2O5 film has a high dielectric constant but has a problem of weak current leakage, and the Al2O3 film is limited in securing charge capacity because the dielectric constant is not very different from that of the Si3N4 film, and the HfO2 film has a low breakdown field strength. Not only is it vulnerable, but it also increases the leakage current near the operating voltage (approximately 1.0 ± 0.2V) and increases the leakage current due to the high temperature thermal process of 500 ℃ or higher after thin film deposition. There is a problem that causes a drop.
또한, 주지된 바와 같이, 충전용량은 전극간 거리에 반비례하고 전극면적 및 유전막의 유전율에 비례하는 바, 상기 전극간 거리에 해당하는 유전막 두께, 보다 정확하게는, 유전막의 등가산화막 두께(Tox: equivalent SiO2 thickness)를 감소시키는 것이 필요하다. 예컨데, 256M 이상의 차세대 디램 제품에서는 충분한 충전용량의 확보를 위해 30Å 이하의 등가산화막 두께를 필요로 하고 있다. Also, as is well known, the charge capacity is inversely proportional to the distance between the electrodes and is proportional to the electrode area and the dielectric constant of the dielectric film, the dielectric film thickness corresponding to the distance between the electrodes, more precisely, the equivalent oxide film thickness of the dielectric film (Tox: equivalent). It is necessary to reduce the SiO2 thickness). For example, next-generation DRAM products with more than 256M require an equivalent oxide thickness of 30Å or less to secure sufficient charge capacity.
그러나, Si3N4막을 채용한 NO 캐패시터는 유전상수가 낮은 Si3N4막을 유전막으로 사용하기 때문에 더이상 등가산화막 두께를 40Å 이하로 낮출 수 없으며, Ta2O5막을 채용한 Ta2O5 캐패시터는 제조 특성상 Ta2O5막의 증착후에 수행하는 열처리 과정에서 스토리지 전극의 산화로 인해 발생되는 저유전 산화막(SiO2) 때문에 사실상 등가산화막 두께를 30Å 이하로 낮출 수 없다. 따라서, 유전막 두께 감소를 통한 충전용량의 향상은 현재로선 어려운 실정이다. However, since the NO capacitor employing the Si3N4 film uses the Si3N4 film having a low dielectric constant as the dielectric film, the equivalent oxide film thickness can no longer be lowered to 40 kW or less, and the Ta2O5 capacitor employing the Ta2O5 film is manufactured in the heat treatment process after the deposition of the Ta2O5 film. Due to the low dielectric oxide film (SiO 2) generated by the oxidation of the storage electrode, the equivalent oxide film thickness cannot actually be lowered to 30 kPa or less. Therefore, it is difficult to improve the charging capacity by reducing the dielectric film thickness at present.
결국, 상기의 Si3N4막, Ta2O5막, Al2O3막 및 HfO2막 각각은 현재로서 그 단독으로 256M 이상의 차세대 디램 제품에서 필요로하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 유전막으로 적용하기는 실질적으로 곤란하다. As a result, the Si3N4 film, Ta2O5 film, Al2O3 film and HfO2 film can each be applied as a dielectric film that can secure leakage current characteristics while securing the charge capacity required for next-generation DRAM products of 256M or more. Difficult
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 256M 이상의 차세대 디램 제품에서 필요로하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method of forming a capacitor of a semiconductor device capable of securing leakage current characteristics while also ensuring the charging capacity required for next generation DRAM products of 256M or more. There is a purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 형성방법은 반도체 기판 상에 도프트 폴리실리콘, 또는, TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 및 Pt로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나의 금속으로 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 스토리지 전극을 폴리실리콘 재질로 형성하는 경우 NH3 분위기하에서 어닐링하여 상기 스토리지 전극 표면을 질화시키는 단계; 상기 스토리지 전극 상에 HfO2 박막과 La2O3 박막의 이중막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및 상기 HfO2 박막과 La2O3 박막의 이중막으로 이루어진 유전막 상에 플레이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다. Capacitor forming method of a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a doped polysilicon, or TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 and Pt on a semiconductor substrate Forming a storage electrode from any one metal selected from the group consisting of: When the storage electrode is formed of polysilicon, annealing in an
여기서, 상기 스토리지 전극은 200∼500Å 두께로 형성한다. Here, the storage electrode is formed to a thickness of 200 ~ 500∼.
