KR101515471B1 - 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101515471B1
KR101515471B1 KR1020080028510A KR20080028510A KR101515471B1 KR 101515471 B1 KR101515471 B1 KR 101515471B1 KR 1020080028510 A KR1020080028510 A KR 1020080028510A KR 20080028510 A KR20080028510 A KR 20080028510A KR 101515471 B1 KR101515471 B1 KR 101515471B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zirconium
film
zirconium oxide
oxide film
gas
Prior art date
Application number
KR1020080028510A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090103121A (ko
Inventor
김원홍
송민우
박판귀
박정민
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080028510A priority Critical patent/KR101515471B1/ko
Priority to US12/383,810 priority patent/US7977257B2/en
Publication of KR20090103121A publication Critical patent/KR20090103121A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101515471B1 publication Critical patent/KR101515471B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L21/02274—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 in the presence of a plasma [PECVD]
    • 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
    • H01L21/02189—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 zirconium, e.g. ZrO2
    • 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
    • H01L28/60—Electrodes
    • H01L28/75—Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/30—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the memory core region
    • 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
    • H01L28/60—Electrodes
    • H01L28/82—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation
    • H01L28/90—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114—Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01—Manufacture or treatment
    • H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/033—Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

고유전율을 가지는 지르코늄 산화막 형성 방법 및 이를 이용하는 반도체 장치의 형성 방법 및 이에 의해 형성되는 반도체 장치를 이용하는 시스템 장치를 제공한다. 유전율이 높은 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 2중 구조로 형성되거나, 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 및 지르코늄 산화막 3중 구조를 이용한 반도체 디바이스는 리키지가 없는 고유전막 구조로 넓은 면적의 전극막을 형성할 필요가 없어 단위 면적당 소자의 용량을 증가시킬 수 있다.

Description

지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를 이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법{SEMICONDUCTOR DEVICE USING A ZIRCONIUM OXIDE AND ZIRCONIUM OXYNITRIDE INSULATION LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고유전율을 갖는 지르코늄 산화막 형성 방법 및 이를 이용하는 반도체 소자의 구조 및 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 테트라키스에틸메틸아미노-지르코늄 (Tetrakis-ethymethylamino-zircoium) TEMAZ에 산화력이 강한 산화제를 공급하면서 플라즈마를 처리하여 지르코늄 산화막을 형성 시킨 후, 다시 테트라키스에틸메틸아미노-지르코늄 (Tetrakis-ethymethylamino-zircoium) TEMAZ에 산화력이 약한 산화제를 공급하고, 질소 화합물을 공급 플라즈마 처리하여 결정화 온도를 높여 열화 방지막을 형성하여 우수한 유전율을 갖는 지르코늄 산화막 및 지르코늄 산질화막이 이중으로 결합된 고유전막을 만들거나, 상기 이중막 상에 다시 지르코늄 산화막을 올려 삼중구조을 갖는 고유전막 및 이를 이용하는 반도체 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 메모리 제품의 고집적화가 가속화됨에 따라 단위 셀 면적이 크게 감소하면서, 동작 전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 이에 따라, 소자의 많은 문제가 발생하고 있는데, 이러한 문제 중 높은 축전용량을 가지면서 누설전류 발생이 적은 고유전막이 요구되고 있다.
일반적으로 사용되는 커패시터의 축전용량을 위해서나, 플래시 메모리의 커풀링 비를 올리기 위한 층간 절연막의 축전용량 증가를 위하거나, 금속 게이트를 사용하는 트랜지스터에서 적절한 문턱 전압 확보를 위해서, 유전막의 두께는 얇아지면서 유전율은 높은 고유전율 유전막 (high-k dielectric layer)의 요구가 대두되고 있다.
이러한 요구에 맞추어 지르코늄 산화막 (ZrO2) 단일막이 후보군으로 MIM (Metal-Insulator-Metal) 커패시터 유전막으로 사용되었으나, 반도체 일반 공정중 두께가 증가되고 후속 열공정시 결정화에 따라 리키지가 쉽게 발생하고 디바이스 특성이 열화되는 문제점이 발생 되었다.
이러한 문제를 극복하기 위해서 알루미늄 산화막이 중간에 형성된 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 알루미늄 산화막(Al2O3)/ 지르코늄 산화막(ZrO2)으로 형성된 복합막이 널리 사용되었다.
도 1을 참조하면, e-DRAM 로직 디바이스 MIM 커패시터에서 그동안 사용되어온 지르코늄 산화막/알루미늄 산화막/지르코늄 산화막 (ZAZ)이 현재까지는 ETO(Equivalent oxide thickness) 7.5Å에서 ±1V에서 1fA/Cell-BV을 만족하고 있으나, 향후 디자인률 감소로 ETO 스케일 다운 (scaling down)을 위해서는 새로운 막질이 요구됨을 보여 주고 있다.
도 2를 참조하면, 상기 ZAZ 복합막보다 유전율이 좋은, 지르코늄 산화막 (ZrO2)/지르코늄 산질화막(Zr-oxynitride)/지르코늄 산화막 (ZrO2) 으로 구성된 복합막을 사용한 경우 웨이퍼의 특정 위치에 따라서 열화가 발생리키지가 차이남을 보여주고 있다. 자세히 실험한 결과 지르코늄 산질화막상에 형성하는 지르코늄 산화막이 두께가 두꺼울 경우 심하게 나타내는 경향을 보여 주었다. 이러한 원인은 지르코늄 산질화막상에 지르코늄 산화막을 형성 할 때 지르코늄 산질화막이 과도하게 산화되어서 열화방지 역할을 하는 탄소나 질소 성분이 과도하게 소모되어서 일어나는 것으로 보인다. 이와 같이 기존의 방법으로 형성된 고유전막 구조를 갖는 반도체 소자로는 대용량 및 신뢰할 수 있는 디바이스를 구현하는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 유전율이 40이 넘어 매우 활용가치가 있는 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 가지고 있는 결점인 결정화에 기인한 열화를 막아서 리키지가 발생하지 않은 유전막을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 리키지가 발생하지 않는 지르코늄 산화막/ 지르코늄 산질화막 또는 지르코늄 산화막/ 지르코늄 산질화막/ 지르코늄 산화막으로 구성된 고유전막을 이용한 대용량 및 신뢰성이 우수한 디바이스 및 이를 만드는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 복합 지르코늄 산화막을 동일 챔버안에서 원자층 적층 방법(atomic layer deposition : ALD) 또는 플라즈마 원자층 적층 방법 (plasma atomic layer deposition : PEALD)을 이용하여 형성함으로써 매우 단순한 제조공정을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 복합 지르코늄 산화막 제조 방법은, 반도체 기판 상에 게이트 전극 및 층간 절연막 커패시터 콘택 플러그를 형성하고, 콘택 플러그상에 하부전극을 형성후, 원자층 적층 챔버안에 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화제 기체를 챔버에 주입하면서 플라즈마를 공급 지르코늄 유기 기체와 결합 지르코늄 산화막을 만들고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시하는 기본 사이클을 수 회 실시하여 충분한 지르코늄 산화막을 형성한다. 