KR20010001595A - Method for forming capacitor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a capacitor is to provide a high dielectric layer such as Ta2o5, BST needed in a high temperature subsequent thermal process by forming a stable storage node contact in a high temperature acid-resistant atmosphere, and to eliminate a Pt etching problem by forming the Pt layer by a superior electroplating method. CONSTITUTION: An interlayer dielectric formed on a semiconductor substrate is selectively etched to form a contact hole. A stacked structure consisting of a plug, a diffusion blocking layer and a metal oxide layer(16) is formed in the contact hole. A capacitor storage electrode(17) adjacent to the metal oxide layer is formed. A dielectric layer(18) is formed on the storage electrode. A plate electrode(19) of a capacitor is formed on the dielectric layer.

Description

캐패시터 제조 방법{METHOD FOR FORMING CAPACITOR}Capacitor Manufacturing Method {METHOD FOR FORMING CAPACITOR}

본 발명은 반도체 메모리 소자 제조 분야에 관한 것으로, 특히 하부전극과 다결정 실리콘 플러그(plug) 사이에 형성되는 확산방지막의 산화를 방지할 수 있는 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of semiconductor memory device manufacturing, and more particularly, to a method of manufacturing a capacitor capable of preventing oxidation of a diffusion barrier formed between a lower electrode and a polycrystalline silicon plug.

현재 반도체 메모리 소자는 크게 읽기/쓰기(read/write) 메모리와 읽기 전용메모리(ROM)로 구분할 수 있다. 특히 읽기/쓰기 메모리는 다이나믹램(Dynamic RAM, 이하 DRAM이라 칭함)과 스태틱램(static RAM)으로 나뉘어진다.Currently, semiconductor memory devices can be classified into read / write memory and read-only memory (ROM). In particular, the read / write memory is divided into a dynamic RAM (hereinafter referred to as DRAM) and a static RAM.

DRAM은 1개의 트랜지스터(transistor)와 1개의 캐패시터가 단위 셀(unit cell)을 이루어 집적도에서 가장 앞서고 있는 소자이다.DRAM is a device that is one of the most advanced in the integration of one transistor (transistor) and one capacitor unit cell (unit cell).

반도체 소자의 집적도가 1 기가(Giga) DRAM(dynamic random access memory)급 이상으로 증가됨에 따라 캐패시터의 고 정전용량이 요구된다. 종래의 축전물질로 이용되는 산화규소막과 질화규소막의 적층구조 또는 탄탈륨산화막(Ta2O5)으로는 요구되는 정전용량에 대응할 수 없게 되어 (Ba,Sr)TiO3(BST)와 같이 보다 높은 유전상수를 갖는 물질의 박막을 유전막으로 이용하려는 시도가 이루어지고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices is increased to more than one gigabyte of dynamic random access memory (DRAM), high capacitance of a capacitor is required. A stacked structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film or a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), which is used as a conventional storage material, cannot cope with the required capacitance, and thus a higher dielectric constant such as (Ba, Sr) TiO 3 (BST) Attempts have been made to use thin films of materials having constants as dielectric films.

고 유전율막을 적용한 캐패시터에서, 요구되는 우수한 특성을 나타내기 위해서는 고유전율막 상하부에 내산화성이 강한 백금막(Pt막) 등으로 전극을 형성해야한다. 특히 하부전극으로 백금막을 사용할 경우에는 전하 저장(storage)을 위한 하부전극의 열 안정성을 유지하기 위하여 백금막과 다결정실리콘 플러그(plug) 사이에 백금과 실리콘의 반응을 억제하기 위한 확산방지막의 사용이 필수적이다.In the capacitor to which the high dielectric constant film is applied, an electrode must be formed of a platinum film (Pt film) having strong oxidation resistance on the upper and lower parts of the high dielectric constant film to exhibit the required excellent characteristics. In particular, in the case of using a platinum film as the lower electrode, the use of a diffusion barrier to suppress the reaction of platinum and silicon between the platinum film and the polysilicon plug to maintain the thermal stability of the lower electrode for charge storage. It is essential.

반도체 소자에서 차세대 고 유전율 캐패시터의 확산방지막으로는 TiN, TiAlN, TiSiN 등에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이와 같은 확산방지막은 스퍼터링(sputtering)법으로 사용하여 형성한다. 전극으로는 Pt, Ir 또는 Ru 계통의 원소나, 금속 산화물이 이용되며 이들 또한 스퍼터링 방법으로 형성한다.As a diffusion barrier of a next generation high dielectric constant capacitor in a semiconductor device, research on TiN, TiAlN, TiSiN, and the like has been conducted. Such a diffusion barrier is formed by a sputtering method. As the electrode, an element of a Pt, Ir or Ru system or a metal oxide is used, and these are also formed by a sputtering method.

