KR100688054B1 - Method for fabricating concave capacitor in ferroelectric semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 구조를 형성함에 있어, 커패시터가 형성되는 층간절연층의 식각시, 식각 멈춤 레이어를 추가하여 과식각을 방지하고, 후속 열처리시 매우 안정적인 콘케이브 커패시터 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명의 강유전체 커패시터 제조방법은, 기판 상에 제1 층간절연층을 증착하고, 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 콘택플러그상에 확산방지막을 형성하는 단계; 상기 확산방지막을 덮는 제2 층간절연층을 증착하는 단계; 상기 제2 층간절연층을 확산방지막이 드러날 때까지 화학기계연마 하는 단계; 상기 제2 층간절연층 상에 식각 멈춤 레이어로 Al2O3 증착하는 단계; 상기 식각 멈춤 레이어 상에 제3 층간절연층을 증착하고 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 안에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 접착층위로 하부전극, 강유전체 및 상부전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 이루어진다.
The present invention provides a method of fabricating a highly stable cone capacitor in the formation of a concealed capacitor structure of a ferroelectric element by preventing an overetching angle by adding an etching stop layer when etching an interlayer insulating layer in which a capacitor is formed, To this end, a ferroelectric capacitor manufacturing method of the present invention includes: depositing a first interlayer insulating layer on a substrate and forming a contact plug; Forming a diffusion barrier layer on the contact plug; Depositing a second interlayer insulating layer covering the diffusion barrier layer; Chemical mechanical polishing of the second interlayer insulating layer until the diffusion barrier layer is exposed; Depositing Al2O3 as an etch stop layer on the second interlayer insulating layer; Depositing a third interlayer insulating layer on the etch stop layer and forming a hole; Forming an adhesive layer in the hole; And patterning the lower electrode, the ferroelectric, and the upper electrode over the adhesive layer.

반도체, 강유전체, 콘케이브 커패시터, 식각 멈춤 레이어Semiconductor, ferroelectric, capacitor, etch stop layer

Description

강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제작 방법{Method for fabricating concave capacitor in ferroelectric semiconductor device} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric capacitor,             

도1은 종래 기술에 의한 콘케이브 구조의 캐패시터 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view of a capacitor of a cone structure according to the prior art; Fig.

도2a 내지 도2j는 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 콘케이브 구조의 캐패시터 공정 단면도.
2A to 2J are cross-sectional views of a capacitor process of a cone structure according to a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

30 : 기판 31 : 소자 분리막30: substrate 31: element isolation film

32 : 액티브영역 33 : 콘택플러그32: active region 33: contact plug

34 : 제1 층간절연층 35 : 접촉막34: first interlayer insulating layer 35: contact film

39 : 제2 층간절연층 40,42 : Al2O339: second interlayer insulating layer 40, 42: Al2O3

41 : 제3 층간절연층 43 : 하부전극41: third interlayer insulating layer 43: lower electrode

44 : 강유전체 45 : 상부전극
44: ferroelectric 45: upper electrode

본 발명은 반도체 소자 제조 분야에 관한 것으로, 특히 콘케이브(concave) 구조를 가지는 강유전체 커패시터 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing field, and more particularly, to a ferroelectric capacitor forming method having a concave structure.

FeRAM(ferroelectric random access memory) 소자는 비휘발성 기억 소자의 일종으로 전원이 끊어진 상태에서도 저장 정보를 기억하는 장점이 있을 뿐만 아니라 동작 속도도 기존의 DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 필적하여 차세대 기억소자로 각광받고 있다. FeRAM 소자의 유전물질로는 SrBi2Ta2O9 (SBT), Pb(ZrxTi1-x)O3 (PZT) 박막이 주로 사용되는데, 상기와 같은 강유전체막의 우수한 강유전 특성을 얻기 위해서는 상하부 전극물질의 선택과 적절한 공정의 제어가 필수적이다.Ferroelectric random access memory (FeRAM) is a kind of nonvolatile memory device. It has the advantage of storing the stored information even when the power is off, and the operating speed is comparable to the conventional DRAM (Dynamic Random Access Memory) Be in the spotlight. SrBi2Ta2O9 (SBT) and Pb (ZrxTi1-x) O3 (PZT) thin films are mainly used as the dielectric material of the FeRAM device. In order to obtain excellent ferroelectric characteristics of the ferroelectric film, It is essential.

