KR100719805B1 - Method of depositing capacitor electrode adding transition metal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커패시터 전극 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor thin film deposition method, and more particularly to a capacitor electrode deposition method.
본 발명에 따른 전극 증착 방법은 (a)챔버 내부로 커패시터 전극 소스 및 전이 금속 소스를 공급하여 상기 챔버 내에 구비된 기판 상에 증착하는 단계; (b)챔버 내부에 가스를 공급하여 상기 가스 분위기를 형성하는 단계; (c)상기 (b)단계에서 공급된 가스와 같은 종류의 플라즈마를 인가하여 상기 (a)단계에서 증착된 박막을 치밀화시키는 단계; (d)퍼지를 실시하여 상기 (c)단계에서 생성된 부산물들을 제거하는 단계; 및 (e)상기 (a)단계 내지 (d)단계를 반복하는 단계를 구비한다.The electrode deposition method according to the present invention comprises the steps of (a) supplying a capacitor electrode source and a transition metal source into the chamber and depositing it on a substrate provided in the chamber; (b) supplying a gas into a chamber to form the gas atmosphere; (c) densifying the thin film deposited in step (a) by applying a plasma of the same kind as the gas supplied in step (b); (d) purging to remove by-products generated in step (c); And (e) repeating steps (a) to (d).
본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법은 커패시터 전극의 증착 시 전이금속을 첨가하여 커패시터 전극 박막의 전기적, 물리적 특성을 향상시켜 표면 거칠기(surface morphology)가 우수한 박막을 증착할 수 있으며, 열처리 후에도 표면 거칠기가 우수한 커패시터 전극 박막을 제공할 수 있다.In the method of depositing a capacitor electrode with a transition metal according to the present invention, by adding a transition metal during deposition of a capacitor electrode, it is possible to deposit a thin film having excellent surface morphology by improving electrical and physical properties of the capacitor electrode thin film. Even after the heat treatment, a capacitor electrode thin film having excellent surface roughness can be provided.
전이금속, 표면 거칠기, 박막 증착 Transition metal, surface roughness, thin film deposition
Description
도 1은 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법을 나타내는 도면.1 is a view showing a capacitor electrode deposition method to which a transition metal is added according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법 중 ALD 방법을 이용한 증착 방법을 나타내는 도면.2 is a view showing a deposition method using the ALD method of the capacitor electrode deposition method to which the transition metal is added according to the present invention.
도 3a는 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법의 일실시예를 나타내는 도면.Figure 3a is a view showing an embodiment of a capacitor electrode deposition method to which a transition metal is added according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법의 다른 일실시예를 나타내는 도면.Figure 3b is a view showing another embodiment of the capacitor electrode deposition method to which the transition metal is added according to the present invention.
도 4는 본 발명의 방법의 일실시예에 의해 형성된 루테늄 커패시터 전극 내부의 성분 분석(AES) 결과를 나타내는 도면.4 shows the results of component analysis (AES) inside ruthenium capacitor electrodes formed by one embodiment of the method of the present invention.
도 5는 본 발명의 방법에 의해 형성된 루테늄 커패시터 전극의 열처리 전후의 표면을 분석(SEM)한 결과를 나타내는 도면.5 shows the results of analyzing (SEM) the surface before and after heat treatment of the ruthenium capacitor electrode formed by the method of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 암모니아 플라즈마를 이용한 방법에 의해 형성된 루테늄 커패시터 전극의 열처리 전후의 전기적 특성 결과를 나타내는 도면.6 is a view showing the results of the electrical properties before and after the heat treatment of the ruthenium capacitor electrode formed by the method using ammonia plasma according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 플라즈마를 이용한 방법에 의해 형 성된 루테늄 커패시터 전극의 열처리 전후의 전기적 특성 결과를 나타내는 도면.7 is a view showing the electrical characteristics before and after the heat treatment of the ruthenium capacitor electrode formed by the method using a hydrogen plasma according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 반도체 박막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 커패시터 전극 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor thin film deposition method, and more particularly to a capacitor electrode deposition method.
높은 소자 집적율과 저비용의 경제성과 대량 생산 등의 이유로 DRAM이 반도체 고정 기술의 개발을 주도하였으나, 기가 비트급 DRAM은 기존의 기술과 재료만으로는 단위소자 당 면적(cell area)이 매우 작기에 그 한계에 부닥치게 되었다.Although DRAM led the development of semiconductor fixing technology because of high device integration rate, low cost economy, and mass production, Gigabit DRAM has limited cell area per unit device using only existing technologies and materials. Was encountered.
그 대책으로 실리콘 산화막과 질화막을 이용하였지만 구조가 복잡하여 새로운 유전체와 전극의 개발이 필요하였다. As a countermeasure, a silicon oxide film and a nitride film were used, but the structure was complicated, and new dielectrics and electrodes needed to be developed.
DRAM 커패시터용 박막에 새로운 유전체 물질로는 STO, BST, PZT, Ta2O5 등이 사용되며, 해당 유전체 물질에 적합한 커패시터 전극은 종래에 팔라듐(Pd)을 사용하였지만, 현재에는 일반적으로 이리듐(Ir), 백금(Pt), 루테늄(Ru)을 사용하고 있다. 특히 이중에서도 루테늄(RU)의 사용이 증가하는 추세이다.New dielectric materials such as STO, BST, PZT, Ta2O5, etc. are used in DRAM capacitor thin films, and palladium (Pd) has been conventionally used as a capacitor electrode suitable for the dielectric material. Currently, iridium (Ir) and platinum are generally used. (Pt) and ruthenium (Ru) are used. In particular, the use of ruthenium (RU) is increasing trend.
이와 같이 커패시터 전극으로 사용되는 루테늄(Ru) 박막은 종래의 스퍼터(sputter), PVD, CVD, 플라즈마를 사용하는 PECVD, PEALD(plasma enhance Atomic layer deposition)등의 방법으로 증착된다. As such, the ruthenium (Ru) thin film used as a capacitor electrode is deposited by a conventional sputter, PVD, CVD, PECVD using plasma, or plasma enhanced atomic layer deposition (PEALD).
그러나 상기와 같은 방법에 의해 증착된 커패시터 전극 박막, 즉 루테늄 박막과 산화 막 사이의 접착력을 향상시키기 위하여 루테늄 박막이 형성된 기판을 후 속 열처리하면 루테늄 박막 내의 산소들이 하부막을 산화시켜 소자의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.However, if the substrate on which the ruthenium thin film is formed is subsequently heat-treated to improve the adhesion between the ruthenium thin film and the oxide thin film deposited by the above method, the oxygen in the ruthenium thin film oxidizes the lower layer to shorten the life of the device. There is a problem.
또한 열처리 후 커패시터 전극을 형성하는 물질들의 응집력으로 인하여 커패시터 전극 박막들이 재구성되어 커패시터 전극 박막 표면이 평탄하지 않게 되는 문제점이 있다.In addition, due to the cohesion of the materials forming the capacitor electrode after the heat treatment, the capacitor electrode thin films are reconfigured, which causes a problem that the surface of the capacitor electrode thin film is not flat.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 열처리 후 표면 거칠기가 우수한 커패시터 전극 박막을 증착하도록 하여 소자에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for depositing a capacitor electrode having a transition metal capable of improving the reliability of a device by depositing a capacitor electrode thin film having excellent surface roughness after heat treatment. There is this.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법은 (a)챔버 내부로 커패시터 전극 소스 및 전이 금속 소스를 공급하여 상기 챔버 내에 구비된 기판 상에 증착하는 단계; (b)챔버 내부에 가스를 공급하여 상기 가스 분위기를 형성하는 단계; (c)상기 (b)단계에서 공급된 가스와 같은 종류의 플라즈마를 인가하여 상기 (a)단계에서 증착된 박막을 치밀화시키는 단계; (d)퍼지를 실시하여 상기 (c)단계에서 생성된 부산물들을 제거하는 단계; 및 (e)상기 (a)단계 내지 (d)단계를 반복하는 단계를 구비한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of depositing a capacitor electrode including a transition metal, the method comprising: (a) supplying a capacitor electrode source and a transition metal source into a chamber and depositing the same on a substrate provided in the chamber; (b) supplying a gas into a chamber to form the gas atmosphere; (c) densifying the thin film deposited in step (a) by applying a plasma of the same kind as the gas supplied in step (b); (d) purging to remove by-products generated in step (c); And (e) repeating steps (a) to (d).
이와 같은 방법에 따라 본 발명에 따른 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법은 커패시터 전극의 증착 시 전이금속이 첨가됨으로써, 커패시터 전극 박막의 전기적, 물리적 특성을 향상시켜 표면 거칠기(surface morphology)가 우수해지 게 되는 것이다. According to the method described above, the method of depositing a capacitor electrode in which the transition metal is added according to the present invention improves the electrical and physical properties of the capacitor electrode thin film by adding a transition metal during deposition of the capacitor electrode, thereby improving surface morphology. Will be.
특히 루테늄 박막이 형성된 기판을 후속 열처리하는 경우 커패시터 전극을 형성하는 물질들 간에 서로 응집하는 것을 방지함으로써, 표면 거칠기가 우수한 커패시터 전극 박막을 얻을 수 있게 된다.In particular, in the subsequent heat treatment of the substrate on which the ruthenium thin film is formed, it is possible to obtain a capacitor electrode thin film having excellent surface roughness by preventing aggregation between materials forming the capacitor electrode.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법의 순서를 나타내는 것으로, 커패시터 전극 소스 및 전이금속 소스 공급(source feeding) 및 증착 단계(S110)와, 플라즈마 인가 단계(S120)가 소정 두께의 박막이 얻어질 때까지 반복되는 것으로 구성된다.1 is a flowchart illustrating a method of depositing a capacitor electrode in which a transition metal is added according to the present invention, wherein a capacitor electrode source, a source metal source feeding and deposition step (S110), and a plasma applying step (S120) are predetermined. And repeated until a thin film of thickness is obtained.
도 1의 구성요소에 의거하여 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법의 순서를 설명하기로 한다.Based on the components of FIG. 1, the procedure of the capacitor electrode deposition method to which the transition metal is added according to the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 커패시터 전극 소스 공급 및 전이 금속 소스공급 및 증착 단계(S110)에서 각 소스를 증착하는 방법으로 커패시터 전극 소스 및 전이 금속소스를 동시에 공급하여 증착하는CVD 방법을 사용할 수 있다. 나아가 다른 실시예로는 커패시터 전극 소스와 전이 금속 소스를 각각 공급하여 증착하는 ALD 방법을 사용할 수 있는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.In one embodiment of the present invention, as a method of depositing each source in the capacitor electrode source supply and the transition metal source supply and deposition step (S110), it is possible to use a CVD method of simultaneously supplying and depositing the capacitor electrode source and the transition metal source. have. Furthermore, as another embodiment, an ALD method of supplying and depositing a capacitor electrode source and a transition metal source, respectively, will be described later.
이와 같이 커패시터 전극 박막을 형성하는 커패시터 전극 소스는 이리듐, 백금, 루테늄 중에서 하나를 사용할 수 있다. 이러한 커패시터 전극 소스의 공급 방법으로는 현재 사용 중인 다양한 방법으로 공급 가능하다. 예를 들어 캐리어 가스 없이 자체 증기압을 이용하여 챔버에 직접 공급하는 방법, 또는 불활성 가스인 아르곤(Ar) 혹은 헬륨(He)에 의하여 버블링(bubbling)된 형태로 챔버 내로 이송하는 버블링 방법, 액상 공급 장치와 기화기를 사용하는 방법 중 어느 하나를 이용할 수 있다.As such, the capacitor electrode source forming the capacitor electrode thin film may use one of iridium, platinum, and ruthenium. As a supply method of such a capacitor electrode source, it can be supplied by various methods currently used. For example, a method of directly supplying a chamber using its own vapor pressure without a carrier gas, or a bubbling method of transporting into a chamber bubbling by argon (Ar) or helium (He), which are inert gases, and a liquid phase. Either method of using a feeder and a vaporizer can be used.
예를 들어 버블링 방법으로 커패시터 전극 소스를 공급하는 경우를 설명하면, 50 ~ 150℃로 가열된 20 ~ 1000sccm의 Ar 혹은 He으로 커패시터 전극 소스를 버블링하여 0.5 ~ 10sec간 챔버로 공급함으로써, 커패시터 전극 소스가 기판에 증착된다.For example, the case of supplying the capacitor electrode source by the bubbling method, by bubbling the capacitor electrode source with Ar or He of 20 ~ 1000sccm heated to 50 ~ 150 ℃ by supplying to the chamber for 0.5 ~ 10sec, An electrode source is deposited on the substrate.
한편 본 발명의 특징인 커패시터 전극 증착 시 함께 증착하는 전이 금속 소스는 철, 코발트, 니켈, 파라듐, 오스륨, 이리듐, 백금 등의 중금속으로 단단하고, 녹는 점과 끊는 점이높으며, 다른 금속과 합금으로 만들 수 있는 특징을 가지고 있다. 따라서 적당한 공정 조건 하에서 상기한 전이 금속 성분들 중에서 하나를 사용할 수있다.Meanwhile, the transition metal source to be deposited together when the capacitor electrode is deposited, which is a heavy metal such as iron, cobalt, nickel, palladium, osmium, iridium, and platinum, has a high melting point and high breaking point, and an alloy with other metals. It has features that can be made with. It is therefore possible to use one of the transition metal components mentioned above under suitable process conditions.
이러한 전이 금속 소스공급 방법으로는 이베포레이션 (Evaporation) 방법 또는 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용할 수 있다.As the transition metal source supply method, an evaporation method or a sputtering method may be used.
예를 들어 이베포레이션(Evaporation) 방법은 써멀 이베포레이션(Thermal evaporation), 이-빔 이베포레이션(e-beam evaporation), 또는 상기한 2가지의 방법을 조합하는 방법을 사용할 수 있다. 즉 이베포레이션 방법은 고진공(5×10-5 ~ 1×10-7torr)에서 전자빔(이-빔 이베포레이션)이나 전기 필라멘트(써멀 이베포레이 션)를 사용하여 보트를 가열시킨다. 이때 보트 위에서 증착하고자 하는 전이 금속들을 가열시켜 증류된 전이 금속들이 차가운 웨이퍼 표면 위에 응축되는 원리를 이용한 것이다.For example, the evaporation method may use a thermal evaporation, an e-beam evaporation, or a combination of the above two methods. In other words, the evaporation method heats a boat using an electron beam (e-beam evaporation) or an electric filament (thermal evaporation) at high vacuum (5 × 10 −5 to 1 × 10 −7 torr). At this time, the transition metals to be deposited on the boat are heated and the distilled transition metals are condensed on the cold wafer surface.
그리고 전이 금속 소스를 공급하는 다른 실시예인 스퍼터링 방법은 DC 또는 RF 마그네트론(magnetron), 플라즈마를 이용하여 증착하고자 하는 물질의 타겟으로부터 입자를 떼어내어 특정 기판상에 옮겨 붙이는 공정으로, 플라즈마(Plasma) 상태에서 이온화된 가스가 증착하고자 하는 타겟, 즉 전이금속이 함유된 부위에 강하게 충돌하여 전이금속이 웨이퍼에 증착되는 원리를 이용한 물리적 증착 방법이다.The sputtering method, which is another embodiment of supplying a transition metal source, is a process of removing particles from a target of a material to be deposited using DC or RF magnetron or plasma, and transferring the particles onto a specific substrate. It is a physical vapor deposition method using the principle that the ionized gas is deposited on a wafer due to a strong collision with a target to be deposited, that is, a region containing a transition metal.
본 발명의 실시예에 있어서 전이 금속 소스의 공급은 상술한 바와 같이 이베포레이션 또는 스퍼터링 방법에만 한정되는 것은 아니다. 즉 전이 금속이 액상인 경우에는 상술한 커패시터 전극 소스와 같은 방법에 의해서도 공급할 수 있다. 예를 들어 전이 금속 중의 하나인 니켈의 경우 액상으로도 사용되므로, 이 경우 니켈 소스를 30~250℃로 가열하여 20 ~ 1000sccm의 Ar 혹은 He으로 버블링함으로써, 전이 금속 소스를 챔버로 공급할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the supply of the transition metal source is not limited to the evaporation or sputtering method as described above. In other words, when the transition metal is liquid, it can be supplied by the same method as the capacitor electrode source described above. For example, nickel, one of the transition metals, is also used in the liquid phase. In this case, the transition metal source may be supplied to the chamber by heating the nickel source to 30 to 250 ° C. and bubbling with Ar or He of 20 to 1000 sccm. .
한편 플라즈마 인가 단계(S120)에서는 챔버 내부로 플라즈마를 인가하여 커패시터전극 소스와 전이 금속 소스 공급 및 증착 단계(S110)를 통해 증착된 박막을 치밀화시킨다. Meanwhile, in the plasma applying step (S120), plasma is applied into the chamber to densify the thin film deposited through the capacitor electrode source and the transition metal source supply and deposition step (S110).
본 발명의 실시예에 있어서, 플라즈마 인가 단계는 분위기 형성 단계와 플라즈마 인가 단계 및 퍼지 단계로 구성된다. 즉 플라즈마를 인가하기 전에 1 ~ 30sec 동안 챔버 내부에 소정의 가스, 예를 들면 암모니아, 혹은 수소가스를 미리 흘려줘 서 분위기를 형성한다. 그 다음 분위기 형성에 사용된 가스와 동일한 종류의 플라즈마를 인가하여 박막을 치밀화시킨다. 그 다음 퍼지를 실시하여 플라즈마 인가 시 생성된 부산물들을 제거하는 것으로 구성된다. In the embodiment of the present invention, the plasma applying step is composed of an atmosphere forming step, a plasma applying step, and a purge step. That is, a predetermined gas, for example, ammonia or hydrogen gas, is pre-flowed into the chamber for 1 to 30 sec before the plasma is applied to form an atmosphere. Then, the thin film is densified by applying the same kind of plasma as the gas used to form the atmosphere. It then consists of purging to remove by-products generated during plasma application.
본 발명의 실시예에 있어서 플라즈마는 가스 성분의 종류에 따라 다양한 종류의 플라즈마, 예를 들어 암모니아 플라즈마, 수소 플라즈마, 질소 플라즈마, 또는 암모니아+질소 플라즈마, 암모니아+수소 플라즈마 중 어느 하나가 사용될 수 있다.In the embodiment of the present invention, any one of various kinds of plasmas, for example, ammonia plasma, hydrogen plasma, nitrogen plasma, ammonia + nitrogen plasma, ammonia + hydrogen plasma, or the like may be used according to the type of gas component.
이러한 플라즈마의 발생은 챔버에서 직접 플라즈마를 발생시키는 다이렉트 플라즈마 방식, 또는 외부에서 발생시켜 챔버 내로 유도하는 원격 플라즈마 방식을 사용할 수 있다.The generation of the plasma may be a direct plasma method for generating a plasma directly in the chamber, or a remote plasma method for generating externally and leading into the chamber.
이 때 플라즈마의 주파수는 저주파에 해당하는300 ~ 500kHz를 사용하거나RF 주파수인 13.56MHz를 사용할 수 있다. 그리고 플라즈마의 파워는 50 ~ 2000W, 인가 시간은 1 ~ 60sec 정도가 바람직하며, 공정 중 압력은 1mTorr ~ 10Torr를 유지하는 것이 바람직하다.At this time, the frequency of the plasma may use a low frequency 300 ~ 500kHz or RF frequency 13.56MHz can be used. The plasma power is preferably 50 to 2000 W, the application time is about 1 to 60 sec, and the pressure during the process is preferably maintained at 1 mTorr to 10 Torr.
이하에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 전이 금속 성분을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the capacitor electrode deposition method to which the transition metal component is added according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 7.
도 2는 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법 중 ALD 방법을 이용한 증착 방법의 순서를 나타내는 것이다. Figure 2 shows the procedure of the deposition method using the ALD method of the capacitor electrode deposition method to which the transition metal is added according to the present invention.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법은 커패시터 전극 소스 공급 및 증착 단계(S210), 제1 퍼지 단계(S220), 전이금속 소스 공급 및 흡착(S230), 제2 퍼지(S240), 분위기 형성 단계(S250), 플라즈마 인가 단계(S260), 제3 퍼지 단계(S270)로 구성된다.As shown in the drawings, a method of depositing a capacitor electrode in which a transition metal is added according to the present invention includes supplying and depositing a capacitor electrode source (S210), a first purge step (S220), supplying and adsorbing a transition metal source (S230), and 2 is a purge (S240), the atmosphere forming step (S250), the plasma applying step (S260), the third purge step (S270).
즉 100~600℃로 가열된 스테이지 히터 위에 기판이 로딩된 상태에서 커패시터 전극 소스를 챔버 내로 피딩한다. 본 발명의 실시예에 있어서 커패시터 전극 소스로는 도 3a에 도시된 바와 같이 루테늄 소스를 사용하였다. 이 경우 50 ~ 150℃로 가열된 20 ~ 1000sccm의 Ar 혹은 He으로 루테늄 소스를 버블링하여 0.5 ~ 10sec간 챔버로 공급한다(S210). 그 다음 Ar 혹은 He가스로 내부를 퍼지한다(S220). 이에 따라 챔버 내에 잔류하고 있던 루테늄 소스가 제거됨은 물론, 기판에 다이렉트로 증착된 루테늄 소스 위에 붙어있는 다층의 루테늄 소스를 포함하는 반응 부산물이 제거된다.That is, the capacitor electrode source is fed into the chamber while the substrate is loaded on the stage heater heated to 100 to 600 ° C. In an embodiment of the present invention, a ruthenium source was used as the capacitor electrode source as shown in FIG. 3A. In this case, the ruthenium source is bubbled with Ar or He of 20 to 1000 sccm heated to 50 to 150 ° C. and then supplied to the chamber for 0.5 to 10 sec (S210). Then purge the interior with Ar or He gas (S220). As a result, the ruthenium source remaining in the chamber is removed, as well as reaction by-products including a multi-layer ruthenium source attached to the ruthenium source directly deposited on the substrate are removed.
그 다음, 도 3a에 도시된 바와 같이 전이 금속 소스인 니켈 소스를 30~250℃로 가열하여 20 ~ 1000sccm의 Ar 혹은 He으로 버블링하여 0.5 ~ 10sec간 챔버로 공급한다(S230). 이후 Ar 혹은 He가스로 내부를 퍼지한다(S240). 이에 따라 챔버 내에 잔류하고 있던 니켈 소스가 제거됨은 물론, 기판 또는 커패시터 전극 소스 위에 다이렉트로 증착된 니켈 소스 위에 붙어있는 다층의 니켈 소스를 포함하는 반응 부산물이 제거된다.Next, as shown in FIG. 3a, the nickel source, which is a transition metal source, is heated to 30 to 250 ° C. and bubbled into Ar or He of 20 to 1000 sccm to be supplied to the chamber for 0.5 to 10 sec (S230). Then purge the interior with Ar or He gas (S240). This not only removes the nickel source remaining in the chamber, but also removes reaction by-products including the multilayer nickel source attached to the nickel source deposited directly on the substrate or capacitor electrode source.
그 다음 플라즈마를 인가하게 되는데, 먼저 플라즈마를 인가하기 전에 도 3a에 도시된 바와 같이 1~30sec간 챔버 내부 암모니아 가스를 미리 흘러주어 분위기를 형성한다(S250). 이후에 1~60sec간 50~2000W의 파워 및 300~500KHz 혹은 13.56MHz의 주파수 범위에서 플라즈마를 인가하는데, 본 발명의 실시예에 있어서 플라즈마는 상술한 바와 같이 암모니아 가스 이외에도 도 3b에 도시된 바와 같이 수소가스를 사용할 수도 있다. 이에 따라 기판위에 증착된 커패시터 전극 소스와 전이 금속 소스가 상호 반응하여 박막이 치밀화된다.Then, the plasma is applied. First, before the plasma is applied, the ammonia gas inside the chamber is pre-flowed for 1 to 30 sec as shown in FIG. 3A to form an atmosphere (S250). Thereafter, a plasma is applied at a power range of 50 to 2000 W and a frequency range of 300 to 500 KHz or 13.56 MHz for 1 to 60 sec. In the embodiment of the present invention, the plasma may be formed as shown in FIG. Hydrogen gas can also be used. As a result, the capacitor electrode source and the transition metal source deposited on the substrate react with each other to densify the thin film.
이후 상술한 퍼지가스 등을 이용하여 퍼지한다(S260). 이에 따라 플라즈마 인가 시 생성된 부산물들이 제거된다.Then purge using the above-described purge gas (S260). Accordingly, by-products generated during plasma application are removed.
따라서 상기와 같이 커패시터 전극 소스와 전이 금속 소스가 증착된 상태에서 플라즈마에 의해 박막이 치밀화됨으로써, 기판을 열처리 하더라도 커패시터 전극 물질 사이에 결합되어 있는 전이 금속 물질들에 의해 커패시터 전극 물질들간의 상호 응집되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. Therefore, as described above, the thin film is densified by the plasma in the state where the capacitor electrode source and the transition metal source are deposited, so that even when the substrate is heat treated, the mutual aggregation between the capacitor electrode materials is caused by the transition metal materials bonded between the capacitor electrode materials. It can be prevented.