확산방지막으로 이용되는 TiN의 경우는 BST와 같은 고유전체막 증착과정 또는 후속 열공정 과정에서 500 ℃ 정도의 온도에서 산화되는 문제점이 있다. 이는 Pt 전극의 경우 산소가 Pt의 결정립 경계(grain boundary) 등을 통하여 확산되고, Ir과 Ru의 경우는 그 자체가 BST 증착시 450 ℃ 내지 500 ℃ 정도의 온도에서 산화되고 후속 열공정에서 하부의 확산방지막까지 산화시키기 때문이다.TiN, which is used as a diffusion barrier, has a problem of being oxidized at a temperature of about 500 ° C. in a high dielectric film deposition process such as BST or a subsequent thermal process. In the case of Pt electrodes, oxygen diffuses through grain boundaries of Pt, and in the case of Ir and Ru, they themselves oxidize at temperatures of about 450 to 500 ° C. during BST deposition, This is because it oxidizes to the diffusion barrier.

최근에 내산화성을 지니는 확산방지막으로 TiAlN 또는 TiSiN과 같은 3상의 질화막이 연구되어 왔다. Pt를 하부전극으로 사용하는 동일 조건에서 3상의 질화막은 TiN에 비하여 산화특성이 개선되어, TiN 보다 100 ℃ 내지 150 ℃ 정도 높은 온도에서 산화되는 장점이 있으나, 막표면에 얇은 산화막을 형성시켜 오믹 콘택(Ohmic contact)의 형성에 어려움이 제기되고 있다.Recently, three-phase nitride films such as TiAlN or TiSiN have been studied as diffusion barriers having oxidation resistance. Under the same conditions of using Pt as a lower electrode, the three-phase nitride film has improved oxidation characteristics compared to TiN, and has an advantage of being oxidized at a temperature of about 100 ° C. to 150 ° C. higher than TiN. Difficulties arise in the formation of ohmic contacts.

한편, Ir이나 Ru을 하부전극으로 사용하였을 때 하부의 확산방지막이 산화되는 것을 어느 정도 억제할 수 있으나, 전극 그 자체가 산화되어 IrO2나 RuO2로 된다. 이와 같이 형성되는 IrO2나 RuO2는 전도성이 좋은 전극재료이나 고유전체/전극계면에서 수십 ㎚의 거칠기를 갖는 매우 거친 산화막이 형성되어 고유전체의 절연특성을 10배 내지 100배 정도 악화시키는 심각한 문제점이 있다.On the other hand, when Ir or Ru is used as the lower electrode, the lowering of the diffusion barrier layer can be suppressed to some extent, but the electrode itself is oxidized to IrO 2 or RuO 2 . IrO 2 or RuO 2 formed as described above is a serious problem that a highly conductive oxide material or a very rough oxide film having a roughness of several tens of nm is formed in the high dielectric / electrode interface, thereby deteriorating the insulation properties of the high dielectric by about 10 to 100 times. There is this.

따라서, SBT(SrBi2Ta2O9) 등과 같은 Y1 계열 물질, BST 또는 Ta2O5과 같은 고유전체 물질의 우수한 유전 특성을 얻기 위하여 상하부 전극물질로 Pt를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이와 같이 캐패시터의 전극으로 이용되는 Pt막은 스퍼터링법 또는 금속유기화학기상증착법(metal organic chemical vapor deposition)으로 형성한다.Therefore, studies are actively underway to use Pt as an upper and lower electrode material to obtain excellent dielectric properties of Y1 series materials such as SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ) and high dielectric materials such as BST or Ta 2 O 5 . . As described above, the Pt film used as the electrode of the capacitor is formed by sputtering or metal organic chemical vapor deposition.

