KR100717824B1 - Capacitor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐패시터의 내구성을 좋게 유지하면서 전기적 특성이 좋은 캐패시터 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 캐패시터의 제조방법은 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극상에 제1 유전막을 형성하는 단계, 상기 제1 유전막상에 상기 제1 유전막보다 유전상수가 큰 유전체가 혼합된 제2 유전막을 원자층증착법으로 형성하는 단계, 상기 제2 유전막상에 제3 유전막을 형성하는 단계, 상기 형성된 제3유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하고, 본 발명은 유전상수가 높은 물질을 혼합하여 적층 유전막의 유전상수를 증가시키고 유효산화막두께를 감소 시켜 캐패시터의 전기적 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is to provide a capacitor having a good electrical characteristics and a method of manufacturing the same while maintaining the durability of the capacitor, the method of manufacturing the capacitor of the present invention comprises the steps of forming a lower electrode, a first dielectric film formed on the lower electrode Forming a second dielectric layer on the first dielectric layer, the second dielectric layer having a dielectric constant greater than that of the first dielectric layer, by atomic layer deposition; forming a third dielectric layer on the second dielectric layer, the formed Forming an upper electrode on the third dielectric film, the present invention is mixed with a high dielectric constant material to increase the dielectric constant of the laminated dielectric film and to reduce the effective oxide thickness effect of improving the electrical characteristics of the capacitor There is.
캐패시터, 유전막, 알루미늄산화막, 하프늄산화막, MIM Capacitor, Dielectric, Aluminum Oxide, Hafnium Oxide, MIM
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터의 유전막을 설명하기 위한 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating a dielectric film of a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2 유전막의 형성과정을 설명하기 위하여 도시한 도면.3A to 3B are diagrams for explaining a process of forming a second dielectric film according to a preferred embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 반도체 기판 22 : 랜딩플러그콘택21
23 : 스토리지노드콘택 24 : 배리어메탈23: storage node contact 24: barrier metal
25 : 식각장벽층 26 : 희생산화막25: etching barrier layer 26: sacrificial oxide film
27 : 하부전극 28 : 유전막27: lower electrode 28: dielectric film
29 : 상부전극29: upper electrode
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 캐패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a capacitor and a method of manufacturing the same.
반도체 소자의 소형화, 직접화에 따라 캐패시터의 제조 공정에 있어 유전막의 유효산화막두께(effective oxide thickness, Tox) 감소와 신뢰성 있는 소자의 제조가 요구 되고 있다. 이를 위해서 바이어스 전압에 따른 ΔC의 감소 및 누설전류와 같은 전기적 특성의 개선이 필요하다. 이러한 특성의 개선을 위해 기존의 SIS(Silicon Insulator Silicon)대신 MIM(Metal Insulator Metal)구조의 캐패시터가 사용되고 있다.With the miniaturization and directization of semiconductor devices, there is a demand for reducing the effective oxide thickness (Tox) of dielectric films and manufacturing reliable devices in the manufacturing process of capacitors. To this end, it is necessary to decrease the ΔC according to the bias voltage and improve electrical characteristics such as leakage current. To improve these characteristics, instead of the conventional silicon insulator silicon (SIS), a capacitor of a metal insulator metal (MIM) structure is used.
또한, 정전 용량 감소를 방지 하기 위해 기존의 ONO(Oxide Nitride Oxide)유전막 대신 유전상수가 큰 알루미늄산화막(Al2O3), 하프늄산화막(HfO2)을 적용한 캐패시터에 대한 연구가 진행되고 있다.In addition, in order to prevent a decrease in capacitance, researches on capacitors using aluminum oxide films (Al 2 O 3 ) and hafnium oxide films (HfO 2 ) having a large dielectric constant instead of the conventional ONO (Oxide Nitride Oxide) dielectric films have been conducted.
상기 알루미늄산화막은 유전상수가 아주 크지 않아서 정전 용량 확보에 제약이 있고, 상기 하프늄산화막은 항복전계 강도가 낮아 반복적인 전기적 충격에 취약해 캐패시터의 내구성을 떨어뜨리고, 일정 두께 이상으로 증착할 경우 결정화가 발생하여 누설 전류 특성이 열화되는 문제를 갖고 있다.The aluminum oxide film has a very low dielectric constant and thus has a limitation in securing capacitance. The hafnium oxide film has a low breakdown field strength, which is vulnerable to repeated electric shocks, thereby degrading the durability of the capacitor. There is a problem in that leakage current characteristics are deteriorated.