상기 도포트 폴리실리콘으로 스토리지 전극을 형성하는 경우, 그 형성 후 자연산화막을 제거하기 위해 물로 희석된 HF 용액 또는 NH4+HF 혼합액을 사용하여 세정 공정을 수행하고, 아울러, 상기 물로 희석된 HF 용액 또는 NH4+HF 혼합액을 사용하여 세정 공정을 수행한 후에는 이물질을 제거하기 위해 NH4OH 혼합액(NH4OH+ H2O2+H2O) 또는 H2SO4 혼합액(H2SO4+H2O2)을 이용한 세정을 수행한다. When the storage electrode is formed of the dopant polysilicon, a cleaning process is performed using HF solution or NH 4 + HF mixture diluted with water to remove the natural oxide layer after the formation, and the HF solution diluted with water or After the cleaning process is performed using the NH 4 + HF mixture, washing with NH 4 OH mixture (NH 4 OH + H 2
또한, 상기 어닐링은 200∼500℃의 온도 및 0.1∼10Torr의 압력범위의 NH3(25∼250sccm) 가스 분위기 상태에 있는 챔버 내에서 1∼5분 동안 플라즈마(RF 파워: 100∼500W) 어닐링으로 진행하거나, 700∼760Torr의 상압 또는 1∼100Torr의 감압 급속열공정(RTP) 챔버 내에서 600∼800℃ 및 NH3(25∼250sccm) 분위기의 어닐링으로 진행하거나, 또는, 동일 분위기 및 600∼800℃ 전기로 내에서의 어닐링으로 진행한다.In addition, the annealing is performed by plasma (RF power: 100 to 500 W) annealing for 1 to 5 minutes in a chamber in a NH 3 (25 to 250 sccm) gas atmosphere at a temperature of 200 to 500 ° C. and a pressure range of 0.1 to 10 Torr. Or annealing at 600 to 800 ° C. and NH 3 (25 to 250 sccm) atmosphere in a normal pressure of 700 to 760 Torr or a reduced pressure rapid thermal process (RTP) chamber at 1 to 100 Torr, or at the same atmosphere and at 600 to 800 ° C. Proceed to annealing in the furnace.
상기 HfO2 및 La2O3 박막은 ALD 또는 펄스드 CVD 공정에 따라 200∼500℃의 온도범위에서 각각 5∼30Å 및 10∼50Å 두께로 증착한다. The
상기 HfO2 박막의 증착은 Hf의 소오스가스로 C16H36HfO4를 사용하거나 Hf를 함유한 유기 금속 화합물을 전구체로 사용하고, 반응가스로 O3, O2 및 H2O 중에서 어느 하나를 사용하여 수행하며, 상기 Hf의 소오스가스는 50∼500sccm을 플로우시키고, 반응가스는 0.1∼1slm을 플로우시킨다. The deposition of the HfO2 thin film is carried out using C16H36HfO4 as the source gas of Hf or using an organometallic compound containing Hf as a precursor, using any one of O3, O2 and H2O as the reaction gas, and source gas of the Hf. Flows 50-500 sccm, and the reaction gas flows 0.1-1 slm.
상기 La2O3 박막의 증착은 La의 소오스가스로 La(CH3)3를 사용하거나 La(C2H5) 및 La를 함유한 유기 금속 화합물을 전구체로 사용하고, 반응가스로 O3, O2 및 H2O 중에서 어느 하나를 사용하여 수행하며, 상기 La의 소오스가스는 50∼500sccm을 플로우시키고, 반응가스는 0.1∼1slm을 플로우시킨다. The deposition of the La2O3 thin film uses La (CH3) 3 as a source gas of La or using an organometallic compound containing La (C2H5) and La as a precursor and using any one of O3, O2 and H2O as a reaction gas. The source gas of La flows 50-500 sccm, and the reaction gas flows 0.1-1 slm.
