KR19990042576A - 반도체장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 커패시터 제조방법 - Google Patents

반도체장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 커패시터 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR19990042576A
KR19990042576A KR1019970063436A KR19970063436A KR19990042576A KR 19990042576 A KR19990042576 A KR 19990042576A KR 1019970063436 A KR1019970063436 A KR 1019970063436A KR 19970063436 A KR19970063436 A KR 19970063436A KR 19990042576 A KR19990042576 A KR 19990042576A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tantalum
forming
semiconductor device
chemical vapor
layer
Prior art date
Application number
KR1019970063436A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100480574B1 (ko
Inventor
이명범
박병률
이현덕
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
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 윤종용, 삼성전자 주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1019970063436A priority Critical patent/KR100480574B1/ko
Publication of KR19990042576A publication Critical patent/KR19990042576A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100480574B1 publication Critical patent/KR100480574B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/40Capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

탄탈륨을 포함하는 물질층 상에 텅스텐 질화물을 형성한 후에 결과물 기판상에 소정의 온도범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 커패시터 제조방법에 관하여 개시한다. 이를 위한 반도체 장치의 금속 배선 방법은 반도체 기판 상부에 탄탈륨원소(Ta)를 포함하는 물질층을 형성하고, 상기 탄탈륨을 포함하는 물질층의 상부에 텅스텐 질화물(WNx)층을 형성한 후, 상기 결과물 기판에 대하여 열처리하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 탄탈륨 산화물층 내부의 산소 결손으로 인한 누설전류의 문제를 해결하기 위한 별도의 산화 공정이 필요하지 않게 되어 공정 단순화에 기여할 수 있다. 또한 고유전 절연막인 탄탈륨 산화물을 커패시터의 유전체층으로 이용하게 되면, 그 상부전극의 형성이 용이하고 높은 커패시턴스를 갖는 커패시터를 제조할 수 있다.

Description

반도체 장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 커패시터 제조방법
본 발명은 반도체 장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 반도체 장치의 커패시터 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 탄탈륨을 포함하는 물질층 상에 텅스텐 질화물을 형성한 후에 결과물 기판상에 소정의 온도범위에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법 및 이를 이용한 커패시터 제조방법에 관한 것이다.
반도체 장치에서 금속 배선을 위하여 탄탈륨을 포함하는 물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 반도체 장치의 커패시터의 고유전 절연막을 형성하기 위하여 탄탈륨 산화물(Ta2O5)이 각광을 받고 있다. 탄탈륨 산화물의 상부전극으로 티타늄 질화물(TiN)을 가장 일반적으로 이용하고 있으나, 최근에는 텅스텐 질화물(WNx)을 이용하기 위한 노력이 진행되고 있다.
탄탈륨 산화물 상에 티타늄 질화물을 형성하기 위하여 종래의 스퍼터링(sputtering) 방법으로 진행하기도 하지만, 커패시터의 하부전극이 단순한 모양이 아닌 다양한 형태의 굴곡을 갖는 경우, 예컨대 HSG(Hemi Spherical Grain) 형태의 복잡한 형상을 갖는 경우에는 양호한 커버리지(coverage) 특성을 구현할 수 없는 문제가 발생한다. 따라서, 최근에는 커버리지 특성을 확보하기 위하여 화학기상증착 방법(CVD)으로 티타늄 질화물층을 형성하고 있다. 그러나, 화학기상증착방법으로 티타늄 질화물층을 증착한 경우에, 누설전류(leakage current)라는 종래의 스퍼터링 방법에서 발견되지 않던 새로운 문제점이 부상하게 된다.
화학기상증착(CVD)방법으로 탄탈륨 산화물층 상부에 티타늄 질화물층을 형성하는 경우에 누설전류의 문제가 발생되는 원인은 두 가지가 있다. 그 하나는 증착 소오스에 의한 탄탈륨 산화물층이 손상되는 것이며, 다른 하나는 탄탈륨 산화물층과 티타늄 질화물층 간의 반응으로 탄탈륨 산화물층 내의 산소가 결핍되는 것이 그것이다.