비휘발성(non-volatile) 강유전체 메모리 소자는 전기장을 제거하여도 잔류분극이 존재하여 그 방향성이 역전될 수 있는 강유전체의 성질을 이용하여 그 방향에 따라 각각“0”과“1”로 정의하여 정보를 기억하는 소자이다. A non-volatile ferroelectric memory device is defined as "0" and "1" according to the direction of the ferroelectric substance, by utilizing the property of the ferroelectric substance that the residual polarization exists and the directionality thereof can be reversed even when the electric field is removed .

FeRAM의 셀은 기존의 DRAM과 같이 워드라인, 비트라인, 강유전체 커패시터 및 트랜지스터로 이루어지는 거의 같은 구조를 가지나, 정보저장용 커패시터의 유전막이 강유전체로 이루어지며, 강유전체로는 Pb(Zr,Ti)O3(PZT), SrBi2Ta2O9 (SBT)등의 강유전체 물질을 사용하고, 전극으로는 Pt, Ru, Ir등의 귀금속(Novel Metal)과 RuO2, IrO2등의 귀금속 산화물을 이용한다. FeRAM cells have almost the same structure as word lines, bit lines, ferroelectric capacitors and transistors like conventional DRAMs. However, the dielectric film of the information storage capacitor is made of a ferroelectric material and the ferroelectric material is Pb (Zr, Ti) O3 PZT) and SrBi2Ta2O9 (SBT) are used. As the electrode, noble metal such as Pt, Ru, and Ir and noble metal oxide such as RuO2 and IrO2 are used.

DRAM에서는 커패시터의 상부전극이 셀 플레이트의 기능을 하고, 하부전극이 저장노드(Storage Node)의 역할을 하는 반면, FeRAM에서는 상부전극이 저장노드의 역할을 하고, 하부전극이 셀 플레이트의 기능을 하게 된다. 따라서 저장노드와 트랜지스터를 연결하기 위해 셀 내에 금속막을 이용한 국부연결(Interconnection)이 존재한다. 또한, FeRAM에서는 구동 방식에 따라 셀 플레이트가 구동되는 경우가 있기에 신속한 구동을 위해 셀 플레이트를 분할하여, 일부의 셀 플레이트만 선택적으로 구동하는 방식을 사용한다.In the DRAM, the upper electrode serves as a cell plate and the lower electrode serves as a storage node. In FeRAM, an upper electrode serves as a storage node and a lower electrode serves as a cell plate. do. Therefore, in order to connect the transistor with the storage node, there is an interconnection using a metal film in the cell. Further, in the FeRAM, the cell plate may be driven according to the driving method, so that the cell plate is divided and the cell plate is selectively driven only for a part of the cell plate.

반도체 기억 소자들의 집적도가 증가함에 따라 기억정보의 기본단위인 1비트를 기억시키는 메모리 셀의 면적은 작아지고 있다. 그런데 셀(cell)의 축소에 비례하여 커패시터의 면적을 감소 시킬 수는 없는 바, 이는 센싱(sensing) 신호 마진(signal margin), 센싱 속도, α-입자에 의한 소프트 에러(Soft Error)에 대한 내구성 등을 위해서는 단위 셀당 일정 이상의 충전용량이 필요하기 때문이다.   As the degree of integration of semiconductor memory elements increases, the area of a memory cell that stores 1 bit, which is the basic unit of memory information, is getting smaller. However, it is not possible to reduce the area of the capacitor in proportion to the reduction of the cell. This is because the sensing margin, the sensing speed, the durability against the soft error due to the? Because a charging capacity of more than a certain amount per unit cell is required.

따라서 제한된 셀 면적내에 메모리 커패시터의 용량을 적정값 이상 유지시키기 위해서 커패시터의 유효면적을 증가시키는 방법중 3차원 구조의 커패시터를 구성하는 것을 연구하여 왔다. 3차원 구조의 커패시터는 스택(stack) 구조, 컨케이브(concave) 구조, 실린더(sylinder) 구조, 다층 핀(pin) 구조 등이 있다.Therefore, it has been studied to construct a capacitor of a three-dimensional structure among the methods of increasing the effective area of the capacitor in order to maintain the capacity of the memory capacitor within a limited cell area. The capacitor of a three-dimensional structure includes a stack structure, a concave structure, a sylinder structure, and a multi-layered pin structure.

FeRAM은 그동작 방법 상의 이유로 상부전극을 1개의 커패시터 단위로 패터닝(patterning)할 필요가 있다. 따라서, 상부전극 패터닝이 용이한 콘케이브(concave) 구조를 주로 사용한다.The FeRAM needs to pattern the upper electrode in units of one capacitor for reasons of its operating method. Therefore, a concave structure which facilitates the patterning of the upper electrode is mainly used.

