KR20040059788A - Method for fabricating capacitor in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a capacitor of a semiconductor device is provided to fabricate a capacitor of a reliable high-integrated semiconductor device by fabricating uniform crystallinity of a dielectric thin film of the capacitor. CONSTITUTION: A metal layer for a lower electrode is formed on a substrate(20). A dielectric thin film is formed on the metal layer for the lower electrode. A buffer metal layer is formed on the dielectric thin film. A heat treatment is performed to crystallize the dielectric thin film. The conductive layer for the lower electrode, the dielectric thin film and the buffer metal layer are simultaneously patterned to for the lower electrode, a patterned dielectric thin film and a patterned buffer metal layer. An interlayer dielectric(22) is formed on the resultant structure including the patterned buffer metal layer. The interlayer dielectric is polished to expose the patterned buffer metal layer by a CMP(chemical mechanical polishing) process. An upper electrode(28) is formed on the patterned buffer metal layer.

Description

반도체 장치의 캐패시터 제조방법{Method for fabricating capacitor in semiconductor device}Method for fabricating capacitor in semiconductor device

본 발명은 반도체 집적회로의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device.

반도체 소자, 특히 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 반도체 메모리의 집적도가 증가함에 따라 정보 기억을 위한 기본 단위인 메모리 셀의 면적이 급격하게 축소되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices, in particular DRAM (Dynamic Random Access Memory) semiconductor memories, increases, the area of memory cells, which are basic units for information storage, is rapidly being reduced.

이러한 메모리 셀 면적의 축소는 셀 캐패시터의 면적 감소를 수반하여, 센싱 마진과 센싱 속도를 떨어뜨리고, α-입자에 의한 소프트 에러(Soft Error)에 대한 내구성이 저하되는 문제점을 유발하게 된다. 따라서, 제한된 셀 면적에서 충분한 정전용량을 확보할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.Such a reduction in the memory cell area is accompanied by a reduction in the area of the cell capacitor, thereby lowering the sensing margin and the sensing speed, and causes a problem that the durability against soft errors caused by α-particles is degraded. Accordingly, there is a need for a method capable of securing sufficient capacitance in a limited cell area.

캐패시터의 정전용량(C)은 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.The capacitance C of the capacitor is defined as in Equation 1 below.

C=ε·As/dC = ε · As / d

여기서, ε은 유전률, As는 전극의 유효 표면적, d는 전극간 거리를 각각 나타낸 것이다.Is the dielectric constant, As is the effective surface area of the electrode, and d is the distance between the electrodes.

따라서, 캐패시터의 정전용량을 늘리기 위해서는 전극의 표면적을 넓히거나,유전체 박막의 두께를 줄이거나, 유전률을 높여야 한다.Therefore, in order to increase the capacitance of the capacitor, the surface area of the electrode, the thickness of the dielectric thin film, or the dielectric constant must be increased.

이 중에서 전극의 표면적을 넓히는 방안이 제일 먼저 고려되어 왔다. 콘케이브(concave) 구조, 실린더(sylinder) 구조, 다층 핀(fin) 구조 등과 같은 3차원 구조의 캐패시터는 모두 제한된 레이아웃 면적에서 전극의 유효 표면적을 증대시키기 위하여 제안된 것이다. 그러나, 이러한 방법은 반도체 소자가 초고집적화 되면서 전극의 유효 표면적을 증대시키는데 한계를 보이고 있다.Among these, the first method of increasing the surface area of the electrode has been considered. Capacitors of three-dimensional structures, such as concave structures, cylinder structures, multilayer fin structures, and the like, are all proposed to increase the effective surface area of electrodes in a limited layout area. However, this method has a limitation in increasing the effective surface area of the electrode as the semiconductor device is very high integration.