상기 플레이트 전극은 도프트 폴리실리콘, 또는, TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 및 Pt 중에서 어느 하나의 금속계 물질로 형성하며, 상기 플레이트 전극을 금속계 물질을 형성하는 경우, 그 위에 보호막 또는 완충막으로서 200∼1000Å 두께로 실리콘질화막 또는 폴리실리콘막을 형성한다. The plate electrode is formed of a metal material of any one of doped polysilicon, or any one of TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 and Pt, and when forming the metal electrode A silicon nitride film or a polysilicon film is formed thereon as a protective film or a buffer film at a thickness of 200 to 1000 mW.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 캐패시터의 전기적 두께인 등가산화막 두께를 낮추어 30fF/셀 이상의 대용량의 충전용량을 얻기 위해 TiN과 같은 금속계 스토리지 전극 상에 이종 의 유전막을 적층한 이중 유전막을 채용한다. 즉, 본 발명은 캐패시터의 항복전압 및 누설전류를 각각 양산 적용이 가능한 수준인 2.0V(@ 1pA/셀) 이상으로 유지하면서 0.5fF/셀 이하로 제어하기 위해, HfO2 박막을 제1유전막으로 형성한 후, 그 위에 Si 대비 높은 컨덕션 밴드 옵셋(conduction band offset; 이하, CBO) 값을 가지면서 비교적 큰 유전율을 갖는 La2O3(CBO=2.3eV,ε=30) 박막을 제2유전막으로 형성하여 이중막 구조로 캐패시터 유전막을 구성한다. The present invention employs a dual dielectric layer in which heterogeneous dielectric layers are stacked on a metal-based storage electrode such as TiN in order to reduce the thickness of the equivalent oxide film, which is the electrical thickness of the capacitor, to obtain a large-capacity charge capacity of 30 fF / cell or more. That is, the present invention forms the HfO2 thin film as the first dielectric film in order to control the breakdown voltage and leakage current of the capacitor to be at most 2.0V (@ 1 pA / cell), which can be applied in mass production, to 0.5fF / cell or less. After that, a La2O3 (CBO = 2.3 eV, ε = 30) thin film having a relatively high dielectric band offset (hereinafter referred to as CBO) and having a relatively high dielectric constant is formed thereon as a second dielectric film. The capacitor structure constitutes a capacitor dielectric film.
이 경우, HfO2/La2O3의 이중 유전막이 채용된 본 발명의 캐패시터는 HfO2 박막 및 La2O3 박막 모두가 고유전율 물질인 것과 관련해서 충분한 충전용량을 얻을 수 있으며, 특히, 우수한 내열성을 갖는 La2O3 박막이 열안정성과 누설전류 발생 억제력이 다소 떨어지는 HfO2 박막의 단점을 보완해주기 때문에 등가산화막 두께를 15Å 이하로 제어하더라도 양산적용시 신뢰성에 문제가 없는 항복전압 특성 및 누설전류 특성을 얻을 수 있다. In this case, the capacitor of the present invention employing a double dielectric film of HfO2 / La2O3 can obtain sufficient charge capacity in connection with both the HfO2 thin film and the La2O3 thin film, and the thermal stability of the La2O3 thin film having excellent heat resistance is particularly excellent. Overcoming the weakness of the HfO2 thin film, which has a slight suppression of excessive leakage current generation, the breakdown voltage characteristics and leakage current characteristics can be obtained without problems of reliability even when the equivalent oxide film thickness is controlled to 15Å or less.
또한, La2O3 박막이 채용됨에 따라 HfO2 박막만을 채용할 때 보다 유전막의 내열성이 향상되어 캐패시터 형성후의 고온 열처리 과정에서 발생될 수 있는 전기적 특성 열화에 따른 제품 불량이 억제되므로, 본 발명은 생산성 증대 효과를 부수적으로 기대할 수 있다. In addition, as the La2O3 thin film is adopted, the heat resistance of the dielectric film is improved compared to when only the HfO2 thin film is employed, and thus the product defects due to the deterioration of electrical properties that may occur in the high temperature heat treatment process after the formation of the capacitor are suppressed, and thus the present invention has an effect of increasing productivity. Expected incidentally.