도1은 종래의 콘케이브 구조의 강유전체 커패시터의 공정 단면의 일부를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a part of a process section of a conventional ferroelectric capacitor having a cone structure.

이하 도1을 참조하여 살펴보면, 소자분리막(11), 게이트 패턴(gate pattern), 액티브영역(active region)(12)이 형성된 기판(10)상에 제1 층간절연층(13)을 형성한 후, 상기 제1 층간절연층(13)을 관통하여 기판(10)의 액티브영역(12)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘 또는 텅스텐으로 플러그(15)를 형성하고, 상기 플러그 위쪽으로 오믹콘택(Ohmic's contact)을 위한 접촉막으로 TiSi2(16)를 형성하고 제2 층간절연층(14)을 증착하고 패터닝한 곳에 TiN/Ir/IrOx(17,18,19)를 증착한다.1, a first interlayer insulating layer 13 is formed on a substrate 10 on which an element isolation film 11, a gate pattern, and an active region 12 are formed, A contact hole is formed through the first interlayer insulating layer 13 and connected to the active region 12 of the substrate 10. A plug 15 is formed of polysilicon or tungsten in the contact hole, a TiSi2 16 is formed as a contact film for Ohmic's contact above the plug, a second interlayer insulating layer 14 is deposited Deposition TiN / Ir / IrOx (17, 18, 19) in the patterned area.

폴리실리콘 위에서는 베리어 메탈층(barrier metal) 및 콘택 저항을 감소시킬 목적으로 통상 TiN/Ti-Silicide 공정이 수행된다. 그런데, 이때 사용하는 TiN등은 고온 열 공정이 취약하기 때문에 보통은 플러그 위쪽에 외부 산소의 확산 방지 특성이 우수한 Ir/IrOx를 주로 사용하게 된다.On the polysilicon, a TiN / Ti-Silicide process is typically performed for the purpose of reducing the barrier metal and contact resistance. However, because the TiN used at this time is weak in the high-temperature thermal process, Ir / IrOx, which is superior in the diffusion prevention characteristic of the external oxygen, is mainly used on the upper side of the plug.

이어 제3 층간절연막(20)을 증착하고 패터닝한 홀에 하부전극, 강유전체 및 상부전극을 형성하여 커패시터를 완성한다.Then, the third interlayer insulating film 20 is deposited, and the lower electrode, the ferroelectric, and the upper electrode are formed in the patterned holes to complete the capacitor.

이러한 3차원 구조의 콘케이브 커패시터는 표면적을 늘리기 위해, SiOx(제3 층간절연층(20))를 원하는 두께(약 10000Å) 만큼 증착한 후, 식각하여 제작한다. 그런데, 이러한 두꺼운 SiOx를 식각하는 경우, 과식각 정도를 컨트롤(control)하기 어렵게 되고, 이러한 이유로 플러그 위쪽에서 콘케이브 홀의 식각시 과식각(Over etch)현상이(도1의 A부분) 발생하게 된다. 이러한 현상은 결국은 플러그의 내산화 특성을 저하시키게 되어, 이후의 커패시터 제작 공정시에 열처리 온도 제한등의 많은 문제점을 야기시켜, 3차원 커패시터 제작을 어렵게 한다.
In order to increase the surface area of the concealed capacitor having such a three-dimensional structure, SiOx (third interlayer insulating layer 20) is deposited by a desired thickness (about 10000 ANGSTROM) and then etched. However, when such a thick SiOx is etched, it becomes difficult to control the degree of overexcitation, and for this reason, an Over etch phenomenon (A portion in FIG. 1) occurs at the time of etching the cone hole at the top of the plug . Such a phenomenon eventually degrades the oxidation resistance characteristic of the plug, which causes many problems such as limitation of the heat treatment temperature in the subsequent capacitor manufacturing process, making it difficult to manufacture a three-dimensional capacitor.

