KR20050067442A - Aho capacitor and method for making the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 등가산화막두께를 감소시키면서 누설전류 증가를 억제할 수 있는 AHO 캐패시터 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 캐패시터의 제조 방법은 폴리실리콘막으로 된 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극 표면을 불소를 포함한 용액을 이용하여 세정(F-Last)하는 단계, 상기 하부전극 표면을 질화처리(NH3 분위기의 플라즈마처리)하는 단계, 상기 질화처리된 하부전극 상에 AHO 유전막을 형성하는 단계, 상기 AHO 유전막 상에 폴리실리콘막으로 된 상부전극을 형성하는 단계, 및 상기 AHO 유전막의 유전특성 확보를 위한 열처리를 진행하는 단계를 포함하므로써, AHO 캐패시터 제조 공정 중 AHO 유전막 증착전에 F-Last 세정공정을 진행하여 케미컬옥사이드 형성을 방지하면서 AHO 유전막 증착에 앞서 인시튜로 하부전극 표면을 질화처리해주므로써, 등가산화막두께를 감소시켜 AHO 캐패시터의 누설전류특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention provides an AHO capacitor capable of suppressing an increase in leakage current while reducing an equivalent oxide film thickness, and a method of manufacturing the capacitor. The method of manufacturing the capacitor of the present invention includes forming a lower electrode made of a polysilicon film. Cleaning the lower electrode surface using a solution containing fluorine (F-Last), nitriding the lower electrode surface (plasma treatment with NH 3 atmosphere), and forming an AHO dielectric layer on the nitrided lower electrode Forming a top electrode of a polysilicon film on the AHO dielectric film, and performing a heat treatment to ensure dielectric properties of the AHO dielectric film. Nitriding the lower electrode surface in situ prior to AHO dielectric film deposition while preventing the formation of chemical oxide by performing the last cleaning process Meurosseo give, by reducing the equivalent oxide film thickness is effective to improve the leakage current characteristics of the capacitor AHO.

Description

알루미늄산화막과 하프늄산화막이 적층된 유전막을 갖는 캐패시터 및 그의 제조 방법{AHO CAPACITOR AND METHOD FOR MAKING THE SAME} A capacitor having a dielectric film in which an aluminum oxide film and a hafnium oxide film are laminated, and a method of manufacturing the same {AHO CAPACITOR AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 캐패시터 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a capacitor and a manufacturing method thereof.

최근 미세화된 반도체 공정 기술의 발달로 메모리 제품의 고집적화가 가속화됨에 따라 단위 셀면적이 크게 감소하고 있으며, 동작전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 그러나, 기억소자의 동작에 필요한 충전용량은 셀면적 감소에도 불구하고, 소프트 에러(soft error)의 발생과 리프레쉬 시간(refresh time)의 단축을 방지하기 위해서 25fF/cell 이상의 충분한 용량이 지속적으로 요구되고 있다. 따라서, 현재 DCS(Di-Chloro-Silane) 가스를 사용하여 증착한 실리콘질화막(Si3N4)을 유전체로 사용하고 있는 DRAM용 NO 캐패시터 소자의 경우 표면적이 큰 반구형 구조의 전극 표면을 갖는 3차원 형태의 전하저장전극을 사용하고 있음에도 불구하고, 그 높이가 계속적으로 증가하고 있다.Recently, as the integration of memory products is accelerated due to the development of miniaturized semiconductor processing technology, the unit cell area is greatly reduced, and the operating voltage is being lowered. However, the charging capacity required for the operation of the memory device, despite the reduction in cell area, sufficient capacity of 25 fF / cell or more is continuously required to prevent the occurrence of soft errors and shortening of the refresh time. have. Therefore, in the case of the NO capacitor element for DRAM that uses a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) deposited using Di-Chloro-Silane (DCS) gas as a dielectric, it has a three-dimensional electrode surface having a hemispherical structure with a large surface area. Despite the use of a form of charge storage electrode, its height continues to increase.

한편, NO 캐패시터가 256M 이상의 차세대 DRAM 캐패시터에 필요한 충전용량을 확보하는데 그 한계를 보이고 있기 때문에 Ta2O5, Al2O3 , HfO2 등의 고유전상수를 갖는 유전막을 채용한 캐패시터 소자의 개발이 본격적으로 진행되고 있다.On the other hand, since NO capacitors have shown a limitation in securing the charge capacity required for next-generation DRAM capacitors of 256M or more, development of capacitor devices employing dielectric films having high dielectric constants such as Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , and HfO 2 has been difficult. It is progressing in earnest.