이후 챔버안에 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화제 기체를 챔버에 주입 지르코늄 유기체를 산화 시키고 잔여 성분을 퍼지한 다음, 질화제 기체를 챔버에 주입 상기 지르코늄 유기 산화막을 질화 시킨다. 이때 질화제 기체 가스를 주입후 플라즈마처리를 하여 상기 유기 산화막과 질소 성분이 잘 결합되어 안정화된 구조를 갖도록 한다. 상기와 같은 사이클을 수회 실시하여 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성 한다. 상기 이중막 고유전막 형성후 상부 전극을 형성한다. 상부 전극 형성후 제 2 층간 절연막을 형성후 금속 배선을 실시하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 원자층 적층 챔버안에 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화제 기체를 챔버에 주입하면서 플라즈마를 공급 지르코늄 유기 기체와 결합 지르코늄 산화막을 만들고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시하는 기본 사이클을 수 회 실시하여 충분한 지르코늄 산화막을 형성한다. 이후 챔버안에 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화제 기체를 챔버에 주입 지르코늄 유기체를 산화 시키고 잔여 성분을 퍼지한 다음, 질화제 기체를 챔버에 주입 상기 지르코늄 유기 산화막을 질화 시킨다. 이때 질화제 기체 가스를 주입후 플라즈마처리를 하여 상기 유기 산화막과 질소 성분이 잘 결합되어 안정화 구조를 갖도록 한다. 상기와 같은 사이클을 수회 실시하여 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성 한다. 이후 챔버안에 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화제 기체를 챔버에 주입 지르코늄 유기 기체와 결합 지르코늄 산화막을 만들고, 퍼지 가스로 퍼지를 실 시하는 기본 사이클을 수 회 실시하여 충분한 지르코늄 산화막을 형성한다. 전반부에 실시하는 지르코늄 산화막 형성시는 산화제 공급시 플라즈마를 공급하고, 산화력이 비교적 큰 상화제를 공급하나, 지르코늄 산질화막(ZrOCN)상에 형성하는 지르코늄 산화막은 산화제 공급시 플라즈마가 없고 산화력이 비교적 약한 산화제를 넣어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 산화가 되지 않아서 열화되지 않는 복합 지르코늄 산화막을 형성하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 복합 지르코늄 산화막은 동일 챔버안에서 원자층 적층 방식이나, 또는 플라즈마 원자층 적층 방식으로 실시하여 고유전막을 형성하는 반도체 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 복합 지르코늄 산화막은 트랜지스터 게이트 전극의 유전막, 플래시 메모리 셀 플로팅 게이트상의 층간 유전막, 커패시터가 필요한 다양한 디바이스의 커패시터 유전막 등 고유전막이 하나 이상이 형성되는 구조를 갖는 반도체 형성 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에서 만들어진 복합 지르코늄 산화막은 산화 기체와 유기 지르코늄이 결합 리키지 커런트 패스(leakage current path)가 없는 구조를 만들고 질화물이 첨가되어 결정화 온도를 높여 복합 지르코늄 산화막이 쉽게 결정질 구조가 되지 않는 반도체 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 장치 및 그 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명을 다양한 형태로 구현 할 수 있을 것이다.
상술한 것과 같이 본 발명에 의하면, 원자층 증착법 또는 플라즈마 원자층 증착법으로 형성한 복합 지르코늄 산화막은, 지르코늄 유기 원료 기체를 주입하고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한 다음, 산화 기체를 챔버에 주입 하면서 플라즈마를 공급 지르코늄 유기 기체와 결합 지르코늄 산화막을 만들고, 퍼지 가스로 퍼지를 실시한다. 이러한 모든 공정들이 단일 챔버내에서 동시에 수행하기 때문에, 공정이 단순해지고 제조 원가가 낮아진다.
또한 복합 지르코늄 산화막을 다양한 디바이스에 적용 할 수 있어 소자 크기를 줄여서 반도체 기판의 단면적에 비하여 훨씬 많은 셀을 구현 고집적 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 플래시 메모리 셀 층간 유전막으로 사용할 경우 커플링(coupling ratio)을 쉽게 올릴 수 있어 고집적 및 낸드 플래시 메모리 소자의 특성을 가변화 시켜 다양한 용도로 할용 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
복합 지르코늄 산화막 형성 방법
도 3 및 도 5는 본 발명의 복합 지르코늄 산화막 형성 방법으로 형성된 막질의 특성 및 형성 공정 가스 공급을 나타내는 펄싱 다이아그램이다.
도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 복합 지르코늄 산화막을 커패시터 유전막으로 사용하여 인가전압 대 리키지 전류 밀도를 비교 실시예에 따라 나타낸 그래프이다. 실선은 지르코늄 산화막(ZrO)/지르코늄 산질화막(ZrOCN) 이중막으로 형성된 고유전막의 인가전압과 리키지와의 관계를 나타내고 있고, 점선은 지르코늄 산화막(ZrO)/지르코늄 산질화막(ZrOCN)/ 지르코늄 산화막(ZrO) 삼중막으로 형성된 고유전막의 인가전압과 리키지와의 관계를 나타내고 있다. 실선과 점선의 값을 비교하면 크게 차이나지 않으며 인가전압 범위뿐만 아니라 리키지, 단위 두께당 유전율 등 모든 면에서 우수한 특성을 가지고 있다. 이러한 결과를 얻을 수 있었던 것은 지르코늄 산화막(ZrO)/지르코늄 산질화막(ZrOCN)/ 지르코늄 산화막(ZrO) 삼중막 구조에서 나중에 형성되는 지르코늄 산화막 형성시 산화력을 약하게 하여 중간층 지 르코늄 산질화막을 열화되지 않게 한 공정 때문이었다. 그리고 지르코늄 산질화막 형성시 지르코늄 전구체와 산화제가 먼저 결합하는 공정순서를 선택하면서 산화력이 조금 약한 산화제를 넣어서 탄소 및 질소 성분을 적절히 조화있게 유지했기 때문이다.
도 4에 나타나는 공급 가스 펄싱 다이아그램은 지르코늄 산화막 (ZrO2)를 형성하기 위한 것이다. 도 4를 참조하면, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체, 즉 제1 지르코늄 소스로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극이나 반도체 기판 상에 공급한다. 상기 전구체 가스가 기판층과 반응하기 위한 화학식은 아래와 같은 구조식을 갖는다.
Figure 112008022316714-pat00001
상기의 구조식은 반도체 기판과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 반도체 기판상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제 즉, 제1 산화 가스를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막이 형성된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
도 5에 나타나는 공급 가스 펄싱 다이아그램은 지르코늄 산질화막(ZrOCN)를 형성하기 위한 것이다. 도 5를 참조하면, 원자층 증착 챔버안에 전구체 즉, 제2 지르코늄 소스로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산화막 (ZrO2 )상에 공급한다. 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
이 후 산화제, 즉 제2 산화 가스를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 유기산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
도4와 도 5의 공정을 원하는 반복 회수로 진행하면 반도체 기판상에는 지르코늄 산화막 (ZrO2 )/지르코늄 산질화막(ZrOCN) 이중구조의 고유전율 유전막을 형성 할 수 있다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 이러한 이중막 구조의 지르코늄 산화막은 리키지 커런트 패스( leakage current path)가 없는 막질로 게이트 전극의 유전막이나, 커패시터 유전막으로 사용 될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 제 5도의 펄싱 다이아그램은 전구체 공급→퍼지→O2 공급 (산화제)→퍼지 →NH3 공급(질화제)→플라즈마처리 →퍼지 공정을 통해서 원자층 적층의 지르코늄 산질화막을 형성 하였다. 상기 산질화막안의 탄소 및 질소 성분은 지르코늄 산화막이 결정화되는 것을 막는 역할을 한다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비 를 유지 한다. 탄소 질소의 함량은 막질에 많은 영향을 줄 수 있다.