전자는 티타늄 질화막을 성장하기 전에 비결정질상태(amorphous) 상태에 있던 탄탈륨 산화물을 급속 열처리 과정을 먼저 수행하여 결정화함으로써 탄탈륨 산화물층이 손상되는 문제를 경감시킬 수 있다.
그러나, 후자는 고온하에서 진행되는 화학기상증착방법으로는 피할 수 없는 문제로서, 만일 탄탈륨 산화물층 내의 산소가 결손되게 되면, 성질이 금속에 접근하게 되므로 누설전류의 발생을 막을 수 없다. 따라서, 이러한 탄탈륨 산화물층 내의 산화 결손을 방지하기 위하여 그 내부에 산소를 보완하기 위한 산화처리를 위한 별도의 공정, 예컨대 급속 열처리에 의한 산화(RTO, Rapid Temperature Oxidation)의 고온 조건, 자외선(UV), 오존(O3) 또는 플라즈마(plasma) 등을 이용한 400℃ 정도의 저온 조건하에서 진행하는 산화가 유효하다. 그러나, 이는 탄탈륨 산화물층 상부에 물질층을 형성한 후에 별도의 산화공정을 진행하여야 한다.
전술한 티타늄 질화물층을 탄탈륨 산화물층 상부에 형성하여 금속 배선을 형성하는 경우에 발생되는 문제가 티타늄 질화물층이 텅스텐 질화물층으로 대체되는 경우에도 동일하게 발생된다. 따라서, 텅스텐 질화물을 반도체 장치의 금속 배선에 이용하기 위해서는 전술한 문제를 극복할 수 있는 방안이 마련되어야 한다.
이를 위하여, 소정의 온도범위에서 열처리 공정을 진행하면, 탄탈륨 산화물층 내의 탄탈륨 원자가 그 상부에 형성된 텅스텐 질화물층을 가로질러 텅스텐 질화물층의 상부면으로 이동하는 물질 특성을 적극적으로 이용하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 탄탈륨을 포함하는 물질층 상부에 텅스텐 질화물층을 형성한 후, 소정의 온도범위에서 열처리를 하면, 상기 텅스텐 질화물층 하부의 탄탈륨을 포함하는 물질층 내의 탄탈륨이 그 상부의 텅스텐 질화물층의 상부면으로 이동하는 성질을 반도체 장치의 금속 배선 형성에 이용하며, 특히 반도체 장치의 커패시터의 상부전극을 형성하는데 있어서, 상기 원리를 이용하여 보다 용이하게 커패시터를 제조하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 배선 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 금속배선 형성방법의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 커패시터 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 도 3 내지 도 6에 따른 커패시터 제조방법의 일실시예의 결과를 관찰하는 그래프이다.
전술한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 장치의 금속 배선 방법에 관한 본 발명은 다음과 같다.
반도체 기판 상부에 탄탈륨원소(Ta)를 포함하는 물질층을 형성한다. 상기 탄탈륨을 포함하는 물질층의 상부에 텅스텐 질화물(WNx)층을 형성한다. 상기 결과물 기판에 대하여 열처리한다.
이때, 상기 반도체 장치의 금속 배선 방법은 다음에 의하여 더욱 바람직하게 실시할 수 있다. 상기 탄탈륨원소를 포함하는 물질층은 순수 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 탄탈륨실리사이드(TaSix) 및 탄탄륨 질화물(TaN) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성한다. 상기 결과물 기판에 대한 열처리는 약 310℃ 내지 650℃ 사이의 온도 범위에서 진행한다. 한편, 상기 텅스텐 질화물층은 화학기상증착CVD)방법, 특히 상대적으로 저온 공정인 플라즈마증진에 의한 화학기상증착(PECVD) 방법이 바람직하다. 이때, 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6), 수소(H2)와 질소원소(N)를 포함하는 물질, 예컨대 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 및 삼불화질소(NF3) 중 선택된 어느 하나의 물질을 포함하여 이루어진 혼합가스를 이용할 수 있다.
전술한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위한 반도체 장치의 커패시터 제조방법에 관한 본 발명은 다음과 같다.