스택(stacked) 구조를 갖는 캐패시터 구조에서 주어진 단위 면적에서 더욱 큰 정전용량을 얻기 위해서 3000 Å 두께 이상의 Pt막을 형성하고 식각공정을 실시하여야 하는데, 반응성이 적은 Pt의 특성으로 인하여 반응성 가스(reactive gas)를 사용하지 못하고 이온 식각(ion etching)에 의존하여 식각 경사가 70 °내지 80 °정도 밖에 되지 않아 고밀도 소자의 집적화에 난관이 되고 있다. 또한, 상부전극 형성시 Pt막의 층덮힘(step coverage) 특성이 양호하지 않아 소자의 성능 및 후속 공정에서의 어려움이 따르고 있다.In order to obtain a larger capacitance in a given unit area in a capacitor structure having a stacked structure, a Pt film having a thickness of 3000 이상의 or more must be formed and an etching process is performed. Due to the characteristic of less reactive Pt, reactive gas Since the etching slope is only about 70 ° to 80 ° depending on the ion etching, there is a difficulty in the integration of high density devices. In addition, the step coverage of the Pt film is not good when forming the upper electrode, which leads to performance of the device and difficulties in subsequent processes.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 캐패시터 하부전극 아래의 확산방지막이 산화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 하부전극 표면의 거칠기 증가를 감소할 수 있는 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention The present invention devised to solve the above problems can effectively prevent oxidation of the diffusion barrier under the capacitor lower electrode, and provide a method of manufacturing a capacitor capable of reducing the increase in the roughness of the lower electrode surface. have.

또한, 본 발명은 상부전극의 층덮힘 특성을 보다 향상시킬 수 있는 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a capacitor that can further improve the layer covering characteristic of the upper electrode.

도1a 내지 도1c는 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시터 제조 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process according to an embodiment of the present invention;

도2a 내지 도2d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터 제조 공정 단면도.2a to 2d are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process according to another embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명** Description of reference numerals for the main parts of the drawings *

13, 23: 다결정 실리콘막 14, 24: TiSi213, 23: polycrystalline silicon film 14, 24: TiSi 2 layer

15, 25: 확산방지막 16, 26: 금속산화물막15, 25: diffusion barrier 16, 26: metal oxide film

17, 29A: Pt 하부전극 18, 30: 유전막17, 29A: Pt lower electrode 18, 30: dielectric film

19, 31: Pt 상부전극19, 31: Pt upper electrode

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 반도체 기판 상에 형성된 층간절연막을 선택적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 제1 단계; 상기 콘택홀 내에 플러그, 확산방지막 및 금속산화물막으로 이루어지는 적층구조를 형성하는 제2 단계; 상기 금속산화물막과 접하는 캐패시터의 하부전극을 형성하는 제3 단계; 상기 하부전극 상에 유전막을 형성하는 제4 단계; 및 상기 유전막 상에 캐패시터의 상부전극을 형성하는 제5 단계를 포함하는 캐패시터 제조 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, a first step of forming a contact hole by selectively etching the interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate; Forming a stacked structure including a plug, a diffusion barrier layer, and a metal oxide layer in the contact hole; Forming a lower electrode of the capacitor in contact with the metal oxide film; Forming a dielectric film on the lower electrode; And a fifth step of forming an upper electrode of the capacitor on the dielectric layer.

본 발명은 하부전극을 반도체 기판을 연결시키기 위한 플러그와 하부전극 사이에 확산방지막 및 금속산화물을 적층하는데 그 특징이 있다. 또한, 하부전극 상의 유전막 상에 전기도금(electroplating) 방법으로 상부전극을 형성하는데 다른 특징이 있다.The present invention is characterized by laminating a diffusion barrier and a metal oxide between a plug for connecting the lower electrode to the semiconductor substrate and the lower electrode. In addition, there is another feature in forming the upper electrode by an electroplating method on the dielectric film on the lower electrode.

금속산화물은 확산방지막으로 확산해 들어가는 산소를 막을 수 있고, 확산방지막은 플러그와 금속산화물 계면에서 실리콘산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 특히 확산방지막을 플러그 상의 콘택홀 내에 형성함으로써 산소와의 접촉면적을 최소화하거나 산소와의 접촉 가능성을 제거함으로서 후속 산화 분위기의 열공정에서 안정한 저장 노드 콘택(storage node contact)을 형성할 수 있다. 또한, 고유전율 캐패시터의 하부전극을 Pt막으로 형성할 경우 IrO2나 RuO2로 등의 금속산화물 만으로 하부전극을 형성할 경우 보다 누설전류를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 전기도금 방법을 이용하여 캐패시터의 상부전극을 Pt막으로 형성할 경우 층덮힘 특성을 향상시킬 수 있다.The metal oxide may prevent oxygen from diffusing into the diffusion barrier, and the diffusion barrier may prevent the formation of a silicon oxide layer at the interface between the plug and the metal oxide. In particular, by forming the diffusion barrier in the contact hole on the plug, it is possible to form a stable storage node contact in the thermal process of the subsequent oxidizing atmosphere by minimizing the contact area with oxygen or eliminating the possibility of contact with oxygen. In addition, when the lower electrode of the high dielectric constant capacitor is formed of a Pt film, there is an advantage that the leakage current can be reduced when forming the lower electrode using only metal oxides such as IrO 2 or RuO 2 furnace. In addition, when the upper electrode of the capacitor is formed of a Pt film by using an electroplating method, the layer covering characteristic may be improved.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a capacitor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1a 내지 도1c는 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시터 제조 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도1a에 도시한 바와 같이 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판(10) 상에 BPSG(boro-phospho-silicate glass) 또는 SiO2계통의 절연체로 500 Å 내지 7000 Å 두께의 층간절연막(11)을 형성하고, 층간절연막(11)을 선택적으로 식각하여 활성영역(12)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 11 having a thickness of 500 kV to 7000 kPa is formed on an insulator of boro-phospho-silicate glass (BPSG) or SiO 2 type on the semiconductor substrate 10 on which a predetermined substructure is completed. ) And selectively etch the interlayer insulating film 11 to form a contact hole exposing the active region 12.

