KR19990080821A - Capacitor of semiconductor device and method of forming the same - Google Patents

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KR19990080821A KR1019980014347A KR19980014347A KR19990080821A KR 19990080821 A KR19990080821 A KR 19990080821A KR 1019980014347 A KR1019980014347 A KR 1019980014347A KR 19980014347 A KR19980014347 A KR 19980014347A KR 19990080821 A KR19990080821 A KR 19990080821A
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윤종용
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Abstract

반도체 장치의 커패시터 및 그 형성 방법을 개시한다. 본 발명은 반도체 기판 상에 하부 전극을 형성하고, 강유전체 물질로 하부 전극을 덮는 유전막을 형성한다. 유전막 상에 백금족 원소를 함유하는 제1도전물을 물리적 기상 증착법으로 증착하여 제1상부 전극을 형성한다. 제1상부 전극 상에 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물을 화학적 기상 증착 방법 등으로 증착하여 제2상부 전극을 형성한다. 제1상부 전극은 제2상부 전극에 비해 얇은 두께, 예컨대 제2상부 전극 두께의 5% 내지 40%의 두께로 형성된다.A capacitor of a semiconductor device and a method of forming the same are disclosed. The present invention forms a lower electrode on a semiconductor substrate and forms a dielectric film covering the lower electrode with a ferroelectric material. A first conductive material containing a platinum group element on the dielectric film is deposited by physical vapor deposition to form a first upper electrode. A second conductive material not containing a platinum group element is deposited on the first upper electrode by a chemical vapor deposition method or the like to form a second upper electrode. The first upper electrode is formed to have a thickness smaller than that of the second upper electrode, for example, 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode.

Description

반도체 장치의 커패시터 및 그 형성 방법Capacitor of semiconductor device and method of forming the same

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 커패시터(capacitor) 및 그 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a capacitor and a method of forming the same.

FRAM(Ferro-electric Random Access Memory) 또는 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등과 같은 반도체 장치에 PZT(PbZrTiO3) 또는 BST((Ba,Sr)TiO3) 등과 같은 강유전체 물질 또는 고유전체 물질을 유전막으로 응용하는 방안이 제시되고 있다.Ferroelectric material or high-dielectric material such as PZT (PbZrTiO 3 ) or BST ((Ba, Sr) TiO 3 ) is applied to a semiconductor device such as a ferroelectric random access memory (FRAM) or a dynamic random access memory Is proposed.

강유전체 물질을 유전막으로 이용할 때 전극 물질로 백금족 또는 백금족 금속 산화물을 이용하는 것이 데이비드의 논문(David E. Kotecki, "A review of high dielectric material for DRAM capacitor", Integrated Ferroelectrics, 1997, Vol.16, pp1-19)에서 제안되고 있다. 상기 데이비드의 논문에 따르면 백금족 또는 백금족 산화물은 일함수(work function)가 커 상기 유전막과의 계면에 쇼트키 장벽(shottky barrier)이 형성되므로 커패시터의 누설 전류를 억제할 수 있다.The use of a platinum group metal or a platinum group metal oxide as an electrode material when a ferroelectric material is used as a dielectric film is disclosed in David E. Kotecki, "A review of high dielectric material for DRAM capacitor", Integrated Ferroelectrics, 1997, Vol. 16, 19). According to David's paper, a platinum group or a platinum group oxide has a large work function and a shottky barrier is formed at the interface with the dielectric layer, so that the leakage current of the capacitor can be suppressed.

그러나, 상기 백금족 또는 백금족 산화물로 전극, 특히 상부 전극인 플레이트 전극(plate node)을 형성할 때 하부 전극, 즉, 스토리지 전극(storage node)의 단차에 따른 상기 플레이트 전극의 단차 피복성(step coverage)이 열악한 문제가 발생한다. 즉, 플래티늄(platinum;pt) 등과 같은 백금족 금속은 통상적으로 스퍼터링(sputtering)에 의해서 이들의 박막이 형성된다. 이때, 단차 피복성은 대략 30% 이하로 열악하다.However, when the plate electrode, which is the upper electrode, is formed of the platinum group metal or the platinum group oxide, the step coverage of the plate electrode along the step of the lower electrode, that is, the storage node, This poor problem arises. That is, platinum group metals such as platinum (pt) and the like are usually formed by sputtering these thin films. At this time, the step coverage is poor at about 30% or less.

DRAM 세대에 따른 단위 셀(cell) 면적 및 BST를 이용하는 경우에 요구되는 스토리지 전극의 특성Unit cell area according to DRAM generation and characteristics of storage electrode required when using BST DRAM 세대DRAM generation 디자인 룰(design rule;㎛)Design rule (㎛) 셀 면적(cell area)Cell area 커패시턴스*(fF/cell)Capacitance * (fF / cell) 스토리지 전극 높이(㎛)Storage Electrode Height (탆) 종횡비** Aspect ratio ** 256메가 비트(Mbit)256 megabits (Mbit) 0.250.25 0.750.75 25-3025-30 평탄함Flatness -- 1기가 비트(Gbit)1 Gigabit (Gbit) 0.180.18 0.250.25 2525 >0.26㎛> 0.26 탆 >1.4> 1.4 4기가 비트4 Gigabit 0.150.15 0.110.11 2525 >0.59㎛> 0.59 탆 >5.4> 5.4

*BST의 단위 면적 당 유전 용량이 100fF/㎛2로 가정Assuming that the dielectric capacity per unit area of BST is 100 fF / 탆 2

**스토리지 전극 높이/디자인 룰** Storage electrode height / design rule

한편, 상기한 데이비드의 논문에 따르면 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 커패시턴스를 확보하기 위해서 표 1에 기술한 바와 같은 스토리지 전극의 높이가 요구된다. 상기한 표 1에 따르면 1기가 비트 이상의 DRAM용 커패시터를 구현하기 위해서는 스토리지 전극의 높이가 0.26㎛ 이상, 종횡비가 1.4 이상 되는 스토리지 전극을 이용하여야 한다. 그리고, 상기 스토리지 전극을 덮는 유전막, 즉, BST의 두께 200Å 내지 500Å을 고려하면 스토리지 전극 및 유전막 전체의 종횡비는 더 커진다.On the other hand, according to David's article mentioned above, the storage electrode height as described in Table 1 is required in order to assure the capacitance as the semiconductor device is highly integrated. According to Table 1, a storage electrode having a storage electrode height of 0.26 탆 or more and an aspect ratio of 1.4 or more should be used to implement a DRAM capacitor of 1 gigabit or more. Considering the thickness of the dielectric layer covering the storage electrode, that is, the thickness of the BST of 200 ANGSTROM to 500 ANGSTROM, the aspect ratio of the entire storage electrode and the dielectric layer becomes larger.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 보이드(void)가 형성되거나 유전막의 일부가 노출되는 불량이 발생할 수 있다. 이와 같은 불량의 발생은 상기한 스퍼터링에 의한 플레이트 전극 증착에만 한정되지 않고 열적 진공 증착법(thermal evaporation) 또는 레이저 빔 증착법(laser beam evaporation) 등과 같은 물리적 기상 증착법(physical vapour deposition)에서도 일어날 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 1, voids may be formed or a defect that a part of the dielectric film is exposed may occur. The occurrence of such defects can occur not only by the above-mentioned sputtering but also by physical vapor deposition such as thermal evaporation or laser beam evaporation.

이러한 물리적 기상 증착법에 의한 백금족 또는 백금족 금속 산화물 전극을 형성하는 경우에서 발생하는 단차 피복성 불량을 개선하기 위해서 화학적 기상 증착법(chemical vapour deposition)을 이용하여 백금족 또는 백금족 금속 산화물 전극을 형성하는 시도가 제안되고 있다. 그러나, 상기 화학적 기상 증착법으로는 상기 강유전체 물질, 예컨대 BST 등에 대한 충분한 전기적 또는 물리적 특성을 가지는 박막을 구현하기가 어렵다. 예컨대, 플래티늄 박막을 형성한 후 수반되는 열처리 공정 중에서 플래티늄 박막의 변형이 발생하여 하부의 유전막, 즉, BST막이 노출되는 등의 단차 피복 불량이 발생할 수 있다. 더욱이 상기 화학적 기상 증착법에 이용되는 플래티늄 헥사플루오로아세틸아세토네이트(Pt-hexafluoroacetylacetonate;이하 "Pr-HFA"라 한다) 또는 루테늄 트리메틸헵탄디오네이트(ruthenium-trimetylhaptanedionate;이하 "Ru-TMHD"라 한다) 등과 같은 소오스(source)의 가격은 높고 증착 효율이 낮아 높은 경비가 소모된다.An attempt to form a platinum group or platinum group metal oxide electrode by chemical vapor deposition (CVD) in order to improve the step coverage defect that occurs when the platinum group or platinum group metal oxide electrode is formed by such physical vapor deposition is proposed . However, in the chemical vapor deposition method, it is difficult to realize a thin film having sufficient electric or physical properties with respect to the ferroelectric material such as BST. For example, the platinum thin film may be deformed during the subsequent heat treatment process after the platinum thin film is formed, so that a step coverage failure such as exposing the lower dielectric film, that is, the BST film, may occur. Further, platinum hexafluoroacetylacetonate (hereinafter referred to as "Pr-HFA") or ruthenium-trimethylheptanedionate (hereinafter referred to as "Ru-TMHD") used for the above chemical vapor deposition The same source cost is high and the deposition efficiency is low and high expense is consumed.