하부구조물이 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성한다. 상기 층간절연막을 관통하여 상기 하부구조물의 상부를 노출하는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀이 매립되어 상기 하부구조물의 상부와 접촉을 이루는 하부전극을 형성한다. 상기 하부전극을 감싸는 탄탈륨원소(Ta)를 포함하는 화합물로 이루어진 고유전절연막을 형성한다. 상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전절연막을 감싸는 텅스텐 질화물(WNx)로 이루어진 상부전극을 형성한다. 결과물 기판에 대하여 열처리한다.
이때, 상기 반도체 장치의 커패시터 제조방법은 다음에 의하여 실시함이 바람직하다. 상기 결과물 기판에 대한 열처리는 650℃ 이하의 온도에서, 특히 310℃ 내지 650℃사이의 온도 범위에서 진행한다. 상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전 절연막을 감싸는 텅스텐 질화물(WNx)을 이용한 상부전극을 형성하는 단계 이후에 층간절연막을 형성하는 단계를 더 포함하여 진행할 수도 있으며, 이때는 층간 절연막 상부에 대하여 열처리를 진행하며, 이 때의 열처리는 650℃ 이하의 온도에서, 특히 310℃ 내지 650℃ 사이의 온도 범위에서 진행한다. 상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전절연막은 탄탈륨 산화물로 형성한다. 상기 텅스텐 질화물을 이용한 상부전극은 화학기상증착(CVD)방법, 특히 상대적으로 저온 공정에 속하는 플라즈마증진화학기상증착(PECVD)방법을 이용한다. 이때, 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6), 수소(H2)와 질소원소(N)를 포함하는 물질, 예컨대 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 및 삼불화질소(NF3) 중 선택된 어느 하나의 물질을 포함하는 혼합가스를 이용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 이하의 도면을 참조한 설명은 본 발명의 실시예들은 본 발명과 관련한 산업기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면상에서 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다. 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한 어떤 층이 다른 층 또는 기판의 "상부"에 있다라고 기재된 경우, 상기 어떤 층이 상기 다른 층 또는 기판의 상부에 직접 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 층이 개재되어질 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 금속 배선 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1의 흐름도에 따라 순차로 진행하는 금속 배선 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 장치의 소정의 하부구조물이 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성한 후, 소정의 금속 배선을 위한 콘택을 형성할 수 있으며, 상기 콘택을 매립하면서 반도체 기판을 달리는 금속 배선층을 형성하기 위하여 탄탈륨을 포함하는 화합물, 예컨대 순수 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 산화물(Ta2O5), 탄탈륨실리사이드(TaSix) 또는 탄탄륨 질화물(TaN) 등으로 물질층을 형성한다(10).
이어서 상기 탄탈륨을 포함하는 물질층의 상부에 텅스텐 질화물층을, 예컨대 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성한다(11). 한편, 상기 화학기상증착방법은 그 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6)와 수소(H2)의 혼합물 및 질소원소(N)를 포함하는 물질, 예컨대 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 또는 삼불화질소(NF3) 등을 이용할 수 있다.
계속하여, 상기 반도체 기판 상의 층간절연막이 아닌 또다른 층간절연막을 전면에 도포할 수도 있지만, 텅스텐 질화물층의 상부에 대하여 소정의 온도 범위, 예컨대 약 310℃ 내지 650℃에서 열처리 공정을 진행한다(12).
이러한 과정으로 형성된 탄탈륨을 포함하는 물질층과 그 상부의 텅스텐 질화물층간에 반도체 장치의 금속 배선을 형성함에 있어서, 유용한 성질이 발견된다. 이러한 성질을 반도체 장치의 금속 배선을 형성함에 이용하고, 구체적으로 하부전극 상의 유전체층으로 탄탈륨 산화물층을 형성하고, 그 상부에 상부전극으로 텅스텐 질화물층을 형성하여 이루어진 커패시터를 제조할 수 있다. 이는 단지 커패시터에서의 상부전극을 형성하기 위한 방법으로 한정되는 것은 아니며, 절연층 상의 도전층 구조를 갖는 모든 형태의 반도체 장치의 금속 배선에 이용될 수 있음은 당연하다.