본 발명은 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터가 형성되는 층간절연층의 식각시 식각 멈춤 레이어를 추가하여, 과식각을 방지하고, 후속 열처리시 매우 안정적인 콘케이브 커패시터 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
An object of the present invention is to provide an etching stop layer during etching of an interlayer insulating layer in which a cone capacitor of a ferroelectric element is formed to prevent an over-etching and to provide a method of manufacturing a highly stable cone capacitor in a subsequent heat treatment.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본발명의 강유전체 커패시터 제조방법은 기판 상에 제1 층간절연층을 증착하고, 콘택플러그를 형성하는 단계; 상기 콘택플러그상에 확산방지막을 형성하는 단계; 상기 확산방지막을 덮는 제2 층간절연층을 증착하는 단계; 상기 제2 층간절연층을 확산방지막이 드러날 때까지 화학기계연마 하는 단계; 상기 제2 층간절연층 상에 식각 멈춤 레이어로 Al2O3 증착하는 단계; 상기 식각 멈춤 레이어 상에 제3 층간절연층을 증착하고 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 안에 접착층을 형성하는 단계; 및 상기 접착층위로 하부전극, 강유전체 및 상부전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a ferroelectric capacitor including depositing a first interlayer insulating layer on a substrate and forming a contact plug; Forming a diffusion barrier layer on the contact plug; Depositing a second interlayer insulating layer covering the diffusion barrier layer; Chemical mechanical polishing of the second interlayer insulating layer until the diffusion barrier layer is exposed; Depositing Al2O3 as an etch stop layer on the second interlayer insulating layer; Depositing a third interlayer insulating layer on the etch stop layer and forming a hole; Forming an adhesive layer in the hole; And patterning the lower electrode, the ferroelectric, and the upper electrode over the adhesive layer.

본 발명은 콘케이브 구조를 형성하기 위하여 증착하는 SiOx막 하부에 Al2O3와 같이 SiOx와 선택비가 아주 뛰어난 층을 먼저 증착하여 형성한다. Al2O3는 SiOx와의 식각 선택비가 약 50:1 정도 되기 때문에 SiOx 층 식각시에 충분히 과식각 타임(time)을 주어도 Al2O3층이 과식각 멈춤 레이어(stopping layer)로 작용하기 때문에 도1의 A과 같은 현상은 발생하지 않게 된다.
The present invention is formed by first depositing SiOx and a layer having an excellent selectivity such as Al2O3 under the SiOx film to be deposited to form a cone structure. Since the selectivity ratio of Al2O3 to SiOx is about 50: 1, the Al2O3 layer acts as a stopping layer even when the etching time is sufficiently long at the time of etching the SiOx layer. Therefore, Is not generated.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시 할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. do.

도2a 내지 도2j는 본 발명의 바람직한 실시에에 따른 콘케이브 구조의 캐패시터 공정 단면도를 나타낸다.2A to 2J show cross-sectional views of a capacitor process of a cone structure according to a preferred embodiment of the present invention.

먼저 도2a를 참조하여 살펴보면, 소자분리막(31), 게이트 패턴, 액티브영역(32)이 형성된 기판(30)상에 제1 층간절연층(34)을 형성한 후, 상기 제1 층간절연층(34)을 관통하여 기판(30)의 액티브영역(32)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 그 다음 폴리실리콘을 전면에 증착하여 상기 콘택홀을 채운다. 이어 폴리실리콘을 화학기계연마 및 에치백 공정등을 이용하여 콘택플러그(33)를 형성한다. 2A, a first interlayer insulating layer 34 is formed on a substrate 30 on which a device isolation layer 31, a gate pattern, and an active region 32 are formed, and then the first interlayer insulating layer 34 to form a contact hole to be connected to the active region 32 of the substrate 30. The polysilicon is then deposited over the surface to fill the contact holes. Then, the contact plug 33 is formed using a chemical mechanical polishing and an etch-back process or the like.

여기서는 폴리실리콘 대신에 텅스텐, TaN 또는 TiN 을 이용하거나 또는 다른 전도성 물질을 적용할 수 있다. 텅스텐을 적용하는 경우에는 텅스텐 플러그 하부에 TiSi2 및 TiN 공정이 수행된다. 또, TiN을 적용하는 경우에는 TiN 하부에 TiSi2 공정을 수행한다.Here, tungsten, TaN or TiN may be used instead of polysilicon, or other conductive materials may be applied. When tungsten is applied, a TiSi2 and TiN process is performed underneath the tungsten plug. When TiN is applied, a TiSi2 process is performed under the TiN.

도2b를 참조하여 살펴보면, 상기 콘택플러그(33)를 형성한 후에 기판 전면에 Ti를 증착하고. 로(furnace)를 이용한 열처리 또는 급속열처리(RTP)를 이용하여 N2 분위기에서 열처리하여 폴리실리콘이 드러나 있는 부분만 TiSi2(35)가 형성되도록 한다. 이어서 나머지 부분의 Ti는 습식 세정등을 통하여 제거한다. 여기서 TiSi2 대신에 TiSi 또는 CoSi, CoSi2등을 적용할 수 있다.Referring to FIG. 2B, after the contact plug 33 is formed, Ti is deposited on the entire surface of the substrate. Heat treatment is performed in an N2 atmosphere using heat treatment using a furnace or rapid thermal treatment (RTP) so that TiSi2 (35) is formed only in the portion where the polysilicon is exposed. Then, the remaining portion of Ti is removed by wet cleaning or the like. Here, instead of TiSi2, TiSi, CoSi, CoSi2 and the like can be applied.

도2c을 참조하여 살펴보면, 상기 공정이 수행된 기판에 하부로 부터 TiN/Ir/IrOx을 차례로 기판 전면에 화학기상증착, 물리기상증착(IMP, Collimated 방식등) 또는 원자층증착방법을 이용하여 증착한 후, 일반적인 포토 및 에치 공정을 이용하여 플러그 위쪽의 TiN/Ir/IrOx(36,37,38)만 남기고 나머지는 제거한다. 여기서 TiN은 확산방지막의 역활을, Ir/IrOx는 산화방지막의 역할을 한다.Referring to FIG. 2C, TiN / Ir / IrOx is sequentially deposited on the entire surface of the substrate from the bottom by chemical vapor deposition, physical vapor deposition (IMP), or atomic layer deposition After that, the TiN / Ir / IrOx (36, 37, 38) on the upper side of the plug is removed using a general photo and etch process, and the remainder is removed. Here, TiN serves as a diffusion preventing film, and Ir / IrOx serves as an oxidation preventing film.

이때 확산방지막 및 산화방지막의 특성을 개선할 목적으로 N2 또는 O2 분위기에서 플라즈마 처리를 수행할 수 있다. 여기서 확산방지막의 특성을 개선할 목적으로 열처리를 수행할 경우, 로를 이용거나 급속열처리를 이용하여 1초 ~ 5시간동안, 300~700℃범위에서 N2 또는 O2 분위기에서 하거나 또는 기타불활성 가스를 이용하여 수행한다.At this time, plasma treatment can be performed in an N 2 or O 2 atmosphere for the purpose of improving the characteristics of the diffusion preventing film and the oxidation preventing film. Here, in order to improve the characteristics of the diffusion barrier layer, the heat treatment may be performed in a N 2 or O 2 atmosphere at 300 to 700 ° C. for 1 second to 5 hours by using a furnace or a rapid thermal annealing or by using other inert gas .

이 때에 IrOx/Ir(38,37) 펜스(fence)가 발생하지 않도록 충분히 슬로프(slope) 식각을 하는 것이 중요하다. 여기에서 TiN(36)의 두께는 10 ~ 1000 Å 정도로 하고, Ir(37)의 두께는 100 ~ 3000Å 정도로 한다. At this time, it is important to perform a sufficient slope etching so that the IrOx / Ir (38,37) fence does not occur. Here, the thickness of the TiN 36 is about 10 to 1000 angstroms, and the thickness of the Ir 37 is about 100 to 3000 angstroms.

또, IrOx(38)의 두께는 10 ~ 1000Å 정도로 한다. TiN 대신에 내산화성이 우수한, TiAlN, TaSiN, RuTiO 또는 RuTiN등의 물질을 대체해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 IrOx/Ir 대신에 RuOx/Ru을 증착할 수도 있고, Ru, RuTiN, RuTiO, RuTaN, RuTiO를 이용할 수 있다.In addition, the thickness of the IrOx 38 is about 10 to 1000 ANGSTROM. The same effect can be obtained by replacing TiNN, TaSiN, RuTiO, or RuTiN, which is superior in oxidation resistance, instead of TiN. Alternatively, RuOx / Ru may be deposited instead of IrOx / Ir, or Ru, RuTiN, RuTiO, RuTaN, RuTiO may be used.

여기에서 Ir/IrOx를 형성할 때 직접 증착하는 공정 대신, Ir 표면에 산소분위기에서 로열처리 또는 급속열처리 장비를 이용해서 300 ~ 700℃ 범위로 1초 ~ 5시간의 범위로 IrOx를 형성하게 처리 할 수 있고, 또는 플라즈마 열처리를 수행하여 할 수 있다. Here, instead of the direct deposition process for forming Ir / IrOx, IrOx is formed on the Ir surface in an oxygen atmosphere in the range of 300 to 700 占 폚 for 1 second to 5 hours using a royal treatment or rapid thermal treatment equipment Or by performing a plasma heat treatment.                     

