KR19980082844A - 백금을 포함하는 반도체소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 메모리소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리(DRAM) 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 세정용액은 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 것으로, 탈이온수로 희석되어 있다. 본 발명에 의한 세정용액은 백금층을 식각대상물로 한 건식식각 후 결과물 기판을 세정하기 위해 사용된다. 본 발명에 의한 세정용액은, 또한, DRAM 소자 제조 시 고유전율의 유전체막을 형성하기 전에 백금으로 된 전극 표면을 세정하기 위해 사용된다.

Description

백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 메모리 소자의 제조방법

본 발명은 반도체 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리(DRAM) 소자의 제조방법에 관한 것이다.

다이나믹 랜덤 억세스 메모리(Dynamic Random Access Memory; DRAM)에 있어서 데이터 저장 소자로 작용하는 커패시터의 면적은 소자가 고집적화 되면서 점점 줄어들고 있다. 1G급 DRAM에서는 커패시터 제조를 위해 이용가능한 면적은 0.2㎛²정도이다. 이에, 주어진 면적에서 더 큰 용량의 커패시턴스(capacitance)를 얻기 위한 방법이 연구되고 있다.

커패시턴스는 유전체막과 접하는 스토리지 전극의 면적, 유전체막의 두께 및 유전체막의 유전율과 밀접하게 관련되어 있다. 따라서, 스토리지 전극의 면적을 증가시키기 위해서, 복잡한 3차원의 구조로 스토리지 전극을 제작하거나 반구모양의 그레인(HSG)을 이용하는 등과 같은 새로운 방법에 대한 많은 노력이 계속되고 있다. 그러나, 이러한 시도는 1G급 이상의 DRAM에서는 제조 공정 상의 어려움 때문에 한계에 이를 것으로 생각된다.

DRAM 소자의 커패시턴스를 증가시키려는 노력의 또 하나의 주류는 높은 유전율을 갖는 유전물질로 유전체막을 형성하는 것인데, 현재 알려지고 있는 고유전물질 중 가장 대표적인 것으로는 (Ba,Sr)TiO₃(이하, BST라 칭함)가 있다. BST의 경우 보통 200-400 정도의 유전율을 얻을 수 있다고 알려져 있다.

그러나, BST는 커패시터의 스토리지 전극으로 일반적으로 사용되는 다결정실리콘과 서로 반응하기 때문에, 다결정실리콘으로 이루어진 스토리지 전극에는 그 적용이 어렵다. 따라서, DRAM의 유전체막으로 BST를 적용하기 위해서는, 상기 BST와의 반응이 없는 새로운 전극물질이 필요하다.

백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테니움(Ru) 등의 귀금속(noble metal)과 이들의 산소 화합물인 산화 이리듐(IrO₂), 산화 루테니움(RuO₂) 등이 BST를 위한 전극 물질로 고려되고 있는데, 이중, 백금은 우수한 내산화성과 전기전도도로 인해 특히 많이 사용되고 있다.

본 발명의 목적은 백금을 대상으로 한 반도체 제조 공정 시 발생하는 백금을 포함하는 잔유물을 제거하기 위한 세정용액을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 세정용액을 사용하여 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 세정용액을 사용하여 백금 전극을 갖는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 세정 공정을 행하기 전의 백금 전극을 보여주는 사진이다.

도 2는 본 발명에 의한 세정용액을 사용하여 세정공정을 행한 후의 사진이다.

본 발명에 의한 세정용액은 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석되고, 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)가 3-12인 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 용액이다. 상기 세정용액은 40℃-90℃의 온도에서 사용된다.

본 발명에 의한 세정방법은 백금층을 식각대상물로 한 건식 식각을 행하는 단계와 건식 식각을 행한 결과물 기판을 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석되고, 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)가 3-12인 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 용액으로 40℃-90℃의 온도에서 세정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의한 메모리 소자의 제조방법은 백금층을 식각대상물로 한 적어도 한번 이상의 건식식각을 행하여 스토리지 전극을 형성하는 단계, 상기 스토리지 전극을 포함하는 결과물 기판을 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석되고, 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)가 3-12인 염산(HCl)과 질산(HNO₃)을 혼합한 용액으로 40℃-90℃의 온도에서 세정하는 단계 및 상기 스토리지 전극 표면에 BST((Ba,Sr)TiO₃) 또는 PZT((Pt,Zr)TiO₃)의 고유전물질을 도포하여 유전체막을 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

1G급 DRAM 커패시터의 유전체막 재료로 사용되는 BST는 다결정실리콘으로 이루어진 일반적인 스토리지 전극과는 서로 반응하기 때문에, 이를 방지하기 위하여, 내산화성과 전기전도도가 좋고 상기 BST와의 반응이 없는 백금으로 이루어진 스토리지 전극을 이용한다.