도 2는 본 발명의 금속배선 형성방법의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 따르면, 상기 도 1 의 흐름도에 따라 반도체 기판(20) 상에 탄탈륨 산화물층(21)을 형성하고, 그 상부에 텅스텐 질화물층(22)을 형성한 후에 결과물 기판 상부에 대하여 소정 온도 범위, 예컨대 약 310℃ 내지 650℃을 진행하면, 탄탈륨 산화물층(21)의 탄탈륨 원자가 텅스텐 질화물층(22)의 벌크(bulk)를 통과하여 그 상부면으로 이동하게 되면, 탄탈륨 산화물층(21)은 고유전 절연막으로 변형되고, 탄탈륨 산화물층(21)의 상부층, 즉 텅스텐 질화물층(22)은 금속 원자인 탄탈륨 원자가 밀집되어 도전특성이 개선된 반도체 장치의 금속 배선으로 이용될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 커패시터 제조방법의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3 에 따르면, 반도체 장치의 소정의 하부구조물이 형성된 반도체 기판(30)의 전면에 층간절연막(31)을 형성하고, 층간절연막(31)을 관통하여 반도체 기판(30) 상부의 소정 부위를 노출하는 콘택홀을 형성한 후, 상기 콘택홀을 매립하면서 층간절연막(31) 상부의 소정 범위에 걸쳐지도록 하부전극(32)을 형성한다.
도 4에 따르면, 도 3의 결과물 상부에 탄탈륨을 포함하는 절연물질, 예컨대 탄탈륨 산화물(Ta2O5)로 이루어진 유전체층(33)을 형성한다.
도 5에 따르면, 도 4의 결과물 상부에 텅스텐 질화물로 이루어진 상부전극(34)을 형성한다. 이때, 상부전극(34)은 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성하며, 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6), 수소(H2)의 혼합물 및 질소원소(N)를 포함하는 물질을 이용할 수 있다. 한편, 상기 증착 소오스에 포함되는 질소원소를 포함하는 물질로 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 또는 삼불화질소(NF3) 등을 이용할 수 있다.
도 6에 따르면, 도 5의 결과물 상부에 후속 형성되는 반도체 장치의 다른 전기적 소자와 절연을 이루기 위한 층간절연막(35)을 형성한다. 한편, 도 5의 결과물 또는 도 6의 결과물에 대하여 소정의 온도 범위, 예컨대 310℃ 내지 650℃의 온도 범위에서 열처리 공정을 수행한다.
도 7은 도 3 내지 도6에 따른 커패시터 제조방법의 일실시예의 결과를 관찰하는 그래프이다.
도 7에 따르면, 열처리 공정 전후의 탄탈륨 산화물층(72)과 텅스텐 질화물층(72)에서의 탄탈륨원소(Ta)의 함량을 2차이온질량분광기(SIMS, Secondary Ion Mass Spectrometry) 변화를 도시하고 있다. 한편, 탄탈륨 산화물층(71)을 최하층으로 하고, 그 상부에 텅스텐 질화물층(72)을 형성한 후, 상부에 폴리실리콘층(73)을 형성한 경우에도 함께 도시하고 있다. 도 7에서 본 발명과 관련하여 주의 깊게 관찰하여야 할 곳은 열처리 공정 전의 상태(C)와 650℃에서 30분 동안 열처리한 후의 상태(D) 및 830℃에서 30분 동안 열처리한 상태(E) 각각의 텅스텐 질화물층(72) 내의 탄탈륨 원소의 함량변화(B)에 있으며, 이에 상대적으로 텅스텐 원소의 함량변화(A)는 본 발명과 관련하여 관심의 대상은 아니다.
한편, 도 7의 그래프는 다음 표 1의 조건에 의한 플라즈마증진화학기상증착(PECVD)방법으로 증착한 텅스텐 질화물층에 대한 결과이다.
구 분 증착 조건
증착소오스 WF6-NH3-H2(NH3대신에 N2또는 NF3을 이용할 수 있다)
증착온도 310 ℃
증착압력 0.1 Torr
증착속도 450 Å/min
라디오프리퀀시 125 W
상기 표 1에 따른 증착 조건을 이용하여 탄탈륨 산화물층(71) 상부에 텅스텐 질화물층(72)을 형성한 후, 소정의 온도 범위 내에서 열처리 공정을 수행하면, 탄탈륨원소가 탄탈륨 산화물층(71)에서 그 상부의 텅스텐 질화물층(72)의 상부면으로 이동하게 됨을 화살표(70)를 통하여 알 수 있다. 한편, 텅스텐 질화물의 형성온도인 310℃ 내지 650℃ 범위의 온도에서 탄탈륨원소의 이동이 확연하게 나타나며, 그 이상의 온도 범위에서는 큰 변화가 없음을 알 수 있으므로 열처리 공정의 온도 조건에 각별한 주의를 요함을 알 수 있다.