즉 도 4는 본 발명에 의한 증착 방법에 의해 형성된 니켈을 첨가한 루테늄 박막 내부의 성분 분석(AES) 결과를 나타내는 것으로, 니켈의 양이 다소 많음을 알 수 있다. 니켈 소스의 양은 조절할 수 있으므로 루테늄과 니켈 비를 조정할 수 있다.That is, Figure 4 shows the results of component analysis (AES) inside the ruthenium thin film to which nickel was formed by the deposition method according to the present invention, and it can be seen that the amount of nickel is somewhat higher. The amount of nickel source is adjustable, so the ratio of ruthenium and nickel can be adjusted.
그러므로 본 발명에 따른 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 박막 증착 방법은 열처리 시 전이 금속 물질들에 의해 커패시터 전극 물질들간의 응집력이 감소됨으로써, 종래와 달리 표면 거칠기가 우수하므로 소자에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Therefore, in the method of depositing a capacitor electrode thin film with a transition metal according to the present invention, the cohesive force between capacitor electrode materials is reduced by transition metal materials during heat treatment, thereby improving reliability of the device because of excellent surface roughness. Will be.
즉 도 5는 본 발명에 의한 증착 방법에 의해 형성된 니켈을 첨가한 루테늄 박막의 열처리 전후의 표면을 분석(SEM)한 결과를 나타내는 것으로, 열처리(annealing)는 300 ~ 800℃의 온도에서, 30분에서 2시간 동안, 수소, 질소, 또는 수소+질소 가스를 사용하여 열처리한 것이다.That is, Figure 5 shows the results of the analysis (SEM) of the surface before and after the heat treatment (SEM) of the nickel-added ruthenium thin film formed by the deposition method according to the present invention, the annealing is 30 minutes at a temperature of 300 ~ 800 ℃ For 2 hours at, hydrogen, nitrogen, or hydrogen + nitrogen gas using a heat treatment.
도 5에 의하면, 열처리 전후의 전이금속을 첨가한 루테늄 박막의 표면은 차이가 없음을 알 수 있다.5, it can be seen that the surface of the ruthenium thin film to which the transition metal is added before and after the heat treatment is not different.
한편 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 암모니아 플라즈마를 이용한 방법에 의해 형성된 루테늄 박막의 열처리 전후의 전기적 특성 결과를 나타내는 것이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 플라즈마를 이용한 방법에 의해 형성된 루테늄 박막의 열처리 전후의 전기적 특성 결과를 나타내는 것이다.Meanwhile, FIG. 6 is a graph illustrating electrical characteristics before and after heat treatment of a ruthenium thin film formed by a method using ammonia plasma according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a method using a hydrogen plasma according to an embodiment of the present invention. It shows the results of the electrical properties before and after the heat treatment of the ruthenium thin film formed by.
도 6 및 도 7에 의하면, 전이금속을 첨가한 루테늄 박막의 표면의 차이가 없음에 따라 전기적 특성 역시 차이가 없음을 알수 있다.6 and 7, as there is no difference in the surface of the ruthenium thin film to which the transition metal is added, it can be seen that there is no difference in electrical characteristics.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention has been described by way of example only, and is not intended to limit the present invention. In addition, it is apparent that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 증착 방법은 전이금속을 첨가하여 전기적, 물리적 특성이 향상되며, 표면 거칠기가 우수한 커패시터 전극 박막을 증착 할 수 있으며, 열처리 후에도 표면 거칠기가 우수한 커패시터 전극 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다.In the method of depositing a capacitor electrode with a transition metal according to the present invention, the electrical and physical properties can be improved by adding a transition metal, and a capacitor electrode thin film having excellent surface roughness can be deposited, and a capacitor electrode thin film having excellent surface roughness even after heat treatment is obtained. There is an advantage that can be obtained.
또한 본 발명에 의한 전이금속을 첨가한 커패시터 전극 박막증착 방법은 증 착 과정의 각 단계로 구성되는 사이클을 반복함으로써, 원하는 두께의 커패시터 전극 박막을 얻을 수 있는 장점이 있다.In addition, the capacitor electrode thin film deposition method to which the transition metal is added according to the present invention has an advantage of obtaining a capacitor electrode thin film having a desired thickness by repeating a cycle composed of each step of the deposition process.
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