KR20020048617A - 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 원자층 증착법을 이용하여 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성함으로써 열처리 경비를 줄이고 막질 개선과 전기적 특성의 향상을 기하며 공정을 단순화시켜 가격경쟁력을 확보할 수 있는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명은 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법에 있어서, 원자층 증착을 위한 챔버 내에서 하부전극 표면을 산소 플라즈마처리하여 산화막을 형성하는 단계; 상기 챔버에서 원자층 증착법을 이용하여 상기 산화막 상에 탄탈륨옥사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 탄탈륨옥사이드막이 형성된 기판를 어닐하여 결정화된 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자층 증착법을 이용하여 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등의 반도체 장치에서 집적도가 높아짐에 따라 좁은 공간에서 높은 전극용량을 갖고 누설전류의 영향이 적어 전기적 특성이 우수한 캐패시터가 필요하게 되었다. 이를 위해 탄탈륨옥사이드(Ta2O5)등의 고유전물질을 유전막으로 사용하게 되었다.
도 1은 통상적인 탄탈륨옥사이드 유전막의 캐패시터를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 소정공정이 완료된 기판(10) 상에 하부전극(11)이 형성되어 있고, 상기 하부전극(11) 상에 탄탈륨옥사이드 유전막(12)이 형성되어 있다. 상기 유전막(12) 상에는 상부전극(13)이 형성되어 있다.
한편, 종래는 탄탈륨옥사이드 유전막을 저압 화학기상증착법(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD) 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)에 의해 형성하였다.
저압 화학기상증착법(LPCVD)을 이용하여 유전막을 형성할 경우에는 단차피복성(Step coverage)이 불량하여 캐패시터의 전기적 특성이 열화되며, 이를 보완하기 위하여 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition; ALD)이 모색되었다. 원자층 증착법(ALD)은 상기 탄탈륨옥사이드 유전막(12)을 하나의 모노레이어씩 증착하므로 단차피복성이 우수하고 500℃ 이하의 저온에서 증착하기때문에 열처리 경비(Thermal budget)를 줄일 수 있다.
그러나, 도핑된 실리콘을 하부전극으로 사용하는 경우에는 상기 저압 화학기상증착법(LPCVD)에서와 마찬가지로 탄탈륨옥사이드 유전막(12) 증착 전에 질화처리와 같은 표면개질처리를 수행해야 하므로 공정이 복잡해지고 추가 공정에 따른 비용 발생으로 인하여 가격 경쟁력을 저하시키는 결과를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 원자층 증착 방법을 이용하여 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성함으로써 열처리 경비를 줄이고 막질 개선과 전기적 특성의 향상을 기하며 공정을 단순화 시킬 수 있는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래기술에 따라 형성된 탄탈륨옥사이드 유전막의 캐패시터를 나타내는 단면도,
도 2a 내지 2e는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 공정을 나타내는 단면도,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 20 : 기판
11, 21 : 하부전극
12, 22 : 탄탈륨옥사이드 유전막
13, 23 : 상부전극
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법에 있어서, 원자층 증착을 위한 챔버 내에서 하부전극 표면을 산소 플라즈마처리하여 산화막을 형성하는 단계; 상기 챔버에서 원자층 증착법을 이용하여 상기 산화막 상에 탄탈륨옥사이드막을 형성하는 단계; 및 상기 탄탈륨옥사이드막이 형성된 기판를 어닐하여 결정화된 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도 2a 내지 도 2e를 참조하여 설명한다.
본 발명은 MIM(Metal Insulator Metal) 구조의 캐패시터 또는 MIS(Metal Insulator Semiconductor) 구조의 캐패시터에 적용이 가능하다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 캐패시터의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 것처럼 소정공정이 완료된 기판(20) 상에 하부전극(21)을 형성한다. 상기 하부전극(21)은 도핑된 실리콘 또는 메탈을 적용 가능하다.
이어서, 플라즈마 원자층 증착법(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition; PEALD)에 의해 탄탈륨옥사이드를 형성하는 바, 탄탈륨옥사이드 증착을 위한 소스가스를 주입하기 전에 증착 챔버 내에서 산소(O2) 플라즈마처리하여 하부전극(21) 표면에 균일한 산화막(22)을 형성하고, 이후 소스가스를 주입하여 탄탈륨옥사이드를 원자층 증착한다.(도 2b,도 2c)
구체적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이 탄탈륨옥사이드 유전막을 원자층 증착하기 위한 챔버에서 소스가스를 도입하기 전에 상기 하부전극(21)을 균일하게 산화시킬 수 있도록 산소가스를 도입한 후 플라즈마를 여기시켜 산화막(22)을 형성하고 잔류하는 산소가스를 퍼지한다. 여기서, 상기 산화막(22) 형성 공정 시 기판 온도를 150℃ 내지 300℃로 하며 0.2Torr 내지 10Torr의 압력 및 30W 내지 500W의 RF 파워 하에서 0.1초 내지 5초 동안 실시하여 상기 산화막(22)을 5Å 내지 15Å 두께가 되도록 한다. 상기 퍼지 공정은 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 이용한다.