이러한 문제를 해결하기 위해 하프늄산화막/알루미늄산화막/하프늄산화막 3 중층으로 이루어진 유전막이 제안되었다. 상기 3중층으로 이루어진 유전막은 하프늄산화막을 결정화가 이루어지지 않는 두께로 증착하고 누설 전류 특성이 하프늄산화막보다 우수한 알루미늄산화막을 증착한 후 다시 하프늄 산화막을 형성함으로 단일막에 비해 전기적 특성이 좋고, 내구성이 좋아 진다. In order to solve this problem, a dielectric film composed of a hafnium oxide film / aluminum oxide film / hafnium oxide film triple layer has been proposed. The triple layer dielectric film has a hafnium oxide film deposited at a thickness that does not crystallize, deposits an aluminum oxide film having better leakage current characteristics than the hafnium oxide film, and then forms a hafnium oxide film, thereby providing better electrical characteristics and durability than a single film. Improves.
그러나, 상기 3중층으로 이루어진 유전막은 알루미늄산화막이 하프늄산화막보다 유전상수가 작기 때문에 전체 캐패시터의 유전상수가 감소하게 된다.However, in the dielectric layer including the triple layer, since the aluminum oxide film has a smaller dielectric constant than the hafnium oxide film, the dielectric constant of the entire capacitor is reduced.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 캐패시터의 내구성을 좋게 유지하면서 전기적 특성이 좋은 캐패시터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor having good electrical characteristics while maintaining the durability of the capacitor.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캐패시터의 제조방법은 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극상에 제1 유전막을 형성하는 단계, 상기 제1 유전막상에 상기 제1 유전막보다 유전상수가 큰 유전체가 혼합된 제2 유전막을 원자층증착법으로 형성하는 단계, 상기 제2 유전막상에 제3 유전막을 형성하는 단계, 상기 형성된 제3유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a capacitor of the present invention for achieving the above object is a step of forming a lower electrode, forming a first dielectric film on the lower electrode, a dielectric having a larger dielectric constant than the first dielectric film on the first dielectric film And forming a mixed second dielectric film by atomic layer deposition, forming a third dielectric film on the second dielectric film, and forming an upper electrode on the formed third dielectric film.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view illustrating a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터의 유전체막(28)은 유전상수가 적어도 9 이상인 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 제1 유전막(28a)과, 유전상수가 적어도 9 이상인 고유전막 중 선택된 적어도 두개의 고유전막이 혼합된 제2 유전막(28b)과, 상기 제1 유전막(28b)과 동일 또는 서로 다른 종류의 고유전막으로 이루어진 제3 유전막(28c)을 포함한다.As shown in FIG. 1, the
제1 및 제3 유전막(28a, 28c)은 하기의 표 1에 나타낸 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 형성한다. 여기서, 표 1은 [G.D. Wilk et al., Journal of Applied Physics, vol. 89; no. 10, pp5243-5275(2001)]이 문헌에 개시된 유전체막 및 그의 특성을 나타낸 것이다.The first and third
바람직하게는, 하프늄산화막으로 형성한다. Preferably, it is formed of a hafnium oxide film.
제2 유전막(28b)은 제1 및 제3 유전막(28a, 28c)을 동일한 고유전막, 예컨대 하프늄산화막으로 형성하는 경우 누설전류의 취약성을 보완하기 위하여 누설전류 특성을 개선시키고, 하프늄산화막보다 유전상수가 높은 고유전막 중 선택된 적어도 두 종류의 고유전막이 혼합된 혼합막으로 형성한다. 바람직하게는 ZrOxAlyOz 및 LaOxAlyOz(여기서, x, y, z는 0 또는 자연수)와 같은 일군의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 혼합물으로 형성한다. The second
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터는 유전체막(28)의 상하부에 각각 형성된 하부전극(27) 및 상부전극(29)을 더 포함한다. 하부전극(27)과 상부전극(29)은 각각 금속층으로 형성하되, 바람직하게는 TiN, Ru, Pt, Ir, Ru/RuO2, Ir/IrO2 및 SrRuO3의 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 도전성 전극 물질로 형성한다. On the other hand, the capacitor according to the preferred embodiment of the present invention further includes a
이하, 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 도 1에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터의 제조방법을 설명하기로 한다. 여기서는, 설명의 편의를 위해 콘케이브형(concave type) 캐패시터를 갖는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자의 제조방법을 도시하였다. Hereinafter, a method of manufacturing a capacitor according to a preferred embodiment of the present invention shown in Figure 1 with reference to Figures 2a to 2d will be described. Here, a method of manufacturing a DRAM (Dynamic Random Access Memory) device having a concave type capacitor is shown for convenience of description.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)상에 일련의 반도체 제조공정을 통해 도시되지 않은 소자 분리막, 웰 영역, 워드라인(Word line) 및 접합영역을 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, a device isolation film, a well region, a word line, and a junction region, which are not shown, are formed on a
이어서, 워드라인을 덮도록 기판(21) 상부에 제1 층간 절연막(Inter Layer Dielectric, ILD1)을 증착한 후 사진법을 이용한 식각공정을 실시하여 접합영역이 노출되는 랜딩 플러그 컨택홀(Landing Plug Contact hole, LDC)(미도시)을 형성한다. Subsequently, a first interlayer dielectric (ILD1) is deposited on the
이어서, 랜딩 플러그 컨택홀 내부에 고립된 랜딩 플러그(22)를 형성한 후 그 상부를 덮도록 제2 층간 절연막(ILD2)을 증착한다. 이때, 랜딩 플러그(22)는 폴리 실리콘막으로 형성하고, 제2 층간 절연막(ILD2)은 산화막 계열의 물질로 단층 또는 적층으로 형성한다. Subsequently, an
이어서, 제2 층간 절연막(ILD2)의 일부에 비트라인(Bit line)(미도시)을 형성한다. Subsequently, a bit line (not shown) is formed on a part of the second interlayer insulating film ILD2.
이어서, 사진법을 이용한 식각공정을 실시하여 랜딩 플러그(22)가 노출되는 스토리지 노드 컨택홀(Storage Node Contact hole, SNC)(미도시)을 형성한 후 그 내부에 고립된 스토리지 노드 컨택 플러그(Storage Node Contact Plug)(23)를 형성한다. 이때, 스토리지 노드 컨택 플러그(23)는 폴리 실리콘막으로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, an etching process using a photo method is performed to form a storage node contact hole (SNC) (not shown) to which the
이어서, 스토리지 노드 컨택 플러그(23)를 일정 깊이로 리세스(recess)시킨다. 이때, 리세스 공정은 폴리 실리콘막과 산화막 간의 식각 선택비를 이용하여 실시한다.The storage
이어서, 스토리지 노드 컨택 플러그(23)가 리세스되어 노출된 스토리지 노드 컨택홀의 매립되도록 스토리지 노드 컨택 플러그(23) 상부에 배리어 메탈층(Barrier Metal layer, 24)을 형성한다. 이때, 배리어 메탈층(24)은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 또는 에치백(Etch back) 공정을 통해 스토리지 노드 컨택홀 내부에 고립시킨다. 이때, 배리어 메탈층(24)은 Ti와 TiN막의 적층구조로 형성한다. Subsequently, a
이어서, 배리어 메탈층(24)을 포함한 기판(21) 상부에 식각 장벽층(25)을 형성한다. 이때, 식각 장벽층(25)은 TiN막으로 형성하는 것이 바람직하다. Subsequently, an
이어서, 식각 장벽층(25) 상부에 캐패시터 스토리지 노드 패턴용 희생 산화막(26)을 증착한다. Subsequently, a
이어서, 사진법을 이용한 식각공정을 실시하여 배리어 메탈층(24)을 노출시키는 스토리지 노드 패턴을 형성한다. Subsequently, an etching process using a photo method is performed to form a storage node pattern exposing the
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 패턴의 표면을 따라 캐패시터의 스토리지 노드인 하부전극(27)을 증착한 후 식각하여 하부전극(27)을 분리시킨다. 이때, 하부전극(27)은 TiN, Ru, Pt, Ru/Ru02, Ir/IrO2 및 SrRuO3의 그룹중에서 선택된 어느 하나의 전극 물질로 형성한다. 그 두께는 200∼400Å의 두께로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the
예컨대, 하부전극(27)을 TiN으로 형성하는 경우, 그 제조방법은 다음과 같다. TiN의 원료물질로 TiCl4, 반응가스로 NH3를 사용하여 10∼1000sccm 정도의 유량으로 반응 챔버(chamber)의 압력을 0.1∼10torr, 기판의 온도를 500∼650℃로 하여 실시한다.For example, when the
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 하부전극(27) 상에 단원자층증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)으로 유전체막(28)이 하부막인 제1 유전막(28a)을 형성한다. 이때, 제1 유전막(28a)은 유전상수가 적어도 9 이상이 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 형성한다. 바람직하게는 하프늄산화막으로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the first
상기 제1유전막(28a)은 30~50Å의 두께로 형성하되, HfO2의 원료물질로 Hf(NEtMe)4를 사용하고, 운반가스로 Ar, 산화제로 O3, 퍼지가스로 N2를 사용하여 기판의 온도는 250∼500℃, 반응 챔버의 압력은 0.1∼1 torr로 실시할 수 있다. 예를 들면 운반가스인 아르곤(Ar)을 500∼1000 sccm의 유량으로 0.1∼10초간 유지하여 Hf(NEtMe)4을 0.1∼10초간 플로우시킨다. 그런 다음, 챔버 내부에 질소(N2)가스를 1500∼2000 sccm의 유량으로 3∼10초동안 주입시켜 흡착되지 않고 챔버 내부에 잔류되는 소스가스를 퍼지시킨다. 그런 다음, 산화제인 O3가스를 1500∼2000 sccm의 유량으로 3∼10초동안 주입시켜 웨이퍼 상부에 흡착된 Hf를 산화시켜 HfO2막을 형성한다. 그런 다음, 챔버 내부로 질소(N2)가스를 1500∼2000 sccm의 유량으로 3∼10초동안 주입시켜 반응하지 않은 O3를 퍼지시킨다. 이러한 단계를 하나의 사이클로 하고, 이 사이클을 반복적으로 진행하여 요구되는 두께로 형성한다.The
다음으로 상기 제2 유전막(28b)은 제1 및 제3 유전막(28a, 28c)을 동일한 고유전막, 예컨대 하프늄산화막으로 형성하는 경우 누설전류의 취약성을 보완하기 위하여 누설전류 특성을 개선시키고, 하프늄산화막보다 유전상수가 높은 고유전막 중 선택된 적어도 두 종류의 고유전막이 혼합된 혼합막으로 5∼10Å의 두께로 형성한다. 바람직하게는 ZrOxAlyOz 및 LaOxAlyOz(여기서, x, y, z는 0 또는 자연수)와 같은 일군의 혼합물 중 선택된 어느 하나의 혼합물으로 형성한다. Next, when the first and third
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, ALD방식을 이용하여 Al2O3막을 먼저 형성한 후 ZrO2막을 형성하는 공정으로 진행한다.3A to 3B, an Al 2 O 3 film is first formed using an ALD method, and then a process of forming a ZrO 2 film is performed.
도 3a에 도시된 바와 같이, 먼저 Al2O3막을 형성한다. Al2O3막 형성공정은 다음과 같다. TMA[Al(CH3)3]를 소스 가스로 하고 운반가스로 아르곤(Ar), 산화제로 O3, 퍼지가스로 N2를 사용하여 기판의 온도는 250∼500℃, 반응 챔버의 압력은 0.1∼1 torr로 실시할 수 있다. 예를 들면, 운반가스인 아르곤(Ar)을 20∼100 sccm의 유량으로 0.1∼5초동안 유지하여 TMA[Al(CH3)3]을 플로우시킨다. 그런 다음, 챔버 내부로 질소(N2)가스를 50∼300 sccm의 유량으로 0.1∼5초동안 주입시켜 흡착되지 않고 챔버 내부에 잔류되는 Al소스가스를 외부로 퍼지시킨다. 그런 다음, 챔버 내부로 산화제인 O3가스를 200∼500 sccm의 유량으로 3∼10초동안 주입시켜 웨이퍼 상부에 흡착된 Al을 산화시켜 Al2O3막을 형성한다. 그런 다음, 챔버 내부로 질소(N2)가스를 300∼1000 sccm의 유량으로 0.1∼5초동안 주입시켜 반응하지 않은 O3를 퍼지시킨다. 이러한 단계를 하나의 사이클로 하고 반복적으로 실시한다.As shown in FIG. 3A, an Al 2 O 3 film is first formed. The Al 2 O 3 film forming process is as follows. Using TMA [Al (CH 3 ) 3 ] as the source gas, argon (Ar) as the carrier gas, O 3 as the oxidant, and N 2 as the purge gas, the substrate temperature is 250-500 ° C and the pressure of the reaction chamber is 0.1. It can carry out at -1 torr. For example, argon (Ar), which is a carrier gas, is maintained at a flow rate of 20 to 100 sccm for 0.1 to 5 seconds to flow TMA [Al (CH 3 ) 3 ]. Then, nitrogen (N 2 ) gas is injected into the chamber at a flow rate of 50 to 300 sccm for 0.1 to 5 seconds to purge the Al source gas remaining in the chamber without adsorption to the outside. Then, O 3 gas, which is an oxidant, is injected into the chamber at a flow rate of 200 to 500 sccm for 3 to 10 seconds to oxidize Al adsorbed on the wafer to form an Al 2 O 3 film. Then, nitrogen (N 2 ) gas is injected into the chamber at a flow rate of 300 to 1000 sccm for 0.1 to 5 seconds to purge the unreacted O 3 . This step is repeated in one cycle.
이어서, 도 3b에 도시된 바와 같이 ZrO2막 형성공정을 진행한다. ZrO2막 형성공정은 다음과 같다. Zr(O-tBu)4, Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)(CH3)]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr(tmhd)4, Zr(OiC3H7)(tmhd) 및 Zr(OtBu)4와 같은 일군의 가스 중 선택된 어느 하나의 Zr소스를 운반가스인 아르곤(Ar)을 10∼50 sccm의 유량으로 0.1∼5초동안 유지하여 플로우시킨다. 그런다음, 질소가스를 50∼300 sccm의 유량으로 0.1∼5 초동안 주입시켜 흡착되지 않고 챔버 내부에 잔류되는 Zr소스가스를 외부로 퍼지시킨다. 그런다음, 챔버 내부로 O3를 주입시켜 Al2O3막이 형성되지 않은 웨이퍼 상에 ZrO2막을 형성한다. 그런다음, 챔버 내부로 질소(N2)가스를 주입시켜 반응하지 않은 O3를 퍼지키시는 단계를 하나의 사이클로 한다. 상기 Al2O3 형성 사이클과 상기 ZrO2 형성 사이클을 각각 1회씩 반복적으로 실시하여 요구되는 두께의 제2유전막(28b)을 형성한다. Subsequently, a ZrO 2 film forming process is performed as shown in FIG. 3B. The ZrO 2 film forming process is as follows. Zr (O-tBu) 4 , Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 , Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , Zr ( tmhd) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) (tmhd) and Zr (OtBu) 4 selected from a group of gases such as a source of argon (Ar) from 0.1 to 50 sccm at a flow rate of 10 to 50 sccm Hold for 5 seconds to flow. Then, nitrogen gas is injected at a flow rate of 50 to 300 sccm for 0.1 to 5 seconds to purge the Zr source gas remaining in the chamber without adsorption to the outside. Then, O 3 is injected into the chamber to form a ZrO 2 film on the wafer on which the Al 2 O 3 film is not formed. Then, nitrogen (N 2 ) gas is injected into the chamber to purge the unreacted O 3 in one cycle. The Al 2 O 3 formation cycle and the ZrO 2 formation cycle are repeatedly performed once each to form a