도 5에서는 보여주지 않지만, 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는 도 5에서 보는 것과 같이 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
지르코늄 산화막 (ZrO2 )/지르코늄 산질화막(ZrOCN)/ 지르코늄 산화막 삼중막 스택구조을 만들려면, 앞에서 언급한 내용으로 지르코늄 산화막 (ZrO2 )/지르코늄 산질화막(ZrOCN)층을 형성후 지르코늄 산화막을 형성하기 위한 전구체, 즉 제3 지르코늄 소스로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (ZrOCN )상에 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산질화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제 즉, 제3 산화 가스를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(ZrOCN) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (ZrO2 ) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
이렇게 하여 형성된 복합 지르코늄 산화막은 리키지 패스(leakage current path)가 발생하지 않아서 동작 특성이 좋고 고유전율을 가지고 있어 고집적 디바이스를 쉽게 만들 수 있다.
필요에 따라서는 지르코늄이 아닌 다른 금속을 이용하여 유전율을 얻을 수 있는 유전막을 형성할 수 있는 것은 통상의 지식을 가지고 있는 사람이라면 쉽게 해결 할 수 있을 것이다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 1
도 6 내지 도 13는 본 발명의 실시예 1에 따른 DRAM 메모리 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 반도체 기판 (100)상에 다수의 소자 분리막(105)을 형성하고, 게이트 유전막 (보이지 않음) 상에 게이트 전극 구조물 (110,115,120)을 형성후, 불순물층(125)를 형성하고, 제1 층간절연막 (130)을 형성하고, 콘택 형성후 콘택 플러그 (135)를 형성 한다.
콘택 플러그 (130) 형성후, 제 2층간 절연막 (140)을 형성하고 비트라인 (145)를 형성후, 제 3 층간 절연막 (150)을 형성후 제 2 콘택 플러그 (155)를 형성한다. 비트라인 (145)과 연결되는 제1 콘택 플러그 (135)와 제2 콘택 플러그와 연결되는 제 1 콘택 플러그 (135)는 동시에 만들 수 있거나 나누어서 형성 할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 3 층간절연막 (150) 및 제 2 콘택 플러그 (155)상에 식각 저지막 (160)을 형성 한다. 식각 방지막 (160)은 실리콘 질화막으로 CVD 공정으로 진행한다. 상기 식각 방지막 (160)상에 희생 몰드막 (170)을 형성한다. 상기 희생 몰드막 (170)은 커패시터의 면적을 결정하는 두께가 되기 때문에 디바이스가 요구하는 값에 따라서 결정된다. 통상적으로 10000Å에서 20000Å 사이의 값으로 형성하고 도면에서는 단일층으로 형성하였으나 식각율이 다른 복수의 층으로 형성하여 인접하는 커패시터가 서로 접하지 않는 구조를 만들 수 있도록 할 수 있다. 상기 희생 몰드막 (170)에 사진 식각 공정을 통하여 다수의 캐패시터 전극 홀을 형성 한다. 커패시터 전극홀은 제 2 콘택 플러그 (155)상에 형성되어 식각 저지층(160)이 제거 되도록 형성한다.
도 8를 참조하면, 상기 캐패시터 전극 홀안에 하부 전극층 (180)을 형성한다. 하부 전극층 (180) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다. 하부 전극층 (180)은 제 2 콘택 플러그층(155)와 잘 접촉되어야하고 식각 저지막층 (160)이 충분한 두께가 있어서 추후 전극 분리후 희생 몰드막 (170) 제거시 하부 전극층 (180)이 떨어지거나 넘어지지 않도록 지지해주어야 한다.
도 9을 참조하면, 상기 상부 전극층 (180)상에 제 2 희생 몰드막 (185)을 형 성한다. 제 2 희생 몰드막은 제 1 희생 몰드막과 식각율이 다른 물질을 사용 할 수 도 있고 같은 물질을 사용 할 수 있다. 같은 물질을 사용하면 제거공정은 단순해지지만, 하부전극이 떨어지거나 넘어지는 경우가 많이 발생하기 때문에 다른 물질을 사용하는 것이 디바이스 불량을 줄이는데 좋다. 사용하는 물질로는 제1 희생 몰드막과 성질이 다른 유기물 (감광액) 물질을 사용할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 제 2 희생막 (185)을 에치백 공정을 통하여 평탄화하면서 동시에 하부 전극 상층부를 제거하여 전극을 분리 시킨다. 전극 분리시 전극 끝 부분이 뾰족하지 않게 형성 될 수 있도록 희생 몰드층을 약간 깊게 습식 식각 제거후 전극 물질도 약간의 습식 식각을 실시하여 라운드를 주어야 한다. 전극 끝 부분이 뾰족하게 되면 추후 형성되는 캐패시터 유전막이 끊어지는 현상이 발생하여 전극 리키지가 발생한다.
도 11을 참조하면, 제1, 제2 희생 몰드막 (170, 185)을 제거한다. 제거하는 공정은 LAL 리프트-오프 (lift-off) 공정을 통하여 제거 한다. 제거시 인접 전극들이 서로 붙지 않도록 세심한 주의가 필요하다. 도면에는 나타나지 않지만 인접하는 전극이 붙지 않거나 쓰러지지 않도록 전극 상호간에 구조물을 설치하여 보호 할 수 있다. 사다리 형태의 구조물을 설치하거나 링 형태의 절연막 구조물을 설치 넘어져도 전기적으로 연결되지 않는 구조를 설치할 수 있다.
도 12 a를 참조하면, 상기 캐패시터 하부전극 (180)상에 커패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막 (187)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (180)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (180)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극 (180)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (187)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (187)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (187)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산화막 (187 )상에 공급한다.
상기의 지르코늄 전구체는 지르코늄 산화막 (187)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 된다. 미반응 된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (187)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (188)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (188)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막 (187)과 지르코늄 산질화막 (188)이 있는 이중막 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산 질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
도 21b를 참조하면, 상기 캐패시터 하부전극 (180)상에 커패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막 (187)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (180)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (180)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극(180)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (187)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (187)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (187)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (188)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
상기 지르코늄 산질화막 (188)상에, 지르코늄산화막 (190)을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (188 )상에 공급한다. 상기의 전구체는 지르코늄 산질화막 (188)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar). 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(188) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (187) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (188) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (190)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 지르코늄 산질화막(ZrOCN)/지르코늄 산화막(ZrO2)의 삼중구조인 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
도 13a 및 13b를 참조하면, 이중 또는 삼중구조 커패시터 유전막상에 상부 전극 (195)을 형성 한다. 상부전극 (195) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다.
이후 도면에는 나타나지 않았지만 층간 절연막을 형성하고 금속배선들을 형 성하면 리키지가 발생하지 않아서 D0 불량이 없는 고성능 DRAM 디바이스가 만들어 진다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 2
도 14 내지 도 17b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로직 디바이스에서 커패시터 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 14를 참조하면, 반도체 기판 (200) 상에 파워를 공급하는 배선층 (210)을 형성한다. 배선층 (210)은 금속선이거나 불순물이 첨가된 폴리 실리콘층이 될 수 있다. 배선층 (210) 형성후 제 1 층간 절연막 (220)을 형성 한다. 제 1 층간 절연막 형성후 콘택 홀을 형성하여 하부 콘택 플러그 (230)을 형성한다. 콘택 플러그(230)는 구리(Cu), 텅스텐(W) 등으로 형성 한다.