이어서, 도 2c를 참조하면, 소스가스인 탄탈륨 에칠레이트(Ta(OC2H5)5)를 170℃ 내지 190℃의 온도 하에서 기화시켜 상기 챔버에 0.1초 내지 0.5초 동안 도입하여 상기 산화막(22) 상에 탄탈륨옥사이드를 증착시킨다. 이때, 탄탈륨에칠레이트 소스 양은 0.006cc/min 내지 0.1cc/min으로 하며 챔버 압력은 0.2Torr 내지 10Torr로 유지한다. 이후 아르곤 또는 질소를 이용하여 퍼지를 함으로써 상기 탄탈륨 에칠레이트를 챔버 내에서 제거한다.
다음으로 챔버에서 산소가스를 도입하고 플라즈마를 여기시켜 탄탈륨옥사이드막(23)을 형성시킨다. 이때 30W 내지 500W의 RF 파워 하에서 실시한다.
이와같이, 탄탈륨옥사이드막(23) 증착과 산소 플라즈마처리를 다수번 반복 실시하여 최종적으로 원하는 두께의 탄탈륨옥사이드막(23)을 형성한다.
다음으로 도 2d에 도시된 바와 같이 N2O 또는 산소의 분위기에서 650℃ 내지 800℃의 온도를 유지하며 10분 내지 30분 동안 어닐 공정을 실시하여 상기 탄탈륨옥사이드막(23)을 결정화시킨다.
다음으로 도 2e에 도시된 바와 같이 상기 탄탈륨옥사이드 유전막(23) 상에 예컨대, TiN 또는 폴리실리콘 등의 상부전극(24)을 증착하여 캐패시터를 완성한다.
전술한 것처럼 본 발명의 캐패시터 제조 방법은 플라즈마 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성함으로써 저온에서 공정을 실시할 수 있고 탄탈륨옥사이드막 증착 전에 산소 플라즈마를 여기시켜 표면처리를동시에 할 수 있으며 효과적으로 막질을 개선할 수 있음을 실시예를 통해 알아보았다.
이상에서 본 발명의 기술 사상을 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술하였으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기와 같이 본 발명은 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법에 있어서, 탄탈륨옥사이드 유전막의 막질을 개선하고 단착 피복성을 높이며 공정을 단순화 할 수 있다.
Claims (9)
- 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법에 있어서,원자층 증착을 위한 챔버 내에서 하부전극 표면을 산소 플라즈마처리하여 산화막을 형성하는 단계;상기 챔버에서 원자층 증착법을 이용하여 상기 산화막 상에 탄탈륨옥사이드막을 형성하는 단계; 및상기 탄탈륨옥사이드막이 형성된 기판를 어닐하여 결정화된 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화막 형성 공정은,기판 온도를 150℃ 내지 300℃로 하여 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화막 형성 공정은,0.2Torr 내지 10Torr의 압력 하에서 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화막 형성 공정은,30W 내지 500W의 RF 파워 하에서 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화막 형성 공정은,0.1초 내지 5초 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 산화막 형성 공정은,산화막을 5Å 내지 15Å 두께로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 원자층 증착법은,상기 산화막 상에 탄탈륨옥사이드막을 증착하고 퍼지하는 제1단계;상기 탄탈륨옥사이드막 상에 산소 플라즈마를 여기시켜 탄탈륨옥사이드 유전막을 형성하는 제2단계; 및상기 제1단계 및 제2단계를 다수간 반복 실시하는 제3단계를 포함하여 이루짐을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 제1단계는,0.2Torr 내지 1Torr의 압력 하에서 소스가스인 탄탈륨에칠레이트를 170℃ 내지 190℃의 온도 하에서 기화시켜 상기 반응기에 분당 0.006cc 내지 0.1cc의 속도로 0.1초 내지 0.5초 동안 도입하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 어닐 공정은,N2O 또는 산소의 분위기에서 및 650℃ 내지 800℃의 온도 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 원자층 증착법에 의한 탄탈륨옥사이드 유전막 형성 방법.
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| KR101326106B1 (ko) * | 2006-12-15 | 2013-11-06 | 주식회사 원익아이피에스 | 박막증착장비의 세정 주기 연장 방법 |
| KR20150037662A (ko) * | 2013-09-30 | 2015-04-08 | 램 리써치 코포레이션 | 복합 ｐｅａｌｄ 및 ｐｅｃｖｄ 방법을 사용하여 가변 애스팩트 비 피처들의 갭충진 |
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