그러나, Al2O3(ε=8)는 유전상수가 아주 크지 않기 때문에 충전용량 확보에 제약이 있으며, 유전상수가 비교적 큰 HfO2(ε=20∼25)는 항복전계 강도가 낮아 반복적인 전기적 충격에 취약하기 때문에 캐패시터의 내구성이 떨어지는 문제점을 갖고 있다.However, Al 2 O 3 (ε = 8) has a limited dielectric constant, so there is a limitation in securing the charging capacity. HfO 2 (ε = 20-25) having a relatively high dielectric constant has a low breakdown field strength. Since it is vulnerable to shock, the durability of the capacitor is inferior.

이를 해결하기 위해 HfO2와 Al2O3의 적층 구조, 즉 AHO(Al2 O3/HfO2) 유전막을사용하는 캐패시터가 제안되었다.To solve this problem, a capacitor using a stacked structure of HfO 2 and Al 2 O 3 , that is, an AHO (Al 2 O 3 / HfO 2 ) dielectric film, has been proposed.

도 1은 종래 기술에 따른 AHO 캐패시터를 도시한 도면이다.1 is a view showing an AHO capacitor according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, AHO 캐패시터는 폴리실리콘막으로 된 하부전극(11), 하부전극(11) 상의 AHO 유전막(12), AHO 유전막(12) 상의 폴리실리콘막으로 된 상부전극(13)으로 구성되어 SIS(Silicon Insulator Silicon) 구조의 AHO 캐패시터가 된다.As shown in FIG. 1, the AHO capacitor includes a lower electrode 11 made of a polysilicon film, an AHO dielectric film 12 on the lower electrode 11, and an upper electrode 13 made of a polysilicon film on the AHO dielectric film 12. The AHO capacitor is composed of a silicon insulator silicon (SIS) structure.

그러나, 상기한 종래기술의 SIS 구조의 AHO 캐패시터에서, 하부전극(11)이 폴리실리콘막으로 형성되기 때문에, AHO 유전막(12) 증착전에 FN[HF 또는 BOE(HF+NH4F) 세정후에 SC-1(NH4OH:H2O2:H2O) 세정] 세정을 실시함에 따라 원치않는 케미컬옥사이드(Chemical oxide)가 형성되고, 또한 AHO 유전막(12) 증착시에 하부전극(11)의 표면산화가 발생하여 AHO 유전막(12)과 하부전극(11) 사이에 10Å∼20Å 두께의 실리콘산화막(SiO2)이 형성되는 문제가 있다. 여기서, AHO 유전막(12)과 하부전극(11) 사이에 실리콘산화막(SiO2)과 같은 저유전층이 형성되면 AHO 캐패시터의 등가산화막두께(Equivalent oxide thickness, Tox)가 증가하여 누설전류가 증가하는 문제가 있다. 일반적으로 등가산화막두께(Tox)는, 실리콘산화막이 아닌 다른 유전막으로 형성된 유전체를 실리콘산화막으로 형성된 유전체막의 두께로 환산한 값으로서, 그 값이 낮을수록 캐패시턴스가 증가된다.However, in the above-described AHO capacitor of the SIS structure of the prior art, since the lower electrode 11 is formed of a polysilicon film, the SC is cleaned after FN [HF or BOE (HF + NH 4 F) cleaning before deposition of the AHO dielectric film 12. -1 (NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O) Cleaning] Undesired chemical oxides are formed by the cleaning, and the lower electrode 11 is deposited when the AHO dielectric film 12 is deposited. Surface oxidation occurs and there is a problem in that a silicon oxide film (SiO 2 ) having a thickness of 10 kV to 20 kV is formed between the AHO dielectric film 12 and the lower electrode 11. Here, when a low dielectric layer such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed between the AHO dielectric film 12 and the lower electrode 11, the equivalent oxide thickness (Tox) of the AHO capacitor increases to increase the leakage current. There is. In general, the equivalent oxide film thickness (Tox) is a value obtained by converting a dielectric film formed from a dielectric film other than a silicon oxide film into the thickness of a dielectric film formed from a silicon oxide film, and the lower the value, the higher the capacitance.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 등가산화막두께를 감소시키면서 누설전류 증가를 억제할 수 있는 AHO 캐패시터 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and an object thereof is to provide an AHO capacitor capable of suppressing an increase in leakage current while reducing an equivalent oxide film thickness and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캐패시터는 폴리실리콘막으로 된 하부전극, 상기 하부전극 표면 상에 형성된 산화방지막, 상기 산화방지막 상에 형성된 AHO 유전막, 및 상기 AHO 유전막 상의 폴리실리콘막으로 된 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 산화방지막은 상기 하부전극 표면을 질화시킨 실리콘질화막인 것을 특징으로 한다.The capacitor of the present invention for achieving the above object is a lower electrode made of a polysilicon film, an oxide film formed on the surface of the lower electrode, an AHO dielectric film formed on the antioxidant film, and an upper electrode made of a polysilicon film on the AHO dielectric film It characterized in that it comprises a, wherein the antioxidant film is characterized in that the silicon nitride film nitrided the lower electrode surface.

그리고, 본 발명의 캐패시터의 제조 방법은 폴리실리콘막으로 된 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극 표면을 불소를 포함한 용액을 이용하여 세정하는 단계, 상기 하부전극 표면을 질화처리하는 단계, 상기 질화처리된 하부전극 상에 AHO 유전막을 형성하는 단계, 상기 AHO 유전막 상에 폴리실리콘막으로 된 상부전극을 형성하는 단계, 및 상기 AHO 유전막의 유전특성 확보를 위한 열처리를 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 세정하는 단계는 HF 용액을 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하고, 상기 세정하는 단계는 SC-1 용액을 이용한 세정과 HF 용액을 이용한 세정을 혼합하여 진행하되, 상기 HF 용액을 이용한 세정을 마지막으로 진행하는 것을 특징으로 하며, 상기 질화처리 단계는 NH3 분위기에서 플라즈마처리하여 상기 하부전극 표면에 실리콘질화막을 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a capacitor of the present invention includes the steps of forming a lower electrode made of a polysilicon film, cleaning the lower electrode surface using a solution containing fluorine, nitriding the lower electrode surface, and nitriding the nitride electrode. Forming an AHO dielectric film on the treated lower electrode, forming an upper electrode made of a polysilicon film on the AHO dielectric film, and performing a heat treatment to secure dielectric properties of the AHO dielectric film. The cleaning step is characterized in that the progress using a HF solution, the cleaning step is performed by mixing the cleaning using the SC-1 solution and the HF solution, the cleaning using the HF solution And finally, the nitriding step is the lower electrode by plasma treatment in the NH 3 atmosphere A silicon nitride film is formed on the surface.

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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AHO 캐패시터를 구비하는 반도체 메모리 소자의 구조도이다.2 is a structural diagram of a semiconductor memory device having an AHO capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 필드산화막(22)이 형성된 반도체 기판(31) 내에 접합영역(23)이 형성되고, 반도체 기판(21) 상에 층간절연막(24), 스토리지노드스톱질화막(25) 및 스토리지노드버퍼산화막(26)의 적층막이 형성된다.As shown in FIG. 2, the junction region 23 is formed in the semiconductor substrate 31 on which the field oxide film 22 is formed, and the interlayer insulating film 24 and the storage node stop nitride film 25 are formed on the semiconductor substrate 21. And a stacked film of the storage node buffer oxide film 26.

그리고, 위 적층막을 식각하여 접합영역(23)을 노출시킨 스토리지노드콘택홀에 접합영역과 연결되는 스토리지노드콘택플러그(27)가 매립되며, 스토리지노드콘택플러그(27)의 표면을 노출시키는 홀(30)을 갖는 캐패시터산화막(28)이 형성된다.In addition, the storage node contact plug 27 connected to the junction region is buried in the storage node contact hole in which the junction layer 23 is exposed by etching the stacked layer, and a hole exposing the surface of the storage node contact plug 27 ( A capacitor oxide film 28 having 30 is formed.

그리고, 홀(30) 내부에 형성되어 스토리지노드콘택플러그(27)와 연결된 폴리실리콘막의 하부전극(31), 하부전극(31)을 포함한 캐패시터산화막(28) 상에 형성된 AHO 유전막(33), 그리고, AHO 유전막(33) 상의 폴리실리콘막으로 된 상부전극(34)을 포함한다. An AHO dielectric layer 33 formed on the capacitor oxide layer 28 including the lower electrode 31 and the lower electrode 31 of the polysilicon layer formed in the hole 30 and connected to the storage node contact plug 27, and And an upper electrode 34 made of a polysilicon film on the AHO dielectric film 33.

도 2에서, 하부전극(31) 표면에는 질화처리를 통해 형성한 실리콘질화막(32)이 형성되어 있는데, 이 실리콘질화막(32)은 AHO 유전막(33) 증착시에 하부전극(31) 표면이 산화되는 것을 방지해주기 위한 산화방지막이다.In FIG. 2, a silicon nitride film 32 formed by nitriding is formed on the surface of the lower electrode 31, and the silicon nitride film 32 oxidizes the surface of the lower electrode 31 when the AHO dielectric film 33 is deposited. It is an antioxidant film to prevent it from becoming.

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 AHO 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the AHO capacitor shown in FIG. 2.

도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)에 소자간 분리를 위한 필드산화막(22)을 형성한 후에 반도체 기판(21) 내에 공지된 기술에 따라 트랜지스터의 소스/드레인과 같은 접합영역(23)을 형성하기 위한 이온주입을 진행한다. 이때, 접합영역(23)을 형성하기 전에는 공지된 바에 따라 워드라인(도시 생략)이 형성될 것이다.As shown in FIG. 3A, after forming the field oxide film 22 for isolation between devices on the semiconductor substrate 21, a junction region 23 such as a source / drain of a transistor according to a known technique in the semiconductor substrate 21 is formed. Ion implantation is performed to form. At this time, before forming the junction region 23, a word line (not shown) will be formed as known.

다음으로, 접합영역(23)이 형성된 반도체 기판(21) 상에 층간절연막(ILD, 24), 스토리지노드스톱질화막(25) 및 스토리지노드버퍼산화막(26)을 차례로 형성한다. 여기서, 층간절연막(24)을 형성하기 전에는 비트라인(도시 생략)이 형성될 것이다.Next, the interlayer insulating film ILD 24, the storage node stop nitride film 25, and the storage node buffer oxide film 26 are sequentially formed on the semiconductor substrate 21 on which the junction region 23 is formed. Here, a bit line (not shown) may be formed before forming the interlayer insulating film 24.

다음으로, 스토리지노드버퍼산화막(26), 스토리지노드스톱질화막(25) 및 층간절연막(24)을 동시에 식각하여 반도체 기판(21)의 접합영역(23)을 노출시키는 스토리지노드콘택홀을 형성한 후, 스토리지노드콘택홀에 스토리지노드콘택플러그(27)를 채운다. Next, the storage node buffer oxide layer 26, the storage node stop nitride layer 25, and the interlayer dielectric layer 24 are simultaneously etched to form the storage node contact hole exposing the junction region 23 of the semiconductor substrate 21. The storage node contact plug 27 is filled in the storage node contact hole.

여기서, 스토리지노드콘택플러그(27)는 스토리지노드콘택홀을 채울때까지 전면에 폴리실리콘막을 증착한 후, 스토리지노드버퍼산화막(26)의 표면이 드러날때까지 폴리실리콘막을 에치백하여 형성한다. Here, the storage node contact plug 27 is formed by depositing a polysilicon layer on the entire surface until the storage node contact hole is filled, and then etching back the polysilicon layer until the surface of the storage node buffer oxide layer 26 is exposed.

이어서, 스토리지노드콘택플러그(27)를 포함한 스토리지노드버퍼산화막(26) 상에 캐패시터산화막(28)을 증착한다. 여기서, 캐패시터산화막(28)은 하부전극의 높이를 결정짓는 산화막으로서 BPSG, TEOS, HDP 산화막, USG 또는 PSG를 이용한다.Subsequently, a capacitor oxide film 28 is deposited on the storage node buffer oxide film 26 including the storage node contact plug 27. Here, the capacitor oxide film 28 uses BPSG, TEOS, HDP oxide film, USG, or PSG as the oxide film that determines the height of the lower electrode.

다음으로, 캐패시터산화막(28) 상에 하드마스크폴리실리콘(29)을 형성한 후, 감광막을 이용한 마스크(도시 생략)로 하드마스크폴리실리콘(29)을 식각하고, 하드마스크폴리실리콘(29)을 식각배리어로 캐패시터산화막(28)을 식각하여 스토리지노드콘택플러그(27) 표면을 노출시키는 홀(30)을 형성한다.Next, after the hard mask polysilicon 29 is formed on the capacitor oxide film 28, the hard mask polysilicon 29 is etched with a mask (not shown) using a photosensitive film, and the hard mask polysilicon 29 is removed. The capacitor oxide layer 28 is etched using the etching barrier to form a hole 30 exposing the surface of the storage node contact plug 27.

도 3b에 도시된 바와 같이, 하드마스크폴리실리콘(29)을 에치백을 통해 제거한 후에, 홀(30)의 내부에만 폴리실리콘으로 된 하부전극(31)을 형성한다.As shown in FIG. 3B, after the hard mask polysilicon 29 is removed through the etch back, the lower electrode 31 made of polysilicon is formed only inside the hole 30.

여기서, 하부전극(31)은 하부전극분리공정을 통해 형성하는데, 예를 들면 홀(30)을 포함한 캐패시터산화막(28) 상에 폴리실리콘막을 증착한 후 폴리실리콘막 상에 감광막을 도포하고, 캐패시터산화막(28)의 표면이 드러날때까지 폴리실리콘막을 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)한 후 감광막을 스트립한다.Here, the lower electrode 31 is formed through a lower electrode separation process, for example, after depositing a polysilicon film on the capacitor oxide film 28 including the hole 30, a photosensitive film is coated on the polysilicon film, and the capacitor The polysilicon film is chemical mechanical polished (CMP) until the surface of the oxide film 28 is exposed, and then the photoresist film is stripped.

상기한 하부전극(31)을 형성하기 위한 폴리실리콘막의 증착 공정은 다음과 같다.The deposition process of the polysilicon film for forming the lower electrode 31 is as follows.