자세하게, 도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다. In detail, Figures 1a to 1c is a cross-sectional view for explaining a capacitor forming method according to the present invention, as follows.
도 1a를 참조하면, 트랜지스터 및 비트라인을 포함한 소정의 하부 패턴들(도시안됨)이 형성된 반도체 기판(1)의 전면 상에 상기 하부 패턴들을 덮도록 층간절 연막(2)을 형성한다. 그런다음, 상기 층간절연막(2)을 식각하여 기판 접합영역 또는 랜딩플러그폴리를 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀 내에 도전막을 매립시켜 콘택플러그, 즉, 스토리지 노드 콘택(3)을 형성한다. 이어서, 상기 층간절연막(2) 상에 도프트 폴리실리콘(doped poly-Si) 또는 TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 및 Pt 등과 같은 금속계 물질을 200∼500Å 두께로 증착한 후, 이를 패터닝하여 상기 스토리지 노드 콘택(3)과 연결되는 스토리지 전극(10)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, an interlayer
여기서, 상기 스토리지 전극(10)은, 도시된 바와 같이, 실린더(cylinder) 구조로 형성하였지만, 단순 플레이트(plate) 구조는 물론 오목(concave) 구조로도 형성 가능하다. 또한, 상기 스토리지 전극(10)은 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 경우, 보다 더 큰 충전용량을 확보하기 위해 그 표면에 HSG(Hemi-Spherical Grain)를 형성할 수 있다. Here, the
도 1b를 참조하면, 상기 스토리지 전극(10)을 포함한 층간절연막(2) 상에 원자층증착(Atomic Layer Deposition; 이하, ALD) 또는 펄스드 화학기상증착(pulsed Chemical Vapor Deposition; 이하, 펄스드 CVD) 공정에 따라 200∼500℃의 온도범위에서 5∼30Å 두께의 HfO2 박막(12)과 10∼50Å 두께의 La2O3 박막(14)을 차례로 증착하여 상기 HfO2 박막(12)과 La2O3 박막(14)의 이중막으로 이루어진 유전막(20)을 형성한다. Referring to FIG. 1B, Atomic Layer Deposition (ALD) or Pulsed Chemical Vapor Deposition (hereinafter referred to as ALD) on the
도 2는 ALD 또는 펄스드 CVD 공정에 따른 HfO2 박막 및 La2O3 박막의 증착 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 도시된 바와 같이, HfO2 박막 및 La2O3 박막의 증착은 "소오스가스 플로우, 퍼지, 반응가스 플로우, 퍼지"를 순차 진행하는 증착싸이클을 소망하는 두께가 얻어질 때까지 반복 수행하는 방식으로 진행한다. 2 is a view for explaining the deposition process of the HfO2 thin film and La2O3 thin film according to the ALD or pulsed CVD process, as shown, the deposition of the HfO2 thin film and La2O3 thin film "source gas flow, purge, reaction gas flow, The deposition cycle in which "purge" proceeds in sequence is repeated until the desired thickness is obtained.
여기서, HfO2 박막의 증착시 Hf의 소오스가스로는 C16H36HfO4를 사용하거나 Hf를 함유한 기타 유기 금속 화합물, 예컨데, TDEAHf, TEMAHf 등을 전구체로 사용하며, 반응가스로는 200±20g/㎥ 농도의 O3 또는 O2 가스를 사용하거나 H2O를 사용한다. 이때, 상기 Hf 소오스가스는 50∼500sccm 정도를 플로우시키며, 반응가스인 O3, O2 또는 H2O 가스는 0.1∼1slm 정도를 플로우시킨다.Here, when depositing the HfO2 thin film, the source gas of Hf uses C16H36HfO4 or other organometallic compounds containing Hf, for example, TDEAHf, TEMAHf, etc., as a precursor, and O3 or O2 having a concentration of 200 ± 20 g / ㎥ Use gas or use H2O. At this time, the Hf source gas flows about 50 to 500 sccm, and the reaction gas O3, O2 or H2O gas flows about 0.1 to 1 slm.