이상의 첨부 도면을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들은 최적의 실시예들이다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용한 것이 아니다.
전술한 본 발명에 따라 금속 배선을 형성하면, 탄탈륨 산화물층 내부의 산소 결손으로 인한 누설전류의 문제를 해결하기 위한 별도의 산화 공정이 필요하지 않게 되어 공정 단순화에 기여할 수 있다. 또한 고유전절연막인 탄탈륨 산화물을 커패시터의 유전체층으로 이용하게 되면, 그 상부전극의 형성이 용이하고 높은 커패시턴스를 갖는 커패시터를 제조할 수 있는 이점이 있다. 특히 텅스텐 질화물층을 형성하기 위하여 저온의 플라즈마증진화학기상증착(PECVD) 공정을 이용할 수 있는 점에서 새로운 금속 배선 재료로 각광을 받고 있는 텅스텐 질화물층의 용도를 넓힐 수 있다. 이를 보다 구체적으로 설명하면, 탄탈륨원소(Ta)로만 이루어지거나 이를 포함하는 탄탈륨 화합물, 예컨대 탄탈륨실리사이드(TaSix), 탄탈륨 질화물(TaN) 또는 탄탈륨 산화물(TaO, 특히 Ta2O5) 등으로 이루어진 물질층 상부에 텅스텐 질화물(WNx)층을 형성한 후에 소정 온도 범위에서 열처리 공정을 진행하면 탄탈륨(Ta)의 일부가 그 상부층인 텅스텐 질화물(WNx)층을 가로질러 양 물질층의 계면에 모이는 특성이 있다. 이러한 성질을 본 발명에 채용함으로써 본래 고유전절연체인 탄탈륨 산화물의 유전율이 보전됨과 아울러 누설전류를 방지함으로써 반도체 장치의 신뢰성을 개선할 수 있다.

Claims (16)

  1. 반도체 기판 상부에 탄탈륨원소(Ta)를 포함하는 물질층을 형성하는 단계;
    상기 탄탈륨을 포함하는 물질층의 상부에 텅스텐 질화물(WFx)층을 형성하는 단계; 및
    상기 결과물 기판에 대하여 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탄탈륨원소를 포함하는 물질층은 순수 탄탈륨(Ta), 탄탈륨산화물(Ta2O5), 탄탈륨실리사이드(TaSix) 및 탄탄륨 질화물(TaN) 중에서 선택된 어느 하나의 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결과물 기판에 대한 열처리는 310℃ 내지 650℃ 사이의 온도 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 텅스텐 질화물층은 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 화학기상증착(CVD) 방법은 플라즈마증진에 의한 화학기상증착(PECVD) 방법인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 플라즈마증진화학기상증착(PECVD) 방법은 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6), 수소(H2)와 질소원소(N)를 포함하는 물질을 포함하여 이루어진 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 증착 소오스에 포함되는 질소원소를 포함하는 물질로 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 및 삼불화질소(NF3) 중 선택된 어느 하나의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  8. 하부구조물이 형성된 반도체 기판 상에 층간절연막을 형성하는 단계;
    상기 층간절연막을 관통하여 상기 하부구조물의 상부를 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 콘택홀이 매립되어 상기 하부구조물의 상부와 접촉을 이루는 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극을 감싸는 탄탈륨원소(Ta)를 포함하는 화합물로 이루어진 고유전절연막을 형성하는 단계;
    상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전절연막을 감싸는 텅스텐 질화물(WNx)로 이루어진 상부전극을 형성하는 단계; 및
    결과물 기판에 대하여 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 결과물 기판에 대한 열처리는 650℃ 이하의 온도 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전절연막을 감싸는 텅스텐 질화물(WNx)을 이용한 상부전극을 형성하는 단계 이후에 층간절연막을 형성하는 단계를 더 포함하여 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 결과물 기판에 대한 열처리는 650℃ 이하의 온도 범위에서 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 금속 배선 형성방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 탄탈륨원소를 포함하는 고유전절연막은 탄탈륨 산화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  13. 제8항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 텅스텐 질화물을 이용한 상부전극은 화학기상증착(CVD) 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 화학기상증착(CVD) 방법은 플라즈마증진화학기상증착(PECVD)방법인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 플라즈마증진화학기상증착(PECVD) 방법은 증착 소오스로 텅스텐플로라이드(WF6), 수소(H2)와 질소원소(N)를 포함하는 물질을 포함하여 이루어진 혼합가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 증착 소오스에 포함되는 질소원소를 포함하는 물질로 암모니아(NH3), 질소가스(N2) 및 삼불화질소(NF3) 중 선택된 어느 하나의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 제조방법.