이어서, 전체 구조 상부에 500 Å 내지 7000 Å 두께의 도핑된 다결정 실리콘막을 증착하고 에치백(etch back)하여 콘택홀 내부에 300 Å 내지 2000 Å 두께의 다결정 실리콘막(13)이 남도록 한 다음, Ti막(도시하지 않음)을 증착하고 열처리 공정 및 선택적 식각공정을 실시하여 즉 자기정렬법(self aligned)으로 다결정 실리콘막(13) 상에 TiSi2층(14)을 형성한다. Ti막 증착 전에 다결정 실리콘막(13)의 일부를 에치백하기도 한다.Subsequently, the doped polycrystalline silicon film having a thickness of 500 Å to 7000 에 was deposited on the entire structure and etched back so that the polycrystalline silicon film 13 having a thickness of 300 Å to 2000 Å remains inside the contact hole. A film (not shown) is deposited, a heat treatment process and a selective etching process are performed, that is, a TiSi 2 layer 14 is formed on the polycrystalline silicon film 13 by self alignment. A portion of the polycrystalline silicon film 13 may be etched back before the Ti film deposition.

다음으로, 전체 구조 상에 확산방지막(15)을 형성한다. 확산방지막(15)은 TiN 또는 TiN을 함유한 Ti1-xYxN을 사용한다. 상기 Y는 Al 또는 Si이며 x는 Y 성분의 조성이다.Next, the diffusion barrier 15 is formed on the entire structure. As the diffusion barrier 15, Ti 1-x Y x N containing TiN or TiN is used. Y is Al or Si and x is a composition of the Y component.

Y로 Al을 사용할 때 Ti1-xAlxN의 x는 0.05 내지 0.60 범위로 하고, TiAlx타겟(target)을 이용한 질소 반응성 스퍼터링으로 형성하거나, Ti1-xAlxN 타겟을 이용한 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)법으로 형성한다.When using Al as Y, x of Ti 1-x Al x N is in the range of 0.05 to 0.60, and is formed by nitrogen reactive sputtering using a TiAl x target, or magnetron sputtering using a Ti 1-x Al x N target. It is formed by the (magnetron sputtering) method.

Y로 Si을 사용할 때 Ti1-xSixN의 x는 0.05 내지 0.50 범위로 하고, TiSix타겟을 이용한 질소 반응성 스퍼터링으로 형성한다. TiCl4, SiH4, N2및 NH3를 이용한 화학기상증착법으로 Ti1-xSixN을 형성할 수도 있다. Ti의 소스로는 TDEAT(tetrakis diethyl amino titanium) 또는 TDMAT(tetrakis dimethyl amino titanium)를 사용한다. 또한, Ti1-xSixN을 웨이퍼의 온도를 550 ℃ 내지 850 ℃로 하여 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition)법으로 형성하거나, 300 ℃ 내지 650 ℃의 웨이퍼 온도, 50 W 내지 10000 W의 플라즈마 전력, 10 M㎐ 또는 3 G㎐의 주파수 조건으로 직접 또는 원격 플라즈마 방식을 이용한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법으로 형성하기도 한다.When using Si as Y, x of Ti 1-x Si x N is in the range of 0.05 to 0.50, and is formed by nitrogen reactive sputtering using a TiSi x target. Ti 1-x Si x N may be formed by chemical vapor deposition using TiCl 4 , SiH 4 , N 2, and NH 3 . As a source of Ti, tetrakis diethyl amino titanium (TDEAT) or tetrakis dimethyl amino titanium (TDMAT) is used. Further, Ti 1-x Si x N was formed by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) with a wafer temperature of 550 ° C. to 850 ° C., or a wafer temperature of 300 ° C. to 650 ° C. and a plasma of 50 W to 10000 W. It may be formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) using a direct or remote plasma method at power, 10 MHz or 3 GHz frequency conditions.