그리고, La2O3 박막의 증착시 La의 소오스가스로는 La(CH3)3를 사용하거나 La(C2H5) 및 La를 함유한 기타 유기 금속 화합물을 전구체로 사용하고, 반응가스로는 200±20g/㎥ 농도의 O3 또는 O2 가스를 사용하거나 H2O를 사용한다. 마찬가지로, 상기 La 소오스가스는 50∼500sccm 정도를 플로우시키며, 반응가스인 O3, O2 또는 H2O 가스는 0.1∼1slm 정도를 플로우시킨다.In the deposition of La2O3 thin film, La (CH3) 3 is used as the source gas of La, or other organometallic compounds containing La (C2H5) and La are used as precursors, and the reaction gas is O3 having a concentration of 200 ± 20 g / m3. Or O2 gas or H2O. Similarly, the La source gas flows about 50 to 500 sccm, and the reaction gas O3, O2 or H2O gas flows about 0.1 to 1 slm.
한편, 스토리지 전극(10) 물질로서 도핑된 폴리실리콘막이 적용한 경우, 상기 HfO2 박막(12)의 증착 전, NH3 분위기하에서 어닐링을 행하여 스토리지 전극(10)의 표면, 즉, 폴리실리콘 전극의 표면을 질화시켜주고, 이를 통해, 폴리실리콘 전극의 표면에 SiNx의 확산방지막을 형성시켜 줌이 바람직하다. 여기서, 상기 어닐링은 200∼500℃의 온도 및 0.1∼10Torr의 압력범위의 NH3(25∼250sccm) 가스 분위기 상태에 있는 챔버 내에서 1∼5분 동안 플라즈마(RF 파워: 100∼500W) 어닐링으로 진행한다. 또한, 상기 어닐링은 700∼760Torr의 상압 또는 1∼100Torr의 감압 급속열공정(RTP) 챔버 내에서 600∼800℃ 및 NH3(25∼250sccm) 분위기의 어닐링으 로 진행하거나, 또는, 동일 분위기 및 600∼800℃ 전기로 내에서의 어닐링으로 진행한다. Meanwhile, when the doped polysilicon film is applied as the
아울러, 상기 NH3 분위기하에서 어닐링을 수행하기 전, 폴리실리콘 전극 표면상의 자연산화막을 제거함과 동시에 하이드로겐 터미네이트(hydrogen terminate)를 위해 물(H2O)로 희석된 HF 또는 NH4F+HF의 혼합액을 이용하여 세정을 수행하며, 또한, 폴리실리콘 전극 상의 무기 또는 유기 파티클과 기타 이물질을 제거할 필요하 있을 경우에는 상기 HF 세정 후에 NH4OH 혼합액(NH4OH+H2O2+H20) 또는 H2SO4 혼합액(H2SO4+H2O2)를 사용하여 추가 세정을 행한다. In addition, before performing annealing in the
도 1c를 참조하면, HfO2 박막(12)과 La2O3 박막의 이중막으로 이루어진 유전막(20) 상에 도프트 폴리실리콘 또는 TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2 및 Pt 등과 같은 금속계 물질로 이루어진 플레이트 전극(30)을 형성하고, 이 결과로서, 본 발명에 따른 HfO2/La2O3의 이중 유전막이 적용된 캐패시터(40)의 형성을 완성한다. Referring to FIG. 1C, a doped polysilicon or TiN, TaN, W, WN, WSi, Ru, RuO2, Ir, IrO2, Pt, or the like may be formed on a
여기서, 상기 플레이트 전극(30) 물질로서 금속계 물질을 이용하는 경우에는 습도, 온도, 또는, 전기적 충격으로부터 구조적인 안정성을 확보하기 위해 그 위에 일종의 완충막 또는 보호막으로서 200∼1000Å의 두께로 실리콘질화막(SiN) 또는 폴리실리콘막(poly-Si)을 형성해준다. Here, in the case of using a metal-based material as the
이상에서와 같이, 본 발명은 내열성이 우수한 La2O3 박막을 HfO2 박막 상에 적층하여 이중막 구조로 유전막을 구성함으로써, 100㎚급 이하의 디램 제품에서 필 요로하는 충전용량을 확보할 수 있으며, 또한, 항복전압 특성과 누설전류 특성을 각각 양산 적용이 가능한 수준인 2.0V(@ 1pA/셀) 이상 수준 및 0.5fF/셀 이하 수준으로 제어할 수 있어 캐패시터의 내구성 및 전기적 성능을 동시에 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, by laminating a La2O3 thin film having excellent heat resistance on the HfO2 thin film to form a dielectric film in a double film structure, it is possible to secure the charging capacity required for DRAM products of 100 nm or less. Breakdown voltage characteristics and leakage current characteristics can be controlled at levels above 2.0V (@ 1pA / cell) and below 0.5fF / cell, which can be mass-produced, respectively, thereby improving the durability and electrical performance of the capacitor.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040090416A KR100680952B1 (en) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | Method for forming capacitor of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040090416A KR100680952B1 (en) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | Method for forming capacitor of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20060041352A KR20060041352A (en) | 2006-05-12 |
KR100680952B1 true KR100680952B1 (en) | 2007-02-08 |
Family
ID=37147920
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040090416A KR100680952B1 (en) | 2004-11-08 | 2004-11-08 | Method for forming capacitor of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100680952B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011002603A2 (en) * | 2009-07-02 | 2011-01-06 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming capacitors |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100826638B1 (en) | 2005-08-10 | 2008-05-02 | 주식회사 하이닉스반도체 | Capacitor in semiconductor device and the method for fabricating the same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040033698A1 (en) | 2002-08-17 | 2004-02-19 | Lee Yun-Jung | Method of forming oxide layer using atomic layer deposition method and method of forming capacitor of semiconductor device using the same |
