KR20030039236A - Method of forming concave type capacitor for ferroelectric memory device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 메모리 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것으로, 특히 강유전체 메모리 소자의 콘캐이브(concave)형 캐패시터 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a capacitor of a memory device, and more particularly to a method of forming a concave type capacitor of a ferroelectric memory device.
반도체 메모리 소자에서 강유전체(ferroelectric) 재료를 캐패시터에 사용함으로써 기존 DRAM(Dynamic Random AccessMemory) 소자에서 필요한 리프레쉬(refresh)의 한계를 극복하고 대용량의 메모리를 이용할 수 있는 소자의 개발이 진행되어 왔다. FeRAM(ferroelectric random access memory) 소자는 비휘발성 메모리 소자의 일종으로 전원이 끊어진 상태에서도 저장 정보를 기억하는 장점이 있을 뿐만 아니라 동작 속도도 기존의 DRAM에 필적하여 차세대 기억소자로 각광받고 있다. 또한, FeRAM 소자의 강유전체 물질로는 일반적으로, PZT, SBT, SBTN 등을 사용하며, 이 경우 상부전극은 Pt, Ir, Ru, Pt 합금 등의 금속으로 형성한다.By using a ferroelectric material in a capacitor in a semiconductor memory device, the development of a device capable of using a large-capacity memory while overcoming the limitation of refresh required in a conventional DRAM (Dynamic Random Access Memory) device has been in progress. A ferroelectric random access memory (FeRAM) device is a nonvolatile memory device that not only stores stored information even when a power supply is cut off, but also has an operation speed comparable to that of a conventional DRAM. In addition, as a ferroelectric material of the FeRAM device, PZT, SBT, SBTN and the like are generally used. In this case, the upper electrode is made of metal such as Pt, Ir, Ru, Pt alloy, or the like.
한편, 고집적화에 따른 충분한 셀 캐패시턴스를 확보하기 위하여, 캐패시터를 스택(stack)형 및 콘캐이브형(concave)과 같은 3차원적 구조로 형성하고 있는데, FeRAM 소자에서는 동작특성상 상부전극을 1개 또는 몇 개의 캐패시터 단위로 패터닝하여 형성해야 하므로, 스택형보다는 콘캐이브형 구조로 캐패시터를 형성하고 있다.On the other hand, in order to secure sufficient cell capacitance due to high integration, the capacitors are formed in a three-dimensional structure such as a stack type and a concave type. Since capacitors must be patterned in units of four capacitors, capacitors are formed in a concave type structure rather than a stacked type.
도 1은 종래의 FeRAM 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a method of forming a concave capacitor of a conventional FeRAM memory device.
도 1을 참조하면, 필드 절연막(11) 및 접합영역(12)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 제 1 층간절연막(13)을 형성하고, 접합영역(12)이 노출되도록 제 1 층간절연막(13)을 식각하여 캐패시터의 하부전극을 접합영역(12)과 콘택시키기 위한 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 상기 콘택홀 표면 및 제 1 층간절연막(13) 상에 Ti/TiN막(14)의 적층막을 형성하고, 열처리를 수행하여 접합영역(12)의 실리콘과 Ti를 반응시켜, 콘택홀 내의 접합영역(12) 상에 티타늄실리사이드(TiSi2)막(15)을 형성한다. 그 후, 티타늄실리사이드막(15)이 형성된 콘택홀 표면 및 Ti/TiN막(14) 상부에 TiN막(16)을 형성하고, 콘택홀에 매립되도록 TiN막(16) 상에 텅스텐막을 형성한 다음, 제 1 층간절연막(13)의 표면이 노출되도록 상기 텅스텐막, TiN막(16), 및 Ti/TiN막(14)을 전면 식각하여 텅스텐 플러그(17)를 형성한다.Referring to FIG. 1, a first interlayer insulating layer 13 is formed on a semiconductor substrate 10 on which a field insulating layer 11 and a junction region 12 are formed, and the first interlayer insulating layer 13 is exposed to expose the junction region 12. 13) is etched to form a contact hole for contacting the lower electrode of the capacitor with the junction region 12. Subsequently, a laminated film of the Ti / TiN film 14 is formed on the contact hole surface and the first interlayer insulating film 13, and heat treatment is performed to react silicon and Ti in the junction region 12 so as to react in the contact hole. A titanium silicide (TiSi 2) film 15 is formed on the junction region 12. Thereafter, a TiN film 16 is formed on the contact hole surface and the Ti / TiN film 14 on which the titanium silicide film 15 is formed, and a tungsten film is formed on the TiN film 16 to be filled in the contact hole. The tungsten plug 17 is formed by etching the entire surface of the tungsten film, the TiN film 16, and the Ti / TiN film 14 so that the surface of the first interlayer insulating film 13 is exposed.