이어 도2d를 참조하여 살펴보면, 상기 IrOx/Ir/TiN(38,37,36)이 형성된 기판 전면에 제2 층간절연층(39)으로 적당한 두께의 SiOx를 증착한다. 이 때 Ir(37)이 산화 방지 특성을 보이기 위한 두께를 고려하는 것이 필수이다. 즉, SiOx의 두께는 IrOx/Ir/TiN(38,37,36)의 전체 두께보다 두껍게 하는 것이 핵심이다. 즉, SiOx의 두께는 1000 ~ 5000Å 정도로 한다. SiOx 대신에 SiOx, Si3N4등을 사용할 수 있고, 증착 방법으로 화학기상증착, 스핀온(Spin-on), 물리기상증착, 원자층증착방법등 다양하게 사용할 수 있다.Referring to FIG. 2D, a SiOx layer having a suitable thickness is deposited on the entire surface of the substrate on which the IrOx / Ir / TiN layers 38, 37, and 36 are formed. At this time, it is necessary to consider the thickness for the Ir (37) to exhibit the oxidation preventing property. That is, it is essential that the thickness of SiOx be made larger than the total thickness of IrOx / Ir / TiN (38, 37, 36). That is, the thickness of SiOx is set to about 1000 to 5000 ANGSTROM. Instead of SiOx, SiOx, Si3N4, or the like can be used. As the deposition method, various methods such as chemical vapor deposition, spin-on, physical vapor deposition, and atomic layer deposition can be used.

이어 도2e를 참조하여 살펴보면, SiOx를 화학기계연마를 이용하여 IrOx(38) 표면을 드러나게 한다. 이 공정에서는 화학기계연마를 과도하게 하여도 IrOx(38)는 화학기계연마가 잘 안되기 때문에 문제가 없다. 즉 공정 셋업(set-up) 을 매우 용이하게 할 수 있다.Referring to FIG. 2E, the surface of the IrOx 38 is exposed using chemical mechanical polishing of SiOx. Even if the chemical mechanical polishing is excessively performed in this step, there is no problem because the IrOx (38) is not chemically mechanically polished. That is, it is very easy to set up a process.

이어 도2f을 참조하여 살펴보면, 식각 멈춤 레이어(layer)(40)로 작용할 Al2O3을 적당한 두께로 화학기상증착, 물리기상증착 또는 원자층증착방법을 이용하여 증착하고, 커패시터의 콘케이브 구조를 형성할 제3 층간절연층(41)으로 SiOx층을 적당한 두께로 증착한다. 여기에서, Al2O3의 두께는 50 ~ 1000Å 정도로 하고, SiOx의 두께는 5000 ~ 20000Å 정도로 한다. Referring to FIG. 2F, Al2O3 to serve as an etch stop layer 40 is deposited to a proper thickness using a chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or atomic layer deposition method to form a concave structure of the capacitor A SiOx layer is vapor-deposited to a proper thickness using the third interlayer insulating layer 41. Here, the thickness of Al 2 O 3 is about 50 to 1000 Å, and the thickness of SiO x is about 5000 to 20000 Å.

또 이공정에서 Al2O3 대신에 SiOx와 식각선택비가 우수한 다른 산화물을 대신 적용할 수도 있고, SiOx는 다양한 종류의 Si 산화물을 적용할 수 있다. 식각 멈춤 레이어로 증착된 Al2O3의 식각선택비를 개선시킬 목적으로 열처리를 로를 이용한 열처리 또는 급속열처리로 300 ~ 700℃ 범위로 1초 ~ 5시간의 범위로 수행할 수 있다.Alternatively, instead of Al 2 O 3, SiO 2 and other oxides having excellent etching selectivity may be used instead of Al 2 O 3, and various kinds of Si oxides may be used for SiO x. For the purpose of improving the etch selectivity of Al2O3 deposited by the etch stop layer, the annealing may be performed at a temperature ranging from 300 to 700 ° C. for 1 second to 5 hours by a heat treatment using a furnace or rapid thermal annealing.

이어 도2g를 참조하여 살펴보면, 제3 층간절연층(41)을 사용한 SiOx를 식각하고, 커패시터의 하부 전극의 접착층(42)으로 Al2O3를 10 ~ 1000Å 범위로 화학기상증착, 물리기상증착 또는 원자층증착방법을 이용하여 증착한다. Referring to FIG. 2G, SiOx is etched using the third interlayer insulating layer 41, and Al2O3 is deposited as an adhesive layer 42 of the lower electrode of the capacitor by chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or atomic layer deposition Deposition is performed using a deposition method.

식각 멈춤 레이어(40)로 증착한 Al2O3 때문에 제3 층간절연층(41)의 식각시에 과식각이 억제된다. 접착층(42)으로 사용된 Al2O3는 커패시터 하부전극으로 Pt,Ir,Ru등의 금속 층을 사용하기 때문에 필요한 접착층이다. 이층이 없으면 하부 전극과 제3 층간절연층(42)으로 사용된 하지 SiOx의 접착특성이 불량하며, 하부 전극 리프팅(lifting)등의 소자 제작 공정 상의 어려움이 발생한다.The over-etching angle is suppressed at the time of etching the third interlayer insulating layer 41 because of Al2O3 deposited by the etching stop layer 40. [ Al2O3 used as the adhesive layer 42 is an adhesive layer necessary because a metal layer such as Pt, Ir, or Ru is used as a capacitor lower electrode. Without this layer, the adhesion characteristics of the underlying SiOx used as the lower electrode and the third interlayer insulating layer 42 are poor, and difficulties arise in the device fabrication process such as lower electrode lifting.

이어 도2h을 참조하여 살펴보면, 접착층으로 증착한 Al2O3을 에치백 공정을 적용하여 플러그 위쪽의 Al2O3층을 제거한다. 플러그 위쪽의 Al2O3를 제거하면 플러그를 통한 전기적 흐름이 가능하고, 제3 층간절연층 측벽에는 그대로 Al2O3가 남아 있어 하부 전극의 접착층으로 작용하게 된다.Referring to FIG. 2h, Al2O3 deposited on the adhesive layer is etched back to remove the Al2O3 layer above the plug. If Al2O3 above the plug is removed, electrical flow through the plug is possible, and Al2O3 remains on the sidewall of the third interlayer insulating layer and acts as an adhesive layer of the lower electrode.

이어 도2i를 참조하여 살펴보면, 하부전극(43)을 증착한 후 에치백 또는 화학기계연마 공정등을 적용하여 콘케이브 내부에만 하부 전극이 형성한다. 하부 전극으로는 보통 Pt, Ir, IrOx, Ru, RuOx 등을 적용하거나, 이들의 조합으로 화학기상증착, 물리기상증착 또는 원자층증착방법을 이용해서 한다.. 여기에서 하부전극(43)의 두께는 100 ~ 2000Å 정도로 한다.Referring to FIG. 2I, a lower electrode is formed only in the interior of the cone by applying an etch-back or a chemical mechanical polishing process after the lower electrode 43 is deposited. The lower electrode is usually made of Pt, Ir, IrOx, Ru, RuOx or the like, or a chemical vapor deposition, physical vapor deposition or atomic layer deposition method is used in combination. Is about 100 to 2000 ANGSTROM.

하부전극(43) 증착 후 열처리로 로(furnace)를 이용하거나 급속열처리 또는 플라즈마 공정을 이용한다. 상기 열처리를 로(furnace)를 이용한 열처리 또는 급속 열처리일 때는 200 ~ 800℃범위에서 O2, 오존, N2 또는 Ar 분위기에서 처리하고 로를 이용하는 시간은 10분 ~ 5시간, 급속열처리는 1초 ~ 10분으로 한다. After the deposition of the lower electrode 43, a heat treatment furnace is used or a rapid thermal annealing or plasma process is used. When the heat treatment is performed in a furnace or in a rapid thermal annealing process, the annealing is performed in an atmosphere of O 2, ozone, N 2, or Ar at a temperature of 200 to 800 ° C. for 10 minutes to 5 hours, Min.

또한 플라즈마를 이용할 시에는 O2,오존 플라즈마 , N2, N2O 또는 NH3 분위기에서 열처리를 실시한다.When plasma is used, heat treatment is performed in an atmosphere of O 2, ozone plasma, N 2, N 2 O, or NH 3.

이어 도2j을 참조하여 살펴보면, 강유전체(44) 및 상부전극(45)을 증착한 후, 일반적인 포토 및 식각 공정을 적용하여 패터닝하여 형성한다. 여기에서 강유전체(44)로는 BLT, SBT, SBTN 또는 PZT을 적용할 수 있고, 상부전극(45)으로는 Pt, Ir, Ru, IrOx 또는 RuOx중 하나를 적용하든가, 또는 이들의 조합을 나오는 두 층 이상의 하이브리드(hybrid) 전극 구조도 가능하다. 강유전체(44)의 두께는 100 ~ 2000Å 정도로 하고, 상부전극(45)의 두께는 100 ~4000 Å 정도로 화학기상증착 또는 원자층증착방법을 이용하여 형성한다.Referring to FIG. 2J, the ferroelectric 44 and the upper electrode 45 are deposited and patterned by applying a general photolithography and etching process. BLT, SBT, SBTN, or PZT may be used for the ferroelectric 44, and one of Pt, Ir, Ru, IrOx, or RuOx may be applied to the upper electrode 45, or two layers The above-described hybrid electrode structure is also possible. The thickness of the ferroelectric layer 44 is about 100 to 2000 angstroms, and the thickness of the upper electrode 45 is about 100 to 4000 angstroms.

