KR20030020640A - Method for fabricating capacitor used in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체장치용 커패시터 제조방법에 관한 것으로서, 특히 탄탈륨 산화막(Ta2O5)을 유전막으로 사용하는 반도체장치용 커패시터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device using a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) as a dielectric film.
Ta2O5유전막은 통상적으로 화학기상증착법으로 증착하는데, 증착 직후에는 비정질(amorphous) 상태이므로 후속열처리를 하여 결정화시킨다. Ta2O5유전막이 산소결핍되거나 탄소를 함유하게 되면 누설전류가 증가하게 되고 유전율이 낮아지는 등의 문제가 생기므로, 산소 결핍 등의 결함을 없애기 위하여 결정화 열처리 전에 통상 큐어링(curing)공정을 거친다. 산소결핍은 후속 열처리 과정에서 더욱 심화되므로 큰 문제가 된다. 탄소성분은 소스기체에서 기인한 것이다. 소스기체로는 통상 Ta(OC2H5)5및 O2가 사용된다.The Ta 2 O 5 dielectric film is usually deposited by chemical vapor deposition, which is amorphous after being deposited and subsequently crystallized by subsequent heat treatment. When the Ta 2 O 5 dielectric film is deficient in oxygen or contains carbon, problems such as an increase in leakage current and a low dielectric constant are caused. Rough Oxygen deficiency is a problem because it becomes more severe in subsequent heat treatment. The carbon component is due to the source gas. As the source gas, Ta (OC 2 H 5 ) 5 and O 2 are usually used.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 반도체장치용 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device.
도 1a는 비정질 탄탈륨 산화막(20)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 하부전극(10) 상에 화학기상증착법(chemical vapor deposition method)으로 비정질 탄탈륨 산화막(20)을 형성한다.1A is a cross-sectional view for explaining a step of forming an amorphous tantalum oxide film 20. Specifically, the amorphous tantalum oxide film 20 is formed on the lower electrode 10 by a chemical vapor deposition method.
도 1b는 큐어링(curing) 공정을 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 비정질 탄탈륨 산화막(20) 표면을 UV-O3또는 N2O/O2플라즈마로 처리하거나, 또는 비정질 탄탈륨 산화막(20)을 급속열산화(rapid thermal oxidation; RTO) 시켜 비정질탄탈륨 산화막(20) 내의 결함을 제거한다.1B is a cross-sectional view for explaining a curing process. Specifically, the surface of the amorphous tantalum oxide film 20 is treated with UV-O 3 or N 2 O / O 2 plasma, or by rapid thermal oxidation (RTO) of the amorphous tantalum oxide film 20 to form an amorphous tantalum oxide film ( 20) Remove the defects in it.
도 1c는 다층 비정질 탄탈륨 산화막(30)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 도 1a 내지 도 1b의 과정을 적정한 횟수만큼 반복함으로써 다층 비정질 탄탈륨 산화막(30)을 형성한다.1C is a cross-sectional view for explaining a step of forming a multilayer amorphous tantalum oxide film 30. Specifically, the multilayer amorphous tantalum oxide film 30 is formed by repeating the process of FIGS. 1A to 1B a proper number of times.
도 1d는 결정질 탄탈륨 산화막(30a)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 다층 비정질 탄탈륨 산화막(30)이 형성된 결과물을 약 700℃ 이상의 온도에서 열처리(furnace annealing) 하거나, 또는 약 650℃ 이상의 온도에서 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP)하여 결정질 탄탈륨 산화막(30a)을 형성한다. 다음에, 도시하지는 않았지만 결정질 탄탈륨 산화막(30a) 상에 상부전극을 형성하는 단계를 더 진행하여 커패시터를 완성한다.1D is a cross-sectional view for explaining a step of forming a crystalline tantalum oxide film 30a. Specifically, the resultant formed the multilayer amorphous tantalum oxide film 30 is subjected to a heat treatment (furnace annealing) at a temperature of about 700 ℃ or more, or to a rapid thermal treatment (RTP) at a temperature of about 650 ℃ or more (crystalline thermal tantalum oxide film 30a) To form. Next, although not shown, the step of forming an upper electrode on the crystalline tantalum oxide film 30a is further performed to complete the capacitor.