그리고 나서, 기판 전면 상에 TiN막의 제 1 확산방지막(18), Ir막의 산화방지막(19) 및 IrOx막의 제 2 확산방지막(20)을 순차적으로 적층하고, 플러그(17) 상부에만 남도록 패터닝하여 3층의 배리어 패턴을 형성한다. 여기서, 배리어 패턴은 플러그(17)와 이후 형성되는 하부전극 사이의 확산과 플러그의 산화를 방지하기 위하여 플러그(17) 상부에만 형성하며, 제 1 확산방지막(18)은 플러그(17)와 산화방지막(19) 사이의 확산을 방지하고, 산화방지막(19)은 열처리 공정시 플러그(17)의 산화를 방지하며, 제 2 확산방지막(20)은 산화방지막(19)과 이후 형성되는 하부전극 사이의 확산을 방지한다. 그 후, 기판 전면 상에 제 2 층간절연막(21)을 형성하고, 제 2 확산방지막(20)의 표면이 노출되도록 전면식각하여 표면을 평탄화한 후, 제 3 층간절연막(22)을 형성한다. 그 다음, 제 2 확산방지막(20) 및 제 2 층간절연막(21)의 일부 표면이 노출되도록 제 3 층간절연막(22)을 식각하여 콘캐이브형 구조(23)를 형성한 후 후속공정을 수행한다.Then, the first diffusion barrier film 18 of the TiN film, the antioxidant film 19 of the Ir film, and the second diffusion barrier film 20 of the IrOx film were sequentially stacked on the entire surface of the substrate, and patterned so as to remain only on the plug 17. The barrier pattern of the layer is formed. Here, the barrier pattern is formed only on the plug 17 to prevent diffusion between the plug 17 and the lower electrode formed thereafter and oxidation of the plug, and the first diffusion barrier 18 is formed of the plug 17 and the antioxidant film. The diffusion between the layers 19 is prevented, and the antioxidant layer 19 prevents oxidation of the plug 17 during the heat treatment process, and the second diffusion barrier layer 20 is formed between the antioxidant layer 19 and the lower electrode formed thereafter. Prevents spread. Thereafter, the second interlayer insulating film 21 is formed on the entire surface of the substrate, the entire surface is etched so that the surface of the second diffusion barrier film 20 is exposed, and the surface is planarized. Then, the third interlayer insulating film 22 is formed. Next, the third interlayer insulating film 22 is etched to expose the surface of the second diffusion barrier film 20 and the second interlayer insulating film 21 to form a concave structure 23, and then a subsequent process is performed. .
그러나, 상술한 종래의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법에서는, 플러그(17)와 하부전극 사이의 확산 및 산화를 방지하기 위한 배리어 패턴을 플러그 상부에만 형성하기 때문에, 콘캐이브형 구조(23) 형성을 위한 제 3 층간절연막(22)의 식각시, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 층간절연막(21)의 오버식각(over-etch)이 심하게 발생하게 된다. 이에 따라, 배리어 패턴이 노출되고 산화방지막(19)인 Ir막이 일부 손실되므로, 후속 고온에서의 열처리 공정에 대한 플러그(17)의 내산화특성이 저하되고, 이러한 플러그(17)의 산화를 방지하기 위해서는 열처리 온도를 제한해야 하는 문제가 있었다.However, in the above-described conventional concave type capacitor forming method, since the barrier pattern for preventing diffusion and oxidation between the plug 17 and the lower electrode is formed only on the upper part of the plug, the concave type structure 23 is formed. When the third interlayer dielectric layer 22 is etched, as shown in FIG. 1, over-etch of the second interlayer dielectric layer 21 is severely generated. Accordingly, since the barrier pattern is exposed and part of the Ir film, which is the antioxidant film 19, is partially lost, the oxidation resistance of the plug 17 in the subsequent heat treatment at high temperature is lowered, and the oxidation of the plug 17 is prevented. In order to limit the heat treatment temperature there was a problem.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 콘캐이브 구조 형성을 위한 식각시 하부 절연막의 오버식각을 방지하여 플러그의 내산화성을 향상시킬 수 있는 강유전체 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, a method of forming a concave-type capacitor of a ferroelectric memory device that can improve the oxidation resistance of the plug by preventing over-etching of the lower insulating film during the etching for forming the concave structure The purpose is to provide.
도 1은 종래의 FeRAM 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view for explaining a method of forming a concave capacitor in a conventional FeRAM memory device.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 FeRAM 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a concave capacitor in a FeRAM memory device according to an embodiment of the present invention.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
50 : 반도체 기판 51 : 필드 절연막50 semiconductor substrate 51 field insulating film
52 : 접합영역 53 : 제 1 층간절연막52 junction region 53 first interlayer insulating film
54 : Ti/TiN막 55 : 티타늄실리사이드막54: Ti / TiN film 55: titanium silicide film
56 : TiN막 57 : 플러그56 TiN film 57 plug
58 : 제 1 확산방지막 59 : 산화방지막58: first diffusion barrier 59: antioxidant
60 : 제 2 확산방지막 61 : 제 2 층간절연막60 second diffusion barrier 61 second interlayer insulating film
62 : 제 3 층간절연막 63 : 콘캐이브형 구조62: third interlayer insulating film 63: concave type structure
64 : 접착막 65 : 제 1 금속막64: adhesive film 65: first metal film
66 : 강유전체막 67 : 제 2 금속막66 ferroelectric film 67 second metal film
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 강유전체 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 제조방법은 소정의 접합영역을 구비하고 상부에 제 1 층간절연막이 형성되며, 제 1 층간절연막에 구비된 콘택홀을 통하여 접합영역과 콘택하는 플러그가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 플러그를 충분히 덮도록 상기 기판 상에 소정의 배리어 패턴을 형성하는 단계; 배리어 패턴을 덮도록 기판 전면 상에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계; 배리어 패턴의 표면이 노출되도록 제 2 층간절연막을 식각하여 기판의 표면을 평탄화하는 단계; 평탄화된 기판 상에 제 3 층간절연막을 형성하는 단계; 배리어 패턴이 노출되도록 제 3 층간절연막을 식각하여 콘캐이브형 구조를 형성하는 단계; 콘캐이브형 구조 측벽에 소정의 접착막을 형성하는 단계; 접착막이 형성된 콘캐이브형 구조의 측벽 및 저부에 제 1 금속막으로 상부전극을 형성하는 단계; 상부전극이 형성된 기판 전면 상에 강유전체막 및 상부전극용 제 2 금속막을 증착하는 단계; 및 제 2 금속막 및 강유전체막을 패터닝하여 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하며, 배리어 패턴은 콘캐이브형 구조의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성하고, 제 3 층간절연막의 식각시 식각정지막으로서 작용한다.In order to achieve the object of the present invention, the method of manufacturing a concave type capacitor of the ferroelectric memory device according to the present invention has a predetermined junction region, a first interlayer insulating film is formed on the top, the contact provided in the first interlayer insulating film Preparing a semiconductor substrate having a plug in contact with a junction region through a hole; Forming a predetermined barrier pattern on the substrate to sufficiently cover the plug; Forming a second interlayer insulating film on the entire surface of the substrate to cover the barrier pattern; Etching the second interlayer insulating film to expose the surface of the barrier pattern to planarize the surface of the substrate; Forming a third interlayer insulating film on the planarized substrate; Etching the third interlayer insulating film to expose the barrier pattern to form a concave structure; Forming a predetermined adhesive film on the sidewall of the concave structure; Forming an upper electrode on a sidewall and a bottom of a concave structure having an adhesive film formed thereon; Depositing a ferroelectric film and a second metal film for the upper electrode on the entire surface of the substrate on which the upper electrode is formed; And forming a capacitor by patterning the second metal film and the ferroelectric film, wherein the barrier pattern is formed to have a width larger than that of the concave type structure, and serves as an etch stop film during etching of the third interlayer insulating film.