KR1019970063436A 1997-11-27 1997-11-27 반도체장치의금속배선형성방법및이를이용한커패시터제조방법 KR100480574B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970063436A KR100480574B1 (ko) 1997-11-27 1997-11-27 반도체장치의금속배선형성방법및이를이용한커패시터제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019970063436A KR100480574B1 (ko) 1997-11-27 1997-11-27 반도체장치의금속배선형성방법및이를이용한커패시터제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990042576A true KR19990042576A (ko) 1999-06-15
KR100480574B1 KR100480574B1 (ko) 2005-05-16

Family

ID=37302560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970063436A KR100480574B1 (ko) 1997-11-27 1997-11-27 반도체장치의금속배선형성방법및이를이용한커패시터제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100480574B1 (ko)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3242732B2 (ja) * 1993-03-17 2001-12-25 沖電気工業株式会社 キャパシタ
KR960002792A (ko) * 1994-06-10 1996-01-26 김광호 반도체장치의 커패시터 제조방법
KR0183732B1 (ko) * 1995-09-01 1999-03-20 김광호 반도체 장치의 캐패시터 제작방법
KR970024147A (ko) * 1995-10-20 1997-05-30 김광호 금속 전극을 가지는 반도체 장치의 커패시터
KR100450657B1 (ko) * 1997-08-26 2004-12-17 삼성전자주식회사 반도체메모리장치의캐패시터및그제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR100480574B1 (ko) 2005-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5856704A (en) Capacitor, integrated circuitry, diffusion barriers, and method for forming an electrically conductive diffusion barrier
US20020076946A1 (en) Method for forming Ta2O5 dielectric layer
KR100604845B1 (ko) 질소를 포함하는 씨앗층을 구비하는 금속-절연체-금속캐패시터 및 그 제조방법
US7498628B2 (en) Capacitor for a semiconductor device and manufacturing method thereof
US20050158990A1 (en) Methods of forming metal wiring layers for semiconductor devices
US5739049A (en) Method for fabricating semiconductor device having a capacitor and a method of forming metal wiring on a semiconductor substrate
US6319765B1 (en) Method for fabricating a memory device with a high dielectric capacitor
US7371670B2 (en) Method for forming a (TaO)1-x(TiO)xN dielectric layer in a semiconductor device
US6541330B1 (en) Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same
US6607963B2 (en) Method for forming capacitor of semiconductor device
US6576528B1 (en) Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same
KR20060035392A (ko) 커패시터를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조방법
US6579755B2 (en) High dielectric capacitor and method of manufacturing the same
KR100480574B1 (ko) 반도체장치의금속배선형성방법및이를이용한커패시터제조방법
US6306666B1 (en) Method for fabricating ferroelectric memory device
US6054332A (en) Method for fabricating capacitor of semiconductor memory device
KR100422596B1 (ko) 캐패시터의 제조 방법
KR100451501B1 (ko) 반도체메모리소자의캐패시터형성방법
KR100355602B1 (ko) 반도체소자의 캐패시터 형성방법
KR20020002722A (ko) 반도체 소자의 커패시터 제조 방법
KR100309131B1 (ko) 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법
KR100414868B1 (ko) 캐패시터의 제조 방법
US20080070405A1 (en) Methods of forming metal wiring layers for semiconductor devices
US6716717B2 (en) Method for fabricating capacitor of semiconductor device
KR20030045470A (ko) 반도체 소자의 캐패시터 및 그의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee