KR20020045266A - 커패시터의 유전체막 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커패시터의 유전체막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 질화막과 산화막으로 이루어진 N/O 유전체막을 형성하는 과정에서, 하부 전극을 형성하고 세정 공정 없이 한 장비에서 진공의 파괴 없이 인-시투(In-situ)로 하부 전극의 표면을 N₂+ NH₃플라즈마 처리한 뒤 질화막을 형성한 후 산화막을 형성하여 유전체막을 형성함으로써 자연 산화막이 발생하는 것을 방지하여 유효 산화막 두께를 낮추고 정전 용량을 증가시킬 수 있는 커패시터의 유전체막 형성 방법이 개시된다.

Description

커패시터의 유전체막 형성 방법{Method for forming a dielectric of capacitor}

본 발명은 커패시터의 유전체막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 N/O 유전체막을 형성하는 커패시터의 유전체막 형성 방법에 관한 것이다.

소자가 점점 고집적화 됨에 따라 안정된 소자 동작을 위해서는 정전 용량을 확보하는 것이 중요시되고 있다.

도 1a를 참조하면, 종래의 N/O 유전체막을 이용한 커패시터의 제조 방법은 반도체 기판(1) 상에 층간 절연막(2)을 형성한 후 하부 전극(3)을 형성하고 세정한 뒤 PH₃를 도핑하여 질화막(4)을 증착한다.

도 1b를 참조하면, 질화막(4)을 형성한 뒤 산화막(5)을 형성하여 유전체막(45)을 형성하고 상부 전극(6)을 형성하여 커패시터를 제조한다. 하지만, 하부 전극(3)을 형성한 후 세정 공정에서 자연 산화막(도시되지 않음)이 형성되어 유효 산화막 두께(Tox)를 증가시켜 커패시턴스를 감소시킬 뿐만 아니라 전기적 특성에도 큰 영향을 준다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 하부 전극을 형성하고 세정 공정 없이 한 장비에서 진공의 파괴 없이 인-시투(In-situ)로 하부 전극의 표면을 N₂+ NH₃플라즈마 처리한 뒤 질화막을 형성한 후 산화막을 형성하여 유전체막을 형성함으로써 자연 산화막이 발생하는 것을 방지하여 유효 산화막 두께를 낮추고 정전 용량을 증가시킬 수 있는 커패시터의 유전체막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 커패시터의 유전체막 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.

도 2a 및 도 2d는 본 발명에 따른 커패시터의 유전체막 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1, 11 : 반도체 기판2, 12 : 층간 절연막

3, 13 : 하부 전극4, 14a : 질화막

14b : 산 질화막5, 15 : 산화막

6, 16 : 상부 전극

본 발명에 따른 커패시터의 유전체막 형성 방법은 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계, 하부 전극에 PH₃플라즈마 도핑 처리를 실시하는 단계, 1차 플라즈마 처리로 하부 전극 상에 질화막을 형성하는 단계, 2차 플라즈마 처리로 질화막을 산 질화막화 시켜 상기 하부 전극의 표면을 개질시키는 단계, 퍼니스 어닐링을 실시하는 단계 및 질화막 상에 산화막을 형성하여 질화막 및 산화막으로 이루어진 유전체막을 형성하는 단계로 이루어진다.

PH₃플라즈마 도핑 처리는 10 내지 1000sccm의 PH₃가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시하며, 1차 플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시한다. 또한, 2차 플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂O 가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시하며, 퍼니스 어닐링은 NH₃+ DCS 분위기에서 실시한다. 산화막은 H₂+ O₂분위기에서 퍼니스 어닐링으로 형성하며, 하부 전극은 폴리실리콘층으로 형성한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2d는 본 발명에 따른 커패시터의 유전체막 형성 방법을 설명하기 위하여 순차적으로 도시한 소자의 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(11) 상에 상부 요소와의 절연을 위한 층간 절연막(12)을 형성한 후 하부 전극(13)을 형성한다. 이후, 하부 전극(13)의 세정공정은 실시하지 않고 진공의 파괴 없이 인-시투(In-situ)로 PH₃플라즈마 도핑 처리를 한 후 NH₃+ N₂플라즈마로 하부 전극(13)을 표면 처리해 질화막(14a)을 형성한다.