백금을 이용한 스토리지 전극의 제작과정에는 여러 종류의 가스 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정이 필수적이다. 일반적인 건식 식각 공정에서는 식각되는 식각대상물(예컨대, 다결정실리콘으로 된 스토리지 전극 형성 시, 식각대상물은 다결정실리콘이 된다)은 식각 가스와 휘발성 화합물(volatile compound)을 형성하여 챔버 밖으로 배출되므로 챔버 내에 잔유물을 남기지 않는다.

그러나, 백금은 식각 가스와 휘발성 화합물을 형성하기 어렵기 때문에, 건식 식각 후, 백금 성분을 포함하는 잔유물을 다량 남기게 된다. 이때 생성되는 잔유물은 백금과 식각 가스 및 식각 공정에 적용되는 마스크 물질 사이의 반응에 의해 생성된 유기금속 화합물(organometallic compound)이다. 통상, 백금을 포함하는 유기금속 화합물은 일반적으로 사용되는 대부분의 산에 용해되지 않을 뿐만아니라, 건식 식각 후 마스크 물질의 스트립(strip)을 위해 사용되는 각종 유기 스트리퍼(stripper) 및 황산보일에도 용해되지 않는다.

본 발명은 언급한 바와 같은 백금을 포함하는 유기금속 화합물을 용이하게 제거할 수 있는 세정용액을 제공한다.

상기 세정용액은 염산(HCl)과 질산(HNO₃)을 혼합한 용액이다.

백금을 염산과 질산을 혼합한 상기 용액에 담그게 되면, 상기 용액 내에 생성된 염소(Cl₂)와 염화 니트로실(ClNO)은 상기 백금을 육염화 플라티늄(PtCl₆ ^2-) 이온으로 용해시키게 된다. 즉, 강력한 산화력을 갖는 상기 혼합 용액에 의해 백금의 표면은 수Å-수십Å까지 식각된다. 본 발명에서는 백금의 식각량을 조절하기 위해, 상기 혼합 용액을 탈이온수로 희석하여 사용한다. 이때, 공정 온도는 35℃ 이상이다.

본 발명에서는 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)가 3 - 12이 되도록 상기 염산과 질산을 혼합하고, 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석하여 사용한다. 이때, 상기 혼합 용액은 40℃-90℃의 온도에서 사용한다.

도 1은 세정 공정을 행하기 전의 백금 전극을 보여주는 사진으로, 예컨대 DRAM의 스토리지 전극과 같은 패턴을 형성하기 위해 백금을 건식 식각한 후의 사진이다.

상기 도 1을 참조하면, 화살표로 표시한 바와 같은 백금 잔유물이 패턴의 표면에 남아있음을 볼 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 세정용액을 사용하여 세정공정을 행한 후의 사진으로, 상기 도 1에 보여진 패턴을 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)를 8로 하고, 탈이온수 함량을 60wt%로 한 염산과 질산 혼합용액으로 5분동안 60℃의 온도에서 세정한 후의 모습을 보여준다.

상기 도 1에서 보여지던 백금 잔유물이 상기한 세정 공정에 의해 완전히 제거되어 패턴의 표면이 깨끗해져 있음을 알 수 있다.

이하, 백금으로 된 스토리지 전극을 구비하는 다이나믹 랜던 억세스 메모리 소자 제조에 상기한 세정용액을 사용하는 방법을 설명한다.