여기서, 배리어 패턴은 제 1 확산방지막, 산화방지막, 및 제 2 확산방지막을 순차적으로 형성한 후 식각하여 형성한다.The barrier pattern is formed by sequentially etching the first diffusion barrier, the antioxidant layer, and the second diffusion barrier.
바람직하게, 제 1 확산방지막은 TiN막으로 형성하고, 제 2 산화방지막은 Ir막으로 형성하며, 제 3 확산방지막은 IrOx막을 형성한다. 또한, 배리어 패턴 형성을 위한 식각은 경사식각이나 별도의 하드 마스크를 이용하여 수행한다.Preferably, the first diffusion barrier is formed of a TiN film, the second antioxidant layer is formed of an Ir film, and the third diffusion barrier is formed of an IrOx film. In addition, the etching for forming the barrier pattern is performed using a gradient etching or a separate hard mask.
또한, 접착막은 Al2O3막으로 형성하고, 제 1 금속막은 Pt막으로 형성하고, 강유전체막은 SBT막, SBTN막, PZT막 및 BLT막 중 선택되는 하나의 막으로 형성하며, 제 2 금속막은 Pt막으로 형성한다.In addition, the adhesive film is formed of an Al 2 O 3 film, the first metal film is formed of a Pt film, the ferroelectric film is formed of one film selected from SBT film, SBTN film, PZT film, and BLT film, and the second metal film is It is formed of a Pt film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 강유전체 메모리 소자의 콘캐이브형 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of forming a concave capacitor of a ferroelectric memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 필드 절연막(51) 및 접합영역(52)이 형성된 반도체 기판(50) 상에 제 1 층간절연막(53)을 형성하고, 포토리소그라피 및 식각공정으로 접합영역(52)이 노출되도록 제 1 층간절연막(53)을 식각하여 캐패시터의 하부전극을 접합영역(52)과 콘택시키기 위한 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 상기 콘택홀 표면 및 제 1 층간절연막(53) 상에 Ti/TiN막(54)의 적층막을 형성하고, 급속열처리(Rapid Thermal Processing; RTP)를 이용하여 N2분위기에서 열처리를 수행하여 접합영역(52)의 실리콘과 Ti를 반응시켜, 콘택홀 내의 접합영역(52) 상에 전기적 특성 향상을 위한 TiSi 또는 TiSi2의 티타늄실리사이드막(55)을 형성한다. 여기서, Ti 대신 Co를 적용하여 티타늄실리사이드막(55)을 CoSi 또는 CoSi2와 같은 코발트 실리사이드막으로 대체할 수도 있다.Referring to FIG. 2A, a first interlayer insulating film 53 is formed on a semiconductor substrate 50 on which a field insulating film 51 and a junction region 52 are formed, and the junction region 52 is exposed by photolithography and etching processes. The first interlayer insulating layer 53 is etched to form a contact hole for contacting the lower electrode of the capacitor with the junction region 52. Next, a stacked film of the Ti / TiN film 54 is formed on the contact hole surface and the first interlayer insulating film 53, and heat treatment is performed in an N 2 atmosphere using Rapid Thermal Processing (RTP). Silicon and Ti in the junction region 52 are reacted to form a titanium silicide film 55 of TiSi or TiSi 2 for improving electrical characteristics on the junction region 52 in the contact hole. Here, the titanium silicide film 55 may be replaced with a cobalt silicide film such as CoSi or CoSi2 by applying Co instead of Ti.