US20040038554A1 (en) | 2002-08-21 | 2004-02-26 | Ahn Kie Y. | Composite dielectric forming methods and composite dielectrics |
-
2004
- 2004-11-08 KR KR1020040090416A patent/KR100680952B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040033698A1 (en) | 2002-08-17 | 2004-02-19 | Lee Yun-Jung | Method of forming oxide layer using atomic layer deposition method and method of forming capacitor of semiconductor device using the same |
US20040038554A1 (en) | 2002-08-21 | 2004-02-26 | Ahn Kie Y. | Composite dielectric forming methods and composite dielectrics |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011002603A2 (en) * | 2009-07-02 | 2011-01-06 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming capacitors |
WO2011002603A3 (en) * | 2009-07-02 | 2011-03-03 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming capacitors |
US9159551B2 (en) | 2009-07-02 | 2015-10-13 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming capacitors |
US9887083B2 (en) | 2009-07-02 | 2018-02-06 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming capacitors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20060041352A (en) | 2006-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7102875B2 (en) | Capacitor with aluminum oxide and lanthanum oxide containing dielectric structure and fabrication method thereof | |
KR100640631B1 (en) | Capacitor of semiconductor device and method for fabricating the same | |
KR100703833B1 (en) | Method for fabricating capacitor with double dielectric layer | |
KR100772099B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100713906B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100596805B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100587082B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100680952B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100942958B1 (en) | Method for forming thin film and method for forming capacitor of semiconductor device using the same | |
KR20030042106A (en) | Capacitor in Semiconductor Device and method of fabricating the same | |
KR100809336B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20070001677A (en) | A capacitor in semiconductor device and method for forming the same | |
KR100533981B1 (en) | Method for fabricating capacitor in semiconductor device | |
KR100668832B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100604664B1 (en) | Capacitor with double dielectric and method for manufacturing the same | |
KR100399073B1 (en) | Capacitor in Semiconductor Device and method of fabricating the same | |
KR100772100B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100798735B1 (en) | Capacitor and method of manufacturing the same | |
KR20030003353A (en) | Method for fabricating capacitor in semiconductor memory device | |
KR100557961B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100937988B1 (en) | Method of manufacturing capacitor for semiconductor device | |
KR100925028B1 (en) | A dielectric layer, forming method thereof and a capacitor of semiconductor device and forming method thereof using the same | |
KR100738576B1 (en) | A capacitor in semiconductor apparatus and method for forming the same | |
KR100668849B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device | |
KR100713908B1 (en) | Method for forming capacitor of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
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: 20110126 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |