KR100780604B1 - 슬러리 및 그를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 있어서, 루테늄을 연마하는 슬러리 및 그를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법을 제공하여 공정의 단순화와 안정화 및 제조 수율 향상을 이루는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 본 발명은 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 제공하는데 그 주된 특징이 있다.
아쿠아레지아, 암모늄염, 연마제, 루테늄, 산화지르코늄
Description
도 1은 종래의 하부전극 형성 시의 문제점을 나타내는 단면도,
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 이용한 루테늄 하부전극 형성 공정을 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
20 : 기판
20' : 소스/드레인 접합
21 : 게이트 절연막
22 : 게이트 전극
23 : 스페이서
24 : 절연막
25 : 폴리실리콘 플러그
26 : 실리사이드층
27 : 확산방지막
28 : 희생산화막
29 : 하부전극
30 : 감광막
본 발명은 반도체 소자 제조 공정에 널리 이용되는 하부전극 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리 및 그를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 장치에서 집적도가 높아짐에 따라 좁은 공간에서 높은 전극용량을 갖고 누설전류의 영향이 적어 전기적 특성이 우수한 캐패시터가 필요하게 되었다.
이를 위해 전기적 특성 및 기계적 특성과 화학적 특성이 우수한 루테늄(Ru)을 전극물질로 사용하게 되었다.
도 1은 통상적인 종래의 하부전극 형성 시의 문제점을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 소스/드레인 접합(10'), 게이트 산화막(11), 게이트전극(12) 및 스페이서(Spacer)(13)가 형성되어 있다. 상기 게이트전극(12) 상에 절연막(14)이 형성되어 있다. 선택적으로 식각된 상기 절연막(14) 에 의한 제1콘택홀(도시하지 않음) 상에 리세스된 폴리실리콘 플러그(15)와 실리사 이드층(16) 및 확산방지막(17)이 상기 제1콘택홀(도시하지 않음) 내부의 일정 영역에 형성되어 있다. 희생산화막(18)이 선택적으로 식각되어 오픈된 상기 확산방지막(17) 상에 루테늄 하부전극(19)이 형성되어 있다.
한편, 루테늄을 하부전극 물질로 사용하는 경우, 종래에는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)에 의한 루테늄 하부전극(19)을 평탄화 시 루테늄 연마에 사용할 전용 슬러리가 없어 텅스텐(W) 연마에 사용되는 실리카(Silica)나 알루미나(Alimona)계가 함유된 슬러리를 사용하였다.
전술한 바와 같은 종래의 루테늄 하부전극(19) 형성 공정은 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.
첫번째, 루테늄이 거의 연마가 되지 않아 연마 속도가 매우 낮기 때문에 슬러리의 공급 유량을 증가하고, 장시간이 소요된다.
두번째로, 과도한 공정 진행으로 인하여 상기 희생산화막(18)에 심각한 긁힘(19a) 현상이 발생하고, 슬러리 찌거기 또는 파티클 같은 잔류 부산물(19b)이 남게 된다.
세번째로, 상기 희생산화막(18)이 노출되는 시점부터 루테늄이 상기 희생산화막(18)보다 과연마(Over polishing)되어 디싱(Dishing) 현상이 심각하고 상기 희생산화막(18)의 부식(Erosion)도 심하게 일어날 뿐만아니라, 상기 희생산화막(18)과 접착력이 약한 루테늄에 과도한 물리적인 힘이 가해지면서 상기 희생산화막(18)으로 부터 루테늄이 떨어져나가는 현상(19c)이 발생하게 된다.
결국, 종래와 같은 슬러리를 사용하여 루테늄 하부전극(19)을 연마할 경우, 소자의 특성은 크게 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 제공한다.
그리고, 본 발명의 상기 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법은, 소정공정이 완료된 반도체 기판 상에 캐패시터의 루테늄 하부전극 물질을 증착한 후 감광막을 도포하는 제1단계; 및 상기 제1단계가 완료된 결과물을 상기 슬러리를 이용하여 연마 타겟선까지 화학적 기계적 연마 공정을 진행하여 루테늄 하부전극을 형성하는 제2단계를 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 2a 내지 도 2b를 참조하여 설명한다.
먼저, 연마제와 아쿠아레지아(Aqua regia) 및 암모늄염(NH4NO2)이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 준비한다. 상기 연마제는, 산화세륨(CeO2)과 산화지르코늄(ZrO2)을 포함하여 슬러리의 기계적 작용을 증진시킨다. 따라서, 상기 연마제의 기계적 작용을 높이고, 긁힘 현상을 최소화 하기 위해 평균 입자 크기가 0.1㎛ 내지 0.6㎛인 것을 사용한다.
상기 아쿠아레지아는, 통상적으로 염산(HCl)과 질산(HNO3)이 혼합된 강산(Strong acid)이므로 루테늄 표면을 부식시키거나 용해시켜 상기 루테늄의 원자간 결합력을 감소시키고 조직의 치밀도를 저하시켜 상기 루테늄의 화학적인 특성을 변화시킴으로써, 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 시 쉽게 연마되도록 하는 바, 상기 아쿠라레지아의 농도가 증가할수록 상기 루테늄의 부식속도와 용해속도는 증가하지만, 과량의 아쿠아레지아를 첨가하면, 슬러리의 안전성과 취급성을 확보하기 어렵고 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에서의 마진을 오히려 떨러뜨리기 때문에 슬러리의 페하지수(Potential of Hydrogen; PH)가 2 내지 3의 범위를 유지하도록 하며, 상기 아쿠아레지아의 농도는 상기 슬러리 대비 1웨이트퍼센트(wt%) 내지 5웨이트퍼센트(wt%)로 한다. 또한 상기 아쿠아레지아는 1몰농도 내지 12몰농도가 되도록 한다.
상기 슬러리에 상기 아쿠아레지아를 첨가할 때, 상기 암모늄염을 첨가한다. 상기 암모늄염은 산화제(Oxidizer)로서 작용하여 루테늄의 연마속도를 증가시키는 작용을 하지만, 오히려 산화막의 연마속도를 더 크게 증가시키는 작용을 하기 때문에 그 농도에 따라 루테늄과 산화막의 연마선택비(Selectivity)를 조절할 수 있다. 따라서, 상기 암모늄염은 상기 슬러리의 페하지수에 영향을 주지 않으면서, 상기 슬러리의 10wt% 내지 20wt%로 한다.
이어서, 도 2a에 도시된 바와 같이 소정공정이 완료된 반도체 기판(20) 상에 캐패시터의 루테늄 하부전극(29)을 200Å 내지 500Å의 두께로 형성한 후 감광막(30)을 도포한다. 여기서, AA'는 연마 타겟선으로 이 후 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 시 제거되는 부분을 나타낸다.
구체적으로, 반도체 기판(20) 상에 소스/드레인 접합(20'), 게이트 산화막(21), 게이트전극(22) 및 스페이서(Spacer)(23)가 형성되어 있다. 상기 게이트전극(22) 상에 절연막(24)이 형성되어 있다. 선택적으로 식각된 상기 절연막(24) 에 의한 제1콘택홀(도시하지 않음) 상에 리세스된 폴리실리콘 플러그(25)와 실리사이드층(26) 및 확산방지막(27)이 상기 제1콘택홀(도시하지 않음) 내부의 일정 영역에 형성되어 있다. 희생산화막(28)이 선택적으로 식각되어 상기 확산방지막(27)이 오픈되어 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 슬러리를 첨가하여 화학적 기계적 연마(CMP) 공정을 실시하는 바, 종말점 검출기(End Point Detector; EPD)를 사용하여 상기 희생산화막(28)이 노출되는 시점을 감지하도록 진행하여 루테늄 하부전극(29)을 형성한다.
이때, 루테늄과 상기 희생산화막(28)의 선택비가 1 대 1이 되도록 상기 슬러리의 암모늄염을 조절하므로써, 상기 희생산화막(28)이 노출되더라도 상기 루테늄이 과연마되거나 상기 희생산화막(28)으로부터 떨어져나가는 현상을 방지하거나 최소화 할 수 있다. 다시말하면, 루테늄의 연마속도를 증가시킬 수 있는 상기 슬러리를 사용하여 상기 희생산화막(28) 상에 존재하는 결함들을 제거하더라도 연마 특성이 좋은 2차의 슬러리, 예컨대 산화막용 슬러리를 사용하여 디싱이나 부식등을 제거하여야 하는 공정 상의 번거로움을 질산과 암모늄염이 첨가된 슬러리를 통해 단 한번의 공정으로 해결할 수 있다.
여기서, 루테늄의 연마속도와 상기 희생산화막(28)과의 연마선택비를 고려하여 공정 조건을 정하고 그 중 연마 압력은 1psi 내지 7psi로 유지한다.
또한, 화학적 기계적 연마(CMP) 공정 조건 중, 테이블 회전수를 설정할 때, 로터리형(Rotary type)은 10rpm(Rotation per minutes) 내지 80rpm, 리니어형(Linear type)은 100fpm(Feed per minutes) 내지 600fpm으로 한다.
전술한 것처럼 본 발명의 강유전체 캐패시터 제조 방법은, LNO계 하부전극 재료를 도입하여 BLT 강유전체 박막의 결정화 열처리 온도를 낮추고 BLT 강유전체 박막의 a축 또는 c축의 배향성을 증진시킴으로써, BLT 강유전체 캐패시터의 전극용량과 전기적 특성을 향상시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.
이상에서 본 발명의 기술 사상을 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술하였으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사 상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리를 제공하고, 그를 이용하여 루테늄 하부전극 형성을 위한 화학적 기계적 연마 공정 진행에 따른 희생산화막 상에 존재하는 결함 제거와 동시에 디싱이나 부식등을 제거함으로써, 전기적 특성과 안전성이 향상된 루테늄 하부전극 형성을 가능하게 하여 공정 단순화와 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (11)
- 화학적 기계적 연마법에 이용되는 슬러리에 있어서,연마제와 아쿠아레지아 및 암모늄염이 함유되어 루테늄을 연마하는 슬러리.
- 제 1 항에 있어서,상기 연마제는,산화세륨과 산화지르코늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리.
- 제 2 항에 있어서,상기 연마제는,평균 입자 크기가 0.1㎛ 내지 0.6㎛인 것을 특징으로 하는 슬러리.
- 제 1 항에 있어서,상기 아쿠아레지아는,1몰농도 내지 12몰농도인 것을 특징으로 하는 슬러리.
- 제 4 항에 있어서,상기 아쿠아레지아는,상기 슬러리 내의 페하지수가 2 내지 3의 범위를 유지하도록 하며, 상기 슬러리의 1웨이트퍼센트 내지 5웨이트퍼센트인 것을 특징으로 하는 슬러리.
- 제 1 항에 있어서,상기 암모늄염은,상기 슬러리의 페하지수에 영향을 주지 않으면서, 상기 슬러리의 10웨이트퍼센트 내지 20웨이트퍼센트인 것을 특징으로 하는 슬러리.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 슬러리를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법에 있어서,소정공정이 완료된 기판 상에 캐패시터의 루테늄 하부전극 물질을 증착한 후 감광막을 도포하는 제1단계; 및상기 제1단계가 완료된 결과물을 상기 슬러리를 이용하여 연마 타겟선까지 화학적 기계적 연마 공정을 진행하여 루테늄 하부전극을 형성하는 제2단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 루테늄 하부전극 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제2단계는,1psi 내지 7psi의 연마 압력 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 루테늄 하부전극 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제2단계는,로터리형 장비의 회전수를 10rpm 내지 80rpm으로 하는 것을 특징으로 하는 루테늄 하부전극 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제2단계는,리니어형 장비의 회전수를 100fpm 내지 600fpm으로 하는 것을 특징으로 하는 루테늄 하부전극 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 루테늄 하부전극은,200Å 내지 500Å의 두께임을 특징으로 하는 루테늄 하부전극 형성 방법.
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| KR1020000086678A KR100780604B1 (ko) | 2000-12-30 | 2000-12-30 | 슬러리 및 그를 이용한 루테늄 하부전극 형성 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100780604B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000033395A (ko) * | 1998-11-23 | 2000-06-15 | 윤종용 | 반도체장치의 커패시터 및 그 제조방법 |
| KR20020002530A (ko) * | 2000-06-30 | 2002-01-10 | 박종섭 | 캐패시터의 제조 방법 |
| KR20020005150A (ko) * | 2000-07-08 | 2002-01-17 | 이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드 | 화학-기계적 연마제 조성물 및 연마 방법 |
-
2000
- 2000-12-30 KR KR1020000086678A patent/KR100780604B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000033395A (ko) * | 1998-11-23 | 2000-06-15 | 윤종용 | 반도체장치의 커패시터 및 그 제조방법 |
| KR20020002530A (ko) * | 2000-06-30 | 2002-01-10 | 박종섭 | 캐패시터의 제조 방법 |
| KR20020005150A (ko) * | 2000-07-08 | 2002-01-17 | 이터널 케미칼 컴퍼니 리미티드 | 화학-기계적 연마제 조성물 및 연마 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20020058568A (ko) | 2002-07-12 |
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