이어서, 확산방지막(15) 상에 IrO2또는 RuO2등의 금속산화물막(16)을 형성한다. IrO2의 경우 Ir 타겟을 이용한 산소 활성 스퍼터링(oxygen reactive sputtering)법으로 형성하거나, IrO2타겟을 이용하여 직류 마그네트론 스퍼터링(DC magnetron sputtering) 방법으로 형성한다.Subsequently, a metal oxide film 16 such as IrO 2 or RuO 2 is formed on the diffusion barrier 15. IrO 2 is formed by oxygen reactive sputtering using an Ir target, or by DC magnetron sputtering using an IrO 2 target.

다음으로, 도1b에 도시한 바와 같이 금속산화물막(16), 확산방지막(15)을 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 또는 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 방법으로 에치백하여 층간절연막(12)을 노출시키고, 금속산화물막(16), 확산방지막(15)이 TiSi2층(14) 및 다결정 실리콘막(13)으로 이루어지는 콘택홀 내의 플러그 상에만 남도록 한다.Next, as shown in FIG. 1B, the metal oxide layer 16 and the diffusion barrier layer 15 are etched back by chemical mechanical polishing or reactive ion etching to remove the interlayer dielectric layer 12. The metal oxide film 16, the diffusion barrier film 15 is left only on the plug in the contact hole made of the TiSi 2 layer 14 and the polycrystalline silicon film 13.

다음으로, 도1c에 도시한 바와 같이 상기 금속산화물막(16)과 접하는 스택구조의 Pt 하부전극(17)을 형성하고, Pt 하부전극(17) 상에 50 Å 내지 500 Å 두께의 BST, 50 Å 내지 500 Å 두께의 Ta2O5, 또는 200 Å 내지 2000 Å 두께의 SBT막으로 이루어지는 유전막(18)을 형성하고, 유전막(18) 상에 스퍼터링법으로 Pt 상부전극(19)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, a Pt lower electrode 17 having a stack structure in contact with the metal oxide film 16 is formed, and a BST, 50 μs to 500 μs thick, is formed on the Pt lower electrode 17. A dielectric film 18 made of a Ta 2 O 5 having a thickness of 500 kV to 500 kV or an SBT film having a thickness of 200 kV to 2000 kPa is formed, and the Pt upper electrode 19 is formed on the dielectric film 18 by sputtering.

전술한 본 발명의 일실시예에 따라 확산방지막을 콘택홀 내부에 매립하고, 확산방지막 상에 산소의 확산을 방지하는 금속산화물막을 형성함에 따라 확산방지막의 산화를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 금속산화물이 아닌 Pt막으로 하부전극을 형성함으로써 하부전극의 표면 거칠기를 감소시킬 수 있다.In accordance with an embodiment of the present invention described above, the diffusion barrier layer is embedded in the contact hole, and a metal oxide layer is formed on the diffusion barrier layer to prevent diffusion of oxygen, thereby effectively inhibiting the oxidation of the diffusion barrier layer. In addition, the surface roughness of the lower electrode can be reduced by forming the lower electrode with a Pt film instead of a metal oxide.

도2a 내지 도2d를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터 제조 공정 방법을 설명한다.A capacitor manufacturing process method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.

먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 소정의 하부구조 형성이 완료된 반도체 기판(20) 상에 BPSG 또는 SiO2계통의 절연체로 500 Å 내지 7000 Å 두께의 층간절연막(21)을 형성하고, 층간절연막(21)을 선택적으로 식각하여 활성영역(22)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 21 having a thickness of 500 Å to 7000 로 is formed on an insulator of BPSG or SiO 2 type on the semiconductor substrate 20 on which a predetermined substructure is completed, and an interlayer insulating film ( 21 is selectively etched to form a contact hole exposing the active region 22.

이어서, 전체 구조 상부에 500 Å 내지 7000 Å 두께의 도핑된 다결정 실리콘막을 증착하고 에치백하여 콘택홀 내부에 300 Å 내지 2000 Å 두께의 다결정 실리콘막(23)이 남도록 한 다음, Ti막(도시하지 않음)을 증착하고 열처리 공정 및 선택적 식각공정을 실시하여 즉 자기정렬법으로 다결정 실리콘막(23) 상에 200 Å 내지 1000 Å 두께의 TiSi2층(24)을 형성한다. Ti막 증착 전에 다결정 실리콘막(23)을 에치백하기도 한다.Subsequently, the doped polycrystalline silicon film having a thickness of 500 m to 7000 m is deposited on the entire structure and etched back so that the polycrystalline silicon film 23 having a thickness of 300 m to 2000 m is left inside the contact hole, followed by a Ti film (not shown). The TiSi 2 layer 24 having a thickness of 200 GPa to 1000 GPa is formed on the polycrystalline silicon film 23 by performing a heat treatment process and a selective etching process. The polycrystalline silicon film 23 may be etched back before the Ti film deposition.

