KR20060041353A - Method for forming capacitor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소망하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 형성방법은, 소정의 하부 패턴들이 형성된 반도체 기판 상에 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 스토리지 전극 상에 고유전 물질의 단일막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및 상기 유전막 상에 플레이트 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 고유전 물질의 단일막으로 이루어진 유전막은 "소오스가스 플로우, 퍼지, 반응가스 플로우 및 퍼지"를 순차 진행하는 증착싸이클을 소망하는 두께가 얻어질 때까지 반복 수행하는 원자층증착(ALD) 공정을 이용해서 형성하되, 매 증착사이클 마다 플라즈마 처리를 행하여 박막 증착중 결정화가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하며, 여기서, 상기 고유전 물질로는 HfO2, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO 또는 SrTiO 중에서 어느 하나를 이용하며, 상기 플라즈마 처리는 NH3 또는 O2 플라즈마 처리로 수행하고, 상기 유전막은 50∼500Å 두께로 형성한다. The present invention discloses a method for forming a capacitor of a semiconductor device capable of securing leakage current characteristics while securing a desired charging capacity. A method of forming a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes forming a storage electrode on a semiconductor substrate on which predetermined lower patterns are formed; Forming a dielectric layer formed of a single layer of a high dielectric material on the storage electrode; And forming a plate electrode on the dielectric film, wherein the dielectric film formed of a single film of the high dielectric material has a desired thickness of a deposition cycle in which "source gas flow, purge, reaction gas flow, and purge" are sequentially performed. It is formed by using an atomic layer deposition (ALD) process repeatedly until until is obtained, characterized in that the plasma treatment is performed every deposition cycle to prevent crystallization during thin film deposition, wherein the high-k dielectric material Any one of HfO2, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO or SrTiO is used, and the plasma treatment is performed by NH3 or O2 plasma treatment, and the dielectric film is formed to have a thickness of 50 to 500 kHz.
Description
도 1 내지 도 4는 캐패시터 유전막으로서 HfO2 박막을 적용한 경우에서의 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1 to 4 are cross-sectional views for each process for explaining a method for forming a capacitor of a semiconductor device according to the present invention in the case where an HfO 2 thin film is applied as a capacitor dielectric film.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 반도체 기판 20 : 스토리지 전극10
22 : 제1 HfO2 박막 24 : 플라즈마 처리된 HfO2 박막22: first HfO2 thin film 24: plasma treated HfO2 thin film
30 : 유전막 40 : 플레이트 전극30
50 : 캐패시터50: capacitor
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 소망하는 충전용량을 확보하면서 누설전류 특성 또한 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a capacitor of a semiconductor device capable of securing leakage current characteristics while securing a desired charging capacity.
최근 반도체 공정 기술의 발달로 메모리 제품의 고집적화가 가속화됨에 따라 단위 셀 면적이 크게 감소하고 있고, 동작전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 반 면, 메모리 소자의 동작에 필요한 충전용량은 셀 면적의 감소에도 불구하고 소프트 에러(soft error)의 발생과 리프레쉬 시간(refresh time)의 단축을 방지하기 위해 25fF/셀 이상의 충분한 용량이 지속적으로 요구되고 있다. Recently, as the integration of memory products is accelerated due to the development of semiconductor process technology, the unit cell area is greatly reduced and the operating voltage is reduced. On the other hand, the charging capacity required for operation of the memory device, despite the reduction of the cell area, requires a sufficient capacity of 25 fF / cell or more to prevent the occurrence of soft errors and shortening of the refresh time. It is becoming.
여기서, 주지된 바와 같이, 충전용량은 전극 면적 및 유전막의 유전율에 비례하고, 반면, 전극간 간격, 즉, 유전막의 두께에 반비례하는 바, 충전용량을 높이기 위해서는 전극 면적을 크게, 그리고, 유전율이 높은 유전막을 적용하거나, 또는, 유전막의 두께를 최소화시키는 것이 필요하다. 일례로, 소망하는 충전용량을 확보하기 위해서 기존에는 NO(Nitride-Oxide) 유전막에 MPS(Meta-stable silicon) 구조를 적용하는 방법을 주로 이용하였으며, 최근에는 유전막으로서 Al2O3를 적용하는 방법을 이용하고 있다. Here, as is well known, the charge capacity is proportional to the electrode area and the dielectric constant of the dielectric film, whereas the charge capacity is inversely proportional to the inter-electrode spacing, that is, the thickness of the dielectric film. It is necessary to apply a high dielectric film or to minimize the thickness of the dielectric film. For example, in order to secure a desired charging capacity, a conventional method of applying a meta-stable silicon (MPS) structure to a nitride-oxide (NO) dielectric film is mainly used, and recently, a method of applying Al2O3 as a dielectric film is used. have.