원료물질로 SiH4 가스를 이용하고, 폴리실리콘막의 전도성을 위해 도핑가스로 PH3 가스를 사용한다. 이때, SiH4 가스는 800sccm∼1200sccm, PH3 가스는 500sccm∼1000sccm의 유량으로 흘려준다.SiH 4 gas is used as a raw material, and PH 3 gas is used as a doping gas for conductivity of the polysilicon film. At this time, SiH 4 gas is flowed at a flow rate of 800sccm ~ 1200sccm, PH 3 gas 500sccm ~ 1000sccm.

그리고, 폴리실리콘막 증착시 온도는 500℃∼600℃로 유지하며, 압력은 0.1torr ∼10torr로 유지하고, 폴리실리콘막의 증착 두께는 100Å∼300Å이다.The polysilicon film deposition temperature was maintained at 500 ° C to 600 ° C, the pressure was maintained at 0.1torr to 10torr, and the deposition thickness of the polysilicon film was 100 kPa to 300 kPa.

다음으로, AHO 유전막 증착에 앞서 하부전극(31) 표면에 케미컬산화막이 형성되는 것을 방지하기위해 50:1 HF 용액을 이용하여 10초∼40초동안 세정을 실시한다. 즉, 불소계 용액을 이용하여 하부전극(31) 표면을 세정처리해주므로써 하부전극(31) 표면의 자연산화막(Native oxide)을 제거함과 동시에 케미컬산화막이 형성되는 것을 방지해준다.Next, in order to prevent the chemical oxide film from being formed on the surface of the lower electrode 31 prior to the deposition of the AHO dielectric layer, cleaning is performed for 10 to 40 seconds using a 50: 1 HF solution. That is, by cleaning the surface of the lower electrode 31 by using a fluorine-based solution, it removes the native oxide on the surface of the lower electrode 31 and prevents the formation of the chemical oxide film.

한편, SC-1 용액을 이용한 세정공정이 추가될 수도 있는데, 이때 SC-1 용액을 이용한 세정 공정은 HF 용액을 이용한 세정 공정전에 반드시 진행하여 케미컬옥사이드가 형성되는 것을 방지한다.On the other hand, the cleaning process using the SC-1 solution may be added, wherein the cleaning process using the SC-1 solution is always performed before the cleaning process using the HF solution to prevent the formation of the chemical oxide.

도 3c에 도시된 바와 같이, HF 용액을 이용한 세정 공정이 완료된 반도체 기판(21)을 AHO 유전막을 증착하기 위한 챔버로 로딩시킨다.As shown in FIG. 3C, the semiconductor substrate 21 on which the cleaning process using the HF solution is completed is loaded into a chamber for depositing an AHO dielectric film.

이어서, AHO 유전막을 증착하기에 앞서 NH3 분위기로 플라즈마처리를 진행하여 하부전극(31) 표면을 질화(Nitridation) 처리한다. 위와 같은 질화처리에 의해 하부전극(31) 표면에는 실리콘질화막(32)이 얇게 형성된다.Subsequently, prior to the deposition of the AHO dielectric film, a plasma treatment is performed in an NH 3 atmosphere to nitride the surface of the lower electrode 31. The silicon nitride film 32 is thinly formed on the surface of the lower electrode 31 by the above nitriding treatment.

상기한 질화처리 방법은 다음과 같다. 예컨대, 질화처리시 NH3 가스의 유량을 10sccm∼200sccm으로 유지하고, 플라즈마를 구동시키기 위한 RF 파워를 30W∼500W로 유지하며, 질화처리시간은 5초∼100초로 유지하고, 질화처리시 온도는 250℃∼500℃로 유지하고, 챔버의 압력은 0.1 torr∼1torr로 유지한다.The above nitriding treatment method is as follows. For example, during the nitriding treatment, the flow rate of NH 3 gas is maintained at 10 sccm to 200 sccm, the RF power for driving the plasma is maintained at 30 W to 500 W, the nitriding treatment time is maintained at 5 to 100 seconds, and the temperature during the nitriding treatment is The temperature is maintained at 250 ° C to 500 ° C and the chamber pressure is maintained at 0.1 torr to 1 torr.

도 3d에 도시된 바와 같이, 표면에 실리콘질화막(32)이 형성된 하부전극(31)을 포함한 캐패시터산화막(28) 상에 원자층증착법(ALD)을 이용하여 AHO 유전막(33)을 증착한다. 여기서, AHO 유전막(33)은 도 3c의 질화처리와 인시튜(in-situ)로 진행하며, HfO2/Al2O3/HfO2의 삼중층으로 형성한다.As shown in FIG. 3D, the AHO dielectric film 33 is deposited on the capacitor oxide film 28 including the lower electrode 31 having the silicon nitride film 32 formed thereon using atomic layer deposition (ALD). Here, the AHO dielectric film 33 proceeds in-situ with the nitriding treatment of FIG. 3C and is formed of a triple layer of HfO 2 / Al 2 O 3 / HfO 2 .

AHO 유전막(33)이 HfO2/Al2O3/HfO2의 삼중층인 경우에, 먼저 HfO2를 증착하는 사이클을 반복하고, Al2O3를 증착하는 사이클을 반복하며, 다시 HfO2를 증착하는 사이클을 반복한다. HfO2 및 Al2O3의 원료물질로는 각각 Hf(NEtMe) 4, TMA[Al(CH3)3]를 사용하고, 원료물질의 운반 가스 및 산화제로는 각각 아르곤(Ar)과 O3를 이용하며, 퍼지가스로는 N2를 사용한다.If the AHO dielectric film 33 is a triple layer of HfO 2 / Al 2 O 3 / HfO 2 , first repeat the cycle of depositing HfO 2 , repeat the cycle of depositing Al 2 O 3 , and again form HfO 2 . Repeat the deposition cycle. As raw materials of HfO 2 and Al 2 O 3 , Hf (NEtMe) 4 and TMA [Al (CH 3 ) 3 ] were used, respectively. Argon (Ar) and O 3 were used as a carrier gas and an oxidizing agent, respectively. N 2 is used as the purge gas.

먼저, AHO 유전막(33) 중에서 하부층인 HfO2는, 기판온도를 250℃∼500℃로 유지하고 반응챔버의 압력을 0.1torr∼1torr로 유지하여 다음의 사이클을 반복하여 30Å∼40Å 두께로 증착한다. 예를 들면, 운반가스인 아르곤(Ar)의 유량을 150sccm∼250sccm으로 유지하면서 원료물질인 Hf(NEtMe)4을 0.1초∼10초동안 플로우시키는 단계, 질소(N2) 가스를 200sccm∼400sccm의 유량으로 유지하여 3초∼10초동안 퍼지시키는 단계, 산화제인 O3 가스를 200sccm∼500sccm의 유량으로 유지하여 3초∼10초동안 플로우시키는 단계, 질소(N2) 가스를 200sccm∼400sccm의 유량으로 유지하여 3초∼10초동안 퍼지시키는 단계를 하나의 사이클로 하고, 이 사이클을 반복적으로 진행하여 요구되는 두께의 HfO2를 증착한다.First, in the AHO dielectric film 33, HfO 2, which is a lower layer, is deposited to a thickness of 30 kPa to 40 kPa by maintaining the substrate temperature at 250 ° C to 500 ° C and maintaining the pressure of the reaction chamber at 0.1torr to 1torr by repeating the following cycle. . For example, while maintaining a flow rate of argon (Ar), which is a carrier gas, at 150 sccm to 250 sccm, Hf (NEtMe) 4 as a raw material is flowed for 0.1 to 10 seconds, and nitrogen (N 2 ) gas is flowed at 200 sccm to 400 sccm. Maintaining the flow rate to purge for 3 seconds to 10 seconds, maintaining the flow rate of the oxidant O 3 gas at 200 sccm to 500 sccm flow for 3 seconds to 10 seconds, nitrogen (N 2 ) gas flow of 200 sccm to 400 sccm The cycle of purging for 3 to 10 seconds is maintained as one cycle, and the cycle is repeated to deposit HfO 2 of a required thickness.

다음으로, AHO 유전막(33) 중에서 중간층인 Al2O3는, 기판온도를 250℃∼500℃로 유지하고 반응챔버의 압력을 0.1torr∼1torr로 유지하여 다음의 사이클을 반복하여 5Å∼20Å 두께로 증착한다. 예를 들면, 운반가스인 아르곤(Ar)의 유량을 20sccm∼100sccm으로 유지하면서 원료물질인 TMA[Al(CH3)3]을 0.1초∼5초동안 플로우시키는 단계, 질소(N2) 가스를 50sccm∼300sccm의 유량으로 유지하여 0.1초∼5초동안 퍼지시키는 단계, 산화제인 O3 가스를 200sccm∼500sccm의 유량으로 유지하여 3초∼10초동안 플로우시키는 단계, 질소(N2) 가스를 300sccm∼1000sccm의 유량으로 유지하여 0.1초∼5초동안 퍼지시키는 단계를 하나의 사이클로 하고, 이 사이클을 반복적으로 진행하여 요구되는 두께(5Å∼20Å)의 Al2O3를 증착한다.Next, in the AHO dielectric film 33, Al 2 O 3, which is an intermediate layer, maintains the substrate temperature at 250 ° C. to 500 ° C., maintains the pressure in the reaction chamber at 0.1 to 1 tor, and repeats the following cycle. To be deposited. For example, while maintaining a flow rate of argon (Ar), which is a carrier gas, at 20 sccm to 100 sccm, TMA [Al (CH 3 ) 3 ], which is a raw material, is flowed for 0.1 to 5 seconds, and nitrogen (N 2 ) gas is flowed. Maintaining at a flow rate of 50 sccm to 300 sccm and purging for 0.1 to 5 seconds, maintaining a flow rate of oxidant O 3 at a flow rate of 200 sccm to 500 sccm for 3 seconds to 10 seconds, and nitrogen (N 2 ) gas at 300 sccm The step of purging for 0.1 seconds to 5 seconds while maintaining the flow rate at -1000 sccm is performed as one cycle, and this cycle is repeatedly performed to deposit Al 2 O 3 having a required thickness (5 kPa to 20 kPa).

마지막으로, AHO 유전막(33) 중에서 상부층인 HfO2는, 하부층인 HfO2와 동일한 방법을 이용하여 증착하며, 30Å∼40Å 두께로 증착한다.Finally, in the AHO dielectric film 33, HfO 2 as an upper layer is deposited using the same method as that of HfO 2 as a lower layer, and is deposited to have a thickness of 30 m to 40 m.

상기한 일련의 공정을 통해 AHO 유전막(33)을 형성한 후에 상부전극(34)을 형성한다. 이때,상부전극(34)은 폴리실리콘을 증착한 후 식각하여 형성한다.After forming the AHO dielectric layer 33 through the series of steps described above, the upper electrode 34 is formed. In this case, the upper electrode 34 is formed by depositing polysilicon and then etching.

다음으로, 상부전극(34) 형성후에 AHO 유전막(33)의 유전특성을 얻기 위해 열처리를 진행한다. 이때, 열처리는 퍼니스(Furnace)에서 진행한다.Next, after the upper electrode 34 is formed, heat treatment is performed to obtain the dielectric characteristics of the AHO dielectric layer 33. At this time, the heat treatment is carried out in a furnace (Furnace).

예컨대, 퍼니스에서의 열처리는 질소 분위기에서 650℃∼750℃의 온도로 10분∼30분동안 진행한다. For example, the heat treatment in the furnace is carried out for 10 minutes to 30 minutes at a temperature of 650 ℃ to 750 ℃ in a nitrogen atmosphere.

상술한 실시예에 따르면, AHO 유전막(33)을 증착하기에 앞서 AHO 유전막(33)의 증착챔버내에서 인시튜로 NH3 분위기의 플라즈마처리를 하여 하부전극(31) 표면에 실리콘질화막(32)을 형성하므로써 AHO 유전막(33) 증착시 하부전극(31) 표면이 산화되는 것을 방지한다. 이는 등가산화막두께 증가의 원인이 되는 실리콘산화막과 같은 저유전층 형성을 억제해주는 것이다. 예컨대, 실리콘산화막에 비해 실리콘질화막은 등가산화막두께를 더욱 감소시킬 수 있다.According to the above-described embodiment, prior to the deposition of the AHO dielectric film 33, the silicon nitride film 32 on the surface of the lower electrode 31 by plasma treatment in the NH 3 atmosphere in situ in the deposition chamber of the AHO dielectric film 33. This prevents the surface of the lower electrode 31 from being oxidized when the AHO dielectric layer 33 is deposited. This suppresses the formation of a low dielectric layer, such as a silicon oxide film, which causes an increase in the equivalent oxide film thickness. For example, the silicon nitride film can further reduce the equivalent oxide film thickness compared to the silicon oxide film.

또한, 하부전극(31) 형성후에 F-Last 세정(즉, 불소를 이용한 세정이 마지막으로 진행됨) 공정을 진행하므로써 등가산화막두께 증가의 다른 원인이 되는 케미컬옥사이드 형성을 억제해준다.In addition, after the lower electrode 31 is formed, the F-Last cleaning (that is, the cleaning using fluorine lasts) is performed, thereby suppressing chemical oxide formation, which is another cause of an increase in the equivalent oxide film thickness.

상술한 본 발명은 폴리실리콘막으로 된 하부전극 외에도, 하부전극 표면에 MPS(Meta stable Poly Silicon)을 형성하는 AHO 캐패시터, 캐패시터산화막을 습식딥아웃을 통해 제거하여 하부전극의 구조를 실린더 형태로 형성하는 실린더형 AHO 캐패시터 제조시에도 적용가능하다.In addition to the lower electrode made of a polysilicon film, the present invention removes an AHO capacitor and a capacitor oxide film that form MPS (Meta Stable Poly Silicon) on the surface of the lower electrode through a wet deep-out to form the structure of the lower electrode in a cylindrical form. It is also applicable to the manufacture of cylindrical AHO capacitors.

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.

상술한 본 발명은 AHO 캐패시터 제조 공정 중 AHO 유전막 증착전에 F-Last 세정공정을 진행하여 케미컬옥사이드 형성을 방지하면서 AHO 유전막 증착에 앞서 인시튜로 하부전극 표면을 질화처리해주므로써, 등가산화막두께를 감소시켜 AHO 캐패시터의 누설전류특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다. The present invention described above performs an F-Last cleaning process prior to AHO dielectric film deposition during the AHO capacitor manufacturing process to prevent the formation of chemical oxides, while nitriding the lower electrode surface in situ prior to AHO dielectric film deposition, thereby reducing the equivalent oxide film thickness. By doing so, there is an effect of improving the leakage current characteristics of the AHO capacitor.

도 1은 종래 기술에 따른 AHO 캐패시터를 도시한 도면,1 shows an AHO capacitor according to the prior art,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 AHO 캐패시터를 도시한 도면,2 illustrates an AHO capacitor according to an embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 AHO 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the AHO capacitor shown in FIG. 2.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 반도체 기판 22 : 필드산화막21 semiconductor substrate 22 field oxide film

23 : 접합영역 24 : 층간절연막23 junction area 24 interlayer insulating film

25 : 스토리지노드스톱질화막 26 : 스토리지노드버퍼산화막25: storage node stop nitride film 26: storage node buffer oxide film

27 : 스토리지노드콘택플러그 28 : 캐패시터산화막27: storage node contact plug 28: capacitor oxide film

30 : 홀 31 : 하부전극30 hole 31 lower electrode

32 : 실리콘질화막 33 : AHO 유전막32 silicon nitride film 33 AHO dielectric film

34 : 상부전극 34: upper electrode

Claims (8)

폴리실리콘막으로 된 하부전극;A lower electrode made of a polysilicon film; 상기 하부전극 표면 상에 형성된 산화방지막;An anti-oxidation film formed on the surface of the lower electrode; 상기 산화방지막 상에 형성된 AHO 유전막: 및AHO dielectric film formed on the antioxidant film: And 상기 AHO 유전막 상의 폴리실리콘막으로 된 상부전극An upper electrode made of a polysilicon film on the AHO dielectric film 을 포함하는 캐패시터.Capacitor comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산화방지막은,The antioxidant film, 상기 하부전극 표면을 질화시킨 실리콘질화막인 것을 특징으로 하는 캐패시터.And a silicon nitride film obtained by nitriding the lower electrode surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 AHO 유전막은,The AHO dielectric film, HfO2/Al2O3/HfO2의 삼중층인 것을 특징으로 하는 캐패시터.A capacitor, which is a triple layer of HfO 2 / Al 2 O 3 / HfO 2 . 폴리실리콘막으로 된 하부전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode made of a polysilicon film; 상기 하부전극 표면을 불소를 포함한 용액을 이용하여 세정하는 단계;Cleaning the lower electrode surface using a solution containing fluorine; 상기 하부전극 표면을 질화처리하는 단계;Nitriding the lower electrode surface; 상기 질화처리된 하부전극 상에 AHO 유전막을 형성하는 단계; Forming an AHO dielectric layer on the nitrided lower electrode; 상기 AHO 유전막 상에 폴리실리콘막으로 된 상부전극을 형성하는 단계; 및Forming an upper electrode of a polysilicon film on the AHO dielectric film; And 상기 AHO 유전막의 유전특성 확보를 위한 열처리를 진행하는 단계Performing heat treatment to secure dielectric properties of the AHO dielectric layer; 를 포함하는 캐패시터의 제조 방법.Method of manufacturing a capacitor comprising a. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 세정하는 단계는,The cleaning step, HF 용액을 이용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.A process for producing a capacitor, characterized in that it proceeds using HF solution. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 세정하는 단계는,The cleaning step, SC-1 용액을 이용한 세정과 HF 용액을 이용한 세정을 혼합하여 진행하되, 상기 HF 용액을 이용한 세정을 마지막으로 진행하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.A process for producing a capacitor, characterized in that to proceed with a mixture of washing with SC-1 solution and washing with HF solution, the last washing with the HF solution. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 질화처리 단계는,The nitriding treatment step, NH3 분위기에서 플라즈마처리하여 상기 하부전극 표면에 실리콘질화막을 형성하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.Plasma treatment in an NH 3 atmosphere to form a silicon nitride film on the surface of the lower electrode. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 질화처리시,In the nitriding treatment, 상기 NH3 가스의 유량을 10sccm∼200sccm으로 유지하고, 플라즈마를 구동시키기 위한 RF 파워를 30W∼500W로 유지하며, 질화처리시간은 5초∼100초로 유지하고, 질화처리시 온도는 250℃∼500℃로 유지하고, 챔버의 압력은 0.1 torr∼1torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.The flow rate of the NH 3 gas is maintained at 10 sccm to 200 sccm, the RF power for driving the plasma is maintained at 30 W to 500 W, the nitriding treatment time is maintained at 5 to 100 seconds, and the temperature during the nitriding treatment is 250 ° C. to 500 And a pressure in the chamber is maintained at 0.1 torr to 1 torr.
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