그러나, 상술한 종래의 반도체장치용 커패시터 제조방법에 의하면, 결정질 탄탈륨 산화막(30a)을 형성하기 위한 결정화 열처리 과정에서 하부전극(10)의 과도 산화가 발생하여 커패시터의 전기적 특성이 저하되는 문제가 생기게 된다.However, according to the above-described method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device, excessive oxidation of the lower electrode 10 occurs during the crystallization heat treatment process for forming the crystalline tantalum oxide film 30a, thereby causing a problem that the electrical characteristics of the capacitor are degraded. do.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, Ta2O5유전막 형성 시에 하부전극의 산화를 방지할 수 있는 반도체장치용 커패시터 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device which can prevent oxidation of a lower electrode when forming a Ta 2 O 5 dielectric film.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 반도체장치용 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들;1A to 1D are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체장치용 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 ><Description of Reference Numbers for Main Parts of Drawings>
10, 110: 하부전극 20: 비정질 탄탈륨 산화막10, 110: lower electrode 20: amorphous tantalum oxide film
30: 다층 비정질 탄탈륨 산화막 30a: 결정질 탄탈륨 산화막30: multilayer amorphous tantalum oxide film 30a: crystalline tantalum oxide film
120: 제1 비정질 탄탈륨 산화막 120a: 제1 결정질 탄탈륨 산화막120: first amorphous tantalum oxide film 120a: first crystalline tantalum oxide film
130: 제2 비정질 탄탈륨 산화막 130a: 제2 결정질 탄탈륨 산화막130: second amorphous tantalum oxide film 130a: second crystalline tantalum oxide film
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 장치용 커패시터 제조방법은, 하부전극 상에 제1 비정질 탄탈륨 산화막을 형성하는 제1 단계; 상기 결과물을 열처리하여 상기 제1 비정질 탄탈륨 산화막을 제1 결정질 탄탈륨 산화막으로 변태시키는 제2 단계; 상기 제1 결정질 탄탈륨 산화막 상에 제2 비정질 탄탈륨 산화막을 형성하는 제3 단계; 상기 제2 비정질 탄탈륨 산화막이 형성된 결과물을 열처리하여 상기 제2 비정질 탄탈륨 산화막을 제2 결정질 탄탈륨 산화막으로 변태시키는 제4 단계; 및 상기 제2 결정질 탄탈륨 산화막 상에 상부전극을 형성하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device, the method including: forming a first amorphous tantalum oxide film on a lower electrode; Heat treating the resultant to transform the first amorphous tantalum oxide film into a first crystalline tantalum oxide film; A third step of forming a second amorphous tantalum oxide film on the first crystalline tantalum oxide film; A fourth step of converting the second amorphous tantalum oxide film into a second crystalline tantalum oxide film by heat-treating the resultant product on which the second amorphous tantalum oxide film is formed; And forming a top electrode on the second crystalline tantalum oxide film.
여기서, 상기 제1 비정질 탄탈륨 산화막 및 상기 제2 비정질 탄탈륨 산화막은 화학기상증착법에 의해 형성될 수 있으며, 상기 제1 결정질 탄탈륨 산화막의 두께는 10 내지 300Å 인 것이 바람직하고, 상기 제2 결정질 탄탈륨 산화막의 두께는 40 내지 300Å 인 것이 바람직하다.Here, the first amorphous tantalum oxide film and the second amorphous tantalum oxide film may be formed by a chemical vapor deposition method, the thickness of the first crystalline tantalum oxide film is preferably 10 to 300Å, the second crystalline tantalum oxide film It is preferable that the thickness is 40-300 kPa.
그리고, 상기 제2 단계 및 제4 단계에서의 열처리는 700 내지 850℃의 온도범위에서 행해지는 것이 바람직하다. 이 때의 열처리는 0.1 내지 760 Torr의 압력범위에서 행해지거나, 아르곤 또는 질소 분위기에서 행해지는 것이 바람직하다.And, the heat treatment in the second step and the fourth step is preferably carried out at a temperature range of 700 to 850 ℃. The heat treatment at this time is preferably carried out in a pressure range of 0.1 to 760 Torr, or preferably in an argon or nitrogen atmosphere.
상기 제4 단계에서의 열처리 이전에 상기 제2 비정질 탄탈륨 산화막 표면을 UV-O3또는 N2O/O2플라즈마로 처리하는 단계나, 상기 제2 비정질 탄탈륨 산화막을 급속열산화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Treating the surface of the second amorphous tantalum oxide film with UV-O 3 or N 2 O / O 2 plasma prior to the heat treatment in the fourth step, or rapidly thermally oxidizing the second amorphous tantalum oxide film. can do.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체장치용 커패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor for a semiconductor device according to the present invention.
도 2a는 제1 비정질 탄탈륨 산화막(120)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 하부전극(110) 상에 화학기상증착법(chemical vapor deposition method)으로 제1 비정질 탄탈륨 산화막(120)을 형성한다.2A is a cross-sectional view for describing a step of forming the first amorphous tantalum oxide film 120. Specifically, the first amorphous tantalum oxide film 120 is formed on the lower electrode 110 by a chemical vapor deposition method.
도 2b는 제1 결정질 탄탈륨 산화막(120a)을 형성시키는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 제1 비정질 탄탈륨 산화막(120)이 형성된 결과물을 700 내지 850℃의 온도범위에서 열처리하여 제1 비정질 탄탈륨 산화막(120)을 10 내지 300Å 두께의 제1 결정질 탄탈륨 산화막(120a)으로 상변태(phase transformation)시킨다. 이 때의 열처리는 하부전극(110)이 산화되지 않도록 아르곤 또는 질소 분위기에서 행하거나, 또는 진공상태 예컨대 0.1 내지 760 Torr의 압력범위에서 행한다.2B is a cross-sectional view for describing a step of forming the first crystalline tantalum oxide film 120a. Specifically, the resulting amorphous amorphous tantalum oxide film 120 is heat-treated at a temperature in the range of 700 to 850 ° C. to transform the first amorphous tantalum oxide film 120 into a first crystalline tantalum oxide film 120a having a thickness of 10 to 300 Hz. phase transformation). At this time, the heat treatment is performed in an argon or nitrogen atmosphere so that the lower electrode 110 is not oxidized, or in a vacuum state, for example, in a pressure range of 0.1 to 760 Torr.