한편, 상기 Al2O3(ε=9) 유전막은 기존의 Si3N4(ε=7) 유전막에 비해 유전율이 그리 크지 못하므로, 100㎚급 이하의 소자에서는 Al2O3 유전막만으로 충분한 충전용량의 확보가 어렵다. 이에, 보다 높은 유전율을 가진 유전 물질을 개발하고 있으며, 현재 가장 활발하게 개발되고 있는 물질이 HfO2(ε=20), Ta2O5(ε=25), La2O3(ε=30), ZrO2(ε=25), BaSrTiO(ε=250) 및 SrTiO3(ε=100) 등이다. On the other hand, the Al2O3 (ε = 9) dielectric film does not have a large dielectric constant as compared to the existing Si3N4 (ε = 7) dielectric film, it is difficult to secure sufficient charge capacity only with the Al2O3 dielectric film in the 100nm class or less. Therefore, we are developing dielectric materials with higher permittivity, and the most actively developed materials are HfO2 (ε = 20), Ta2O5 (ε = 25), La2O3 (ε = 30), ZrO2 (ε = 25) , BaSrTiO (ε = 250), SrTiO3 (ε = 100), and the like.
그러나, 상기 HfO2, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO 및 SrTiO 등의 고유전율 물질을 단일막 구조로 캐패시터 유전막으로 적용하게 되면, 상기 막들이 증착 중에 이미 결정화가 진행되어 캐패시터의 누설전류 특성을 급격하게 나빠지게 하는 요인이 되고, 이에 따라, 제품에 적용될 경우 누설전류 특성 불량으로 인해 데이터의 저장이 어렵게 된다. However, when high dielectric constant materials such as HfO2, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO, and SrTiO are applied to the capacitor dielectric film in a single film structure, crystallization is already performed during the deposition of the films, thereby rapidly reducing the leakage current characteristics of the capacitor. When applied to a product, it is difficult to store data due to poor leakage current characteristics.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고유전율 물질의 증착중에 결정화되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a capacitor of a semiconductor device capable of preventing crystallization during deposition of a high dielectric constant material.
또한, 본 발명은 고유전율 물질의 적용을 통해 충분한 충전용량을 확보하면서 상기 고유전 물질의 증착중 결정화를 방지하여 누설전류 특성 또한 확보할 수 있도록 하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a method for forming a capacitor of a semiconductor device, which can ensure a leakage current property by preventing crystallization during deposition of the high dielectric material while ensuring sufficient charge capacity through application of a high dielectric constant material. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정의 하부 패턴들이 형성된 반도체 기판 상에 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 스토리지 전극 상에 고유전 물질의 단일막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및 상기 유전막 상에 플레이트 전극을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 고유전 물질의 단일막으로 이루어진 유전막은 "소오스가스 플로우, 퍼지, 반응가스 플로우 및 퍼지"를 순차 진행하는 증착싸이클을 소망하는 두께가 얻어질 때까지 반복 수행하는 원자층증착(ALD) 공정을 이용해서 형성하되, 매 증착사이클 마다 플라즈마 처리를 행하여 박막 증착중 결정화가 방지되도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention, forming a storage electrode on a semiconductor substrate formed with a predetermined lower pattern; Forming a dielectric layer formed of a single layer of a high dielectric material on the storage electrode; And forming a plate electrode on the dielectric film, wherein the dielectric film formed of a single film of the high dielectric material has a desired thickness of a deposition cycle in which "source gas flow, purge, reaction gas flow, and purge" are sequentially performed. It is formed by using an atomic layer deposition (ALD) process repeatedly until the obtained, but the plasma forming process is performed every deposition cycle to provide a method for forming a capacitor of a semiconductor device, characterized in that the crystallization during thin film deposition is prevented. .
여기서, 상기 고유전 물질은 HfO2, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO 또는 SrTiO 중에서 어느 하나이며, 상기 플라즈마 처리는 NH3 또는 O2 플라즈마 처리로 수행하고, 상기 유전막은 50∼500Å 두께로 형성한다. Here, the high-k dielectric material is any one of HfO 2, Ta 2 O 5, La 2 O 3, ZrO 2, BaSrTiO, or SrTiO, and the plasma treatment is performed by NH 3 or O 2 plasma treatment, and the dielectric film is formed to have a thickness of 50 to 500 Å.
또한, 본 발명은, 소정의 하부 패턴들이 형성된 반도체 기판 상에 스토리지 전극을 형성하는 단계; 상기 스토리지 전극 상에 원자층증착(ALD) 공정에 따라 "Hf 소오스가스 플로우, N2 퍼지, O3 반응가스 플로우, N2 퍼지"를 순차 진행하여 소정 두께의 HfO2 박막을 증착하는 단계; 상기 HfO2 박막을 플라즈마 처리하여 비정질화시키는 단계; 상기 비정질화된 HfO2 박막 상에 "Hf 소오스가스 플로우, N2 퍼지, O3 반응가스 플로우, N2 퍼지, 플라즈마 처리, N2 퍼지"를 순차 진행하는 박막 증착싸이클을 반복 수행해서 결정화가 이루어지지 않은 HfO2 박막의 단일막 구조로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및 상기 유전막 상에 플레이트 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공한다. In addition, the present invention may include forming a storage electrode on a semiconductor substrate on which predetermined lower patterns are formed; Depositing an HfO2 thin film having a predetermined thickness by sequentially performing an “Hf source gas flow, an N2 purge, an O3 reaction gas flow, and an N2 purge” according to an atomic layer deposition (ALD) process on the storage electrode; Plasma-processing the HfO 2 thin film; On the amorphous HfO2 thin film, a thin film deposition cycle in which "Hf source gas flow, N2 purge, O3 reaction gas flow, N2 purge, plasma treatment, and N2 purge" is repeatedly performed to repeat the crystallization of HfO2 thin film that has not been crystallized. Forming a dielectric film having a single film structure; And forming a plate electrode on the dielectric layer.
여기서, 상기 스토리지 전극 및 플레이트 전극은 도핑된 폴리실리콘, 또는, TiN, Ru, Ir 또는 HfN 중에서 어느 하나의 금속으로 형성한다. The storage electrode and the plate electrode are formed of doped polysilicon or any one metal of TiN, Ru, Ir, or HfN.
본 발명의 캐패시터 형성방법은 상기 스토리지 전극을 형성하는 단계 후, 그리고, 상기 HfO2 박막을 증착하는 단계 전, 상기 스토리지 전극을 세정하는 단계를 더 포함하며, 상기 세정은 스토리지 전극이 금속으로 이루어진 경우에 HF 또는 BOE 세정만으로 수행하고, 스토리지 전극이 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 경우에 HF 또는 BOE 세정 후 HF+SC-1 세정을 행하는 방식으로 수행한다. The capacitor forming method of the present invention further includes the step of cleaning the storage electrode after forming the storage electrode and before depositing the HfO2 thin film, wherein the cleaning is performed when the storage electrode is made of metal. Only HF or BOE cleaning is performed, and when the storage electrode is made of doped polysilicon, the HF or BOE cleaning is followed by HF + SC-1 cleaning.
상기 HfO2 박막을 증착하는 단계는 0.1∼10Torr의 압력 및 25∼500℃의 온도에서 수행하며, 1회 증착시 60Å 이하로 두께로 증착한다. The deposition of the HfO2 thin film is performed at a pressure of 0.1 to 10 Torr and a temperature of 25 to 500 ° C., and the thickness of the HfO 2 thin film is deposited to 60 kPa or less in one deposition.
상기 HfO2 박막을 증착하는 단계는 상기 Hf의 소오스가스로 Hf[NC2H5CH3]4, Hf[N(CH3)2]4, Hf[OC(CH3)2CH2OCH3]4 또는 Hf[OC(CH3)2]4 중에서 어느 하나를 0.1 ∼10초 동안 플로우시키고, 상기 Hf 소오스가스 플로우 후의 N2 퍼지는 N2 가스를 0.1∼10초 동안 플로우시키며, 상기 O3 산화가스 플로우는 O3 가스를 0.1∼10초 동안 플로우시키고, 상기 O3 산화가스 플로우 후의 N2 퍼지는 N2 가스를 0.1∼5초 동안 플로우시키는 방식으로 진행한다. The depositing the HfO2 thin film may be performed by using Hf [NC2H5CH3] 4, Hf [N (CH3) 2] 4, Hf [OC (CH3) 2CH2OCH3] 4 or Hf [OC (CH3) 2] 4 as source gas of Hf. Any one flows for 0.1 to 10 seconds, the N2 purging N2 gas after the Hf source gas flow flows for 0.1 to 10 seconds, and the O3 oxidizing gas flow flows O3 gas for 0.1 to 10 seconds, and the O3 oxidation The N2 purge after the gas flow proceeds by flowing N2 gas for 0.1 to 5 seconds.
상기 HfO2 박막의 플라즈마 처리는 NH3 또는 O2 플라즈마를 사용하여 0.1∼10초간 수행하며, 상기 플라즈마 처리 후의 N2 퍼지는 N2 가스를 0.1∼5초간 플로우시키는 방식으로 수행한다. The plasma treatment of the HfO2 thin film is performed for 0.1 to 10 seconds using NH3 or O2 plasma, and the N2 purge after the plasma treatment is performed by flowing N2 gas for 0.1 to 5 seconds.
상기 유전막은 50∼500Å 두께로 형성한다. The dielectric film is formed to a thickness of 50 ~ 500Å.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 캐패시터 유전막으로 고유전 물질의 단일막을 적용하되, 상기 고유전 물질을 원자층증착(Atomic Layer Deposition: 이하, ALD) 공정을 이용해서 증착하며, 특히, ALD 공정을 이용한 고유전 물질 증착시 매 증착싸이클 마다 NH3 또는 O2 플라즈마 처리를 진행하여 고유전 물질의 증착 중에 결정화가 이루어지는 것을 방지한다. The present invention applies a single layer of a high dielectric material as a capacitor dielectric film, and deposits the high dielectric material by using an atomic layer deposition (ALD) process, in particular, when depositing a high dielectric material using an ALD process. NH3 or O2 plasma treatment is performed at every deposition cycle to prevent crystallization during deposition of the high dielectric material.
예컨데, 고유전 물질로서 HfO2의 단일막을 캐패시터 유전막으로 적용하는 경우, HfO2 박막은 100Å 이상 증착해야 하는데, 증착중에 HfO2의 결정화가 이루어져 이러한 HfO2가 적용된 캐패시터의 경우 누설전류 특성이 나빠지게 된다. 이에, 본 발명은 ALD 공정으로 HfO2 박막을 증착함에 있어 매 증착싸이클 마다 NH3 또는 O2 플라즈마 처리를 실시하여 상기 HfO2 박막의 증착중 결정화를 방지하며, 이를 통해, 누설전류 특성을 확보한다. For example, when a single layer of HfO2 is used as a capacitor dielectric layer, the HfO2 thin film must be deposited at 100 kV or more, and HfO2 crystallizes during deposition, resulting in poor leakage current characteristics of the HfO2 applied capacitor. Accordingly, the present invention prevents crystallization during deposition of the HfO2 thin film by performing NH3 or O2 plasma treatment at every deposition cycle in depositing the HfO2 thin film by the ALD process, thereby securing leakage current characteristics.
즉, 통상의 ALD 공정을 이용한 HfO2 박막의 증착은 "Hf 소오스가스 플로우, N2 퍼지, O3 산화가스 플로우 및 N2 퍼지"를 순차 진행하는 증착싸이클을 소망하는 두께가 얻어질 때까지 반복 수행하는 방식으로 진행되는데, 본 발명은 매 증착싸이클 마다 NH3 또는 O2 플라즈마 처리를 추가하여 상기 HfO2 박막의 증착을 "Hf 소오스가스 플로우, N2 퍼지, O3 산화가스 플로우, N2 퍼지, NH3 또는 O2 플라즈마 처리, N2 퍼지"를 순차 진행하는 싸이클을 반복 수행하는 방식으로 진행한다. 이때, 종래의 O3 산화가스 플로우는 박막 형성에만 기여할 뿐, 결정화 방지 효과는 없다. 반면, 1회의 증착싸이클을 통한 HfO2의 증착 후에 플라즈마 처리를 수행할 경우에는 이미 증착된 박막에 충격이 가해져 결정화된 박막이 강제적으로 비정질의 박막으로 전환되기 때문에 본 발명에 따른 NH3 또는 O2 플라즈마 처리는 이미 증착된 박막의 결정화 방지에 탁월한 효과를 나타낼 수 있다. That is, the deposition of the HfO2 thin film using a conventional ALD process is repeated by repeatedly performing a deposition cycle in which "Hf source gas flow, N2 purge, O3 oxidizing gas flow, and N2 purge" are sequentially performed until a desired thickness is obtained. The present invention proceeds by adding NH3 or O2 plasma treatment at every deposition cycle to deposit the HfO2 thin film by " Hf source gas flow, N2 purge, O3 oxide gas flow, N2 purge, NH3 or O2 plasma treatment, N2 purge ". Proceed by repeating the cycle to proceed sequentially. At this time, the conventional O3 oxidizing gas flow only contributes to the thin film formation, there is no crystallization prevention effect. On the other hand, when plasma treatment is performed after the deposition of HfO2 through one deposition cycle, the NH3 or O2 plasma treatment according to the present invention is applied because the crystallized thin film is forcibly converted into an amorphous thin film by applying an impact to the already deposited thin film. It can have an excellent effect on the crystallization of the already deposited thin film.
따라서, 본 발명은 캐패시터 유전막으로서 HfO2와 같은 고유전 물질을 적용하는 것을 통해 100㎚급 이하의 고집적 소자에서 요구되는 충분한 충전용량을 확보할 수 있으며, 아울러, 고유전 물질의 단일막 구조를 적용하면서도 그 증착시의 결정화를 효과적으로 억제시킬 수 있는 바, 누설전류 특성 또한 확보할 수 있다. Therefore, the present invention can secure a sufficient charge capacity required for high-integration devices of 100 nm or less by applying a high dielectric material such as HfO 2 as a capacitor dielectric film, and also while applying a single layer structure of a high dielectric material. Since the crystallization at the time of vapor deposition can be suppressed effectively, leakage current characteristic can also be ensured.
도 1 내지 도 4는 캐패시터 유전막 물질로서 HfO2 박막을 적용한 경우에서의 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 1 to 4 are cross-sectional views of processes for describing a method of forming a capacitor of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention when an HfO 2 thin film is used as a capacitor dielectric film material.
도 1을 참조하면, 공지된 공정에 따라 트랜지스터 및 비트라인을 포함한 소저의 하부 패턴들(도시안됨)이 형성되고, 이러한 하부 패턴들을 덮도록 층간절연막(도시안됨)이 형성되며, 그리고, 상기 층간절연막 내에 스토리지 노드 콘택(도시안됨)이 형성된 반도체 기판(10)을 마련한다. Referring to FIG. 1, lower patterns (not shown) of the bottom including transistors and bit lines are formed according to a known process, and an interlayer insulating film (not shown) is formed to cover the lower patterns, and the interlayers are formed. A
그 다음, 상기 반도체 기판(10) 상에 도핑된 폴리실리콘(doped poly-Si) 또는 TiN, Ru, Ir, HfN 등과 같은 금속으로 이루어진 스토리지 전극(20)을 형성한다. 여기서, 상기 스토리지 전극(20)은 단순 플레이트(plate)형은 물론 오목(concave)형 또는 원통(cylinder)형으로의 형성이 모두 가능하다. Next, a
도 2를 참조하면, "Hf 소오스가스 플로우, N2 퍼지, O3 산화가스 플로우 및 N2 퍼지"를 순차 진행하여 1차로 HfO2 박막(22)을 증착한다. 그런다음, 상기 HfO2 박막(22)을 NH3 또는 O2 플라즈마 처리하고, 이를 통해, 이미 증착된 HfO2 박막(22)에 충격을 가해 비정질화시킨다. Referring to FIG. 2, the HfO2
여기서, 상기 HfO2 박막(22)의 증착은 0.1∼10Torr의 압력 및 25∼500℃의 온도에서 진행하며, 1회 증착시의 증착 두께를 60Å 이하로 하여 진행한다. 아울러, Hf의 소오스가스로는 Hf[NC2H5CH3]4, Hf[N(CH3)2]4, Hf[OC(CH3)2CH2OCH3]4, 또는, Hf[OC(CH3)2]4 중에서 어느 하나를 이용하며, 이를 0.1∼10초 동안 플로우시킨다. 상기 Hf 소오스가스 플로우 후의 N2 퍼지는 N2 가스를 미반응 소오스를 제거하기 위한 것으로, N2 가스를 0.1∼10초 동안 플로우시키는 방식으로 진행한다. 상기 O3 산화가스 플로우는 O3 가스를 0.1∼10초 동안 플로우시켜 전극 표면에 산소 원자층이 형성되도록 한다. 상기 O3 산화가스 플로우 후의 N2 퍼지는 미반응 O3 가스 를 제거하기 위한 것으로, N2 가스를 0.1∼5초 동안 플로우시키는 방식으로 진행한다. 상기 NH3 또는 O2 플라즈마 처리는 0.1∼10초간 진행하여 증착된 HfO2 박막내의 불순물을 제거함과 아울러 결정화를 방지한다. 상기 NH3 또는 O2 플라즈마 처리 후의 N2 퍼지는 미반응 가스의 제거를 위한 것으로, 0.1∼5초 동안 수행한다. Here, the deposition of the HfO2
한편, 상기 HfO2 박막(22)의 증착 전, 스토리지 전극(20)의 표면에 대해 세정을 수행하며, 예컨데, 스토리지 전극(20)이 금속으로 이루어진 경우에는 HF 또는 BOE 세정만 수행하고, 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 경우에는 HF 또는 BOE 세정후에 HF+SC-1 세정을 수행한다. Meanwhile, before the deposition of the HfO 2
도 3을 참조하면, 상기한 HfO2 박막의 증착 및 NH3 또는 O2 플라즈마 처리 과정을 최종적으로 얻고자 하는 캐패시터 유전막의 두께에 해당하는 두께, 예컨데, 50∼500Å의 두께가 얻어질 때까지 반복해서 수행하고, 이 결과로서, HfO2 박막의 단일막으로 이루어진 유전막(30)을 형성한다. 이때, HfO2의 단일막으로 이루어진 본 발명에 따른 유전막(30)은 HfO2 박막의 매 증착싸이클 마다 NH3 또는 O2 플라즈마 처리를 수행한 것을 통해 상기 HfO2 박막 증착중 결정화는 이루어지지 않으므로, 우수한 누설전류 특성을 나타내게 된다. Referring to FIG. 3, the deposition of the HfO2 thin film and the NH3 or O2 plasma treatment process are repeatedly performed until a thickness corresponding to the thickness of the capacitor dielectric film, for example, 50 to 500 kPa, is finally obtained. As a result, the
도 4를 참조하면, 결정화가 이루어지지 않은 HfO2 박막의 단일막으로 이루어진 유전막(30) 상에 도핑된 폴리실리콘(doped poly-Si) 또는 TiN, Ru, Ir, HfN 등과 같은 금속으로 이루어진 플레이트 전극(40)을 형성하고, 이 결과로서, 본 발명에 따른 캐패시터(50)의 형성을 완성한다. Referring to FIG. 4, a plate electrode made of metal such as TiN, Ru, Ir, HfN, or doped poly-Si doped on a
한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 고유전 물질로서 HfO2 박막을 예로들 어 설명하였지만, Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO 또는 SrTiO 등의 다른 고유전 물질막을 캐패시터 유전막으로 적용하는 경우에도 동일한 방법으로 진행하며, 이 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다. Meanwhile, in the above-described embodiment of the present invention, an HfO2 thin film has been described as an example of the high dielectric material. However, the same method is used when another high dielectric material film such as Ta2O5, La2O3, ZrO2, BaSrTiO, or SrTiO is used as the capacitor dielectric film. In this case, the same effect can be obtained.
이상에서와 같이, 본 발명은 HfO2와 같은 고유전 물질의 단일막 구조로 유전막을 구성하되, ALD 공정을 이용한 고유전 물질의 증착시, 매 증착싸이클 마다 플라즈마 처리를 수행하여 증착 중의 결정화를 억제시켜 줌으로써, 우수한 누설전류 특성을 갖는 유전막을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 100㎚급 이하의 소자에서 요구하는 충분한 충전용량 및 누설전류 특성을 갖는 캐패시터를 구현할 수 있다. As described above, the present invention constitutes a dielectric film with a single layer structure of a high dielectric material such as HfO2, and when the high dielectric material is deposited using an ALD process, plasma treatment is performed every deposition cycle to suppress crystallization during deposition. As a result, a dielectric film having excellent leakage current characteristics can be formed, whereby a capacitor having sufficient charge capacity and leakage current characteristics required by an element of 100 nm or less can be realized.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.As mentioned above, although the present invention has been illustrated and described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited thereto, and the following claims are not limited to the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention. It can be easily understood by those skilled in the art that can be modified and modified.
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