도 15a를 참조하면, 하부 콘택 플러그 (230) 상에 커패시터 하부 전극층 (240)을 형성한다. 커패시터 하부전극 (240) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다. 상기 캐패시터 하부전극 (240)상에 캐패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막 (250)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (240)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (240)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극 (240)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (250)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (250)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (250)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막 (250)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (250)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (255)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (255)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 → 퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
이렇게 하여 지르코늄 산화막 (250)과 지르코늄 산질화막 (255)이 있는 이중막 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
상기 커패시터 유전막인 지르코늄 산질화막 (255)상에 상부 전극 (260)을 형성 한다. 상부전극 (260) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다.
도 15b를 참조하면, 상기 캐패시터 하부전극 (240)상에 커패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막 (250)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (240)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (240)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극(240)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
이 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (250)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (250)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (250)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (255)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀 서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
상기 지르코늄 산질화막 (255)상에, 지르코늄산화막 (258)을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (255 )상에 공급한다. 상기의 전구체는 지르코늄 산질화막 (255)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(255) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (250) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (255) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (258)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 지르코늄 산질화막(ZrOCN)/지르코늄 산화막(ZrO2)의 삼중구조인 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
상기 커패시터 유전막인 지르코늄 산화막 (258)상에 상부 전극 (260)을 형성 한다. 상부전극 (260) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다.
도 16a 내지 16b를 참조하면, 상기 상부전극 (260)상에 더미 상부 전극 층 (270)을 이용하여 캐패시터 상부 및 하부 전극을 식각하여 커패시터 패턴을 형성한 다. 더미 상부 전극 (270)은 추후 식각 공정시 상부 전극 (260)을 보호하고, 상부 배선층과 연결시 쉽게 공정을 진행할 수 있는 구조를 제공한다.
도 17a 내지 17b를 참조하면, 제1 층간 절연막 (220)상에 제 2 층간 절연막 (225)를 형성 한다. 제 2 층간 절연막은 제 1 층간 절연막과 같은 물질이거나 다른 물질로 사용 할 수 있다. 제 2 층간 절연막 형성후 상기 더미 상부 전극과 접하는 상부 플러그 (280)를 형성한다. 상부 플러그 (280) 형성후 상부 금속 배선층 (290)을 형성한다.
도면에는 커패시터만 도시 되었으나 인접하는 로직 회로와 연결되어 고용량 커패시터의 역할을 할 수 있다. 커패시터의 용량은 전극의 면적뿐 아니라 유전막의 유전율에 따라서 비례하기 때문에 고유전막을 사용시 고집적 디바이스를 만들 수 있다.
본 발명의 실시예처럼 리키지 커런트 패스(leakage current path)가 없는 복합 지르코늄 산화막을 사용한 커패시터를 로직 회로와 결합한다면 좁은 면적에서도 성능이 우수한 디바이스를 만들 수 있다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 3
도 18 내지 도 21b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 로직 디바이스에서 디커플링 커패시터 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 18 내지 19를 참조하면, 기판 (300)안에 접지 라인(305)을 형성하고, 기판 (300)상에 접지 라인 (305)에 연결되거나 파워 라인 (보이지 않음)에 연결되는 제1 콘택 패드 (310, 315)를 형성한다. 제 1 콘택 패드 (310, 315)층은 금속층으로 형성한다. 상기 기판 (300)상에 제 1 층간 절연막층 (320)을 형성한다. 제 1 층간 절연막층 (320)은 BPSG, HDP, CVD 산화막 등을 사용 한다. 상기 제 1 층간 절연막 (320)상에 콘택홀을 형성하여 제 1 콘택 플러그(330, 335)을 형성 한다. 제 1 콘택 플러그 (330,335) 물질은 Cu, W 등 금속층을 사용 한다.
제 1 층간 절연막 (320)상에 제 2 층간 절연막 (350), 제 2 콘택 패드 (340,345) 및 제 2 콘택 플러그 (360,365)을 형성한다. 모든 공정은 제1 콘택 패드 (310, 315) 및 제 1 콘택 플러그 (330,335)과 같다.
도 20a를 참조하면, 접지 라인과 연결되는 제 2 콘택 플러그 (360)상에 캐패시터 하부 전극 (370)을 형성 한다. 커패시터 하부전극 (370) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다.
상기 캐패시터 하부전극 (370)상에 캐패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막(380)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (370)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (370)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극 (370)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (380)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (380)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (380)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막 (380)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (380)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (385)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (385)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
이렇게 하여 지르코늄 산화막 (380)과 지르코늄 산질화막 (385)이 있는 이중막 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
상기 커패시터 유전막인 지르코늄 산질화막 (385)상에 상부 전극 (390)을 형성 한다. 상부전극 (390) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다.
도 20b를 참조하면, 상기 캐패시터 하부전극 (370)상에 커패시터 유전막으로 사용되는 지르코늄 산화막 (380)을 형성한다. 형성하는 방법은, 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 하부전극 (370)상에 공급한다. 상기의 전구체는 하부전극 (370)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 하부전극(370)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (380)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (380)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (380)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있 어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (385)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2) →산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
상기 지르코늄 산질화막 (385)상에, 지르코늄산화막 (388)을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (385 )상에 공급한다. 상기의 전구체는 지르코늄 산질화막 (385)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(385) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (380) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (385) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (388)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 지르코늄 산질화막(ZrOCN)/지르코늄 산화막(ZrO2)의 삼중구조인 커패시터 유전막을 만들 수 있다.
상기 커패시터 유전막인 지르코늄 산화막(388)상에 상부 전극 (390)을 형성 한다. 상부전극 (390) 물질로는 TiN, Ti, TaN, Pt 등의 물질을 사용할 수 있다. 상기 상부 전극 물질층 (390)은 한쪽은 커패시터 유전막과 연결되고 다른 한쪽은 파워 공급 라인과 연결되는 제 2 콘택 플러그 (365)와 연결된다.
도 21a 내지 21b를 참조하면, 상기 상부 전극 (390)상에 보호막 (395)을 형성한다. 이렇게 형성된 디커플링 커패시터는 로직 디바이스에서 필요한 고용량 커패시터로 작동되어 디바이스 스피드를 올릴 수 있다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 4
도 22 및 도 26b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플래시 메모리 소자 장치의 형성 공정 단면도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는, 기판 (400)상에 터널 산화막 (410)을 형성하고 플로팅 게이트 전극이 되는 전극층 (420)을 형성하고 전극층상에 하드 마스크층(430)을 형성한다. 기판 (400)은 실리콘 웨이퍼 또는 SOI 기판과 같은 반도체 기판을 포함한다.
터널 산화막 (410)은 열산화막 공정으로 50 옹스트롱에서 100 옹스트롱 사이의 두께로 형성한다. 터널 산화막 (410)은 매우 막질이 좋고 내구성이 강해야 수많은 읽기 쓰기 프로그램 동작에도 디바이스에 문제를 일으키지 않음으로 매우 깨끗하고 막질이 좋아야 한다. 이러한 특성을 얻기 위해서는 레디칼 산화법을 이용하여 터널 산화막 (410)을 형성 할 수 있다.
플로팅 게이트 전극막 (420)은 폴리실리콘으로 화학적 기상 증착법(CVD)으로 형성한다. 폴리 실리콘 두께는 500 옹스트롱에서 1500 옹스트롱 사이의 값으로 증착한다. 그리고 단일층으로 형성하는 것이 아니라 1차적으로 300 옹스트옹 형성하고 나서 다시 2차적으로 나머지 두께를 형성하면 막질의 성질 및 디바이스 특성이 좋아진다. 폴리 실리콘층뿐 아니라 메탈 성분의 전극을 사용할 수 있다.