상기한 백금족 또는 백금족 금속 산화물 박막의 단차 피복성 불량을 개선하기 위해서 상부 전극, 즉, 플레이트 전극을 비백금족 금속 질화물 등으로 형성하는 방안이 제시되고 있다. 예컨대, 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐 질화물(WN) 등과 같은 비백금족 금속 질화물을 상부 전극으로 형성하는 방안이 제시되고 있다. 그러나, 상기 비백금족 금속 질화물로 상부 전극을 형성하는 경우에는 누설 전류 특성이 열악한 문제가 발생한다(Pierre-Yves Lesaicherre, "G bit scale DRAM stacked capacitor with ECR MOCVD SrTiO3over RIE patterned RuO2/TiN storage node", Integrated Ferroelectrics, 1995, vol.11, pp.81-100).In order to improve defective step coverage of the platinum group or platinum group metal oxide thin film, a method of forming the upper electrode, that is, the plate electrode, with a non-platinum group metal nitride has been proposed. For example, a method of forming a non-platinum group metal nitride such as titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN) or the like as an upper electrode has been proposed. However, when the upper electrode is formed of the non-platinum group metal nitride, the leakage current characteristic is poor (Pierre-Yves Lesaicherre, " G bit scale DRAM stacked capacitor with ECR MOCVD SrTiO 3 over RIE patterned RuO 2 / TiN storage node ", Integrated Ferroelectrics, 1995, vol. 11, pp. 81-100).

도 2는 TiN/BST/Pt 박막 구조의 누설 전류 특성을 측정하여 개략적으로 도시한 그래프이다.2 is a graph schematically showing leakage current characteristics of a TiN / BST / Pt thin film structure.

구체적으로, BST막은 스퍼터링 방법으로 대략 400Å 정도의 두께로 형성된다. 인가되는 전압의 극성은 상부 전극인 TiN막에 걸리는 전압을 기준으로 한 것이다. 즉, (-)V은 상부전극에 (-)전압이 인가되는 것을 의미한다. 상기 도 2에서 (-)전압이 인가될 때의 누설 전류가 (+)전압이 인가될 때의 누설 전류에 비해서 1000배 이상 크다. 이러한 누설 전류의 특성으로 미루어 상기 TiN/BST/Pt 구조는 커패시터에 적절하지 못함을 알 수 있다. 이와 같은 사실은 TiN의 일함수가 2.92eV에 불과해 Pt의 5.4eV에 미치지 못함에서 기인한다. 즉, (-)전압이 인가되는 경우에는 상부 전극, 즉, TiN막과 BST막 사이의 계면에서의 쇼트키 장벽 계면 특성에 의해서 누설 전류의 크기가 결정되고, (+)전압이 인가되는 경우에는 하부 전극, 즉, Pt막과 BST막 사이의 계면에서의 쇼트키 장벽 계면 특성에 의해서 누설 전류의 크기가 결정된다. 따라서, TiN막과 BST막 사이에는 Pt막과 BST막 사이에서 보다 쇼트키 장벽이 잘 형성되지 않는다. 이에 따라 (-)전압이 인가된 경우의 누설 전류의 크기가 커지게 된다.Specifically, the BST film is formed to a thickness of about 400 Å by a sputtering method. The polarity of the applied voltage is based on the voltage applied to the TiN film as the upper electrode. That is, (-) V means that (-) voltage is applied to the upper electrode. In FIG. 2, the leakage current when the (-) voltage is applied is larger than the leakage current when the (+) voltage is applied is 1000 times or more. Due to the characteristics of the leakage current, it can be seen that the TiN / BST / Pt structure is not suitable for the capacitor. This is due to the fact that the work function of TiN is only 2.92 eV, which is less than 5.4 eV of Pt. That is, when the negative voltage is applied, the magnitude of the leakage current is determined by the Schottky barrier interface characteristic at the interface between the upper electrode, that is, the TiN film and the BST film, and when the positive voltage is applied The magnitude of the leakage current is determined by the Schottky barrier interface characteristics at the interface between the lower electrode, that is, the Pt film and the BST film. Therefore, a Schottky barrier is not formed between the TiN film and the BST film more than between the Pt film and the BST film. Accordingly, the magnitude of the leakage current when the (-) voltage is applied is increased.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 누설 전류를 억제하며 상부 전극을 형성할 때 보이드 및 불균일한 증착 현상 등과 같은 피복 불량의 발생을 방지하여 유전막 및 하부 전극의 종횡비에 따른 단차를 극복하는 단차 피복성을 구현할 수 있는 강유전체 물질의 유전막을 사용하는 반도체 장치의 커패시터를 제공하는 데 있다.Disclosure of the Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which is capable of suppressing leakage current and preventing the occurrence of coating defects such as voids and uneven deposition at the time of forming an upper electrode, And a capacitor of a semiconductor device using a dielectric film of a ferroelectric material that can be implemented.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 누설 전류를 억제하며 상부 전극을 형성할 때 보이드 및 불균일한 증착 현상 등과 같은 피복 불량의 발생을 방지하여 유전막 및 하부 전극의 종횡비에 따른 단차를 극복하는 단차 피복성을 구현할 수 있는 강유전체 물질의 유전막을 사용하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which suppresses leakage current and prevents the occurrence of coating defects such as voids and uneven deposition when forming an upper electrode, The present invention provides a method of forming a capacitor of a semiconductor device using a dielectric film of a ferroelectric material.

도 1은 종래의 커패시터 형성 방법의 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a problem of a conventional capacitor forming method.

도 2는 TiN/BST/Pt 박막 구조의 누설 전류 특성을 측정하여 개략적으로 도시한 그래프이다.2 is a graph schematically showing leakage current characteristics of a TiN / BST / Pt thin film structure.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 커패시터를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 제2실시예에 의한 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.FIGS. 4 to 10 are cross-sectional views illustrating a method of forming a capacitor according to a second embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 의한 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도이다.11 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a capacitor according to a third embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제4실시예에 의한 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점은, 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극과, 상기 하부 전극을 덮는 유전막과, 상기 유전막 상에 백금족 원소를 함유하는 제1도전물로 형성된 제1상부 전극 및 상기 제1상부 전극 상에 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물로 형성된 제2상부 전극을 포함하는 반도체 장치의 커패시터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a lower electrode formed on a semiconductor substrate; a dielectric film covering the lower electrode; a first upper portion formed of a first conductive material containing a platinum group element on the dielectric film; And a second upper electrode formed on the first upper electrode and formed of a second conductive material not containing a platinum group element.

상기 하부 전극은 백금족 금속 또는 백금족 산화물 등으로 형성된다. 상기 유전막은 Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3또는 Bi4Ti3O12등으로 형성된다. 상기 제1도전물은 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물 등이다. 상기 백금족 금속은 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 또는 이리듐 등이고, 상기 백금족 금속 산화물은 산화 루테늄, 산화 이리듐 또는 산화 오스뮴 등이다. 상기 제2도전물은 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드 등이다. 상기 비백금족 금속은 구리, 알루미늄, 금, 은, 티타늄, 탄탈륨 또는 텅스텐 등과 같은 내열성 금속이고, 상기 비백금족 금속 질화물은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물 등이다.The lower electrode is formed of a platinum group metal or a platinum group oxide. The dielectric layer may be formed of Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , PbZrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, or Bi 4 Ti 3 O 12 . The first conductive material is a platinum group metal or a platinum group metal oxide. The platinum group metal is platinum, palladium, osmium, ruthenium, or iridium, and the platinum group metal oxide is ruthenium oxide, iridium oxide, or osmium oxide. The second conductive material is a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal suicide. Wherein the non-platinum group metal is a refractory metal such as copper, aluminum, gold, silver, titanium, tantalum or tungsten and the non-platinum group metal nitride is selected from the group consisting of titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, titanium silicon nitride, tantalum silicon nitride, Or tantalum aluminum nitride.

상기 제1상부 전극은 스퍼터링법, 진공 증착법 또는 레이저 빔 증착법 등의 물리적 기상 증착법으로 형성된다. 상기 제2상부 전극은 전기 도금법, 화학 기상 증착법 또는 졸-겔법 등으로 형성된다. 상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극에 비해 얇은 두께, 예컨대, 상기 제2상부 전극 두께의 5% 내지 40%의 두께를 가진다.The first upper electrode is formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, or a laser beam deposition method. The second upper electrode is formed by an electroplating method, a chemical vapor deposition method, a sol-gel method, or the like. The first upper electrode is thinner than the second upper electrode, for example, 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점은, 반도체 기판 상에 하부 전극을 형성한다. 상기 하부 전극은 백금족 금속 또는 백금족 산화물 등으로 형성된다. 상기 하부 전극을 덮는 유전막을 형성한다. 상기 유전막은 Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3또는 Bi4Ti3O12등으로 형성된다.According to another aspect of the present invention, a lower electrode is formed on a semiconductor substrate. The lower electrode is formed of a platinum group metal or a platinum group oxide. A dielectric film covering the lower electrode is formed. The dielectric layer may be formed of Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , PbZrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, or Bi 4 Ti 3 O 12 .