그 후, 티타늄실리사이드막(55)이 형성된 콘택홀 표면과 Ti/TiN막(54) 상부에 TiN막(56)을 형성하고, 콘택홀에 매립되도록 TiN막(56) 상부에 텅스텐(W)막을 형성한다. 이때, 텅스텐막은 TiN막, TaN막 및 폴리실리콘막과 같은 도전막으로 대체할 수 있다. 그 다음, 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)나 에치백(etch back) 공정을 이용하여, 제 1 층간절연막(53)의 표면이 노출되도록 텅스텐막, TiN막(56), 및 Ti/TiN막(54)을 전면식각하여 텅스텐 플러그(57)를 형성한다.Thereafter, a TiN film 56 is formed on the contact hole surface and the Ti / TiN film 54 on which the titanium silicide film 55 is formed, and a tungsten (W) film is formed on the TiN film 56 so as to be filled in the contact hole. Form. In this case, the tungsten film may be replaced with a conductive film such as a TiN film, a TaN film, and a polysilicon film. The tungsten film, the TiN film 56, and the Ti / TiN are then exposed to expose the surface of the first interlayer insulating film 53 by using a chemical mechanical polishing (CMP) or etch back process. The film 54 is etched entirely to form a tungsten plug 57.
도 2b를 참조하면, 플러그(57)가 형성된 기판 상에, 플러그(57)와 이후 형성되는 하부전극 사이의 확산 및 고온에서의 플러그(57)의 산화를 방지하기 위한 소정의 배리어막으로 작용하도록, 제 1 확산방지막(58), 산화방지막(59) 및 제 2 확산방지막(60)을 화학기상증착(Chemical Vapor Depostion; CVD), 원자층증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 또는 플라즈마기상증착(Plasma Vapor Deposition; PVD) 방식을 이용하여 순차적으로 적층한다. 제 1 확산방지막(58)은 플러그(57)와 산화방지막(59) 사이의 확산을 방지하는 막으로서, TiN막, TaN막, TiAlN막, TiSiN막, TaAlN막, TaSiN막, RuTiN막, RuTiO막 중 선택되는 하나의 막, 바람직하게는 TiN막으로 50 내지 1000Å의 두께로 형성한다. 산화방지막(59)은 플러그(57)의 산화를 방지하는 막으로서, 산소에 대한 배리어 특성이 우수한 Ir막, Ru막, RuTiN막, RuTaN막 중 선택되는 하나의 막, 바람직하게는 Ir막으로 100 내지 2000Å 두께로 형성한다. 제 2 확산방지막(60)은 산화방지막(59)과 하부전극 사이의 확산을 방지하는 막으로서, IrOx막이나 RuOx막, 바람직하게는 IrOx막으로 50 내지 2000Å 두께로 형성한다. 또한, 확산방지 특성 및 산화방지 특성을 향상시키기 위하여, 예컨대 제 1 확산방지막(58)의 형성 후에는 N2또는 O2플라즈마 처리를 수행할 수 있고, 산화방지막(59)의 형성 후에는 확산로(diffusion furnace) 또는 RTP를 이용하여 N2, O2또는 기타 불활성 개스 분위기에서 300 내지 700℃의 온도에서 1초 내지 5시간 동안 열처리를 수행할 수도 있다.Referring to FIG. 2B, on the substrate on which the plug 57 is formed, it serves as a predetermined barrier film for preventing diffusion between the plug 57 and the subsequent lower electrode and oxidation of the plug 57 at a high temperature. , Chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition (ALD), or plasma vapor deposition (Plasma) of the first diffusion barrier 58, the antioxidant layer 59, and the second diffusion barrier 60. Laminate sequentially using Vapor Deposition (PVD) method. The first diffusion barrier 58 is a film that prevents diffusion between the plug 57 and the antioxidant layer 59, and includes a TiN film, a TaN film, a TiAlN film, a TiSiN film, a TaAlN film, a TaSiN film, a RuTiN film, and a RuTiO film. One film selected from among them, preferably a TiN film, is formed to a thickness of 50 to 1000 kPa. The anti-oxidation film 59 is a film that prevents oxidation of the plug 57. The anti-oxidation film 59 is one selected from an Ir film, a Ru film, a RuTiN film, and a RuTaN film having excellent barrier properties against oxygen. To 2000 mm thick. The second diffusion barrier 60 is a film that prevents the diffusion between the antioxidant layer 59 and the lower electrode. The second diffusion barrier 60 is formed of an IrOx film or a RuOx film, preferably an IrOx film, having a thickness of 50 to 2000 mW. In addition, in order to improve the anti-diffusion characteristic and the anti-oxidation characteristic, for example, N 2 or O 2 plasma treatment may be performed after the formation of the first diffusion barrier layer 58, and after the formation of the antioxidant layer 59, The heat treatment may be performed for 1 second to 5 hours at a temperature of 300 to 700 ° C. in a N 2 , O 2 or other inert gas atmosphere using a diffusion furnace or RTP.
그 다음, 포토리소그라피 및 식각공정을 이용하여 제 2 확산방지막(60), 산화방지막(59) 및 제 1 확산방지막(58)을 플러그(57) 및 플러그(57) 주변의 제 2 층간절연막(53)을 소정부분 덮도록 종래(도 1 참조) 보다 비교적 넓게 패터닝하여 배리어 패턴을 형성한다. 이 배리어 패턴은 상술한 확산방지 및 산화방지 이외에 콘캐이브 구조 형성시 식각정지막으로서도 작용하며, 식각공정은 산화방지막(59)의 펜스(fence)가 발생하지 않도록 경사식각(slope etch)으로 수행하거나, 100 내지 1000Å 두께의 TiN막과 같은 별도의 하드 마스크(hard mask)를 적용하여 수행할 수 있다.Next, the second diffusion barrier 60, the antioxidant layer 59, and the first diffusion barrier layer 58 are formed by using the photolithography and etching process, and the second interlayer dielectric layer 53 around the plug 57 and the plug 57. ) Is patterned to be relatively wider than the conventional one (see Fig. 1) to form a barrier pattern. In addition to the diffusion and oxidation prevention described above, the barrier pattern also acts as an etch stop layer when forming the concave structure, and the etching process may be performed by a slope etch so that a fence of the antioxidant layer 59 does not occur. , A hard mask such as a TiN film having a thickness of 100 to 1000 μs may be applied.
도 2c를 참조하면, 기판 전면 상에 CVD, PVD, ALD 또는 스핀온(spin-on) 방식을 이용하여 배리어 패턴을 덮도록 제 2 층간절연막(61)을 형성하고, 절연특성을 향상시키기 위해 열처리를 수행한다. 제 2 층간절연막(61)은 SiOx막, SiON막, Si3N4막 중 선택되는 하나의 막, 바람직하게는 SiOx막으로 배리어 패턴 보다 더 두꺼운 두께, 바람직하게 1000 내지 6000Å의 두께로 형성하며, 열처리는 확산로 또는 RTP를 이용하여 N2, O2또는 기타 불활성 개스 분위기로 400 내지 800℃의 온도에서 1초 내지 5시간 동안 수행한다. 그 다음, 제 2 확산방지막(60)의 표면이 노출되도록 CMP 공정을 이용하여 제 2 층간절연막(61)을 전면식각하여 표면을 평탄화한다. 이때, CMP 공정은 제 2 확산방지막(60)의 표면이 완전히 노출되도록 오버식각으로 수행하는데, 제 2 확산방지막(60)으로 IrOx막을 사용하는 경우, IrOx막은 CMP가 잘 되지 않기 때문에 오버식각을 수행하더라도 별다른 문제가 발생하지 않는다.Referring to FIG. 2C, the second interlayer insulating layer 61 is formed on the entire surface of the substrate to cover the barrier pattern by using a CVD, PVD, ALD, or spin-on method, and heat-treated to improve insulation characteristics. Perform The second interlayer insulating film 61 is one of a SiOx film, a SiON film, and a Si3N4 film, preferably a SiOx film, which is formed to a thickness thicker than the barrier pattern, preferably 1000 to 6000 GPa, and the heat treatment is diffused. The furnace or RTP is used for 1 second to 5 hours at a temperature of 400 to 800 ° C. in an N 2 , O 2 or other inert gas atmosphere. Next, the surface of the second diffusion barrier layer 60 is exposed by using a CMP process to etch the entire surface of the second interlayer insulating layer 61 to planarize the surface. In this case, the CMP process is performed by over etching so that the surface of the second diffusion barrier layer 60 is completely exposed. When the IrOx layer is used as the second diffusion barrier layer 60, the IrOx layer is overetched because CMP is not good. If you do not have a problem.
도 2d를 참조하면, 평탄화된 기판 전면 상에 5000 내지 20000Å의 두께로 제 3 층간절연막(62)을 형성하고, 포토리소그라피 및 식각공정으로 상기 배리어 패턴을 식각정지막으로 하여 제 3 층간절연막(62)을 식각하여, 콘캐이브형 구조(63)를 형성한다. 이때, 콘캐이브형 구조(63)가 배리어 패턴의 폭보다 좁게 형성되고, 또한 이 배리어 패턴에 의해 종래(도 1 참조)와 같은 하부 제 2 층간절연막(61)의 오버식각이 발생되지 않는다.Referring to FIG. 2D, a third interlayer dielectric layer 62 is formed on the entire surface of the planarized substrate to have a thickness of 5000 to 20000 GPa, and the third interlayer dielectric layer 62 is formed using the barrier pattern as an etch stop layer by photolithography and etching. ) Is etched to form a concave structure 63. At this time, the concave structure 63 is formed to be narrower than the width of the barrier pattern, and the over pattern of the lower second interlayer insulating film 61 as in the related art (see Fig. 1) does not occur by the barrier pattern.
도 2e를 참조하면, 콘캐이브형 구조(63) 및 제 3 층간절연막(62) 표면에 이후 형성될 캐패시터의 하부전극에 대한 접착력을 향상시키기 위하여, 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 우수한 CVD 나 ALD 방식을 이용하여 소정의 접착막(64)을 형성하고, 콘캐이브형 구조(63) 측벽에만 남도록 에치백 공정으로 전면 식각한다. 바람직하게, 접착막(64)은 Al2O3막으로 50 내지 500Å의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 2E, in order to improve adhesion to the lower electrode of the capacitor to be formed later on the surface of the concave structure 63 and the third interlayer insulating layer 62, CVD or ALD having excellent step coverage characteristics. A predetermined adhesive film 64 is formed using the method, and the entire surface is etched by an etch back process so that only the sidewall of the concave structure 63 remains. Preferably, the adhesive film 64 is formed of an Al 2 O 3 film with a thickness of 50 to 500 kPa.
도 2f를 참조하면, 도 2e의 구조 상에 스텝 커버리지 특성이 우수한 CVD 나 ALD 방식으로 하부전극용 제 1 금속막(65)을 증착한다. 제 1 금속막(65)은 Pt막, Ir막, Ru막, RuOx막, 및 이들의 조합으로 이루어진 막 중 선택되는 하나의 막, 바람직하게는 Pt막으로, 500 내지 5000Å의 두께로 형성한다. 그 다음, CMP 나 포토레지스트막을 이용한 에치백공정을 이용하여, 콘캐이브형 구조(63)의 저부 및 측부에만 남도록 제 1 금속막(65)을 식각하여 캐패시터의 하부전극을 형성한다. 그 다음, 하부전극이 형성된 기판을 노(furnace) 또는 RTP 공정을 이용하여 200 내지 800℃의 온도에서 O2, O3, N2, 또는 Ar 분위기로 열처리하거나, O2, O3, N2, N2O, 또는 NH3의 플라즈마를 이용하여 플라즈마처리를 수행한다. 노공정을 이용하는 경우에는 열처리를 10분 내지 5시간 동안 수행하고, RTP 공정을 이용하는 경우에는 1초 내지 10분 동안 열처리를 수행한다.Referring to FIG. 2F, the first metal film 65 for the lower electrode is deposited on the structure of FIG. 2E by CVD or ALD with excellent step coverage characteristics. The first metal film 65 is one film selected from a film consisting of a Pt film, an Ir film, a Ru film, a RuOx film, and a combination thereof, preferably a Pt film, and has a thickness of 500 to 5000 kPa. Then, by using an etch back process using a CMP or photoresist film, the first metal film 65 is etched so as to remain only at the bottom and the side of the concave structure 63 to form the lower electrode of the capacitor. Then, the substrate on which the lower electrode is formed is heat-treated in an O 2 , O 3 , N 2 , or Ar atmosphere at a temperature of 200 to 800 ° C. using a furnace or RTP process, or O 2 , O 3 , or N 2. Plasma treatment is performed using plasma of N 2 O, or NH 3. In the case of using the furnace process, heat treatment is performed for 10 minutes to 5 hours, and in the case of using the RTP process, heat treatment is performed for 1 second to 10 minutes.
그리고 나서, 기판 전면 상에 스텝 커버리지 특성이 우수한 CVD 나 ALD를 이용하여 강유전체막(66)을 형성하고, 강유전체(66)의 막질 개선을 위하여 열처리를 수행한다. 강유전체막(66)은 SBT막, SBTN막, PZT막 및 BLT막 중 선택되는 하나의 막으로 50 내지 3000Å의 두께로 형성하고, 열처리는 확산로(diffusion furnace) 또는 RTP 방식을 이용하여, 400 내지 800℃의 온도에서 O2, N2, Ar, O3, He, Ne 또는 Kr 분위기로 10분 내지 5시간 동안 수행한다. 그 후, 강유전체막(66) 상부에 스텝 커버리지 특성이 우수한 CVD 나 ALD를 이용하여 제 2 금속막(67)을 증착한다. 제 2 금속막(67)은 Pt막으로 500 내지 5000Å의 두께로 형성한다. 그 후, 제 2 금속막(67) 및 강유전체막(66)을 패터닝하여 캐패시터를 형성한다.Then, the ferroelectric film 66 is formed on the entire surface of the substrate using CVD or ALD having excellent step coverage characteristics, and heat treatment is performed to improve the film quality of the ferroelectric 66. The ferroelectric film 66 is one film selected from an SBT film, an SBTN film, a PZT film, and a BLT film, and has a thickness of 50 to 3000 kPa. The heat treatment is performed by using a diffusion furnace or an RTP method. It is performed for 10 minutes to 5 hours in an O 2 , N 2 , Ar, O 3 , He, Ne or Kr atmosphere at a temperature of 800 ℃. Thereafter, the second metal film 67 is deposited on the ferroelectric film 66 using CVD or ALD having excellent step coverage characteristics. The second metal film 67 is formed of a Pt film with a thickness of 500 to 5000 kPa. Thereafter, the second metal film 67 and the ferroelectric film 66 are patterned to form a capacitor.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 플러그 및 플러그 주변까지 덮도록 확산방지 및 산화방지를 위한 배리어 패턴을 콘캐이브형 구조보다 넓게 형성하고, 콘캐이브형 캐패시터 형성을 위한 식각시 식각정지막으로서도 작용하도록 함으로써, 하부 절연막 등의 오버식각을 방지할 수 있으므로, 후속 고온에서의 열처리 공정에 대한 플러그의 내산화 특성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the barrier pattern for diffusion prevention and oxidation prevention is formed wider than the concave type structure to cover the plug and the plug periphery, and also acts as an etch stop layer during etching for forming the concave type capacitor. By doing so, it is possible to prevent overetching of the lower insulating film and the like, thereby improving the oxidation resistance of the plug for the subsequent heat treatment at high temperature.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
전술한 본 발명은 캐패시터 콘택 플러그의 내산화성을 확보하여 소자의 특성을 개선하는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of improving the characteristics of the device by securing the oxidation resistance of the capacitor contact plug.
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