그리고, 전극간 거리(d)를 최소화하기 위해 유전체 박막의 두께를 감소시키는 방안은 유전체 박막의 두께가 감소함에 따라 누설전류가 증가하는 문제 때문에 역시 그 한계에 직면하고 있다.In addition, the method of reducing the thickness of the dielectric thin film in order to minimize the distance between electrodes (d) also faces the limitation due to the problem that the leakage current increases as the thickness of the dielectric thin film is reduced.

따라서, 근래에 들어서는 주로 유전체 박막의 유전율의 증대를 통한 캐패시터의 정전용량 확보에 초점을 맞추어 연구, 개발이 진행되고 있다. 전통적으로, 실리콘산화막이나 실리콘질화막을 유전체 박막 재료로 사용한 소위 NO(Nitride-Oxide) 구조의 캐패시터가 주류를 이루었으나, 최근에는 Ta2O5, (Ba,Sr)TiO3(이하 BST라 함) 등의 고유전체 물질이나, (Pb,Zr)TiO3(이하 PZT라 함), (Pb,La)(Zr,Ti)O3(이하 PLZT라 함), SrBi2Ta2O9(이하 SBT라 함), SrBi2(Ta1-x,Nbx)2O9(이하 SBTN이라 함), Bi4-xLaxTi3O12(이하 BLT라 함), Bi4Ti3O12(이하, BIT라 함)등의 강유전체 물질을 유전체 박막 재료로 적용하고 있다.Therefore, in recent years, research and development have been focused on securing capacitance of a capacitor mainly by increasing the dielectric constant of a dielectric thin film. Traditionally, so-called NO (Nitride-Oxide) capacitors using silicon oxide or silicon nitride as the dielectric thin film have become mainstream, but recently, Ta 2 O 5 , (Ba, Sr) TiO 3 (hereinafter referred to as BST) High dielectric materials such as (Pb, Zr) TiO 3 (hereinafter referred to as PZT), (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PLZT), SrBi 2 Ta 2 O 9 (hereinafter referred to as SBT) SrBi 2 (Ta 1-x , Nbx) 2 O 9 (hereinafter referred to as SBTN), Bi 4-x La x Ti 3 O 12 (hereinafter referred to as BLT), Bi 4 Ti 3 O 12 (hereinafter referred to as BIT Ferroelectric materials are applied as dielectric thin film materials.

이러한 고유전체 물질 또는 강유전체 물질을 유전체 박막 재료로 사용하는 고유전체 캐패시터 또는 강유전체 캐패시터를 제조함에 있어서, 고유전체 물질 또는 강유전체 물질 특유의 유전 특성을 구현하기 위해서는 유전체 주변 물질 및 공정의 적절한 제어가 수반되어야 한다.In the manufacture of high dielectric capacitors or ferroelectric capacitors using such high dielectric materials or ferroelectric materials as dielectric thin film materials, proper control of dielectric surrounding materials and processes must be accompanied to realize dielectric properties specific to the high dielectric materials or ferroelectric materials. do.

일반적으로, 고유전체 캐패시터나 강유전체 캐패시터의 상, 하부전극 물질로서 노블메탈(noble metal) 또는 이들의 화합물, 예컨대 Pt, Ir, Ru, RuO2, IrO2등을 사용하고 있다.In general, a noble metal or a compound thereof, such as Pt, Ir, Ru, RuO 2 , IrO 2, or the like is used as the upper and lower electrode materials of the high dielectric capacitor and the ferroelectric capacitor.

도1a 내지 도1d는 종래기술에 의한 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the prior art.

먼저 도1a에 도시된 바와 같이, 활성영역(11)이 형성된 반도체기판(10)상에 층간절연막(12)을 형성한 후, 층간절연막(12)을 관통하여 반도체기판(10)의 활성영역(11)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 이어서 콘택홀을 도전성 물질로 매립하여 콘택플러그(13)를 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, the interlayer insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 10 on which the active region 11 is formed, and then penetrates the interlayer insulating film 12 to form an active region ( A contact hole connected to 11) is formed. Subsequently, the contact hole is filled with a conductive material to form the contact plug 13.

이어서 콘택플러그(13)과 연결되는 Pt등의 금속막으로 하부전극(14)을 형성한다.Subsequently, the lower electrode 14 is formed of a metal film such as Pt connected to the contact plug 13.

이어서 도1b에 도시된 바와 같이, 하부전극(14)을 덮을 수 있도록 캐패시터절연막(15)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a capacitor insulating film 15 is formed to cover the lower electrode 14.

이어서 도1c에 도시된 바와 같이, 하부전극(14)이 노출되도록 캐패시터절연막(15)을 화학적기계적 연마 공정등을 이용하여 제거한다. 이어서 그 상부에 유전체 박막(16)을 형성하고 그 상부에 상부전극용 전도막(17)을 형성한다. 상기와 같이 캐패시터를 형성하게 되면 상부전극을 형성하기 전에 따로 평탄화 작업을 하지않아도 되어 캐패시터의 구조로 인한 단차 때문에 생기는 여러가지 문제가 해결된다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the capacitor insulating film 15 is removed using a chemical mechanical polishing process or the like so that the lower electrode 14 is exposed. Subsequently, a dielectric thin film 16 is formed thereon, and an upper electrode conductive film 17 is formed thereon. When the capacitor is formed as described above, it is not necessary to planarize before forming the upper electrode, thereby solving various problems caused by the step due to the capacitor structure.

이어서 도1d에 도시된 바와 같이, 상부전극용 전도막(17)을 패터닝하여 상부전극(17')을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, the upper electrode conductive film 17 is patterned to form the upper electrode 17 '.

여기서 유전체 박막으로는 SBT,SBTN, BIL, PZT등의 강유전체 물질을 사용하거나 STO, BST 등의 고유전체 물질을 사용하게 됨에 따라 유전체 박막을 형성하고 난 후 유전율 향상을 위한 열저리 공정이 필수적으로 필요하게 되었다.Since dielectric thin films are made of ferroelectric materials such as SBT, SBTN, BIL, and PZT, or high-dielectric materials such as STO and BST, a heat treatment process is necessary to improve the dielectric constant after forming a dielectric thin film. Was done.

그러데 전술한 바와 같이 유전체 박막을 형성하고 나서 열처리를 하게 되면 하부전극 주위의 캐패시터 절연막이 형성되어 있는 구조이기 때문에, 열처리 공정시에 핵생성 사이트 및 분포와 결정성의 차이등으로 유전체 박막의 결정성이 열화되는 특성을 가지게 된다. 이는 유전체 박막에 인접한 절연막(15)으로 부터 P,B, Si등이 유전체박막으로 확산 침투되어 유전체 박막의 결정성이 큰 차이를 가지기 된다.However, as described above, when the dielectric thin film is formed and then subjected to heat treatment, the capacitor insulating film is formed around the lower electrode. Therefore, the crystallinity of the dielectric thin film is changed due to the nucleation site and the difference in distribution and crystallinity during the heat treatment process. It will have a deteriorating characteristic. The diffusion of P, B, Si, etc. from the insulating film 15 adjacent to the dielectric thin film into the dielectric thin film causes a large difference in crystallinity of the dielectric thin film.

이로 인하여 유전체박막의 특성이 메모리 소자의 단위 셀에 따라 균일성이 극도로 나빠져 메모리 소자의 동작상의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.As a result, the uniformity of the dielectric thin film becomes extremely poor depending on the unit cell of the memory device, thereby deteriorating operational reliability of the memory device.

본 발명은 고집적 반도체 장치의 캐패시터의 유전체 박막이 제조공정상에서 균일한 결정성을 갖도록 하여 반도체 장치의 동작상의 신뢰성이 향상된 캐패시터 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a capacitor manufacturing method in which the dielectric thin film of a capacitor of a highly integrated semiconductor device has uniform crystallinity in a manufacturing process, thereby improving operational reliability of the semiconductor device.

도1a 내지 도1d는 종래기술에 따른 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the prior art.

도2a 내지 도2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

20 : 기판20: substrate

21 : 활성영역21: active area

22 : 층간절연막22: interlayer insulating film

23 : 콘택플러그23: Contact Plug

24 : 하부전극용 전도막24: conductive film for lower electrode

25 : 유전체 박막25: dielectric thin film

26 : 버퍼용 금속막26: buffer metal film

27 : 캐패시터절연막27: capacitor insulating film

28 : 상부전극28: upper electrode

상기의 목적을 달성하기 위해 기판상에 하부전극용 금속막을 형성하는 단계;상기 하부전극용 금속막상에 유전체 박막을 형성하는 단계; 상기 유전체 박막상에 버퍼용 금속막을 형성하는 단계; 상기 유전체 박막의 결정화를 위한 열공정을 실시하는 단계; 상기 하부전극용 전도막,상기 유전체 박막 및 상기 버퍼용 금속막을 동시에 패터닝하여 하부전극 및 패터닝된 유전체 박막과 패터닝된 버퍼용 금속막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 버퍼용 금속막을 포함하는 전체구조 상에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 버퍼용 금속막이 노출되도록 화학적기계적연마 공정으로 상기 층간절연막을 연마하는 단계; 및 패터닝된 상기 버퍼용 금속막 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 제공한다.Forming a lower electrode metal film on the substrate to achieve the above object; forming a dielectric thin film on the lower electrode metal film; Forming a buffer metal film on the dielectric thin film; Performing a thermal process for crystallizing the dielectric thin film; Simultaneously patterning the conductive film for the lower electrode and the dielectric thin film and the buffer metal film to form a lower electrode and the patterned dielectric thin film and the patterned buffer metal film; Forming an interlayer insulating film on the entire structure including the patterned buffer metal film; Polishing the interlayer dielectric layer by a chemical mechanical polishing process to expose the patterned buffer metal layer; And forming an upper electrode on the patterned metal film for the buffer.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도2a 내지 도2e는 본 발명에 의한 바람직한 실시예에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 도면이다.2A to 2E are views showing a capacitor manufacturing method of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.

먼저 도2a에 도시된 바와 같이, 활성영역(21)이 형성된 반도체기판(20)상에 층간절연막(22)을 형성한 후, 층간절연막(22)을 관통하여 반도체기판(20)의 활성영역(21)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 이어서 콘택홀을 도전성 물질로 매립하여콘택플러그(23)를 형성한다. 층간절연막(22)은 USG(Undoped-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), HDP(High density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 또는 HDP(high densigy plasma)를 이용한 산화막등을 사용하거나 열 산화막(Thermal Oxide; 퍼니스에서 600~1,100℃사이의 고온으로 실리콘 기판을 산화시켜 형성하는 막)으로 형성할 수 있다.First, as shown in FIG. 2A, the interlayer insulating film 22 is formed on the semiconductor substrate 20 on which the active region 21 is formed, and then penetrates the interlayer insulating film 22 to form the active region of the semiconductor substrate 20 ( A contact hole connected to 21 is formed. Subsequently, the contact hole is filled with a conductive material to form the contact plug 23. The interlayer insulating film 22 may be made of undoped-silicate glass (USG), phospho-silicate glass (PSG), boro-phospho-silicate glass (BPSG), high density plasma (HDP) oxide, spin on glass (SOG) film, and TEOS ( Tetra Ethyl Ortho Silicate (HDT) or oxide film using HDP (high densigy plasma) can be used or thermal oxide (Thermal Oxide) can be formed by oxidizing a silicon substrate at a high temperature between 600 and 1100 ℃ in the furnace .

또한 도시되지는 않았지만 콘택플러그를 형성하는 도전성물질이 도전성폴리실리콘일 경우에는 후속공정에서 형성될 금속 하부전극간의 오믹콘택을 이루기 위한 오믹콘택층을 콘택플러그(23)상에 형성하고, 오믹콘택층상에는 베리어 메탈을 형성한다. 베리어메탈은 이웃한 실리콘막과 금속막과의 상호확산방지 및 고온열공정시에 하부구조로의 산소침투를 방지하기 위한 막이다.Although not shown, when the conductive material forming the contact plug is conductive polysilicon, an ohmic contact layer is formed on the contact plug 23 to form an ohmic contact between the metal lower electrodes to be formed in a subsequent step, and the ohmic contact layer is formed. Forms a barrier metal. Barrier metal is a film for preventing interdiffusion between neighboring silicon films and metal films and preventing oxygen penetration into the substructure during the high temperature heat process.

콘택플러그가 텅스텐등의 금속막을 형성될 경우에는 활성영역과의 접촉면에 오믹콘택층을 형성하고, 콘택플러그상에 베리어메탈을 형성하게 된다. 오믹콘택층은 티타늄실리사이드등으로 형성하고, 베리어메탈은 티타늄질화막등으로 형성하게 된다.When the contact plug is formed of a metal film such as tungsten, an ohmic contact layer is formed on the contact surface with the active region, and a barrier metal is formed on the contact plug. The ohmic contact layer is formed of titanium silicide or the like, and the barrier metal is formed of titanium nitride.

이어서 하부전극용 전도막(24)를 기판전면에 형성한다. 하부전극용 전도막(24)로는 Pt,Ir,W,Ru 막을 사용한다.Subsequently, a lower electrode conductive film 24 is formed on the front surface of the substrate. Pt, Ir, W, Ru films are used as the lower electrode conductive film 24.

이어서 도2b에 도시된 바와 같이, 하부전극용 전도막(24) 상부에 유전체 박막(25)을 형성한다. 여기서 유전체 박막(25)의 핵생성은 RTA(rpaid thermal anneal)방식으로 400~900℃ 범위로 공정을 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a dielectric thin film 25 is formed on the conductive film 24 for the lower electrode. Here, the nucleation of the dielectric thin film 25 is performed in the range of 400 ~ 900 ℃ by the RTA (rpaid thermal anneal) method.

이어서 유전체 박막(25) 상부에 버퍼용 금속막(26)을 형성한다. 버퍼용 금속막(26)은 유전체 박막의 고온 열공정시에 주변으로 부터 불순물이 침투하여 유전체 박막의 결정화를 저해하는 것을 막기 위한 박막이다. 버퍼용 금속막(25)은 이리듐, 이리듐산화막 또는 이들의 적층막인 이리듐/이리듐산화막을 이용하여 100 ~ 3000Å범위에서 화학적기상증착법(chemical vapor deposition), 물리적기상증착법 (physical vapor deposition), 스핀코팅(spin coating)등의 방법으로 형성한다.Subsequently, a buffer metal layer 26 is formed on the dielectric thin film 25. The buffer metal film 26 is a thin film for preventing impurities from infiltrating from surroundings and inhibiting the crystallization of the dielectric thin film during the high temperature thermal process of the dielectric thin film. The buffer metal film 25 is chemical vapor deposition, physical vapor deposition, spin coating using an iridium, an iridium oxide film, or an iridium / iridium oxide film thereof. (spin coating), etc. to form.

이어서 유전체 박막의 페롬스카이트 핵을 거대화 시키는 결정립 성장을 위한 열공정으로 로(furnace)에서 500~800℃ 범위에서 O2,N2O,N2+O2,N2,Ar,Ne,Kr,Xe,He, H2O,H2O2등의 가스를 사용하여 공정을 진행한다.Subsequently, a thermal process for grain growth that enlarges the permsky nucleus of the dielectric thin film is followed by O 2 , N 2 O, N 2 + O 2 , N 2 , Ar, Ne, Kr in the range of 500-800 ° C. in the furnace. The process is performed using gases such as Xe, He, H 2 O, and H 2 O 2 .

이 때 유전체 박막(25)의 상,하부에는 하부전극용 전도막(24)과 버퍼용 금속막이 형성되어 있으므로 종래의 P,B,Si 등의 물질이 유전체 박막(25)으로 침투하지 못해서 열공정시에 유전체 박막의 결정화가 방해 받지 않는다.In this case, since the lower electrode conductive film 24 and the buffer metal film are formed on the upper and lower portions of the dielectric thin film 25, a conventional P, B, Si, or the like material does not penetrate into the dielectric thin film 25, and thus, during thermal processing. The crystallization of the dielectric thin film is not disturbed.

유전체 박막(25)으로는 SBT,SBTN,BIT,BLT 또는 PZT등의 강유전체를 사용하거나, Ta2O5, HfO2, Al2O3, SrTiO3, BST등의 고유전체 물질을 사용하고, 50 ~ 3000Å범위의 두께로 형성한다. 유전체 박막(25)은 원자층증착법, 화학적기상증착법, 물리적기상증착법, 스핀코팅, 액체소스 혼합 화학증착법(liquid source mixed deposition)등을 사용한다.As the dielectric thin film 25, ferroelectric such as SBT, SBTN, BIT, BLT or PZT is used, or a high dielectric material such as Ta 2 O 5 , HfO 2 , Al 2 O 3 , SrTiO 3 , BST is used. Form a thickness in the range of ~ 3000Å. The dielectric thin film 25 uses atomic layer deposition, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, spin coating, liquid source mixed deposition, or the like.

이어서 도2c에 도시된 바와 같이, 하부전극용 전도막(24), 유전체 박막(25)및 버퍼용 금속막(26)을 동시에 패터닝하여 하부전극(24')과 패터닝된 유전체박막(25')/버퍼용 금속막(26) 형성한다. 여기서 하부전극용 전도막(24), 유전체 박막(25)및 버퍼용 금속막(26)을 동시에 패터닝하기위해서 하드마스크로는 TiN, TiAlN, 폴리실리콘막, 산화막등을 300 ~ 2000Å범위에서 사용할 수 있고, 이들 하드마스크를 제거할 때에는 NH4OH+H2O2+H2O 혼합액을 사용하는 SC-1세정공정, H2SO4+H2O2+H2O 혼합액을 사용하는 Pyranha 세정공정을 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the lower electrode conductive film 24, the dielectric thin film 25, and the buffer metal film 26 are simultaneously patterned to form the lower electrode 24 ′ and the patterned dielectric thin film 25 ′. A buffer metal film 26 is formed. In order to simultaneously pattern the lower electrode conductive film 24, the dielectric thin film 25, and the buffer metal film 26, TiN, TiAlN, polysilicon film, oxide film, etc. may be used in the range of 300 to 2000 microseconds as a hard mask. In order to remove these hard masks, SC-1 cleaning process using NH 4 OH + H 2 O 2 + H 2 O mixture, Pyranha washing using H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 O mixture Use the process.

하부전극용 전도막(24) 및 유전체 박막(25)을 동시에 패터닝시에 플라즈마 활성화 에너지를 사용하여 식각가스로는 Cl,Ar, N2를 사용하여 플라즈마 파워는 500 ~ 3000watt 범위에서, 압력은 0.5mtorr ~ 30torr 범위에서 공정을 진행한다.When the conductive film 24 and the dielectric thin film 25 for the lower electrode are simultaneously patterned, plasma activation energy is used and Cl, Ar, and N 2 are used as etching gases. The plasma power is in the range of 500 to 3000 watts, and the pressure is 0.5 mtorr. Process in the range of ~ 30 torr.

여기서 하부전극은 전극물질로 사용된 백금, 열공정시 산소침투 방지를 위한 이리듐과 백금과 이리듐의 상호 확산 방지를 위한 이리듐 옥사이드를 적층한 Pt/IrO2/Ir으로 형성할 수 있으며, 이 경우에는 백금은 500 ~ 3000Å 범위로 형성하고, IrO2는 50 ~ 1000Å 범위, Ir은 50 ~ 3000Å 범위로 형성한다.Here, the lower electrode may be formed of Pt / IrO 2 / Ir laminated with platinum used as an electrode material, iridium for preventing oxygen infiltration during thermal processing, and iridium oxide for preventing interdiffusion of platinum and iridium, in which case platinum Is formed in the range of 500 to 3000 mV, IrO 2 is formed in the range of 50 to 1000 mV and Ir is formed in the range of 50 to 3000 mV.

이어서 도2d에 도시된 바와 같이, 하부전극(24')와 패터닝된 유전체 박막(25')/버퍼용 금속막(26')를 덮을 수 있도록 캐패시터 절연막(27)을 1000 ~ 10000Å범위로 형성하고, 패터닝된 버퍼용 금속막(26')이 노출되도록 화학적 기계적 연마 공정등을 이용하여 캐패시터 절연막(27)을 제거한다. 이 때 버퍼용 금속막(26')이 화학적기계적연마 공정에서 버퍼층으로 작용한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, a capacitor insulating film 27 is formed in a range of 1000 to 10000 占 to cover the lower electrode 24 ′ and the patterned dielectric thin film 25 ′ / buffer metal film 26 ′. The capacitor insulating film 27 is removed using a chemical mechanical polishing process so that the patterned buffer metal film 26 'is exposed. At this time, the buffer metal film 26 'acts as a buffer layer in the chemical mechanical polishing process.

여기서 캐패시터 절연막(27)는 USG(Undoped-Silicate Glass), PSG(Phospho-Silicate Glass), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), HDP(High density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막 또는 HDP(high densigy plasma)를 이용한 산화막등을 사용하거나 열적 산화막(Thermal Oxide; 퍼니스에서 600~1,100℃사이의 고온으로 실리콘 기판을 산화시켜 형성하는 막)으로 형성할 수 있다.Here, the capacitor insulating film 27 may be made of Undoped-Silicate Glass (USG), Phospho-Silicate Glass (PSG), Boro-Phospho-Silicate Glass (BPSG), High Density Plasma (HDP) oxide, Spin On Glass (SOG) film, and TEOS. (Tetra Ethyl Ortho Silicate) or an oxide film using HDP (high densigy plasma), or a thermal oxide film (Thermal Oxide) can be formed into a film formed by oxidizing a silicon substrate at a high temperature of 600 ~ 1,100 ℃ in the furnace. have.

이어서 도2e에 도시된 바와 같이, 패터닝된 유전체 박막(25') 상부에 500~3000Å범위의 두께로 상부전극(28)을 형성한다. 상부전극으로는 Pt, Ir, Ru, RuO2, IrO2, W, WN, TiN, 폴리실리콘막등을 사용할 수 있다. 여기서 상부전극아래에 형성된 버퍼용 금속막은 도전성이므로 따로 제거하는 공정은 필요하지 않다.Next, as shown in FIG. 2E, an upper electrode 28 is formed on the patterned dielectric thin film 25 ′ with a thickness in the range of 500 to 3000 μs. Pt, Ir, Ru, RuO 2 , IrO 2 , W, WN, TiN, and polysilicon films may be used as the upper electrode. Since the buffer metal film formed under the upper electrode is conductive, a separate process is not necessary.

전술한 바와 같이 유전체 박막(25)을 하부전극용 전도막(24)과 버퍼용 금속막(26)의 사이에 두고 결정화를 위한 열공정을 진행함으로서 유전체 박막(25)의 결정화를 균일하게 할 수 있어, 캐패시터를 보다 신뢰성 있게 제조할 수 있다.As described above, the crystallization of the dielectric thin film 25 can be made uniform by performing the thermal process for crystallization with the dielectric thin film 25 between the lower electrode conductive film 24 and the buffer metal film 26. Thus, the capacitor can be manufactured more reliably.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

본 발명에 의해 캐패시터의 유전체 박막 결정성을 균일하여 제조할 수 있어신뢰성 높은 고집적 반도체 장치의 캐패시터를 제조할 수 있다.According to the present invention, the dielectric thin film crystallinity of the capacitor can be produced uniformly, and thus the capacitor of the highly reliable semiconductor device can be manufactured.

Claims (7)

기판상에 하부전극용 금속막을 형성하는 단계;Forming a metal film for the lower electrode on the substrate; 상기 하부전극용 금속막상에 유전체 박막을 형성하는 단계;Forming a dielectric thin film on the lower electrode metal film; 상기 유전체 박막상에 버퍼용 금속막을 형성하는 단계;Forming a buffer metal film on the dielectric thin film; 상기 유전체 박막의 결정화를 위한 열공정을 실시하는 단계;Performing a thermal process for crystallizing the dielectric thin film; 상기 하부전극용 전도막,상기 유전체 박막 및 상기 버퍼용 금속막을 동시에 패터닝하여 하부전극 및 패터닝된 유전체 박막과 패터닝된 버퍼용 금속막을 형성하는 단계;Simultaneously patterning the conductive film for the lower electrode and the dielectric thin film and the buffer metal film to form a lower electrode and the patterned dielectric thin film and the patterned buffer metal film; 상기 패터닝된 버퍼용 금속막을 포함하는 전체구조 상에 층간절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the entire structure including the patterned buffer metal film; 상기 패터닝된 버퍼용 금속막이 노출되도록 화학적기계적연마 공정으로 상기 층간절연막을 연마하는 단계; 및Polishing the interlayer dielectric layer by a chemical mechanical polishing process to expose the patterned buffer metal layer; And 패터닝된 상기 버퍼용 금속막 상에 상부전극을 형성하는 단계Forming an upper electrode on the patterned buffer metal film 를 포함하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.Capacitor manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼용 금속막은 이리듐, 루테늄, 이리듐산화막, 루테늄산화막 또는 이들의 적층된 막인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The buffer metal film is a iridium, ruthenium, iridium oxide film, ruthenium oxide film or a film manufacturing method of a capacitor of a semiconductor device, characterized in that a stacked film thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼용 금속막은 100 ~ 3000Å범위의 두께인 것을 특징으로 하는 반도 체 장치의 캐패시터 제조방법.The buffer metal film is a capacitor manufacturing method of the semiconductor device, characterized in that the thickness in the range of 100 ~ 3000Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 박막은 400 ~ 800℃ 범위의 온도에서 급속열처리 방식을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The dielectric thin film is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed using a rapid heat treatment method at a temperature in the range of 400 ~ 800 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열공정은 로(furnace)에서 500~800℃ 범위에서 O2,N2O,N2,Ar,Ne,Kr,Xe 또는 He 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 사용하여 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The thermal process is characterized in that the process using the at least one gas selected from O 2 , N 2 O, N 2 , Ar, Ne, Kr, Xe or He in the range of 500 ~ 800 ℃ in the furnace (furnace) A method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체 박막은 SBT, SBTN,BIT,BLT 또는 PZT 중에서 선택된 하나인 것을특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.And the dielectric thin film is one selected from SBT, SBTN, BIT, BLT, and PZT. 제 6 항에 있어서.The method of claim 6. 상기 유전체 박막은 50 ~ 3000Å 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The dielectric thin film is a capacitor manufacturing method of the semiconductor device, characterized in that to form a thickness in the range of 50 ~ 3000Å.
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