상기 유전막 상에 백금족 원소를 함유하는 제1도전물로 제1상부 전극을 형성한다. 상기 제1도전물은 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물 등이다. 상기 백금족 금속은 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 또는 이리듐 등이고, 상기 백금족 금속 산화물은 산화 루테늄, 산화 이리듐 또는 산화 오스뮴 등이다. 상기 제1상부 전극은 스퍼터링법, 진공 증착법 또는 레이저 빔 증착법 등과 같은 물리적 기상 증착법으로 형성된다.A first upper electrode is formed of a first conductive material containing a platinum group element on the dielectric layer. The first conductive material is a platinum group metal or a platinum group metal oxide. The platinum group metal is platinum, palladium, osmium, ruthenium, or iridium, and the platinum group metal oxide is ruthenium oxide, iridium oxide, or osmium oxide. The first upper electrode is formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method, a vacuum deposition method, or a laser beam deposition method.

상기 제1상부 전극 상에 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물로 제2상부 전극을 형성한다. 상기 제2도전물은 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드 등이다. 상기 비백금족 금속은 구리, 알루미늄, 금, 은, 티타늄, 탄탈륨 또는 텅스텐 등과 같은 내열성 금속이고, 상기 금속 질화물은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물 등이다. 상기 제2상부 전극은 화학 기상 증착법, 전기 도금법 또는 졸-겔법 등으로 형성된다.A second upper electrode is formed on the first upper electrode by a second conductive material not containing a platinum group element. The second conductive material is a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal suicide. Wherein the non-platinum group metal is a refractory metal such as copper, aluminum, gold, silver, titanium, tantalum or tungsten and the metal nitride is selected from the group consisting of titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, titanium silicon nitride, tantalum silicon nitride, titanium aluminum nitride or tantalum Aluminum nitride and the like. The second upper electrode is formed by a chemical vapor deposition method, an electroplating method, a sol-gel method, or the like.

상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극에 비해 얇은 두께, 예컨대 상기 제2상부 전극 두께의 5% 내지 40%의 두께로 형성된다.The first upper electrode is formed to have a thickness smaller than that of the second upper electrode, for example, 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode.

상기 제1상부 전극을 형성하는 단계 이후에 상기 제1상부 전극이 형성된 결과물을 어닐링하는 단계를 더 수행한다. 또는 상기 제2상부 전극을 형성하는 단계 이후에 상기 제2상부 전극을 덮는 절연막을 형성한 후, 상기 절연막이 형성된 결과물을 어닐링하는 단계를 더 수행한다. 상기 어닐링하는 단계는 대략 400℃ 내지 800℃의 온도로 열처리하여 수행된다. 상기 열처리는 질소 분위기 또는 산소가 포함된 질소 분위기에서 수행된다.And annealing the resultant having the first upper electrode after the forming the first upper electrode. Forming an insulating film covering the second upper electrode after forming the second upper electrode, and annealing the resultant having the insulating film formed thereon. The annealing is performed by heat treating at a temperature of approximately 400 ° C to 800 ° C. The heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere containing oxygen.

상기 제2상부 전극을 형성하는 단계 이후에 상기 제2상부 전극을 평탄화하는 단계를 더 수행한다. 상기 평탄화는 화학 기계적 연마 방법 또는 에치 백 방법으로 수행된다.And planarizing the second upper electrode after forming the second upper electrode. The planarization is performed by a chemical mechanical polishing method or an etch-back method.

본 발명에 따르면, 누설 전류를 억제하며 상부 전극을 형성할 때 보이드 및 불균일한 증착 현상 등과 같은 피복 불량의 발생을 방지하여 유전막 및 하부 전극의 종횡비에 따른 단차를 극복하는 단차 피복성을 구현할 수 있는 강유전체 물질의 유전막을 사용하는 반도체 장치의 커패시터 및 그 형성 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent leakage currents such as voids and non-uniform deposition phenomenon when the upper electrode is formed while suppressing a leakage current, thereby achieving a step coverage that overcomes a step according to the aspect ratio of the dielectric film and the lower electrode A capacitor of a semiconductor device using a dielectric film of a ferroelectric material and a method of forming the capacitor can be provided.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 막의 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 "상"에 있다 또는 접촉하고 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the thickness and the like in the drawings are exaggerated in order to emphasize a clearer description, and elements denoted by the same symbols in the drawings denote the same elements. Also, when a film is described as being "on" or in contact with another film or semiconductor substrate, any film may be present in direct contact with the other film or semiconductor substrate, or a third film in between may be present .

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸다.3 schematically shows a cross section of a capacitor according to the first embodiment of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 커패시터는 스토리지 전극인 하부 전극(400)과, 제1상부 전극(610) 및 제2상부 전극(650)으로 이루어지는 플레이트 전극인 상부 전극으로 이루어지며, 상기 제1상부 전극(610)과 하부 전극(400)의 계면에는 유전막(500)이 형성된다.Specifically, the capacitor according to the first embodiment of the present invention comprises a lower electrode 400, which is a storage electrode, and an upper electrode, which is a plate electrode composed of a first upper electrode 610 and a second upper electrode 650, A dielectric layer 500 is formed on the interface between the first upper electrode 610 and the lower electrode 400.

상기 유전막(500)은 강유전체 물질 또는 고유전체 물질로 이루어진다. 예컨대, Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3또는 Bi4Ti3O12등과 같은 고유전체 물질 또는 강유전체 물질로 이루어진다. 상기 유전막(500)은 요구되는 커패시턴스에 따라 일정한 두께로 형성된다. 예컨대, BST를 이용하여 유전막(500)을 형성하는 경우에는 대략 100Å 내지 500Å 정도의 두께로 BST막을 형성하여 유전막(500)으로 이용한다. 이때, 스퍼터링법 또는 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 상기 BST막을 형성한다.The dielectric layer 500 is made of a ferroelectric material or a high-dielectric material. Such as Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , PbZrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, or Bi 4 Ti 3 O 12 The entire material or the ferroelectric material. The dielectric layer 500 is formed to have a constant thickness according to a required capacitance. For example, when the dielectric layer 500 is formed using BST, a BST layer is formed to a thickness of about 100 to 500 ANGSTROM to be used as the dielectric layer 500. At this time, the BST film is formed by sputtering or chemical vapor deposition.

상기 하부 전극(400)은 상기한 고유전체 물질 또는 강유전체 물질로 형성된 유전막(500)에 적당한 백금족 또는 백금족 금속 산화물로 형성된다. 예컨대, 상기 하부 전극(400)은 플래티늄(Pt), 팔라디움(Pd), 오스뮴(Os), 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등과 같은 백금족 금속으로 형성되거나, 산화 루테늄(RuO2), 산화 이리듐(IrO2) 또는 산화 오스뮴(OsO2) 등과 같은 백금족 금속 산화물로 이루어진다.The lower electrode 400 is formed of a platinum group metal or a platinum group metal oxide suitable for the dielectric layer 500 formed of the high dielectric constant material or the ferroelectric material. For example, the lower electrode 400 may be formed of a platinum group metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), osmium (Os), ruthenium (Ru), or iridium (Ir), or may be formed of ruthenium oxide (RuO 2 ) (IrO 2 ), osmium oxide (OsO 2 ), and the like.

상기 제1상부 전극(610)은 백금족 원소를 포함하는 제1도전물로 이루어진다. 예컨대, 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 또는 이리듐 등과 같은 백금족 금속으로 형성되거나, 산화 루테늄, 산화 이리듐 또는 산화 오스뮴 등과 같은 백금족 금속 산화물 등으로 이루어진다. 제1상부 전극(610)은 물리적 기상 증착(Physical Vapour Deposition)법으로 형성된다. 예컨대, 스퍼터링법, 열적 진공 증착(thermal evaporation)법 또는 레이저 빔 증착(laser beam evaporation)법 등으로 형성된다.The first upper electrode 610 is made of a first conductive material containing a platinum group element. For example, a platinum group metal such as platinum, palladium, osmium, ruthenium or iridium, or a platinum group metal oxide such as ruthenium oxide, iridium oxide or osmium oxide. The first upper electrode 610 is formed by a physical vapor deposition method. For example, sputtering, thermal evaporation, laser beam evaporation, or the like.

일반적으로 백금족 또는 백금족 금속 산화물을 물리적 기상 증착법으로 증착할 때 형성되는 박막의 두께가 두꺼워짐에 따라 보이드 또는 피복 불량 등이 발생할 수 있다. 즉, 어느 정도 상기 박막의 두께가 두꺼워지면 하부의 하부 전극(400) 또는 유전막(500)의 단차를 덮는 정도인 단차 피복성이 열악해진다. 그러나, 상기 박막의 두께가 일정한 두께 이하로 얇으면 상기한 보이드 또는 피복 불량 등의 발생이 억제된다. 즉, 물리적 기상 증착법에 의해서 형성되는 박막이 일정한 두께 범위 내에서는 높은 단차 피복성을 나타낸다.Generally, when a platinum group metal or a platinum group metal oxide is deposited by physical vapor deposition, voids or coating defects may occur as the thickness of a thin film formed becomes thicker. That is, if the thickness of the thin film is increased to some extent, the step coverage becomes poor, which is a degree of covering the step of the lower electrode 400 or the dielectric film 500 at the lower part. However, if the thickness of the thin film is thinner than a certain thickness, the occurrence of voids or coating defects can be suppressed. That is, the thin film formed by physical vapor deposition exhibits a high step coverage within a certain thickness range.