PH₃플라즈마 도핑 처리는 커패시터의 정전 용량을 균일하게 하기 위하여 실시하며, 10 내지 1000sccm의 PH₃가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력(Power)을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시한다. 이후 NH₃+ N₂플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력(Power)을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시한다.

상기의 공정에서, 세정 공정을 실시하지 않고 인-시투로 플라즈마 처리가 실시하여 때문에 자연 산화막이 발생하는 것을 방지하고, 또한, NH₃+ N₂플라즈마 처리를 실시함으로써 후속 공정에서 자연 산화막이 형성되는 것을 방지해준다.

도 2b를 참조하면, 질화막(14a)을 형성한 후 NH₃+ N₂O 플라즈마로 산 질화막(14a)을 표면 처리하고 NH₃+ DCS(Di-Chloro Silene) 분위기에서 퍼니스 어닐링(Furnace anneal)을 실시하여 질화막(14a)을 산 질화막(14b)화 시킨다.

NH₃+ N₂O 플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂O 가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력(Power)을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시한다. 퍼니스 어닐링은 플라즈마에 의해 형성된 질화막의 형성 두께에 한계가 있기 때문에 실시한다.

이때, 도 2a에서 NH₃+ N₂플라즈마 처리를 해 주었기 때문에 하부 전극(13)과 산소(O₂)가 반응하여 산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 2c를 참조하면, 질화막(14a 및 14b) 상에 산화막(15)을 형성하여 질화막(14a 및 14b) 및 산화막(15)으로 이루어진 유전체막(450)을 형성한다.

질화막(14a 및 14b)은 25 내지 100Å의 두께로 형성하며, 산화막(15)은 H₂+ O₂분위기에서 퍼니스 어닐링을 실시하여 50 내지 400Å의 두께로 형성하여 유전체막(450)의 두께는 50 내지 500Å의 두께가 되도록 한다.

도 2d를 참조하면, 유전체막(450) 상에 상부 전극을 형성하여 커패시터를 제조한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 세정 공정 없이 유전체막을 형성하며, 플라즈마 처리로 자연 산화막이 형성되는 것을 방지함으로써 유효 산화막 두께를 낮추고 정전 용량을 증가시켜 커패시터의 정전 용량을 증가시키고 전기적 특성 및 성능을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;

   상기 하부 전극에 PH₃플라즈마 도핑 처리를 실시하는 단계;

   1차 플라즈마 처리로 상기 하부 전극 상에 질화막을 형성하는 단계;

   2차 플라즈마 처리로 상기 질화막을 산 질화막화 시켜 상기 하부 전극의 표면을 개질시키는 단계;

   퍼니스 어닐링을 실시하는 단계 및

   상기 질화막 상에 산화막을 형성하여 질화막 및 산화막으로 이루어진 유전체막을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 PH₃플라즈마 도핑 처리는 10 내지 1000sccm의 PH₃가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차 플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 플라즈마 처리는 10 내지 1000sccm의 NH₃+ N₂O 가스를 공급한 상태에서 압력은 0.1 내지 10Torr로 하고, R.F 전력을 50 내지 500W로 하여 10 내지 500초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 퍼니스 어닐리은 NH₃+ DCS 분위기에서 실시하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 산화막은 H₂+ O₂분위기에서 퍼니스 어닐링을 실시하여 50 내지 400Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부 전극은 폴리실리콘층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 질화막은 25 내지 100Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터 유전체막 형성 방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체막은 50 내지 500Å의 두께가 되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터의 유전체막 형성 방법.