반도체 기판 상에 백금층을 형성한 후, 이를 건식 식각 방식으로 패터닝하여 백금으로 된 스토리지 전극을 형성한다. 이때, 상기 스토리지 전극의 표면에서 상술한 바와 같은 이유에 의해 백금과 식각 가스 및 마스크 물질 사이의 반응에 의해 생성된 유기금속 화합물이 잔유한다. 이러한, 잔유물이 제거되지 않은 상태에서 BST((Ba,Sr)TiO₃) 또는 PZT((Pt,Zr)TiO₃)와 같은 고유전물질을 도포하여 유전체막을 형성하게 되면, 유전체막의 두께가 전체에 걸쳐 균일하지 않게 되어 누설전류 등을 일으키게 된다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 고유전물질을 도포하기 전에, 염산과 질산을 혼합한 용액으로 백금으로 된 스토리지 전극을 포함하는 결과물 기판을 세정하여 상기한 잔유물을 제거한다. 이때, 상기 염산과 질산의 혼합비 및 희석을 위해 공급되는 탈이온수의 양을 조절하여 백금으로 된 스토리지 전극의 식각 정도를 조절한다. 본 발명에서는 상기 염산과 질산의 혼합비(HCl/HNO₃)를 3-12로 조절하고, 탈이온수의 함량을 40wt%-80wt%로 하며, 공정 시의 온도를 40℃-90℃로 한다.

이후, 상기 BST((Ba,Sr)TiO₃) 또는 PZT((Pt,Zr)TiO₃)와 같은 고유전물질을 백금으로 된 상기 스토리지 전극 표면에 도포하여 유전체막을 형성한다.

본 발명에 의한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법에 의하면, 스토리지 전극을 백금으로 형성한 후, 이를 염산과 질산을 혼합한 용액으로 세정하고, 이어서 고유전율을 갖는 유전물질로 유전체막을 형성함으로써 좁은 면적에서도 큰 커패시턴스를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

본 발명에 의한 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액, 이를 사용한 세정방법 및 이를 사용한 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법에 의하면, 백금을 대상으로 한 반도체 제조 공정 시 발생하는 백금을 포함하는 잔유물을 깨끗하게 제거할 수 있으므로, 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 경우, BST 또는 PZT와 같은 고유전물질을 백금을 함유하는 잔유물이 잔존하지 않는 상태에서 도포할 수 있으므로 신뢰도 높게 큰 커패시턴스를 갖는 스토리지 소자를 얻을 수 있다.

Claims (14)

1. 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 용액인 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정 용액.
2. 제1항에 있어서,

   상기 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)는 3 - 12인 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액.
3. 제1항에 있어서,

   상기 혼합용액은 40wt% - 80wt% 함량의 탈이온수로 희석되어 있는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액.
4. 제1항에 있어서,

   상기 혼합용액은 40℃-90℃ 온도에서 사용하는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자를 위한 세정용액.
5. 반도체 기판 상에 백금층을 형성하는 제1 공정;

   상기 백금층을 식각대상물로 한 건식식각을 행하는 제2 공정; 및

   상기 제2 공정 후의 결과물 기판을 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 용액으로 세정하는 제3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)는 3-12인 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법.
7. 제5항에 있어서,

   상기 혼합용액은 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석되어 있는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법.
8. 제5항에 있어서,

   상기 세정공정은 40℃-90℃ 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 제3 공정은, 60wt% 함량의 탈이온수로 희석되고, 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)가 8인 혼합 용액으로 60℃ 온도에서 5분동안 행하는 것을 특징으로 하는 백금을 포함하는 반도체 소자의 세정방법.
10. 반도체 기판 상에 백금층을 형성하는 제1 공정;

    상기 백금층을 식각대상물로 한 적어도 한번 이상의 건식식각을 행하여 스토리지 전극을 형성하는 제2 공정;

    상기 스토리지 전극을 포함하는 결과물 기판을 염산(HCl)과 질산(HN₃)을 혼합한 용액으로 세정하는 제3 공정; 및

    상기 스토리지 전극 표면에 고유전율을 갖는 유전물질을 도포하여 유전체막을 형성하는 제4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 질산에 대한 염산의 혼합비(HCl/HNO₃)는 3-12인 것을 특징으로 하는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법.
12. 제10항에 있어서,

    상기 혼합용액은 40wt%-80wt% 함량의 탈이온수로 희석되어 있는 것을 특징으로 하는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 세정공정은 40℃-90℃ 온도에서 행하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법.
14. 제10항에 있어서,

    고유전율을 갖는 상기 유전물질은 BST((Ba,Sr)TiO₃) 및 PZT((Pt,Zr)TiO₃) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다이나믹 랜덤 억세스 메모리 소자의 제조방법.