이와 같은 박막 증착 특성을 이용하여, 보이드 또는 피복 불량 등이 발생되지 않는 두께 범위 내로 박막을 형성하여 제1상부 전극(610)을 형성한다. 한편, 물리적 기상 증착법에 따라 형성되는 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물의 박막은 우수한 전기적 특성을 가진다. 따라서, 상기한 바와 같이 얇은 두께의 박막을 형성함으로써, 단차 피복성의 열악화함을 방지하며 우수한 전기적 특성을 가지는 제1상부 전극(610)을 구현할 수 있다.Using the thin film deposition characteristics, the first upper electrode 610 is formed by forming a thin film within a thickness range in which voids or coating defects do not occur. On the other hand, the thin film of the platinum group metal or the platinum group metal oxide formed by the physical vapor deposition method has excellent electrical characteristics. Accordingly, by forming the thin film as described above, it is possible to realize the first upper electrode 610 having the excellent electrical characteristics and preventing the deterioration of the step coverage.

상기한 바와 같이 형성되는 제1상부 전극(610)의 두께는, 하부의 유전막(500) 또는 하부 전극(400)의 단차에 따라 달라지거나 상기 하부 전극(400) 간의 폭에 따라 달라질 수 있으나 대략 제2상부 전극(650) 보다 얇은 두께로 형성된다. 예컨대, 제2상부 전극(650)의 두께에 대해 대략 5% 내지 40%정도의 두께로 형성된다. 바람직하게는 제2상부 전극(650) 두께의 대략 20%정도의 두께로 형성된다. 즉, 제2상부 전극(650)을 대략 1000Å 내지 5000Å 정도의 두께로 형성한다면, 제1상부 전극(610)의 두께는 대략 50Å 내지 2000Å 정도의 두께로 형성된다. 바람직하게는 대략 200Å 이하의 두께로 형성된다. 이와 같이 얇은 두께로 형성되는 제1상부 전극(610)은 상기한 바와 같이 보이드 또는 피복 불량 등의 불량이 억제되어 우수한 단차 피복성을 구현할 수 있다.The thickness of the first upper electrode 610 formed as described above may vary depending on the step of the lower dielectric layer 500 or the lower electrode 400 or may vary depending on the width of the lower electrode 400, 2 upper electrode (650). For example, about 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode 650. Preferably about 20% of the thickness of the second upper electrode 650. That is, if the second upper electrode 650 is formed to a thickness of about 1000 Å to 5000 Å, the thickness of the first upper electrode 610 is about 50 Å to 2000 Å. Preferably about 200 Å or less. As described above, the first upper electrode 610 formed to have such a small thickness can be prevented from defects such as voids or coating defects, so that excellent step coverage can be realized.

제2상부 전극(650)은 제1상부 전극(610)과의 전체 두께가 요구되는 커패시터의 상부 전극 두께에 적절한 두께로 제1상부 전극(610)을 덮도록 형성된다. 즉, 상기한 바와 같이 제1상부 전극(610)은 보이드 또는 피복 불량이 발생되지 않을 정도의 얇은 두께로 형성되었으므로 요구되는 커패시터 상부 전극 두께를 충족하지 못한다. 따라서, 상기 제2상부 전극(650)을 상기 제1상부 전극(610) 상에 일정 두께로 형성함으로써 요구되는 상부 전극 두께를 충족시킨다. 예컨대, 대략 1000Å 내지 5000Å 정도의 두께로 형성한다. 이때, 상기 제1상부 전극(610)의 단차를 극복하기 위해서, 우수한 단차 피복성을 얻을 수 있는 방법으로 상기 제2상부 전극(650)은 형성된다. 즉, 백금족 원소를 포함하지 않는 제2도전물로 화학적 기상 증착법 등을 이용하여 제2상부 전극(650)을 형성한다. 상기 제2상부 전극(650)은 상기 화학적 기상 증착법 이외에도 전기 도금(electro plating)법 또는 졸-겔(sol-gel)법 등을 이용하여 제1상부 전극(610)들 간의 골을 채우며 형성될 수 있다.The second upper electrode 650 is formed so as to cover the first upper electrode 610 with a total thickness of the first upper electrode 610 and the upper electrode thickness of the capacitor required. That is, as described above, the first upper electrode 610 does not satisfy the required capacitor upper electrode thickness because the first upper electrode 610 is formed to a thickness small enough to prevent occurrence of voids or coating defects. Accordingly, the second upper electrode 650 is formed to have a predetermined thickness on the first upper electrode 610 to satisfy the required upper electrode thickness. For example, to a thickness of about 1000 to 5000 ANGSTROM. In order to overcome the step difference of the first upper electrode 610, the second upper electrode 650 is formed in such a manner that excellent step coverage can be obtained. That is, the second upper electrode 650 is formed by a chemical vapor deposition method or the like with a second conductive material not containing a platinum group element. The second upper electrode 650 may be formed by filling the valleys between the first upper electrodes 610 using an electroplating method or a sol-gel method in addition to the chemical vapor deposition method have.

상기 제2도전물로는 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드를 이용한다. 예컨대, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 또는 텅스텐(W) 등과 같은 내열성 특성을 가지는 비백금족 금속이나, 티타늄 실리사이드(TiSi) 등과 같은 비백금족 금속 실리사이드 또는 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 탄탈륨 실리콘 질화물(TaSiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN) 등과 같은 비백금족 금속 질화물 등을 이용한다.As the second conductive material, a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal suicide is used. For example, a non-platinum group metal having heat resistance characteristics such as copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), tantalum (Ta) or tungsten (W) (TiN), tantalum nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium silicon nitride (TiSiN), tantalum silicon nitride (TaSiN), titanium aluminum nitride (TiAlN), or tantalum aluminum And a non-platinum group metal nitride such as nitride (TaAlN).

더욱이, 상기한 제2도전물을 화학적 기상 증착법으로 증착하여 박막을 형성할 때, 사염화 티타늄(TiCl4) 등과 같은 소오스 물질을 사용한다. 이와 같은 소오스 물질은 귀금속이 아니므로 백금족 금속 등에 비해 낮은 경비가 요구된다. 따라서, 경비 절감을 구현할 수 있다.Furthermore, a source material such as titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is used to form the thin film by depositing the second conductive material by a chemical vapor deposition method. Since such a source material is not a noble metal, a lower cost is required compared with a platinum group metal or the like. Therefore, cost reduction can be realized.

도 4 내지 도 는 본 발명의 제2실시예에 따른 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도들이다.FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views illustrating a method of forming a capacitor according to a second embodiment of the present invention.

도 4는 반도체 기판(100) 상에 제1절연막 패턴(200)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.4 schematically shows the step of forming the first insulating film pattern 200 on the semiconductor substrate 100. As shown in FIG.

구체적으로, 반도체 기판(100)에 소자 분리막(150)을 형성한 후 비트 라인(bit line;250) 또는 게이트(210, 230) 등을 형성한다. 이후에, 상기 비트 라인(250) 또는 게이트(210, 230) 등을 절연시키는 제1절연막을 형성한다. 상기 제1절연막을 패터닝하여 반도체 기판(100) 상을 노출시키는 콘택홀(contact hole;270)을 가지는 제1절연막 패턴(200)을 형성한다.Specifically, a bit line 250 or gates 210 and 230 are formed after the device isolation layer 150 is formed on the semiconductor substrate 100. Thereafter, a first insulating film for insulating the bit line 250 or the gates 210 and 230 is formed. The first insulating layer is patterned to form a first insulating layer pattern 200 having a contact hole 270 for exposing the semiconductor substrate 100.

도 5는 콘택홀(270)을 채우는 플러그(plug;310)를 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.5 schematically illustrates the step of forming a plug 310 that fills the contact hole 270. Referring to FIG.

구체적으로, 제1절연막 패턴(200)을 덮는 제1도전층, 예컨대, 불순물이 함유된 다결정질 실리콘층(doped polycrystal silicon layer), 금속층 또는 금속 실리사이드층을 형성한다. 이때, 상기 제1도전층은 상기 콘택홀(270)을 채울 수 있는 두께로 형성된다. 다음에 상기 제1도전층을 에치 백(etch back) 또는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 방법 등으로 제1절연막 패턴(200)을 표면이 노출될 때까지 평탄화하여 콘택홀(270)을 채우는 플러그(310)를 형성한다.Specifically, a first conductive layer, for example, a doped polycrystalline silicon layer, a metal layer, or a metal silicide layer that covers the first insulating film pattern 200 is formed. At this time, the first conductive layer has a thickness enough to fill the contact hole 270. Next, the first conductive layer is planarized until the surface of the first insulating layer pattern 200 is exposed by an etch back or a chemical mechanical polishing method to fill the contact hole 270. Then, (310).

도 6은 플러그(310) 상에 하부 전극(400)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.FIG. 6 schematically shows the step of forming the lower electrode 400 on the plug 310.

구체적으로, 플러그(310)가 형성된 결과물 상에 제2도전층, 예컨대 티타늄 질화물층, 텅스텐 질화물층, 티타늄 실리콘 질화물층 또는 탄탈륨 실리콘 질화물층 등과 같은 금속 질화물층 또는 텅스텐 실리사이드(WSi)층 등과 같은 금속 실리사이드층 등을 형성한다. 상기 제2도전층은 스퍼터링법 등으로 형성된다.A metal nitride layer such as a titanium nitride layer, a tungsten nitride layer, a titanium silicon nitride layer, or a tantalum silicon nitride layer, or a tungsten silicide (WSi) layer or the like is formed on the resultant product on which the plug 310 is formed. A silicide layer or the like is formed. The second conductive layer is formed by a sputtering method or the like.

상기 제2도전층 상에 제3도전층을 형성한다. 상기 제3도전층은 이후에 형성되는 유전막(500)을 고려하여 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물로 형성된다. 예컨대, 아르곤(Ar) 분위기의 대략 1mtorr 내지 10mtorr의 압력 조건, 대략 0.1W/㎠ 내지 10w/㎠ 정도의 파워 밀도(power density) 및 대략 상온 내지 500℃ 정도의 반도체 기판 온도 조건에서 플래티늄을 스퍼터링하여 플래티늄층을 형성한다.A third conductive layer is formed on the second conductive layer. The third conductive layer is formed of a platinum group metal or a platinum group metal oxide in consideration of the dielectric layer 500 to be formed later. For example, platinum is sputtered under a pressure of about 1 mtorr to 10 mtorr in an argon (Ar) atmosphere, a power density of about 0.1 W / cm 2 to about 10 W / cm 2 and a semiconductor substrate temperature of about room temperature to about 500 ° C Platinum layer is formed.

다음에, 상기 제3도전층 및 제2도전층을 패터닝하여 하부 전극(400) 및 장벽층(barrier layer;350)을 형성한다. 이때, 상기 패터닝은 포토레지스트 패턴 또는 산화물 패턴을 상기 제3도전층 상에 형성하여 식각 마스크(etch mask)로 사용하여 수행된다. 예컨대, 상기 식각 마스크에 의해 노출되는 제3도전층의 일부를 아르곤, 염소 가스(Cl2) 또는 산소 가스(O2)의 혼합 가스를 반응 가스로 이용하여 식각하여 상기 패터닝을 수행한다. 이때, 상기 식각은 마그네트론 유도 반응성 이온 식각(magnetron enhanced reactive ion etching) 방법으로 수행될 수 있다. 이와 같이 제3도전층을 선택적으로 식각하여 하부 전극(400)을 형성한다. 이어서, 상기 제2도전층을 순차적으로 식각하여 장벽층(350)을 형성한다. 상기 장벽층(350)은 상기 하부 전극(400)과 상기 플러그(310)의 계면에서 상호간의 물질 이동 등을 억제시킨다.Next, the third conductive layer and the second conductive layer are patterned to form a lower electrode 400 and a barrier layer 350. At this time, the patterning is performed by forming a photoresist pattern or an oxide pattern on the third conductive layer and using it as an etch mask. For example, the patterning is performed by etching a part of the third conductive layer exposed by the etching mask using a mixed gas of argon, chlorine gas (Cl 2 ), or oxygen gas (O 2 ) as a reaction gas. At this time, the etching may be performed by a magnetron enhanced reactive ion etching method. Thus, the third conductive layer is selectively etched to form the lower electrode 400. Next, the second conductive layer is sequentially etched to form a barrier layer 350. The barrier layer 350 suppresses mutual transfer between the lower electrode 400 and the plug 310 at the interface between the lower electrode 400 and the plug 310.

도 7은 하부 전극(400)을 덮는 유전막(500)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.7 schematically shows the step of forming a dielectric film 500 covering the lower electrode 400. In FIG.

구체적으로, 화학적 기상 증착법 또는 스퍼터링법 등의 물리적 기상 증착법을 이용하여 상기 하부 전극(400) 상에 유전막(500)을 형성한다. 상기 유전막(500)은 고유전체 물질 또는 강유전체 물질 등으로 이루어진다. 예컨대, Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3또는 Bi4Ti3O12등과 같은 고유전체 물질 또는 강유전체 물질로 이루어진다. 상기 유전막(500)은 요구되는 커패시턴스에 따라 일정한 두께로 형성된다. 예컨대, BST를 이용하여 유전막(500)을 형성하는 경우에는 대략 100Å 내지 500Å 정도의 두께로 BST막을 형성하여 유전막(500)으로 이용한다.Specifically, a dielectric film 500 is formed on the lower electrode 400 by using a physical vapor deposition method such as a chemical vapor deposition method or a sputtering method. The dielectric layer 500 is made of a high-dielectric material or a ferroelectric material. Such as Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , PbZrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Pb, La) (Zr, Ti) O 3, or Bi 4 Ti 3 O 12 The entire material or the ferroelectric material. The dielectric layer 500 is formed to have a constant thickness according to a required capacitance. For example, when the dielectric layer 500 is formed using BST, a BST layer is formed to a thickness of about 100 to 500 ANGSTROM to be used as the dielectric layer 500.

이때, 스퍼터링법을 이용하는 방법을 예로 들면 다음과 같다. Ba:Ti:Sr이 0.5:0.5:1의 조성비로 이루어진 소결체 타겟(target)을 이용하고, 1mtorr 내지 10mtorr의 압력 조건, 아르곤 가스 및 산소 가스의 혼합 가스를 스퍼터링 가스로 사용하여 스퍼터링 공정을 수행하여 BST 박막을 형성한다. 이때, 반도체 기판은 대략 상온 내지 600℃ 정도의 온도로 유지된다.Here, a method using the sputtering method will be described as an example. A sputtering process was performed using a sintered body target having a Ba: Ti: Sr ratio of 0.5: 0.5: 1, using a mixed gas of argon gas and oxygen gas under a pressure of 1 mtorr to 10 mtorr as a sputtering gas BST thin film is formed. At this time, the semiconductor substrate is maintained at a temperature of about room temperature to about 600 ° C.

한편, 화학적 기상 증착법을 사용하여 BST 박막을 형성할 수 있다. 예컨대, Ba(TMHD)2, Sr(TMHD)2및 Ti(TMHD)2를 기본으로 하는 유기 소오스와 산소 가스 및 일산화 이질소 가스(N2O) 등과 같은 산화 가스를 사용하여, 대략 400℃ 내지 600℃ 정도의 반도체 기판 온도 조건 및 1torr 내지 10torr 정도의 압력 조건으로 BST 박막을 형성할 수 있다. 상기 하부 전극(400)의 종횡비(aspect ratio)가 1 이상으로 클 경우에는 단차 피복성이 우수하여야 하므로 상기 화학적 기상 증착법에 의한 BST 박막 형성이 바람직하다.On the other hand, a BST thin film can be formed by a chemical vapor deposition method. For example, by using an organic gas based on Ba (TMHD) 2 , Sr (TMHD) 2 and Ti (TMHD) 2 and an oxidizing gas such as oxygen gas and nitrogen monoxide gas (N 2 O) A BST thin film can be formed under the conditions of a semiconductor substrate temperature of about 600 DEG C and a pressure of about 1 torr to 10 torr. When the aspect ratio of the lower electrode 400 is greater than 1, it is preferable to form the BST thin film by chemical vapor deposition because the step coverage should be excellent.

도 8은 유전막(500) 상에 제1상부 전극(610)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.8 schematically shows the step of forming the first upper electrode 610 on the dielectric film 500. [

구체적으로, 유전막(500) 상에 백금족 원소를 포함하는 제1도전물로 제1상부 전극(610)을 형성한다. 상기 제1도전물로는 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 또는 이리듐 등과 같은 백금족 금속이나, 산화 루테늄, 산화 이리듐 또는 산화 오스뮴 등과 같은 백금족 금속 산화물 등을 이용한다. 이와 같은 제1도전물을 이용하여 스퍼터링법 등과 같은 물리적 기상 증착법을 이용하여 제1상부 전극(610)을 형성한다. 즉, 스퍼터링법 이외에도 열적 진공 증착법 또는 레이저 빔 증착법 등을 이용하여 제1상부 전극(610)을 형성할 수 있다.Specifically, a first upper electrode 610 is formed on the dielectric layer 500 with a first conductive material containing a platinum group element. As the first conductive material, a platinum group metal such as platinum, palladium, osmium, ruthenium, or iridium, or a platinum group metal oxide such as ruthenium oxide, iridium oxide, or osmium oxide may be used. The first upper electrode 610 is formed using a physical vapor deposition method such as a sputtering method using the first conductive material. That is, the first upper electrode 610 may be formed by a thermal vacuum deposition method, a laser beam deposition method, or the like in addition to the sputtering method.

스퍼터링법을 이용하여 제1상부 전극(610)을 형성하는 경우를 예를 들면 다음과 같다. 예컨대, 아르곤 가스 분위기에서 대략 1mtorr 내지 10mtorr의 압력 조건, 0.1W/㎠ 내지 10W/㎠의 파워 밀도 조건 및 대략 상온 내지 500Å 정도의 반도체 기 판 온도 조건에서 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 또는 이리듐 등과 같은 백금족 금속을 스퍼터링하여 박막을 형성하여 제1상부 전극(610)으로 이용한다. 또는 대략 상온 내지 200℃ 정도의 온도 조건, 아르곤 가스 및 산소 가스를 대략 12:8 sccm(standard cubic centimeter per minute) 정도의 비로 공급하며, 0.3 내지 1.0kW의 파워 조건에서 IrO2또는 RuO2를 증착하여 제1상부 전극(610)으로 이용한다. 이때, 상기 스퍼터링법에 의해서 형성되는 박막은 커패시터에 우수한 전기적 특성을 부여할 수 있다.A case where the first upper electrode 610 is formed by a sputtering method is as follows. Such as platinum, palladium, osmium, ruthenium or iridium, under conditions of a pressure of about 1 mtorr to 10 mtorr, a power density of 0.1 W / cm2 to 10 W / cm2 and a semiconductor substrate temperature of about room temperature to about 500 angstrom, A platinum group metal is sputtered to form a thin film and used as the first upper electrode 610. Or a temperature condition of about room temperature to 200 ° C, argon gas and oxygen gas at a ratio of about 12: 8 sccm (standard cubic centimeter per minute), IrO 2 or RuO 2 is deposited at a power of 0.3 to 1.0 kW And is used as the first upper electrode 610. At this time, the thin film formed by the sputtering method can impart excellent electrical characteristics to the capacitor.