하드 마스크 (430)층은 미세 패턴화 되는 공정에 맞추어 특성에 맞는 다수의 층으로 형성되나 편의상 단일층으로 표시하였다. 하드 마스크층은 대체적으로 하부 에 산화막이나 질화막으로 하부층을 형성하고, 하부층상에 유기막을 형선한 다음, 반사 방지막으로 질화막을 이용하는 복수층으로 형성된 복합막을 사용한다.
도 23을 참조하면, 상기 반도체 기판 상에 형성된 플로팅 게이트 전극막 (420)을 통상의 사진 식각 공정을 통하여 형성 한다. 감광액 마스크 (보이지 않음)로 1차적으로 패턴을 형성하고, 감광액 마스크 (보이지 않음)를 식각 마스크로 하여 하드 마스크막 (430)을 식각한다. 이후 하드 마스크막 (430)을 식각 마스크로 사용하여 플로팅 게이트 전극 물질인 폴리 실리콘(420)막을 식각한다. 폴리 실리콘(420)막이 제거된 부분은 소자 분리막이 형성될 부분으로 메모리 셀 영역은 이격 간격이 좁고 고전압 모오스 트랜지스터 영역 부분은 이격 간격이 넓게 형성된다.
도 24을 참조하면, 반도체 기판 (400)에 상기 플로팅 게이트 전극 구조물을 마스크로하여 트렌치 홀을 형성 한다. 트렌치 홀은 소자 분리막 (440)이 충진 되어야 함으로 충진이 잘 될 수 있도록 약간의 경사각을 가져야하고 충진된 물질과 반도체 기판의 물리적 성질이 다를 때 생기는 스트레스가 디바이스 채널에 집중되지 않도록 기판과 약간의 경사를 가지고 형성되어 스트레스가 분산될 수 있도록 형성한다. 이러한 특성에 맞추어 충진하는 물질 및 방법은 1차적으로 충진도 잘되고 기판과 물리적인 성질도 비슷한 폴리실라젠 (polysilazane) 물질을 이용한 SOG 공정으로 채울 수 있고, 또는 USG 물질을 적어도 1회 이상으로 나누어 반복 형성함으로 트렌치 내에서 보이드가 없도록 채운다.
도 25a를 참조하면, 트랜치 상부층 소자분리막 (445)을 제거하고, 상기 플로팅 게이트 전극 (420)상의 하드 마스크 (430)도 제거한다. 하드마스크가 제거된 플로팅 게이트 및 소자 분리막 상에 층간 유전막으로 사용될 지르코늄 산화막(450)을 형성한다. 지르코늄 산화막 (450)은 앞서 형성한 터널 산화막 (410)보다 유전율이 높으면 커플링 비(coupling ratio)를 쉽게 올리 수 있음으로 터널 산화막 (410)보다 높은 유전율을 갖는 강유전체 물질인 복합 지르코늄 산질화막과 함께 쓸 수 있다. 복합 지르코늄 산화막인 층간 유전막 두께는 100 옹스트롱에서 200 옹스트롱 사이의 두께로 형성한다. 형성하는 방법은, 상기 플로팅 전극 (440) 상에 원자층 적층법으로 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 플로팅 게이트 (420)상에 공급한다. 상기의 전구체는 플로팅 게이트 (420)와 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 플로팅 게이트 전극 (420)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (450)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (450)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하 며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (450)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막 (450)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (450)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (455)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (455)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
이렇게 하여 지르코늄 산화막 (450)과 지르코늄 산질화막 (455)이 있는 이중막 층간 유전막을 만들 수 있다.
상기 지르코늄 산질화막 (455)상에 컨트롤 게이트(460)을 형성한다. 그리고 고전압 트랜지스터 (465) 구조물에는 지르코늄 산화막 및 지르코늄 산질화막 (450, 455)을 제거 터널링 현상이 일어나지 않는 일반적인 모오스 트랜지스터 동작 원리로 작동하는 고전압 트랜지스터를 만든다.
도 25b를 참조하면, 트랜치 상부층 소자분리막 (445)을 제거하고, 상기 플로팅 게이트 전극 (420)상의 하드 마스크 (430)도 제거한다. 하드마스크가 제거된 플로팅 게이트 및 소자 분리막 상에 층간 유전막으로 사용될 지르코늄 산화막(450)을 형성한다. 지르코늄 산화막 (450)은 앞서 형성한 터널 산화막 (410)보다 유전율이 높으면 커플링 비(coupling ratio)를 쉽게 올리 수 있음으로 터널 산화막 (410)보다 높은 유전율을 갖는 강유전체 물질인 복합 지르코늄 산질화막과 함께 쓸 수 있다. 복합 지르코늄 산화막인 층간 유전막 두께는 100 옹스트롱에서 200 옹스트롱 사이의 두께로 형성한다.
형성하는 방법은 원자층 증착 챔버안에 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 플로팅 게이트 전극 (420)상에 공급한다. 상기의 전구체는 플로팅 게이트 전극 (420)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 플로팅 게이트 전극 (420)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (450)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
상기 지르코늄 산화막 (450)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (450)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된 다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (455)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
상기 지르코늄 산질화막 (455)상에, 지르코늄산화막 (458)을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (455 )상에 공급한다. 상기의 전구체는 지르코늄 산질화막 (455)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(455) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (450) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (455) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (458)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 지르코늄 산질화막(ZrOCN)/지르코늄 산화막(ZrO2)의 삼중구조인 층간 유전막을 만들 수 있다.
도 26a 내지 26b를 참조하면, 상기 구조물상에 층간 절연막 (470)을 형성 한다. 상기 층간 절연막 (470)은 편의상 단층으로 도시하였으나 구조물의 복잡한 구조상 적어도 2층 이상을 사용하며 주로 HDP (high density plasma)CVD 공정을 이용한다. 디바이스가 고집적화 됨에 따라 간격은 좁고 깊이가 커지는 홀을 매울 때 기존 CVD는 홀 에지 부분이 두껍게 자라서 홀을 채우기전 막이 형성되어 많은 보이드를 형성하였으나 HDP CVD 공정은 데포 공정과 미세한 화학적인 식각을 동시에 실현 하여 보이드 형성을 막기 때문에 층간 절연막 형성시 매우 유용한 공정이다. 본 발명에서 층간 절연막(470) 형성 공정은 제 1차 HDP CVD 공정으로 2000 옹스트롱 정도의 막을 형성하고 약간의 습식 식각을 진행한 후 제 2차 HDP CVD로 6000 옹스트롱 이상의 막을 형성한후 CMP 공정을 통하여 평탄화를 실시한다.
층간 절연막 (470)을 형성후 도면에는 나타나지 않지만 사진 식각 공정을 통하여 메탈 콘택을 형성한다. 메탈 콘택 형성후 메탈 콘택 플러그 및 메탈 라인 형성한다. 메탈 라인 물질로는 전도성이 강한 알루미늄 텅스텐 구리 등 디바이스가 요구하는 특성에 따라서 선택하고 선택되는 물질에 따라서 콘택홀 형성 공정 및 금속 물질을 채우는 공정은 달리 할 수 있다.