다음으로, 전체 구조 상에 확산방지막(25)을 형성한다. 확산방지막(25)은 TiN 또는 TiN을 함유한 Ti1-xYxN을 사용한다. 상기 Y는 Al 또는 Si이며 x는 Y 성분의 조성이다.Next, the diffusion barrier 25 is formed on the entire structure. As the diffusion barrier 25, Ti 1-x Y x N containing TiN or TiN is used. Y is Al or Si and x is a composition of the Y component.

Y로 Al을 사용할 때 Ti1-xAlxN의 x는 0.05 내지 0.60 범위로 하고, TiAlx타겟을 이용한 질소 반응성 스퍼터링으로 형성하거나, Ti1-xAlxN 타겟을 이용한 마그네트론 스퍼터링법으로 형성한다.When using Al as Y, x of Ti 1-x Al x N is in the range of 0.05 to 0.60, and is formed by nitrogen reactive sputtering using a TiAl x target or by a magnetron sputtering method using a Ti 1-x Al x N target. do.

Y로 Si을 사용할 때 Ti1-xSixN의 x는 0.05 내지 0.50 범위로 하고, TiSix타겟을 이용한 질소 반응성 스퍼터링으로 형성한다. TiCl4, SiH4, N2및 NH3를 이용한 화학기상증착법으로 Ti1-xSixN을 형성할 수도 있다.When using Si as Y, x of Ti 1-x Si x N is in the range of 0.05 to 0.50, and is formed by nitrogen reactive sputtering using a TiSi x target. Ti 1-x Si x N may be formed by chemical vapor deposition using TiCl 4 , SiH 4 , N 2, and NH 3 .

이어서, 확산방지막(25) 상에 IrO2또는 RuO2등의 금속산화물막(26)을 형성한다. IrO2의 경우 Ir 타겟을 이용한 산소 활성 스퍼터링법으로 형성하거나, IrO2타겟을 이용하여 직류 마그네트론 스퍼터링법으로 형성한다.Subsequently, a metal oxide film 26 such as IrO 2 or RuO 2 is formed on the diffusion barrier 25. IrO 2 is formed by oxygen activated sputtering using an Ir target, or by direct current magnetron sputtering using an IrO 2 target.

다음으로, 금속산화물막(26), 확산방지막(25) 및 Ti막을 화학적 기계적 연마하거나 반응성 이온 식각 방법으로 에치백하여 층간절연막(22)을 노출시키고, 금속산화물막(26), 확산방지막(25)이 TiSi2층(24) 및 다결정 실리콘막(23)으로 이루어지는 플러그 상의 콘택홀 내에만 남도록 한다.Next, the metal oxide film 26, the diffusion barrier film 25 and the Ti film are etched back by chemical mechanical polishing or reactive ion etching to expose the interlayer dielectric film 22, and the metal oxide film 26 and the diffusion barrier film 25 ) Remains only in the contact hole on the plug made of the TiSi 2 layer 24 and the polycrystalline silicon film 23.

다음으로, 도2b에 도시한 바와 같이 전체 구조 상부에 BPSG 또는 고밀도 플라즈마(high density plasma) 계열의 SiO2막으로 희생막(27)을 형성하고, 희생막(27)을 선택적으로 식각하여 상기 다결정 실리콘막(23), TiSi2층(24), 확산방지막(25) 및 금속산화물막(26)이 적층되어 있는 콘택홀을 노출시키는 트렌치 형태의 개구부(28)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 2B, a sacrificial layer 27 is formed of a BPSG or high density plasma-based SiO 2 film on the entire structure, and the sacrificial layer 27 is selectively etched to form the polycrystal. A trench type opening 28 exposing a contact hole in which the silicon film 23, the TiSi 2 layer 24, the diffusion barrier film 25, and the metal oxide film 26 are stacked is formed.

다음으로, 도2c에 도시한 바와 같이 전체 구조 상에 캐패시터의 하부전극을 이룰 50 Å 내지 1000 Å 두께의 제1 Pt막(29)을 스퍼터링법으로 형성한다. 상기 제1 Pt막(29)은 화학기상증착법(chemical vapor deosition)으로 형성할 수도 있으며, 상기 제1 Pt막(29) 상에 전기도금법으로 Pt막을 추가적으로 형성할 수도 있다.Next, as shown in Fig. 2C, a first Pt film 29 having a thickness of 50 mV to 1000 mV to form a lower electrode of the capacitor is formed on the entire structure by the sputtering method. The first Pt layer 29 may be formed by chemical vapor deposition, or an additional Pt layer may be further formed on the first Pt layer 29 by electroplating.

전술한 화학기계적 연마 공정 또는 에치백 공정 후 제1 Pt막 증착 전에 IrO2막 등과 같은 금속산화물막을 추가적으로 형성할 수도 있다. 이때, IrO2막의 두께는 50 Å 내지 2000 Å이 되도록 한다.A metal oxide film such as an IrO 2 film may be additionally formed after the above-described chemical mechanical polishing process or etch back process and before deposition of the first Pt film. At this time, the thickness of the IrO 2 film is 50 kPa to 2000 kPa.

다음으로, 상기 개구부(28) 내에 산화막 또는 감광막(도시하지 않음)을 채우고, 희생막(27)이 노출될 때까지 제1 Pt막(29)을 화학적 기계적 연마하여 Pt 하부전극(29A)을 형성한 다음, 산화막 또는 감광막과 희생막(27)을 제거하여 도2d에 도시한 바와 같이 Pt 하부전극 (29A)을 노출시키고, Pt 하부전극(29A) 상에 50 Å 내지 500 Å 두께의 BST, 50 Å 내지 500 Å 두께의 Ta2O5, 또는 200 Å 내지 2000 Å 두께의 SBT막으로 이루어지는 유전막(30)을 형성하고, 유전막(30) 상에 스퍼터링법등과 물리기상증착법으로 형성된 100 Å 내지 750 Å 두께의 제2 Pt막 및 그 상부에 전기도금법으로 형성된 100 Å 내지 2500 Å 두께의 제3 Pt막으로 이루어지는 Pt 상부전극(31)을 형성한다. 상기 제2 Pt막을 화학기상증착법으로 형성할 수도 있다.Next, an oxide film or a photosensitive film (not shown) is filled in the opening 28, and the first Pt film 29 is chemically mechanically polished until the sacrificial film 27 is exposed to form the Pt lower electrode 29A. Then, the oxide film or the photoresist film and the sacrificial film 27 are removed to expose the Pt lower electrode 29A as shown in FIG. 2D, and the BST, 50 Å to 500 Å thickness BST, 50 상 에 on the Pt lower electrode 29A is shown. A dielectric film 30 formed of a Ta 2 O 5 having a thickness of 500 kV to 500 kV or an SBT film having a thickness of 200 kV to 2000 kPa, and formed on the dielectric film 30 by a sputtering method or a physical vapor deposition method. A Pt upper electrode 31 composed of a second Pt film having a thickness and a third Pt film having a thickness of 100 kV to 2500 kV formed by an electroplating method is formed thereon. The second Pt film may be formed by chemical vapor deposition.

제3 Pt막은, Pt 소스로 10 g/ℓ의 Pt(NH2)2(NO2)2(dinitrodiamino Pt), 100 g/ℓ의 NH4NO3(ammonium nitrate), 10 g/ℓ의 NaNO3(sodium nitrate), 44 g/ℓ의 NH3(ammonia)이 혼합된 용액을 80 ℃ 내지 110 ℃의 온도로 유지하면서 6 A/dm2내지 8 A/dm2의 전류를 공급하고, 전류 효율(current efficiency)이 10%가 되도록 하고, 2 V 내지 4V의 전압을 글래스(glass)나 고무 라인(rubber lined)에 인가하고, 용액은 백금염(platinum slat)을 첨가시켜서 유지한다.The third Pt film contains 10 g / l Pt (NH 2 ) 2 (NO 2 ) 2 (dinitrodiamino Pt), 100 g / l NH 4 NO 3 (ammonium nitrate), 10 g / l NaNO 3 as a Pt source. (sodium nitrate), 44 g / L NH 3 (ammonia) mixed solution while maintaining a temperature of 80 ℃ to 110 ℃ 6 A / dm 2 to 8 A / dm 2 to supply a current, the current efficiency ( The current efficiency is 10%, and a voltage of 2 V to 4 V is applied to glass or rubber lined and the solution is maintained by adding platinum slat.

전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 다른 실시예는 스택 구조 대신에 트렌치 형태의 개구부를 사용하여 실린더 구조의 캐패시터를 형성함으로써 Pt막을 고단차로 만드는 공정으로 인한 식각의 어려움을 방지할 수 있다.Another embodiment of the present invention made as described above can prevent the difficulty of etching due to the process of making the Pt film to a high step by forming the capacitor of the cylinder structure using the opening of the trench form instead of the stack structure.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 고온 내산화 분위기에서 안정한 저장 노드 콘택(storage node contact)을 형성하여 고온 후속 열공정시 필요한 Ta2O5, BST 또는 Y1 등과 같은 고유전막을 형성할 수 있고, 층덮힘 특성이 우수한 전기전도법으로 Pt막을 형성하여 Pt 식각 문제를 해결함으로써 고밀도를 갖는 고속 소자의 개발을 조기에 달성할 수 있는 효과가 있다.The present invention made as described above can form a stable storage node contact (storage node contact) in a high temperature oxidation resistant atmosphere to form a high-k dielectric film, such as Ta 2 O 5 , BST or Y1 required during the high temperature subsequent thermal process, layer covering characteristics By forming a Pt film by this excellent electrical conductivity method and solving the Pt etching problem, there is an effect that early development of a high-speed device having a high density can be achieved.

Claims (7)

캐패시터 제조 방법에 있어서,In the capacitor manufacturing method, 반도체 기판 상에 형성된 층간절연막을 선택적으로 식각하여 콘택홀을 형성하는 제1 단계;Forming a contact hole by selectively etching the interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate; 상기 콘택홀 내에 플러그, 확산방지막 및 금속산화물막으로 이루어지는 적층구조를 형성하는 제2 단계;Forming a stacked structure including a plug, a diffusion barrier layer, and a metal oxide layer in the contact hole; 상기 금속산화물막과 접하는 캐패시터의 하부전극을 형성하는 제3 단계;Forming a lower electrode of the capacitor in contact with the metal oxide film; 상기 하부전극 상에 유전막을 형성하는 제4 단계; 및Forming a dielectric film on the lower electrode; And 상기 유전막 상에 캐패시터의 상부전극을 형성하는 제5 단계A fifth step of forming an upper electrode of a capacitor on the dielectric layer 를 포함하는 캐패시터 제조 방법.Capacitor manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 단계는,The second step, 상기 콘택홀 내에 다결정 실리콘막 및 실리사이드층의 적층구조로 상기 플러그를 형성하는 단계;Forming the plug in a stack structure of a polycrystalline silicon film and a silicide layer in the contact hole; 상기 플러그 상에 TiN, TiAlN 또는 TiSiN으로 상기 확산방지막을 형성하는 단계; 및Forming the diffusion barrier layer on the plug with TiN, TiAlN or TiSiN; And 상기 확산방지막 상에 IrO2또는 RuO2로 상기 금속산화물막을 형성하는 단계Forming the metal oxide layer on the diffusion barrier layer by IrO 2 or RuO 2 를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.Capacitor manufacturing method comprising a. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 하부전극 및 상기 상부전극 각각을 Pt막으로 형성하고,Each of the lower electrode and the upper electrode is formed of a Pt film 상기 유전막을 (Ba,Sr)TiO3, Ta2O5막 또는 SrBi2Ta2O9막 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.The dielectric film is formed of any one of (Ba, Sr) TiO 3 , Ta 2 O 5 film or SrBi 2 Ta 2 O 9 film. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제3 단계에서,In the third step, 실린더 구조의 하부전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.A capacitor manufacturing method, comprising forming a lower electrode of a cylinder structure. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제5 단계는,The fifth step, 상기 유전막 상에 물리기상증착법으로 상기 상부전극을 이룰 제1 Pt막을 형성하는 단계; 및Forming a first Pt layer on the dielectric layer to form the upper electrode by physical vapor deposition; And 전기도금법으로 상기 제1 상부전극 Pt막 상에 제2 Pt막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.And forming a second Pt film on the first upper electrode Pt film by an electroplating method. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 제3 단계는,The third step, 물리기상증착법으로 상기 하부전극을 이룰 제3 Pt막을 형성하는 단계; 및Forming a third Pt film to form the lower electrode by physical vapor deposition; And 전기도금법으로 상기 제3 Pt막 상에 제4 Pt막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.And forming a fourth Pt film on the third Pt film by an electroplating method. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 제1 Pt막 또는 상기 제3 Pt막을 화학기상증착법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시터 제조 방법.The first Pt film or the third Pt film is formed by a chemical vapor deposition method, characterized in that the capacitor manufacturing method.
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