일반적으로 백금족 또는 백금족 금속 산화물을 스퍼터링법 등으로 증착할 때 형성되는 박막은 그 두께가 두꺼워짐에 따라 보이드 또는 피복 불량 등이 발생할 수 있다. 즉, 어느 정도 박막의 두께가 두꺼워지면 하부의 하부 전극(400) 또는 유전막(500)의 단차를 덮는 정도인 단차 피복성이 열악해진다. 그러나, 상기 박막의 두께가 일정한 두께 이하로 얇은 경우에는 상기한 보이드 또는 피복 불량 등의 발생이 억제된다. 즉, 물리적 기상 증착법에 의해서 형성되는 박막은 일정한 두께 범위 내에서는 높은 단차 피복성을 나타낸다.In general, when a platinum group metal or a platinum group metal oxide is deposited by sputtering or the like, voids or coating defects may occur as the thickness of the thin film becomes thicker. That is, when the thickness of the thin film is increased to some extent, the step coverage becomes poor, which is the degree of covering the step of the lower electrode 400 or the dielectric film 500 at the lower part. However, when the thickness of the thin film is thinner than a certain thickness, the occurrence of voids or coating defects is suppressed. That is, the thin film formed by the physical vapor deposition method exhibits high step coverage within a certain thickness range.

이와 같은 박막 증착 특성을 이용하여, 보이드 또는 피복 불량 등이 발생되지 않는 두께 범위 내로 박막을 형성하여 제1상부 전극(610)을 형성한다. 한편, 물리적 기상 증착법에 따라 형성되는 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물의 박막은 우수한 전기적 특성을 가진다. 즉, 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물의 박막의 일함수는 플래티늄 박막인 경우는 대략 5.4eV로 높은 값을 가져 유전막(500)과 상기 제1상부 전극(610)간의 계면에 쇼트키 장벽이 형성되므로, 형성되는 커패시터에 누설 전류를 억제하는 등의 우수한 전기적 특성을 부여할 수 있다. 상기한 바와 같이 얇은 두께의 박막을 형성함으로써, 단차 피복성의 열악화함을 방지하며 우수한 전기적 특성을 가지는 제1상부 전극(610)을 구현할 수 있다.Using the thin film deposition characteristics, the first upper electrode 610 is formed by forming a thin film within a thickness range in which voids or coating defects do not occur. On the other hand, the thin film of the platinum group metal or the platinum group metal oxide formed by the physical vapor deposition method has excellent electrical characteristics. That is, since the work function of the thin film of the platinum group metal or the platinum group metal oxide is as high as about 5.4 eV in the case of the platinum thin film, the Schottky barrier is formed at the interface between the dielectric film 500 and the first upper electrode 610, It is possible to give excellent electrical characteristics such as suppressing leakage current to the formed capacitor. By forming the thin film as described above, the first upper electrode 610 having excellent electrical characteristics can be realized, which prevents the step coverage from being deteriorated.

상기한 바와 같이 형성되는 제1상부 전극(610)의 두께는, 하부의 유전막(500) 또는 하부 전극(400)의 단차에 따라 달라지거나 상기 하부 전극(400) 간의 폭에 따라 달라질 수 있으나, 이후에 형성될 제2상부 전극(도 3의 650) 보다 얇은 두께로 형성된다. 예컨대, 제2상부 전극(650)의 두께에 대해 대략 5% 내지 40%정도의 두께로 형성된다. 바람직하게는 제2상부 전극(650) 두께의 대략 20%정도의 두께로 형성된다. 즉, 제2상부 전극(650)을 대략 1000Å 내지 5000Å 정도의 두께로 형성한다면, 제1상부 전극(610)의 두께는 대략 50Å 내지 2000Å 정도의 두께로 형성된다. 바람직하게는 대략 200Å 이하의 두께로 형성된다. 이와 같이 얇은 두께로 형성되는 제1상부 전극(610)은 상기한 바와 같이 보이드 또는 피복 불량 등의 불량이 억제되어 우수한 단차 피복성을 구현할 수 있다.The thickness of the first upper electrode 610 formed as described above may vary depending on the step of the lower dielectric layer 500 or the lower electrode 400 or may vary depending on the width between the lower electrodes 400, (650 in FIG. 3) to be formed in the second upper electrode (see FIG. 3). For example, about 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode 650. Preferably about 20% of the thickness of the second upper electrode 650. That is, if the second upper electrode 650 is formed to a thickness of about 1000 Å to 5000 Å, the thickness of the first upper electrode 610 is about 50 Å to 2000 Å. Preferably about 200 Å or less. As described above, the first upper electrode 610 formed to have such a small thickness can be prevented from defects such as voids or coating defects, so that excellent step coverage can be realized.

도 9는 제1상부 전극(610)이 형성된 결과물을 어닐링(annealing)하는 단계를 개략적으로 나타낸다.FIG. 9 schematically shows the step of annealing the resultant formed with the first upper electrode 610.

구체적으로, 상기한 바와 같이 백금족 원소를 포함하는 제1도전물로 제1상부 전극(610)을 형성한 후 어닐링을 수행한다. 이러한 어닐링 공정은 제1상부 전극(610)과 유전막(500)의 계면 특성을 개선하기 위하여 수행된다. 예컨대, 질소 가스(N2) 또는 질소 가스에 대략 1% 내지 10% 정도의 산소 가스가 함유된 혼합 가스를 분위기로 하여 대략 400℃ 내지 800℃ 정도의 온도에서 대략 1분 내지 60분 정도 열처리하는 방법으로 상기 어닐링 공정을 수행한다.Specifically, the first upper electrode 610 is formed of a first conductive material containing a platinum group element as described above, and annealing is performed. This annealing process is performed to improve the interfacial characteristics of the first upper electrode 610 and the dielectric film 500. For example, a mixed gas containing approximately 1% to 10% of oxygen gas is introduced into nitrogen gas (N 2 ) or nitrogen gas as an atmosphere, and heat treatment is performed at a temperature of approximately 400 ° C to 800 ° C for approximately 1 minute to 60 minutes The annealing process is performed.

도 10은 제1상부 전극(610) 상에 제2상부 전극(650)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.10 schematically shows the step of forming a second upper electrode 650 on the first upper electrode 610. FIG.

구체적으로, 제1상부 전극(610)과의 전체 두께가 요구되는 커패시터의 상부 전극 두께에 적절한 두께로 제1상부 전극(610)을 덮는 제2상부 전극(650)을 형성된다. 즉, 상기한 바와 같이 제1상부 전극(610)은 보이드 또는 피복 불량이 발생되지 않을 정도의 얇은 두께로 형성되었으므로 요구되는 커패시터 상부 전극 두께를 충족하지 못한다. 따라서, 상기 제2상부 전극(650)을 상기 제1상부 전극(610) 상에 일정 두께로 형성함으로써 요구되는 상부 전극 두께를 충족시킨다. 예컨대, 대략 1000Å 내지 5000Å 정도의 두께로 형성한다. 더욱이 상기 하부 전극(400)들의 사이를 모두 채우는 두께로 제2상부 전극(650)을 형성할 수 있어, 하부 전극(400) 간이 도전체로 완전히 차 있는 커패시터를 구현할 수 있다.Specifically, the second upper electrode 650, which covers the first upper electrode 610 with a thickness that is appropriate for the total thickness of the first upper electrode 610 and the upper electrode thickness of the capacitor required, is formed. That is, as described above, the first upper electrode 610 does not satisfy the required capacitor upper electrode thickness because the first upper electrode 610 is formed to a thickness small enough to prevent occurrence of voids or coating defects. Accordingly, the second upper electrode 650 is formed to have a predetermined thickness on the first upper electrode 610 to satisfy the required upper electrode thickness. For example, to a thickness of about 1000 to 5000 ANGSTROM. Furthermore, the second upper electrode 650 can be formed to a thickness that fills all the spaces between the lower electrodes 400, thereby realizing a capacitor in which the lower electrode 400 is completely filled with the conductor.

상기 제1상부 전극(610)의 단차를 극복하기 위해서, 우수한 단차 피복성을 얻을 수 있는 방법으로 상기 제2상부 전극(650)은 형성된다. 예컨대, 화학적 기상 증착법, 전기 도금법 또는 졸-겔법 등을 이용하여 백금족 원소를 포함하지 않는 제2도전물을 증착하여 제2상부 전극(650)을 형성한다.The second upper electrode 650 is formed in such a manner that excellent step coverage can be obtained in order to overcome the stepped portion of the first upper electrode 610. For example, a second conductive material not containing a platinum group element is deposited by a chemical vapor deposition method, an electroplating method, a sol-gel method, or the like to form a second upper electrode 650.

상기 제2도전물로는 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드를 이용한다. 예컨대, 구리, 알루미늄, 금, 은, 티타늄, 탄탈륨 또는 텅스텐 등과 같은 내열성의 특성을 가지는 비백금족 금속이나, 텅스텐 실리사이드(WSi) 또는 티타늄 실리사이드(TiSi) 등과 같은 비백금족 금속 실리사이드 또는 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐 질화물(WN), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 실리콘 질화물(TiSiN), 탄탈륨 실리콘 질화물(TaSiN), 티타늄 알루미늄 질화물(TiAlN) 또는 탄탈륨 알루미늄 질화물(TaAlN) 등과 같은 비백금족 금속 질화물 등을 이용한다.As the second conductive material, a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal suicide is used. Platinum group metals such as tungsten suicide (WSi) or titanium silicide (TiSi), or titanium nitride (TiN), which have heat resistant properties such as copper, aluminum, gold, silver, titanium, tantalum or tungsten, Platinum group metal nitrides such as tungsten nitride (WN), tantalum nitride (TaN), titanium silicon nitride (TiSiN), tantalum silicon nitride (TaSiN), titanium aluminum nitride (TiAlN) or tantalum aluminum nitride (TaAlN)

상기한 제2도전물을 화학적 기상 증착법으로 증착하는 경우의 예는 다음과 같다. 예컨대, 티타늄 질화물 박막을 형성하는 데에는 사염화 티타늄(TiCl4) 또는 Ti[N(CH2CH3)] 및 암모니아 가스(NH3) 등을 이용하여 대략 700℃ 정도의 온도에서 화학적 기상 증착법을 수행한다. 텅스텐 실리사이드 박막을 형성하는 데에는 육불화 텅스텐 가스(WF6) 및 실란 가스(SiH4) 등을 이용하여 대략 400℃ 정도에서 화학적 기상 증착법을 수행한다. 텅스텐막의 경우에는 육불화 텅스텐 가스 및 수소 가스(H2) 등을 이용하여 대략 300℃ 내지 500℃ 정도의 온도 조건으로 화학적 기상 증착법을 수행한다. 구리막의 경우에는 Cu(HFA)2및 수소 가스 등을 이용하여 대략 350℃ 정도의 온도 조건으로 화학적 기상 증착법을 수행한다.An example of the case where the above-mentioned second conductive material is deposited by a chemical vapor deposition method is as follows. For example, a titanium nitride thin film is formed by chemical vapor deposition at a temperature of about 700 ° C using titanium tetrachloride (TiCl 4 ) or Ti [N (CH 2 CH 3 )] and ammonia gas (NH 3 ) . The tungsten silicide thin film is formed by chemical vapor deposition at about 400 ° C. using tungsten hexafluoride gas (WF 6 ) and silane gas (SiH 4 ). In the case of a tungsten film, a chemical vapor deposition method is performed at a temperature of about 300 ° C to 500 ° C using hexafluorosilicate gas and hydrogen gas (H 2 ). In the case of a copper film, chemical vapor deposition is performed at a temperature of about 350 ° C. using Cu (HFA) 2 and hydrogen gas.

상기한 제2도전물을 화학적 기상 증착법으로 증착하여 박막을 형성할 때 이용되는 소오스 물질, 예컨대 사염화 티타늄, 육불화 텅스텐 가스 또는 암모니아 가스(NH3) 등은 백금족 금속 또는 백금속 금속 산화물에 비해 가격이 싸다. 따라서, 전체 경비의 절감을 구현할 수 있다. 그리고, 상기 화학적 기상 증착법으로 증착하여 형성된 제2도전물로 이루어진 박막은 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물 박막에 비해 우수한 단차 피복성을 나타낸다. 상기 제2상부 전극(650)은 상기한 바와 같은 화학적 기상 증착법을 이용하여 형성되는 경우 이외에도 전기 도금법 또는 졸-겔법 등을 이용하여 형성될 수 있다.The source material used for forming the thin film by depositing the second conductive material by a chemical vapor deposition method, for example, titanium tetrachloride, tungsten hexafluoride gas, or ammonia gas (NH 3 ) This is cheap. Therefore, the total cost can be reduced. The thin film made of the second conductive material formed by the chemical vapor deposition method exhibits excellent step coverage compared to the platinum group metal or platinum group metal oxide thin film. The second upper electrode 650 may be formed by an electroplating method, a sol-gel method, or the like in addition to the case where the second upper electrode 650 is formed using the chemical vapor deposition method as described above.

상술한 바와 같이 제2상부 전극(650)을 형성하여 제1상부 전극(610) 및 제2상부 전극(650) 등으로 이루어지는 커패시터의 상부 전극을 형성한다. 이후에, 상기 상부 전극을 덮는 제2절연막을 형성한 후, 금속 배선 등을 형성한다.The second upper electrode 650 is formed to form the upper electrode of the capacitor including the first upper electrode 610 and the second upper electrode 650, as described above. After forming the second insulating film covering the upper electrode, a metal wiring or the like is formed.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도로 제2절연막(700)을 형성한 후 어닐링하는 단계를 개략적으로 나타낸다.11 is a cross-sectional view illustrating a method of forming a capacitor according to a third embodiment of the present invention, and schematically shows a step of forming a second insulating layer 700 and then annealing.

제3실시예는 제2실시예에서와는 달리 제1상부 전극(610)과 유전막(500)의 계면 특성을 개선하기 위해서 수행되는 어닐링 단계를 제2상부 전극(650)을 형성하기 이전에 수행하지 않고 제2상부 전극(650)을 덮는 제2절연막(700)을 형성한 이후에 수행한다. 그리고, 제2실시예에서 인용된 참조 부호와 동일한 제3실시예에서 인용되는 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.The third embodiment differs from the second embodiment in that the annealing step performed to improve the interfacial characteristics of the first upper electrode 610 and the dielectric film 500 is not performed before forming the second upper electrode 650 After the second insulating film 700 covering the second upper electrode 650 is formed. In the third embodiment, the same reference numerals as those in the second embodiment denote the same elements.

구체적으로, 제2실시예에서 도 9를 참조하여 설명한 어닐링 단계를 제2상부 전극(650)을 덮는 제2절연막(700)을 형성한 이후에 실시한다. 상기 제2절연막(700)은 실리콘 산화물, USG(undoped silicon glass), BPSG(borophosphosilicate glass), SOG(spin on glass), PSG(phosphosilicate glass), 실리콘 질화물 또는 알루미늄 산화물 등으로 대략 1000Å 또는 5000Å 정도의 두께로 형성된다. 상기 어닐링 단계는 질소 가스 또는 1% 내지 10%의 산소 가스를 함유한 질소 가스를 분위기로 이용하여 대략 400℃ 내지 800℃ 정도의 온도 조건으로 대략 1분 내지 60분 정도 열처리하여 수행된다.Specifically, the annealing step described with reference to FIG. 9 is performed after forming the second insulating film 700 covering the second upper electrode 650 in the second embodiment. The second insulating layer 700 may be formed of silicon oxide, undoped silicon glass, borophosphosilicate glass (BPSG), spin on glass (SOG), phosphosilicate glass (PSG), silicon nitride, aluminum oxide, . The annealing is performed by heat-treating the substrate at a temperature of about 400 ° C to 800 ° C for about 1 minute to 60 minutes using nitrogen gas or nitrogen gas containing 1% to 10% oxygen gas as an atmosphere.

도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 커패시터 형성 방법을 설명하기 위해서 도시한 단면도로 제2상부 전극(650)을 평탄화하는 단계를 개략적으로 나타낸다.12 schematically shows a step of planarizing the second upper electrode 650 in a sectional view shown to explain a method of forming a capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.

제4실시예는 제2실시예에서와는 달리 제2상부 전극(650)을 화학적 기상 증착법으로 형성한 다음에 후속의 공정을 위하여 상기 제2상부 전극(650)을 평탄화하는 단계를 더 수행한다. 그리고, 제2실시예에서 인용된 참조 부호와 동일한 제4실시예에서 인용되는 참조 부호는 동일한 요소를 나타낸다.The fourth embodiment is different from the second embodiment in that the second upper electrode 650 is formed by a chemical vapor deposition method and then the second upper electrode 650 is planarized for a subsequent process. In the fourth embodiment, the same reference numerals as those in the second embodiment denote the same elements.

구체적으로, 제2도전물을 증착하여 제2상부 전극(650)을 형성한 이후에, 상기 제2상부 전극(650)의 표면을 에치 백(etch back)하거나 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing)하여 평탄화한다. 다음에, 이와 같이 평탄화된 제2상부 전극(650a)을 덮는 제2절연막(700)을 형성한다.Specifically, after the second conductive material is deposited to form the second upper electrode 650, the surface of the second upper electrode 650 is etched back or chemically mechanically polished Planarize. Next, a second insulating film 700 covering the second upper electrode 650a thus planarized is formed.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention.

상술한 본 발명에 따르면, 백금족 원소를 포함하는 제1도전물로 제1상부 전극을 형성함으로써, 유전막과 제1상부 전극과의 계면에서의 우수한 전기적인 특성을 구현할 수 있다. 즉, 백금족 원소를 포함하는 제1도전물은 높은 일함수를 가지므로, 상기 제1상부 전극과 상기 유전막 간의 계면에서는 쇼트키 장벽이 형성되어 누설 전류의 발생이 억제된다.According to the present invention, by forming the first upper electrode with the first conductive material containing a platinum group element, excellent electrical characteristics at the interface between the dielectric film and the first upper electrode can be realized. That is, since the first conductive material containing the platinum group element has a high work function, a Schottky barrier is formed at the interface between the first upper electrode and the dielectric layer to suppress the generation of leakage current.

상기 제1상부 전극은 얇은 두께로 증착된다. 이에 따라, 보이드 또는 불균일한 피복 불량 등의 발생이 억제된다. 이에 따라, 상부 전극의 단차 피복성 열악화에 따른 커패시턴스의 열화를 방지할 수 있다.The first upper electrode is deposited to a thin thickness. As a result, occurrence of voids or uneven coating defects can be suppressed. Thus, deterioration of the capacitance due to deterioration of step coverage of the upper electrode can be prevented.

더욱이 제1상부 전극을 얇게 형성한 후 제2상부 전극을 우수한 단차 피복성을 구현할 수 있게 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물로 형성한다. 따라서, 제1상부 전극 및 제2상부 전극으로 이루어지는 상부 전극의 단차 피복성은 크게 개선된다.Further, after the first upper electrode is formed thin, the second upper electrode is formed of a second conductive material containing no platinum group element so as to realize good step coverage. Therefore, the step coverage of the upper electrode composed of the first upper electrode and the second upper electrode is greatly improved.

더욱이, 상기 제2도전물은 상기 제1도전물에 비해 낮은 가격으로 공급될 수 있고, 전체 상부 전극 두께의 대부분은 제2상부 전극의 두께로 충족된다. 따라서, 백금족 원소를 함유하는 제1도전물로만 상부 전극을 형성하는 경우에 비해 비용의 절감을 구현할 수 있다.Moreover, the second conductive material can be supplied at a lower cost than the first conductive material, and most of the total upper electrode thickness is satisfied by the thickness of the second upper electrode. Therefore, the cost can be reduced compared with the case of forming the upper electrode only with the first conductive material containing the platinum group element.

Claims (29)

반도체 기판 상에 형성된 하부 전극;A lower electrode formed on a semiconductor substrate; 상기 하부 전극을 덮는 유전막;A dielectric layer covering the lower electrode; 상기 유전막 상에 백금족 원소를 함유하는 제1도전물로 형성된 제1상부 전극; 및A first upper electrode formed of a first conductive material containing a platinum group element on the dielectric layer; And 상기 제1상부 전극 상에 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물로 형성된 제2상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.And a second upper electrode formed on the first upper electrode and formed of a second conductive material not containing a platinum group element. 제1항에 있어서, 상기 하부 전극은 백금족 금속 또는 백금족 산화물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The capacitor of claim 1, wherein the lower electrode is formed of a platinum group metal or a platinum group oxide. 제1항에 있어서, 상기 유전막은 Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3및 Bi4Ti3O12로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The method of claim 1, wherein the dielectric layer is Ta 2 O 5, SrTiO 3, (Ba, Sr) TiO 3, PbZrTiO 3, SrBi 2 Ta 2 O 9, (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 and Bi 4 Ti 3 O 12, and the like. 제1항에 있어서, 상기 제1도전물은 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The capacitor of claim 1, wherein the first conductive material is a platinum group metal or a platinum group metal oxide. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 백금족 금속은 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 백금족 금속 산화물은 산화 루테늄, 산화 이리듐 및 산화 오스뮴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The method of claim 2 or 4, wherein the platinum group metal is any one selected from the group consisting of platinum, palladium, osmium, ruthenium, and iridium, and the platinum group metal oxide is at least one selected from the group consisting of ruthenium oxide, iridium oxide, And a capacitor connected in series with the capacitor. 제1항에 있어서, 상기 제2도전물은 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.2. The capacitor of claim 1, wherein the second conductive material is a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal suicide. 제6항에 있어서, 상기 비백금족 금속은 구리, 알루미늄, 금, 은, 티타늄, 탄탈륨 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The capacitor of claim 6, wherein the non-platinum group metal is any one selected from the group consisting of copper, aluminum, gold, silver, titanium, tantalum, and tungsten. 제6항에 있어서, 상기 비백금족 금속 질화물은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 알루미늄 질화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the non-platinum group metal nitride is any one selected from the group consisting of titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, titanium silicon nitride, tantalum silicon nitride, titanium aluminum nitride and tantalum aluminum nitride. Of the capacitor. 제1항에 있어서, 상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극에 비해 얇은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.The capacitor of claim 1, wherein the first upper electrode is thinner than the second upper electrode. 제9항에 있어서, 상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극 두께의 5% 내지 40%의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터.10. The capacitor of claim 9, wherein the first upper electrode has a thickness of 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode. 반도체 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode on a semiconductor substrate; 상기 하부 전극을 덮는 유전막을 형성하는 단계;Forming a dielectric layer covering the lower electrode; 상기 유전막 상에 백금족 원소를 함유하는 제1도전물로 제1상부 전극을 형성하는 단계; 및Forming a first upper electrode with a first conductive material containing a platinum group element on the dielectric layer; And 상기 제1상부 전극 상에 백금족 원소를 함유하지 않는 제2도전물로 제2상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.And forming a second upper electrode on the first upper electrode with a second conductive material not containing a platinum group element. 제11항에 있어서, 상기 하부 전극은 백금족 금속 또는 백금족 산화물로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the lower electrode is formed of a platinum group metal or a platinum group oxide. 제11항에 있어서, 상기 유전막은 Ta2O5, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta2O9, (Pb,La)(Zr,Ti)O3및 Bi4Ti3O12로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the dielectric layer is Ta 2 O 5, SrTiO 3, (Ba, Sr) TiO 3, PbZrTiO 3, SrBi 2 Ta 2 O 9, (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 and Bi 4 a capacitor forming a semiconductor device characterized in that is formed of one selected from the group consisting of Ti 3 O 12. 제11항에 있어서, 상기 제1도전물은 백금족 금속 또는 백금족 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the first conductive material is a platinum group metal or a platinum group metal oxide. 제12항 또는 제14항에 있어서, 상기 백금족 금속은 플래티늄, 팔라디움, 오스뮴, 루테늄 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나이고, 상기 백금족 금속 산화물은 산화 루테늄, 산화 이리듐 및 산화 오스뮴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.The method of claim 12 or 14, wherein the platinum group metal is any one selected from the group consisting of platinum, palladium, osmium, ruthenium, and iridium, and the platinum group metal oxide is selected from the group consisting of ruthenium oxide, iridium oxide, Wherein the first conductive film is one selected from the group consisting of silicon oxide and silicon oxide. 제11항에 있어서, 상기 제2도전물은 비백금족 금속, 비백금족 금속 질화물 또는 비백금족 금속 실리사이드인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the second conductive material is a non-platinum group metal, a non-platinum group metal nitride, or a non-platinum group metal silicide. 제16항에 있어서, 상기 비백금족 금속은 구리, 알루미늄, 금, 은, 티타늄, 탄탈륨 및 텅스텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.17. The method of claim 16, wherein the non-platinum group metal is any one selected from the group consisting of copper, aluminum, gold, silver, titanium, tantalum, and tungsten. 제16항에 있어서, 상기 비백금족 금속 질화물은 티타늄 질화물, 텅스텐 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄 실리콘 질화물, 탄탈륨 실리콘 질화물, 티타늄 알루미늄 질화물 및 탄탈륨 알루미늄 질화물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the non-platinum group metal nitride is any one selected from the group consisting of titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, titanium silicon nitride, tantalum silicon nitride, titanium aluminum nitride and tantalum aluminum nitride. / RTI > 제11항에 있어서, 상기 제1상부 전극은 물리적 기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the first upper electrode is formed by physical vapor deposition. 제19항에 있어서, 상기 물리적 기상 증착법은 스퍼터링법, 진공 증착법 및 레이저 빔 증착법으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.20. The method of claim 19, wherein the physical vapor deposition is any one selected from the group consisting of a sputtering method, a vacuum deposition method, and a laser beam deposition method. 제11항에 있어서, 상기 제2상부 전극은 화학 기상 증착법, 전기 도금법 또는 졸-겔법으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the second upper electrode is formed by a chemical vapor deposition method, an electroplating method, or a sol-gel method. 제11항에 있어서, 상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극에 비해 얇은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.12. The method of claim 11, wherein the first upper electrode is formed to be thinner than the second upper electrode. 제22항에 있어서, 상기 제1상부 전극은 상기 제2상부 전극 두께의 5% 내지 40%의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.23. The method of claim 22, wherein the first upper electrode is formed to a thickness of 5% to 40% of the thickness of the second upper electrode. 제11항에 있어서, 상기 제1상부 전극을 형성하는 단계 이후에12. The method of claim 11, wherein after forming the first upper electrode 상기 제1상부 전극이 형성된 결과물을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.And annealing the resultant having the first upper electrode formed thereon. 제11항에 있어서, 상기 제2상부 전극을 형성하는 단계 이후에12. The method of claim 11, wherein after forming the second upper electrode 상기 제2상부 전극을 덮는 층간 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an interlayer insulating film covering the second upper electrode; And 상기 층간 절연막을 형성된 결과물을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.Further comprising the step of annealing the resultant formed with the interlayer insulating film. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 어닐링하는 단계는 대략 400℃ 내지 800℃의 온도로 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.26. The method of claim 24 or 25, wherein the annealing is performed by heat treating at a temperature of about 400 < 0 > C to 800 < 0 > C. 제26항에 있어서, 상기 열처리는 질소 분위기 또는 산소가 포함된 질소 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.27. The method according to claim 26, wherein the heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere or a nitrogen atmosphere containing oxygen. 제11항에 있어서, 상기 제2상부 전극을 형성하는 단계 이후에12. The method of claim 11, wherein after forming the second upper electrode 상기 제2상부 전극을 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.Further comprising: planarizing the second upper electrode. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI > 제28항에 있어서, 상기 평탄화는 화학 기계적 연마 방법 또는 에치 백 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 커패시터 형성 방법.The method according to claim 28, wherein the planarization is performed by a chemical mechanical polishing method or an etch-back method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010113319A (en) * 2000-06-19 2001-12-28 박종섭 Method of manufacturing a capacitor having dual storage node in a semiconductor device
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