도 2c는 제2 비정질 탄탈륨 산화막(130)을 형성시키는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 제1 결정질 탄탈륨 산화막(120a) 상에 화학기상증착법으로 제2 비정질 탄탈륨 산화막(130)을 형성한다.2C is a cross-sectional view for describing a step of forming the second amorphous tantalum oxide film 130. Specifically, the second amorphous tantalum oxide film 130 is formed on the first crystalline tantalum oxide film 120a by chemical vapor deposition.
도 2d는 큐어링(curing) 공정을 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 제2 비정질 탄탈륨 산화막(130) 표면을 UV-O3또는 N2O/O2플라즈마로 처리하거나, 또는제2 비정질 탄탈륨 산화막(130)을 급속열산화 시킨다. 급속열산화는 N2O 또는 O2분위기에서 600 내지 650℃ 에서 10 내지 120초 동안 행한다. 그리고, UV-O3또는 N2O/O2플라즈마 처리는 약 400℃ 정도에서 행한다.2D is a cross-sectional view for explaining a curing process. Specifically, the surface of the second amorphous tantalum oxide film 130 is treated with UV-O 3 or N 2 O / O 2 plasma, or the second amorphous tantalum oxide film 130 is rapidly thermally oxidized. Rapid thermal oxidation is carried out at 600 to 650 ° C. for 10 to 120 seconds in an N 2 O or O 2 atmosphere. The UV-O 3 or N 2 O / O 2 plasma treatment is performed at about 400 ° C.
도 2e는 제2 결정질 탄탈륨 산화막(130a)을 형성하는 단계를 설명하기 위한 단면도이다. 구체적으로, 제2 비정질 탄탈륨 산화막(130)이 형성된 결과물을 700 내지 850℃의 온도범위에서 열처리하여 제2 비정질 탄탈륨 산화막(130)을 40 내지 300Å 두께의 제2 결정질 탄탈륨 산화막(130a)으로 변태시킨다. 이 때의 열처리는 도 2b의 경우와 마찬가지로 하부전극(110)이 산화되지 않도록 아르곤 또는 질소 분위기에서 행하거나, 또는 진공상태 예컨대 0.1 내지 760 Torr의 압력범위에서 행한다. 다음에, 도시되지는 않았지만, 제2 결정질 탄탈륨 산화막(130a) 상에 상부전극을 형성함으로써 본 발명에 따른 커패시터를 완성한다.2E is a cross-sectional view for describing a step of forming the second crystalline tantalum oxide film 130a. Specifically, the resulting amorphous amorphous tantalum oxide film 130 is heat-treated at a temperature range of 700 to 850 ° C. to transform the second amorphous tantalum oxide film 130 into a second crystalline tantalum oxide film 130a having a thickness of 40 to 300 Å. . At this time, the heat treatment is performed in an argon or nitrogen atmosphere such that the lower electrode 110 is not oxidized, as in the case of FIG. Next, although not shown, a capacitor according to the present invention is completed by forming an upper electrode on the second crystalline tantalum oxide film 130a.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체장치용 커패시터 제조방법에 의하면, 비정질 탄탈륨 산화막을 한꺼번에 결정화시키는 것이 아니라, 먼저 얇은 두께의 비정질 탄탈륨 산화막을 증착한 후 결정화시키고, 그 다음에 후속 증착되어지는 비정질 탄탈륨 산화막을 결정화시킨다. 따라서, 하부전극과 인접하는 부분이 먼저 결정질 탄탈륨 산화막으로 변태되어 안정화된 상태이기 때문에 윗부분에 위치하는 비정질 탄탈륨 산화막을 결정화시키기 위해 후속 열처리를 진행하더라도 하부전극이 산화되는 것을 방지할 수 있게 된다.According to the method for manufacturing a capacitor for a semiconductor device according to the present invention as described above, instead of crystallizing the amorphous tantalum oxide film at once, the amorphous tantalum oxide film of thin thickness is first deposited and then crystallized, and then the amorphous tantalum is subsequently deposited. The oxide film is crystallized. Therefore, since the portion adjacent to the lower electrode is first transformed into a crystalline tantalum oxide film and stabilized, the lower electrode can be prevented from being oxidized even after the subsequent heat treatment to crystallize the amorphous tantalum oxide film located on the upper portion.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100450685B1 (en) * | 2002-11-30 | 2004-10-01 | 삼성전자주식회사 | Method for manufacturing capacitor of semiconductor device by simple step of forming dielectric layer and apparatus therefor |
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2001
- 2001-09-04 KR KR1020010054047A patent/KR20030020640A/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100450685B1 (en) * | 2002-11-30 | 2004-10-01 | 삼성전자주식회사 | Method for manufacturing capacitor of semiconductor device by simple step of forming dielectric layer and apparatus therefor |
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