이때, 제2유전막(28b)에 Al2O3와 혼합되는 원료물질로 ZrO2외에 TiO2, La2O3 또는 Ta2O5를 사용할 수 있다. 상기 TiO2의 원료 물질로는 Ti(i-OC2H7)4, Ti(n-OC4H9)4, Ti(t-OC4H9)4, Ti(OC2H5)4, Ti(OCH3)4, Ti(n-OC2H7)4, Ti(thd)3, Ti(OiPr)2 및 Ti(mpd)(thd)2 와 같은 일군의 가스 중 선택된 어느 하나의 Ti소스, La2O3의 원료 물질로는 La(tmhd)3, Ta2O5의 원료 물질로는 탄탈륨펜톡사이드를 사용할 수 있다.At this time, TiO 2 , La 2 O 3 besides ZrO 2 as a raw material mixed with Al 2 O 3 in the
마지막으로, 제1 유전막(28a)과 동일 또는 서로 다른 종류의 고유전막으로 이루어진 제3 유전막(28c) 제1유전막과 동일한 방법을 이용하여 형성하며 30∼50Å의 두께로 형성한다. 바람직하게는 하프늄계 산화막으로 형성한다.Finally, the third
상기 형성된 유전막은 유전상수가 적어도 9 이상인 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 제1 유전막(28a)과, 유전상수가 적어도 9 이상인 고유전막 중 선택된 적어도 두개의 고유전막이 혼합된 제2 유전막(28b)과, 상기 제1 유전막(28b)과 동일 또는 서로 다른 종류의 고유전막으로 이루어진 제3 유전막(28c)을 포함한다.The formed dielectric layer may include a first
상기 형성된 유전막 내의 탄소, 수소등의 불순물 및 산소 공공과 같은 결함을 제거하기 위해 플라즈마어닐(Plasma anneal) 또는 UV/O3 어닐(anneal)을 실시한다. 먼저 상기 유전막을 300∼400℃의 온도로 O2 또는 N2O 및 N2+O2혼합 가스 분위기에서 30∼120초동안 50∼120W의 파워로 플라즈마 처리를 한다. 이때, 챔버(chamber)압력은 0.1∼1 torr로 유지한다. Plasma anneal or UV / O 3 annealing is performed to remove defects such as impurities such as carbon, hydrogen, and oxygen vacancy in the formed dielectric film. First, the dielectric film is subjected to plasma treatment at a temperature of 300 to 400 ° C. at a power of 50 to 120 W for 30 to 120 seconds in an O 2 or N 2 O and N 2 + O 2 mixed gas atmosphere. At this time, the chamber pressure is maintained at 0.1 to 1 torr.
또한, 상기 UV/O3어닐은 300∼400℃의 온도로 2∼10분동안 15∼30㎽/㎠의 강도(Intensity)로 실시한다.In addition, the UV / O 3 annealing is performed at an intensity of 15 to 30 mW / cm 2 for 2 to 10 minutes at a temperature of 300 to 400 ° C.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 유전막(28) 상에 상부전극을 형성한다. 이때, 상부전극으로 TiN을 사용하고, 화학기상증착법(CVD) 또는 물리적기상증착법(PVD)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 화학기상증착법은 원료물질로 TiCl4를 사용하고, 반응가스를 NH3로 사용하여 유량은 10∼1000 sccm, 반응챔버의 압력은 0.1∼10 torr, 기판의 온도는 500∼600℃로 유지하여 200∼400Å의 두께로 상부전극을 형성할 수 있다. 또한, 물리적기상증착법은 TiN의 두께를 600∼1000Å으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2D, an upper electrode is formed on the
상술한 바와같이, 본 발명은 제2유전막인 알루미늄산화막에 하프늄 제1유전막보다 유전상수가 큰유전막을 혼합하여 적층 유전막의 유전상수를 증가시키고 내구성을 좋게 유지할 수 있다. 또한, 본 발명은 캐패시터산화막을 딥아웃(dip out)하여 형성하는 실린더(Cylinder)공정에도 적용할 수 있다.As described above, the present invention can increase the dielectric constant of the laminated dielectric film and maintain the durability by mixing an aluminum oxide film, which is the second dielectric film, with a dielectric film having a larger dielectric constant than the hafnium first dielectric film. In addition, the present invention can also be applied to a cylinder process in which a capacitor oxide film is formed by diping out.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 알루미늄산화막에 알루미늄산화막보다 유전상수가 높은 물질을 혼합하여 적층 유전막의 유전상수를 증가시키고 유효산화막두께를 감소 시켜 캐패시터의 전기적 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of increasing the dielectric constant of the laminated dielectric film and reducing the effective oxide thickness by mixing a material having a higher dielectric constant than the aluminum oxide film in the aluminum oxide film to improve the electrical characteristics of the capacitor.
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