여기서 강유전체의 열처리 온도는 400 ~ 800℃ 정도로 O2,N2,Ar,오존(O3), He, Ne 또는 Kr의 분위기로 10 ~ 5 시간으로 형성한다. 열처리 장비는 확산로(diffusion furnace) 또는 급속 열처리(RTP)를 이용한다.Here, the heat treatment temperature of the ferroelectric is about 10 to 5 hours in an atmosphere of O 2, N 2, Ar, ozone (O 3), He, Ne or Kr at about 400 to 800 ° C. The heat treatment equipment uses a diffusion furnace or rapid thermal treatment (RTP).

상기의 콘케이브 커패시터 제조는 DRAM등의 MIM(Metal/Insulator/Metal) 컨케이브 커패시터 구조에서도 적용 가능하다. 또, 플러그에는 폴리실리콘 이외에 TiN 플러그, 텅스텐 플러그등도 적용 가능하다.The manufacture of the above-mentioned concealed capacitors is also applicable to MIM (Metal / Insulator / Metal) capacitor capacitors such as DRAM. In addition to poly-silicon, a TiN plug, a tungsten plug, and the like can be applied to the plug.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

본 발명에서는 강유전체 커패시터의 제조방법에 있어서, 콘케이브 구조를 형성하는 층간절연층의 식각시 멈춤레이어를 추가하여, 과식각을 방지함으로서, 후속 열공정에 매우 안정적인 콘케이브 커패시터를 제작할 수 있다.In the method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to the present invention, a stop layer is added at the time of etching an interlayer insulating layer forming a cone structure to prevent over-etching, thereby making it possible to manufacture a highly stable cone capacitor in a subsequent thermal process.

Claims (6)

기판 상에 제1 층간절연층을 증착하고, 콘택플러그를 형성하는 단계;Depositing a first interlayer insulating layer on the substrate and forming a contact plug; 상기 콘택플러그상에 확산방지막을 형성하는 단계;Forming a diffusion barrier layer on the contact plug; 상기 확산방지막을 덮는 제2 층간절연층을 증착하는 단계;Depositing a second interlayer insulating layer covering the diffusion barrier layer; 상기 제2 층간절연층을 확산방지막이 드러날 때까지 화학기계연마 하는 단계;Chemical mechanical polishing of the second interlayer insulating layer until the diffusion barrier layer is exposed; 상기 제2 층간절연층 상에 식각 멈춤 레이어로 Al2O3 증착하는 단계;Depositing Al2O3 as an etch stop layer on the second interlayer insulating layer; 상기 식각 멈춤 레이어 상에 제3 층간절연층을 증착하고 홀을 형성하는 단계;Depositing a third interlayer insulating layer on the etch stop layer and forming a hole; 상기 홀 안에 접착층을 형성하는 단계; 및Forming an adhesive layer in the hole; And 상기 접착층위로 하부전극, 강유전체 및 상부전극을 패터닝하는 단계Patterning the lower electrode, the ferroelectric, and the upper electrode over the adhesive layer 를 포함하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법.Wherein the ferroelectric capacitor is a ferroelectric capacitor. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 Al2O3의 두께는 50 ~ 1000Å 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법.Wherein the thickness of the Al2O3 layer is in the range of 50 to 1000 angstroms. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 Al2O3는 물리기상증착, 화학기상증착 또는 원자층증착법 중에서 하나를 선택된 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법Wherein the Al2O3 is one selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition. 2. A method of manufacturing a ferroelectric capacitor, 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 Al2O3를 증착 후에 식각 선택비를 개선시킬 목적으로 로를 이용한 열처리 또는 급속열처리를 이용하는 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법.Wherein a heat treatment using a furnace or a rapid thermal annealing is performed for the purpose of improving the etch selectivity after deposition of the Al2O3. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 열처리의 온도는 300 ~ 700 ℃ 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법.Wherein the temperature of the heat treatment is in the range of 300 to 700 占 폚. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 열처리의 시간은 1 초 ~ 5 시간의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 소자의 콘케이브 커패시터 제조 방법.Wherein the time of the heat treatment is in the range of 1 second to 5 hours.
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