실시예 4로 형성된 플래시 메모리는 복합 지르코늄 산화막이 플로팅 게이트와 컨트롤 게이트 사이에 층간 유전막으로 사용되어 리키지가 없고, 커플링비가 높은 플래시 셀 구조를 얻을 수 있다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 5
도 27 및 도 29b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고유전막을 이용한 반도체 장치의 형성 공정 단면도이다.
도 27를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 장치는, 기판 (500)상에 지르코늄 산화막으로 게이트 유전막 (510)을 형성한다. 형성하는 방법은, 상기 반도체 기판 (500) 상에 원자층 적층법으로 지르코늄막을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 반도체 기판 (500)상에 공급한다. 상기의 전구체는 반도체 기판 (500)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 반도체 기판 (500)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막을 형성한다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 실시예에서는 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 강한 O3를 사용하며, 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되어 제거 되고, 지르코늄 산화막 (510)이 형성 된다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (510)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 40회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 30Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
도 28a를 참조하면, 상기 지르코늄 산화막 (510)상에 지르코늄 산질화막 (515)를 형성 한다. 형성하는 방법은, 상기 지르코늄 산화막 (510)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막 (510)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (510)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (515)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (515)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
이렇게 하여 지르코늄 산화막 (510)과 지르코늄 산질화막 (515)이 있는 이중막 게이트 유전막을 만들 수 있다.
상기 지르코늄 산질화막 (515)상에 금속 게이트 전극층(520)을 형성한다.
도 28b를 참조하면, 상기 지르코늄 산화막 (510)상에 지르코늄 산질화막 (515)를 형성 한다. 상기 지르코늄 산화막 (510)상에 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 공급한다. 상기 전구체 가스는 지르코늄 산화막과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산화막 (510)상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산질화막이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산질화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 O2를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분이 완전 산화되지 않고 여분이 남는 구조인 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 지르코늄 산질화막 형성시 전구체 가스에 산화제 가스가 먼저 공급되어 탄소와 질소의 적절한 성분비를 유지 할 수 있다. 잔여 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이후 질화제 가스를 공급 한다. 질화제로는 NO, NO2, NH3 등을 사용 할 수 있다. 본 실시예에서는 바람직하게 NH3 가스를 사용한다. 질화제를 공급하면서 동시에 플라즈마를 공급한다. 그러면 상기 지르코늄 산질화막이 플라즈마 질화처리 되어서 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 형성 된다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산질화막 (515)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 20회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다.
또한 앞에서 언급한 원자층 적층 지르코늄 산질화막 (ZrOCN) 형성시 매 사이 클마다 서로 다른 조건으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)을 형성하면 격자의 조건들이 서로 다르게 형성되어 일괄적으로 지르코늄 산질화막 (ZrOCN)이 결정화가 되지 않아서 리키지 커런트 패스 (leakage current path)가 발생하지 않는 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)을 얻을 수 있다. 이때에 만들어지는 각 원자층의 산소, 탄소, 질소 함량이 되는 x,y,z 값은 서로 다르게 형성되어 특별한 공정 조건이 아닌 이상 지르코늄 산화막이 결정화가 될 수 없다. 그렇게 되면 리키지 커런트 패스가 막혀서 리키지가 발생되지 않는다.
이러한 막을 만들기 위해서는, 전구체 (TEMAZ) 공급 →퍼지 (Ar, He, or N2)→산화제(H2O) 공급 →퍼지(Ar, He, or N2) →질화제 (NH3) 공급→플라즈마처리 →퍼지(Ar, He, or N2) 공정을 기본 사이클로 진행하면서, 2차 사이클은 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력을 다르게 진행하고, 3차 사이클은 1,2차와 또 다르게 산화제양 또는 산화력이 차이나는 산화제 및 압력, 질화제양 및 압력 등을 진행하면 각 원자층의 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)에 있어서 산소, 탄소, 질소 함량을 나타내는 x,y,z 값을 다르게 가져갈 수 있다. 필요에 따라서는 n사이클 모두를 다르게 가져갈 수 있거나, 복수의 사이클이 그룹을 이루어 반복 사용 될 수 있다. 이렇게 하여 만들어진 지르코늄 산질화막 (ZrOxCyNz)은 산소, 탄소, 질소 성분이 원자층마다 서로 다르기 때문에 어떤 층에서 결정성장이 시작되었다 할지라도 이웃하는 층이 결정성장을 방지하여, 결정의 대형화를 막을 수 있다. 그러므로 리키지 커런트 패스 (leakage current path)는 성장이 억제되거나 차단된다.
상기 지르코늄 산질화막 (515)상에, 지르코늄산화막 (518)을 형성하기 위한 전구체로, 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 사용하여 먼저 형성한 지르코늄 산질화막 (455 )상에 공급한다. 상기의 전구체는 지르코늄 산질화막 (515)과 원자층으로 반응하여 결합되고 여분의 미반응된 기체가스를 제거하기 위하여 퍼지 가스를 챔버안에 공급한다. 퍼지 가스로는 아르곤 (Ar), 헬륨 (He), 질소 (N2) 가스를 사용 한다. 미반응된 전구체 가스를 제거하면, 지르코늄 산질화막상에 화학 흡착된 전구체가 원자 단층 수준으로 얇게 형성 된다.
그 후 산화제를 공급하면, 전구체와 결합하여 지르코늄 산화막 (ZrO2)이 형성 된다. 산화제로는 O2, O3, H2O 산화제를 사용한다. 본 지르코늄 산화막 형성에 있어서는 산화력이 비교적 약한 H2O를 사용하다. 그러면 전구체 성분안에 있는 탄소나 질소 성분은 제거되나 지르코늄 산질화막(515) 층에 있는 탄소나 질소는 산화가 되지 않는다. 이렇게 하기 위해서는 앞층에 형성된 지르코늄 산화막 (510) 공정과 다르게 산화제 공급시 플라즈마를 공급하지 않는다. 그러면 전구체안의 탄소, 질소 성분만 산화되고 지르코늄 산질화막 (515) 성분에 있는 탄소, 질소는 영향을 받지 않기 때문에 리키지가 없는 삼중 구조의 지르코늄 산화막이 형성 된다. 부산물을 제거하기 위해서 퍼지 가스를 공급한다. 이러한 기본 사이클을 기준으로 수십 회를 반복하여 원하는 두께의 지르코늄 산화막 (518)을 얻는다. 본 발명에서는 바람직하게 10회에서 50회 사이를 반복하며, 두께로는 10Å에서 50Å 사이의 두께로 형성 한다. 이렇게 하여 지르코늄 산화막(ZrO2)/ 지르코늄 산질화막(ZrOCN)/지르코 늄 산화막(ZrO2)의 삼중구조인 게이트 유전막을 만들 수 있다.
도 29a 내지 29b를 참조하면, 상기 게이트 전극 (520)상에 게이트 마스크층 (530)을 형성하고 게이트 측벽에 스페이서 (540)를 형성한다. 그러면 복합 지르코늄 산화막의 고유전막이 있는 메탈 게이트를 쉽게 얻을 수 있다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 6
도 30는 다른 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 30를 참조하면, 메모리 컨트롤러 (620)와 메모리(610)가 연결되어 있다. 상기 메모리는 앞에서 설명한 복합 지르코늄 산화막을 커패시터 유전막으로 할용한 DRAM 또는 복합 지르코늄 산화막을 층간 유전막으로 사용한 낸드 플래시 메모리 장치이다. 상기 메모리 장치는 낸드 플래시뿐만 아니라 본 발명의 사상을 응용한 노아 플래시 메모리도 될 수 있다. 상기 메모리 컨트롤러 (620)는 상기 메모리 동작을 컨트롤하기 위해서 입력신호를 제공한다. 예를 들어 메모리 카드에 쓰이는 메모리 컨트롤러와 메모리와의 관계라면 호스트의 명령을 전달하여 입출력 데이터를 컨트롤하거나, 인가받은 컨트롤 신호를 기초로 메모리의 다양한 데이터를 컨트롤 한다. 이러한 구조는 간단한 메모리카드뿐 아니라 메모리가 쓰이는 많은 디지털기기에 응용된다. 그리고 메모리 컨트롤러의 로직 회로에 복합 지르코늄 산화막을 이용한 커패시터나, 게이트 유전막으로 사용한 트랜지스터들이 사용 될 수 있다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 7
도 31은 또 다른 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 31을 참조하면, 본 실시예는 휴대용 장치 (700)를 나타낸다. 앞서 말했듯이 메모리 (710)은 복합 지르코늄 산화막을 커패시터 유전막으로 할용한 DRAM 또는 복합 지르코늄 산화막을 층간 유전막으로 사용한 낸드 플래시 메모리 장치이다. 휴대장치 (700)은 MP3 플레이어, 비디오 플레이어, 비디오와 오디오 플레이어가 있는 PMP (portable multi-media player) 등이 될 수 있다.상기 휴대용 장치 (700) 메모리 (610) 및 메모리 컨트롤러 (620), 인코더/디코더 (710), 표시부재(720) 및 인터페이스 (730)를 포함한다.
데이터는 인코더/디코더(710)에 의해 상기 메모리 컨트롤러 (620)를 경유하여 상기 메모리 (610)로부터 입출력 된다. 도 33에 점선으로 도시된 것과 같이, 상기 데이터는 EDC(710)로부터 상기 메모리 (610)로 직접 입력될 수 있고, 상기 메모리 (610)로부터 EDC(710)까지 직접 출력도 될 수 있다.
상기 EDC(710)는 상기 메모리 (610) 내에 저장하기 위한 데이터를 인코딩한다. 예를 들어, 상기 EDC(710)는 상기 메모리내에 오디오 비디오 데이터를 저장하기 위한 MP3, PMP 인코딩을 실행 시키 수 있다. 이와는 달리,상기 EDC(710)는 상기 메모리 (610) 내에 비디오 데이터를 저장하기 위한 MPEG 인코딩을 실행 시킬 수 있다. 또한, 상기 EDC(610)는 서로 다른 포맷들에 따른 서로 다른 타입의 데이터들을 인코딩하기 위한 복합 인코더를 포함한다. 예를 들어, 상기 EDC(710)는 오디오 데 이터를 위한 MP3 인코더와 비디오 데이터를 위한 MPEG 인코더를 포함 할 수 있다.
상기 EDC(710)는 상기 메모리 (610)로부터 출력을 디코딩할 수 있다. 예을 들어, 상기 EDC(710)는 상기 메모리(610)로부터 출력된 오디오 데이터에 따라 MP3 디코딩을 수행 할 수 있다. 이와는 달리, 상기 EDC(710)는 상기 메모리 (610)로부터 출력된 비디오 데이터에 따라 MPEG 디코딩을 수행 할 수 있다. 예를 들어, 상기 EDC(710)는 오디오 데이터를 위한 MP3 디코더와 비디오 데이터를 위한 MPEG 디코더를 포함할 수 있다.
상기 EDC(710)는 단지 디코더만을 포함할 수 있다. 예을 들면, 엔코더 데이터를 이미 상기 EDC(710)로 입력받고, 메모리 컨트롤러(620) 및 또는 상기 메모리 (610)로 전달 될 수 있다.
상기 EDC(710)는 상기 인터페이스(770)를 경유하여 인코딩을 위한 데이터 또는 이미 인코딩된 데이터를 받을 수 있다. 상기 인터페이스(770)는 알려진 표준 (예을 들어 파이어와이어, USB 등)에 따를 수 있다. 예을 들어, 상기 인터페이스(770)는 파이어와이어 인터페이스, USB 인터페이스 등을 포함 한다. 데이터가 상기 메모리(610)로부터 상기 인터페이스(770)를 경유하여 출력 될 수 있다.
상기 표시 장치 (720)는 상기 메모리(610)에서 출력 되거나, 또는 EDC(710)에 의해서 디코딩된 데이터를 사용자에게 표시 할 수 있다. 예을 들어, 상기 표시 장치(720)는 오디오 데이터를 출력하는 스피커 잭, 비디오 데이터를 출력하는 디스플레이 스크린 등을 포함한다.
복합 지르코늄 산화막을 이용한 응용 실시예 8
도 32은 또 다른 실시예를 도시한 블록다이어그램이다.
도 32을 참조하면, 상기 메모리(510)은 컴퓨터 시스템(800) 내에 있는 CPU(central processing unit, 810)과 연결되어 있으며 앞서와 같이 복합 지르코늄 산화막을 층간 유전막으로 사용한 플래시 메모리이다. 상기와 같은 컴퓨터 시스템은 플래시 메모리를 매인 저장 매체로 사용하는 노우트북 PC가 될 수 있다. 그리고 메모리 (610)가 내장되어 데이터를 저장하고 기능을 컨트롤하는 디지털 제품군들 또한 시스템(800)이 될 수 있다. 상기 메모리(610)는 바로 CPU와 연결될 수 있고 버스(BUS) 등을 통해서 연결 될 수 있다. 도 34는 각 요소들이 충분하게 도시되지 않았지만 모든 전자기기 제품들이 디지털화 됨에 따라 기본적으로 들어갈 수 있는 요소이다.
상기 설명한 것과 같이, 원차층 증착법으로 복합 지르코늄 산화막을 형성함으로 리키지 발생이 없는 고유전막을 만들어 디바이스에 사용 할 수 있어 다양한 고집적 디바이스를 용도에 맞게 적합한 공정 및 회로 설계를 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 기술로 만들어진 ZAZ 고유전막의 EOT 분포를 나타내는 그래프.
도 2는 종래 기술에 따른 ZrO2/ZrOCN/ ZrO2 고유전막을 사용한 디바이스에서 나타나는 인가전압과 리키지 관계를 나타내는 위치별 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 만들어진 ZrO2/ZrOCN/ ZrO2 및 ZrO2/ZrOCN 고유전막을 사용한 디바이스에서 나타나는 인가전압과 리키지 관계를 나타내는 그래프 .
도 4, 및 5는 본 발명의 실시예에 따라 원자층 증착법으로 고유전막을 형성하는 경우 가스 공급 방법을 나타내는 가스 펄싱 다이아그램.
도 6 및 13는 본 발명의 실시예에 따른 DRAM 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 14 및 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 커패시터 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 22 및 26b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플래시 메모리 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 27 및 29b 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 금속 게이트 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 30는 본 발명에 의해서 만들어진 메모리를 사용하는 시스템 블록다이어그램.
도 31은 본 발명에 의해서 만들어진 메모리를 사용하는 다른 시스템 블록다이어그램.
도 32는 본 발명에 의해서 만들어진 메모리를 사용하는 또 다른 시스템 블록다이어그램.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200, 300, 400, 500: 반도체 기판 105: 소자 분리막
110, 420, 520: 게이트 전극 115, 430: 하드 마스크
130,140,150,220,225,320,350,395,470: 층간 절연막
135, 230, 280,330,335,360,365 : 콘택 플러그
180,240,370: 하부 전극 195, 260, 390: 상부 전극
187,188,190,250,255,258,380,385,388,450,455,458,510,515,518:
지르코늄 고유전막
610: 메모리 620: 메모리 콘트롤러
710: EDC 720: 표시부재 770: 인터페이스 810: CPU

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 반도체 기판 상에 제1 지르코늄 소스를 공급하여 상기 반도체 기판 상에 제1 지르코늄 소스 흡착층을 형성하는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 제1 지르코늄 소스의 비흡착 부분을 제거하는 단계;
    제1 산화 가스를 공급하여 상기 제1 지르코늄 소스 흡착층을 산화시킴으로써 상기 반도체 기판 상에 제1 지르코늄 산화막을 형성하는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 제1 산화 가스의 비반응 부분을 제거하는 단계;
    상기 제1 지르코늄 산화막 상에 제2 지르코늄 소스를 공급하여 상기 제1 지르코늄 산화막 상에 제2 지르코늄 소스 흡착층을 형성하는 단계;
    제2 산화 가스를 공급하여 상기 제1 지르코늄 산화막 상에 산화된 제2 지르코늄 소스 흡착층을 형성하는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 제2 산화 가스의 비반응 부분을 제거하는 단계;
    상기 산화된 제2 지르코늄 소스 흡착층에 질화 가스를 공급함으로써 상기 제1 지르코늄 산화막 상에 지르코늄 탄산질화막을 형성하는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 질화 가스의 비반응 부분을 제거하는 단계;
    상기 지르코늄 탄산질화막 상에 제3 지르코늄 소스를 공급하여 상기 지르코늄 탄산질화막 상에 제3 지르코늄 소스 흡착층을 형성하는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 제3 지르코늄 소스의 비흡착 부분을 제거하는 단계;
    수증기를 포함하는 제3 산화 가스를 공급하여 상기 제3 지르코늄 소스 흡착층을 산화시킴으로써 상기 지르코늄 탄산질화막 상에 제2 지르코늄 산화막을 형성하되, 상기 지르코늄 탄산질화막은 산화시키지 않는 단계;
    퍼지 가스를 공급하여 상기 제3 산화 가스의 비반응 부분을 제거하는 단계; 및
    상기 제2 지르코늄 산화막 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 각 제1 내지 제3 지르코늄 소스들은 테트라키스 에틸메틸아미노 지르코늄(Tetrakis-ethylmethylamino zirconim, Zr〔N (C2H5)2〕4 이하 TEMAZ)을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 산화 가스는 O3 또는 O2를 포함하며, 상기 제2 산화 가스는 O3 또는 O2를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 질화 가스는 NH3, N20 및 N0 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 반도체 장치 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1 산화 가스를 공급하는 단계는 플라즈마를 공급하는 단계를 포함하되, 상기 제3 산화 가스를 공급하는 단계는 플라즈마를 공급하는 단계를 포함하지 않는 반도체 장치 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020080028510A 2008-03-27 2008-03-27 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법 KR101515471B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080028510A KR101515471B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법
US12/383,810 US7977257B2 (en) 2008-03-27 2009-03-27 Methods of manufacturing semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080028510A KR101515471B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090103121A KR20090103121A (ko) 2009-10-01
KR101515471B1 true KR101515471B1 (ko) 2015-05-06

Family

ID=41117881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080028510A KR101515471B1 (ko) 2008-03-27 2008-03-27 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7977257B2 (ko)
KR (1) KR101515471B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013026599A (ja) * 2011-07-26 2013-02-04 Elpida Memory Inc 半導体装置の製造方法
US9306024B2 (en) * 2014-01-29 2016-04-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Method of forming semiconductor device
KR101598485B1 (ko) 2014-06-20 2016-02-29 주식회사 유진테크 머티리얼즈 성막용 전구체 조성물 및 이를 이용한 박막 형성 방법
CN107154406B (zh) * 2017-05-12 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制作方法和显示装置
KR102417216B1 (ko) 2020-07-31 2022-07-06 (주)이지켐 η6 보라타 벤젠 리간드가 도입된 4족 유기금속 전구체 화합물, 그 제조방법 및 상기 전구체 화합물을 이용한 박막 형성 방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040217478A1 (en) * 2003-03-26 2004-11-04 Tomoe Yamamoto Semiconductor device and manufacturing process therefor

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100728962B1 (ko) 2004-11-08 2007-06-15 주식회사 하이닉스반도체 지르코늄산화막을 갖는 반도체소자의 캐패시터 및 그 제조방법
KR20070093190A (ko) 2006-03-13 2007-09-18 삼성전자주식회사 엠아이엠 커패시터 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040217478A1 (en) * 2003-03-26 2004-11-04 Tomoe Yamamoto Semiconductor device and manufacturing process therefor

Also Published As

Publication number Publication date
US7977257B2 (en) 2011-07-12
KR20090103121A (ko) 2009-10-01
US20090246949A1 (en) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101417728B1 (ko) 지르코늄 유기산질화막 형성방법 및 이를 이용하는 반도체장치 및 그 제조방법
KR101529867B1 (ko) 자기정열 이중 패터닝 기술을 이용한 매립형 게이트 전극 및 소자 분리막을 갖는 반도체 및 그 반도체 제조 방법
KR20090108747A (ko) 가변적 원자층 적층 온도를 이용한 반도체 및 그 제조 방법
US7361548B2 (en) Methods of forming a capacitor using an atomic layer deposition process
KR101520380B1 (ko) 비트라인 솔더 어택이 없는 매립형 게이트 전극 구조를 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법
KR20100104280A (ko) 저저항 매립형 금속 게이트 구조를 갖는 반도체 디바이스 및 형성 방법
KR20100035000A (ko) 서로 다른 종횡비를 갖는 소자 분리 트렌치 갭필 방법 및 그를 이용한 반도체 소자
US20090309187A1 (en) Semiconductor Device and Method of Fabricating the Same
US20130217203A1 (en) Capacitor, method of forming a capacitor, semiconductor device including a capacitor and method of manufacturing a semiconductor device
KR102238257B1 (ko) 반도체 소자의 제조 방법
US8043914B2 (en) Methods of fabricating flash memory devices comprising forming a silicide on exposed upper and side surfaces of a control gate
KR101515471B1 (ko) 지르코늄 산화막과 지르코늄 산질화막 형성방법 및 이를이용하는 반도체 장치 및 그 제조방법
KR101450650B1 (ko) 실린더 내벽에 지지 구조물을 갖는 커패시터 및 그 제조방법
JP5024046B2 (ja) 半導体装置とその製造方法
US20100055856A1 (en) Method of forming oxide layer, and method of manufacturing semiconductor device
US8969188B2 (en) Methods of fabricating semiconductor devices
US7364965B2 (en) Semiconductor device and method of fabrication
US20100019302A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR101508920B1 (ko) 반도체 소자의 패턴 형성 방법 및 이를 이용한 트랜지스터형성 방법
KR20100013898A (ko) 불순물 손실 방지층을 갖는 플라즈마 불순물 도핑 반도체구조 및 그 제조 방법
KR20110093213A (ko) 윗면과 바닥면의 시디차가 없는 깊은 트렌치를 갖는 반도체 및 제조방법
JP5239294B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4858898B2 (ja) 半導体装置とその製造方法
JP4954614B2 (ja) 強誘電体メモリ装置の製造方法
JP4534133B2 (ja) キャパシタおよびその製造方法、並びに半導体メモリ装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
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: 20190329

Year of fee payment: 5