KR20080029626A - A dielectric layer, forming method thereof and a capacitor of semiconductor device and forming method thereof using the same - Google Patents

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KR20080029626A KR1020060096475A KR20060096475A KR20080029626A KR 20080029626 A KR20080029626 A KR 20080029626A KR 1020060096475 A KR1020060096475 A KR 1020060096475A KR 20060096475 A KR20060096475 A KR 20060096475A KR 20080029626 A KR20080029626 A KR 20080029626A
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Abstract

A dielectric layer for use in a semiconductor device is provided to substantially reduce a leakage current and simplify the process by using a dielectric having an amorphous layer instead of the use of a single dielectric layer. A dielectric layer(23) for use in a semiconductor device includes a plurality of crystallized high-k dielectric layers and an amorphous layer. The amorphous layer is formed of the same kind of material as the high-k dielectric layer between the pluralities of high-k dielectric layers to remove a continuous grain boundary of the high-k dielectric layer. The high-k dielectric layer is formed of any one high-k dielectric layer selected from the high-k dielectric layers having a dielectric constant of at least 9. The high-k dielectric layer is formed of any one high-k dielectric layer selected from a series of high-k dielectric layers such as ZrO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, Y2O3, HfO2 and La2O3.

Description

유전막 및 그 형성방법, 이를 이용한 반도체 소자의 커패시터 및 그 형성방법{A DIELECTRIC LAYER, FORMING METHOD THEREOF AND A CAPACITOR OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND FORMING METHOD THEREOF USING THE SAME}A dielectric film, a method of forming the same, and a capacitor and a method of forming the semiconductor device using the same {A DIELECTRIC LAYER, FORMING METHOD THEREOF AND A CAPACITOR OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND FORMING METHOD THEREOF USING THE SAME}

도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 커패시터 및 그 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도.1A to 1H are cross-sectional views illustrating a capacitor and a method of forming the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

도 2는 도 1g에 도시된 ZrO2막 증착 공정을 도시한 도면.FIG. 2 shows the ZrO 2 film deposition process shown in FIG. 1G. FIG.

도 3은 도 1g에 도시된 ZrON막 증착 공정을 도시한 도면. FIG. 3 shows the ZrON film deposition process shown in FIG. 1G. FIG.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

10 : 반도체 기판 11 : 층간 절연막10 semiconductor substrate 11 interlayer insulating film

12 : 스토리지 노드 콘택홀 13 : 스토리지 노드 콘택 플러그12: storage node contact hole 13: storage node contact plug

14 : Ti막 15 : TiN막14: Ti film 15: TiN film

16 : 식각 금속 장벽층 17 : 식각 장벽층16: etching metal barrier layer 17: etching barrier layer

18 : 희생 절연막 19 : 하부전극18: sacrificial insulating film 19: lower electrode

20, 22 : ZrO2막 21 : ZrON막20, 22: ZrO 2 film 21: ZrON film

23 : 유전막 24 : 상부전극23 dielectric film 24 upper electrode

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 커패시터(capacitor) 형성방법, 더욱 상세하게는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly, to a method of forming a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, a method of forming a metal-insulator-metal (MIM) capacitor.

반도체 메모리 소자 중 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자의 제조공정에 있어서, 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 한정된 면적 내에서 셀 커패시턴스(cell capacitance)를 확보하기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있다. In the manufacturing process of DRAM (Dynamic Random Access Memory) device among semiconductor memory devices, as the design rule of device decreases, efforts are being actively made to secure cell capacitance within a limited area. .

셀 커패시턴스를 확보하기 위한 방법 중 하나가 유전상수가 큰 물질을 사용하는 방법이다. 즉, 기존에 사용된 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)막 대신에 더 큰 유전상수를 갖는 고유전막, 예컨대 Al2O3(ε=9), HfO2(ε=25), ZrO2(ε=25)을 유전막으로 사용하고 있다. One of the methods for securing cell capacitance is to use a material having a high dielectric constant. That is, instead of the conventional ONO (Oxide / Nitride / Oxide) film, a high dielectric film having a larger dielectric constant, such as Al 2 O 3 (ε = 9), HfO 2 (ε = 25), ZrO 2 (ε = 25) is used as the dielectric film.

통상적으로, 유전막은 일정 두께 이상으로 박막의 두께가 증가하면 결정화가 발생하게 된다. 예컨대 ZrO2의 경우 ~40Å 이상의 두께에서 결정화가 발생하는 특성을 나타낸다. 이와 같이, 유전막이 결정화되는 경우 비정질막에 비해 유전 상수가 증가하므로 셀 커패시턴스 증가에는 장점은 있으나, 결정화 발생에 따라 입계가 누설전류에 취약, 즉 누설전류의 경로로 작용하여 누설전류 특성이 저하되는 문제점을 안고 있다. Typically, the dielectric film is crystallized when the thickness of the thin film increases over a certain thickness. For example, in the case of ZrO 2 , crystallization occurs at a thickness of ˜40 kPa or more. As such, when the dielectric film is crystallized, the dielectric constant increases compared to the amorphous film, which is advantageous in increasing cell capacitance, but the grain boundary is vulnerable to leakage current due to the crystallization, that is, the leakage current characteristic is degraded due to the path of leakage current. I have a problem.

따라서, 유전상수를 증가시키면서 커패시터의 누설전류 특성을 개선시킬 수 있는 방법이 요구된다. 이와 같은 방법 중 하나로, ZrO2 유전막 사이에 유전상수가 다른 Al2O3와 같은 다른 유전막을 증착하여 누설전류 특성을 개선하는 방법이 그 것이다. Therefore, there is a need for a method capable of improving the leakage current characteristics of a capacitor while increasing the dielectric constant. One such method is to improve leakage current characteristics by depositing another dielectric film, such as Al 2 O 3 , having a different dielectric constant between ZrO 2 dielectric films.

그러나, 상기와 같은 방법은 다음과 같은 문제점이 있다. However, the above method has the following problems.

먼저, ZrO2막과 Al2O3 막을 서로 다른 증착 챔버(chamber)를 이용하여 형성하는 경우에는 새로운 증착챔버가 추가로 필요하여 제조 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, ZrO2막과 Al2O3 막을 동일 챔버를 이용하여 형성하는 경우 모든 웨이퍼(wafer)에 대해 ZrO2 증착 공정 진행 후 순차적으로 Al2O3→ZrO2 증착 공정이 진행되어 다소 공정이 복잡해진다.First, ZrO 2 film and Al 2 O 3 When the film is formed by using different deposition chambers, a new deposition chamber is additionally required and manufacturing costs increase. In addition, ZrO 2 film and Al 2 O 3 When the film is formed using the same chamber, the Al 2 O 3 → ZrO 2 deposition process proceeds sequentially after all the wafers (ZrO 2 deposition process), the process is more complicated.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and has the following objects.

첫째, 본 발명은 커패시턴스를 증가시키면서 누설전류 특성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 유전막 및 그 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.First, an object of the present invention is to provide a dielectric film of a semiconductor device and a method of forming the same, which can improve leakage current characteristics while increasing capacitance.

둘째, 본 발명은 상기 반도체 소자의 유전막 및 그 형성방법을 이용한 반도체 소자의 커패시터 및 그 형성방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Second, another object of the present invention is to provide a capacitor and a method of forming the semiconductor device using the dielectric film and the method of forming the semiconductor device.

셋째, 본 발명은 단일 증착챔버를 이용한 인-시튜(in-situ) 공정을 통해 공정을 단순화시킬 수 있는 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다. Third, another object of the present invention is to provide a method for forming a capacitor of a semiconductor device, which can simplify the process through an in-situ process using a single deposition chamber.

상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 복수의 결정화된 고유전막과, 상기 고유전막의 연속적인 결정립계를 제거하기 위해 상기 복수의 고유전막 사이에 상기 고유전막과 동종의 물질로 형성된 비정질막을 포함하는 반도체 소자의 유전막을 제공한다.In accordance with an aspect of the present invention, a plurality of crystallized high dielectric films and a material of the same type as the high dielectric film are formed between the high dielectric films to remove continuous grain boundaries of the high dielectric films. A dielectric film of a semiconductor device including an amorphous film is provided.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 하부전극과, 상기 하부전극 상에 형성되며, 복수의 결정화된 고유전막과, 상기 고유전막의 연속적인 결정립계를 제거하기 위해 상기 복수의 고유전막 사이에 상기 고유전막과 동종의 물질로 형성된 비정질막을 포함하는 유전막과, 상기 유전막 상에 형성된 상부전극을 포함하는 반도체 소자의 커패시터를 제공한다.In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object is formed on the lower electrode, the lower electrode, a plurality of crystallized high dielectric film, the plurality of crystal grains to remove the continuous grain boundary of the high dielectric film A dielectric device including a dielectric film including an amorphous film formed of the same material as the high-k dielectric film between the high-k dielectric and the upper electrode formed on the dielectric film.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 하부전극이 형된 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부전극 상에 동일 챔버를 이용한 인-시튜(in-situ) 공정을 이용하여 동종 고유전막으로 결정질막/비정질막/결정질막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계와, 상기 유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법를 제공한다.In addition, the present invention according to another aspect for achieving the above object, the step of preparing a substrate in which the lower electrode is formed, the same type using an in-situ process using the same chamber on the lower electrode A method of forming a capacitor of a semiconductor device, the method including forming a dielectric film including a crystalline film, an amorphous film, and a crystalline film as a high dielectric film, and forming an upper electrode on the dielectric film.

본 발명은 2가지 개념에 의해 새로운 유전막을 형성하는 것을 바탕으로 한다. 첫째, 유전상수가 큰 고유전막을 사용하고, 상기 고유전막을 결정화시켜 유전상수를 증가시킨다. 둘째, 상기 고유전막을 결정화시키는 경우 결정립계(grain boundary) 등에 의한 누설전류 성분을 최소화하기 위하여 상기 고유전막의 결정립계의 연속성을 제거하여 비연속적인 결정성 박막(crystalline film)을 형성한다. The present invention is based on the formation of a new dielectric film by two concepts. First, a high dielectric film having a large dielectric constant is used, and the dielectric constant is increased by crystallizing the high dielectric film. Second, when the high dielectric film is crystallized, in order to minimize leakage current components due to grain boundaries, the continuity of the grain boundaries of the high dielectric film is removed to form a discontinuous crystalline film.

상기 고유전막으로는 하기 표 1에 기재된 바와 같다. The high dielectric film is as described in Table 1 below.

여기서, 표 1은 [G.D. Wilk et al., Journal of Applied Physics, vol. 89; no. 10, pp5243-5275(2001)]이 문헌에 개시된 유전막 및 그의 특성을 나타낸 것이다.Here, Table 1 shows the G.D. Wilk et al., Journal of Applied Physics, vol. 89; no. 10, pp5243-5275 (2001) shows the dielectric film and its properties disclosed in the literature.

물질matter 유전상수(k)Dielectric constant (k) 밴드갭 Eg(eV)Bandgap Eg (eV) 결정 구조(들)Crystal structure (s) SiO2 SiO 2 3.93.9 8.98.9 무정형Amorphous Si3N4 Si 3 N 4 77 5.15.1 무정형Amorphous Al2O3 Al 2 O 3 99 8.78.7 무정형Amorphous Y2O3 Y 2 O 3 1515 5.65.6 입방체형Cuboid La2O3 La 2 O 3 3030 4.34.3 육방정계형, 입방체형Hexagonal Cube Shape, Cube Shape Ta2O5 Ta 2 O 5 2626 4.54.5 사방정계형Tetragonal TiO2 TiO 2 8080 3.53.5 정방정계형(루타일, 아나타제)Square system type (Rutile, Anatase) HfO2 HfO 2 2525 5.75.7 단사정계형, 사방정계형, 입방체형Monoclinic, Rhombic, Cube ZrO2 ZrO 2 2525 7.87.8 단사정계형, 사방정계형, 입방체형Monoclinic, Rhombic, Cube

예컨대, 상기 표 1과 같이 ZrO2는 기존의 ONO막 대비 유전율이 훨씬 큰 25 정도의 값을 보인다. 그러나, ZrO2를 단독으로 사용할 경우에는 매우 낮은 온도(~300℃), 얇은 두께(<40Å)에서도 쉽게 결정화가 이루어지기 때문에 누설전류 특성에 취약하다. 따라서, ZrO2를 단독으로 유전막으로 사용하는데는 적합하지 않다. For example, as shown in Table 1, ZrO 2 has a value of about 25, which is much higher than that of the conventional ONO film. However, when using ZrO 2 alone, crystallization is easily performed even at a very low temperature (~ 300 ° C.) and a thin thickness (<40 mA), which is vulnerable to leakage current characteristics. Therefore, it is not suitable for using ZrO 2 alone as a dielectric film.

따라서, 본 발명은 결정화된 ZrO2를 단독으로 유전막으로 사용하는 것이 아니라, 결정립계의 연속성을 제거하기 위하여 ZrO2/ZrON(비정질)/ZrO2 적층 구조로 유전막을 형성한다. 이를 통해, ZrO2를 결정화시켜 높은 유전상수를 확보하면서 결정화된 ZrO2를 단독으로 유전막으로 사용하는 경우보다 누설전류 특성을 크게 향상시킬 수 있다. Therefore, the present invention does not use crystallized ZrO 2 alone as a dielectric film, but forms a dielectric film with a ZrO 2 / ZrON (amorphous) / ZrO 2 stacked structure in order to remove continuity of grain boundaries. Through this, ZrO 2 can be crystallized to secure a high dielectric constant, and the leakage current characteristics can be greatly improved than when the crystallized ZrO 2 is used alone as a dielectric film.

또한, 본 발명의 기술적 사상은 ZrO2에 한정되는 것은 아니다. 상기 표 1에 나타낸 고유전막은 모두 적용할 수 있다. 예컨대, HfO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, Y2O3, La2O3 도 가능하다. 즉, 유전막이 연속적인 결정립계를 갖는 물질로 형성되지 않도록 하면 족하다. In addition, the technical idea of the present invention is not limited to ZrO 2 . All of the high dielectric films shown in Table 1 can be applied. For example, HfO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 is also possible. That is, it is sufficient if the dielectric film is not formed of a material having continuous grain boundaries .

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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary 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. In addition, in the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity, and in the case where the layers are said to be "on" another layer or substrate, they may be formed directly on another layer or substrate or Or a third layer may be interposed therebetween. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same elements.

실시예Example

도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 MIM 커패시터 및 그 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도들이다. 여기서, 도 1a 내지 도 1h는 설명의 편의를 위해 DRAM 소자의 커패시터 형성방법을 일례로 도시한 공정 단면도들이다. 1A to 1H are cross-sectional views illustrating a MIM capacitor and a method of forming the same according to an embodiment of the present invention. 1A to 1H are cross-sectional views illustrating an example of a method of forming a capacitor of a DRAM device for convenience of description.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 일련의 반도체 제조공정을 통해 웰(well), 소자 분리막, 워드라인(word line)용 트랜지스터의 게이트 전극, 접합영역(junction region), 랜딩 플러그(landing plug), 비트라인(bit line), 셀 구동용 트랜지스터(transistor) 및 절연막 등이 형성된 반도체 기판(10)을 준비한다. First, as shown in FIG. 1A, a gate electrode, a junction region, and a landing plug of a well, an isolation layer, a word line transistor, and the like are manufactured through a series of semiconductor manufacturing processes. And a semiconductor substrate 10 on which a bit line, a cell driving transistor, an insulating film, and the like are formed.

이어서, 기판(10) 상에 층간 절연막(11)을 증착한다. 이때, 층간 절연막(11)은 산화막 계열의 물질, 예컨대, HDP(High Density Plasma) 산화막, BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)막, PSG(Phosphorus Silicate Glass)막, PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate)막, USG(Un-doped Silicate Glass)막, FSG(Fluorinated Silicate Glass)막, CDO(Carbon Doped Oxide)막 및 OSG(Organo Silicate Glass)막 중 선택된 어느 하나의 막으로 이루어진 단층막으로 형성하거나, 이들이 적어도 2층 이상 적층된 적층막으로 형성한다. Subsequently, an interlayer insulating film 11 is deposited on the substrate 10. In this case, the interlayer insulating layer 11 may be formed of an oxide-based material, for example, an HDP (High Density Plasma) oxide film, a Boron Phosphorus Silicate Glass (BPSG) film, a Phosphorus Silicate Glass (PSG) film, and a Plasma Enhanced Tetra Ethyle Ortho Silicate (PETOS) film. , USG (Un-doped Silicate Glass) film, Fluorinated Silicate Glass (FSG) film, Carbon Doped Oxide (CDO) film and OSG (Organo Silicate Glass) film formed of a single layer consisting of any one film, or at least these It is formed by a laminated film laminated with two or more layers.

이어서, 층간 절연막(11)을 식각하여 상기 랜딩 플러그가 노출되는 스토리지 노드 콘택 플러그용 콘택홀(12)(이하, 스토리지 노드 콘택홀이라 함)을 형성한다. Subsequently, the interlayer insulating layer 11 is etched to form a storage node contact plug contact hole 12 (hereinafter referred to as a storage node contact hole) to which the landing plug is exposed.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택홀(12)이 매립되도록 스토리지 노드 콘택홀(12)을 포함하는 전체 구조 상부에 폴리실리콘막(미도시)을 증착한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, a polysilicon layer (not shown) is deposited on the entire structure including the storage node contact hole 12 so that the storage node contact hole 12 is filled.

이어서, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 상기 폴리실리콘막을 연마한다. 이때, CMP 공정은 상기 폴리실리콘막과 산화막(층간 절연막) 간의 연마 선택비를 갖는 슬러리(slurry)를 이용하여 선택적으로 상기 폴리실리콘막을 연마한다. 이로써, 층간 절연막(11) 상에 증착된 상기 폴리실리콘막이 모두 제거되고, 상기 폴리실리콘막은 스토리지 노드 콘택홀(12) 내부에만 고립되어 잔류된다. Subsequently, the polysilicon film is polished by performing a chemical mechanical polishing (CMP) process. In this case, in the CMP process, the polysilicon film is selectively polished using a slurry having a polishing selectivity between the polysilicon film and the oxide film (interlayer insulating film). As a result, all of the polysilicon layers deposited on the interlayer insulating layer 11 are removed, and the polysilicon layers are isolated and remain only in the storage node contact holes 12.

이어서, 에치백(etch back)과 같은 전면식각공정을 실시하여 스토리지 노드 콘택홀(12) 내부에 고립된 상기 폴리실리콘막을 일정 깊이로 리세스(recess)시킨다. 이때, 에치백 공정은 상기 폴리실리콘막과 층간 절연막(11) 간의 식각 선택비를 이용하여 층간 절연막(11)의 손실없이 선택적으로 상기 폴리실리콘막만을 식각한다. 이로써, 스토리지 노드 콘택홀(12) 내부에 상기 랜딩 플러그와 전기적으로 연결된 스토리지 노드 콘택 플러그(storage node contact plug)(13)가 형성된다. Subsequently, a front etch process such as an etch back is performed to recess the polysilicon layer in the storage node contact hole 12 to a predetermined depth. In this case, the etch back process selectively etches only the polysilicon layer without losing the interlayer insulating layer 11 by using an etching selectivity between the polysilicon layer and the interlayer insulating layer 11. As a result, a storage node contact plug 13 electrically connected to the landing plug is formed in the storage node contact hole 12.

이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택 플러그(13)를 포함하는 전체 구조 상부면의 단차를 따라 Ti막(14)과 TiN막(15)을 순차적으로 증착한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, the Ti film 14 and the TiN film 15 are sequentially deposited along a step of the upper surface of the entire structure including the storage node contact plug 13.

이어서, CMP 공정 또는 에치백 공정을 실시하여 TiN막(15)과 Ti막(14)을 식각한다. 예컨대, 에치백 공정의 경우 층간 절연막(11)을 식각 정지막으로 이용하여, 선택적으로 TiN막(15)과 Ti막(14)을 식각한다. 이로써, 스토리지 노드 콘택 플러그(13) 상부에 형성된 홈-스토리지 노드 콘택 플러그(13)와 층간 절연막(11) 간의 단차에 의해 형성됨-이 매립되는 식각 금속 장벽층(16)이 형성된다.Subsequently, the TiN film 15 and the Ti film 14 are etched by performing a CMP process or an etch back process. For example, in the etch back process, the TiN film 15 and the Ti film 14 are selectively etched using the interlayer insulating film 11 as an etch stop film. As a result, an etch metal barrier layer 16 is formed in which the groove-storage node contact plug 13 formed on the storage node contact plug 13 and the interlayer insulating film 11 are formed.

이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 식각 금속 장벽층(16)을 포함하는 전체 구조 상부에 식각 장벽층(17)을 증착한다. 이때, 식각 장벽층(17)은 질화막 계열의 물질을 이용하여 형성한다. 예컨대, 식각 장벽층(17)은 SiN막으로 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1D, an etch barrier layer 17 is deposited over the entire structure including the etch metal barrier layer 16. In this case, the etching barrier layer 17 is formed using a nitride film-based material. For example, the etching barrier layer 17 is formed of a SiN film.

이어서, 식각 장벽층(17) 상부에 콘 케이브(concave) 구조의 커패시터를 구현하기 위하여 스토리지 노드 패턴 형성용 절연막(18)(이하, 희생 절연막이라 함)을 증착한다. 이때, 희생 절연막(18)은 층간 절연막(11)을 구성하는 산화막 계열의 막 중 선택된 어느 하나의 산화막으로 형성한다. Subsequently, an insulating film 18 for forming a storage node pattern (hereinafter, referred to as a sacrificial insulating film) is deposited on the etch barrier layer 17 to implement a capacitor having a concave structure. In this case, the sacrificial insulating film 18 is formed of any one oxide film selected from oxide film-based films constituting the interlayer insulating film 11.

이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 희생 절연막(18, 도 1d참조) 상부에 감광막(미도시)을 도포한 후 포토 마스크(photo mask)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 스토리지 노드 패턴 형성용 마스크(이하, 식각 마스크라 함)를 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1E, a photoresist film (not shown) is coated on the sacrificial insulating layer 18 (see FIG. 1D), and then an exposure and development process using a photo mask is performed to form a storage node pattern. A mask (hereinafter referred to as an etch mask) is formed.

이어서, 상기 식각 마스크를 이용한 식각공정을 실시하여 희생 절연막(18)을 선택적으로 식각한다. 이로써, 희생 절연막(18) 내에 스토리지 노드 패턴홀(미도시)이 형성된다. 여기서, '18A'는 상기 식각공정을 통해 식각된 희생 절연막(18)을 나타내며, 이하에서는 희생 절연막 패턴(18A)으로 명명하기로 한다. Subsequently, the sacrificial insulating layer 18 is selectively etched by performing an etching process using the etching mask. As a result, a storage node pattern hole (not shown) is formed in the sacrificial insulating layer 18. Here, '18A' represents the sacrificial insulating layer 18 etched through the etching process, hereinafter referred to as a sacrificial insulating layer pattern 18A.

이어서, 상기 스토리지 노드 패턴홀을 통해 노출되는 식각 장벽층(17, 도 1d참조)을 식각한다. 이로써, 식각 금속 장벽층(16)이 노출되는 식각 장벽층 패턴(17A)이 형성된다.Subsequently, the etch barrier layer 17 (see FIG. 1D) exposed through the storage node pattern hole is etched. As a result, an etch barrier layer pattern 17A through which the etch metal barrier layer 16 is exposed is formed.

이어서, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 스토리지 노드 패턴홀에 의해 형성된 전체 구조 상부면의 단차를 따라 하부전극용 전극물질(미도시)을 증착한다. 이때, 상기 전극물질로는 Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt, Ir과 같은 일군의 금속전극 중 선택된 어느 하나의 금속전극을 사용하거나, TiN, TaN, WN, HfN, ZrN과 같은 일군의 질화물 전극 중 선택된 어느 하나의 질화물 전극을 사용할 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1F, an electrode material (not shown) for lower electrodes is deposited along a step of an upper surface of the entire structure formed by the storage node pattern hole. In this case, the electrode material is any one of the metal electrode selected from the group of metal electrodes such as Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt, Ir, or TiN, TaN, WN, HfN, ZrN One of the nitride electrodes selected from the group of nitride electrodes may be used.

예컨대, 상기 전극물질로 TiN을 사용하는 경우 그 증착방법은 다음과 같다. 먼저, 소스 가스로 TiCl4를 사용하고, 반응 가스로 NH3를 사용하며, 소스 가스와 반응 가스의 초당 유량을 각각 10~1000sccm으로 한다. 이때, 반응 챔버(chamber)의 압력은 0.1~10torr로 유지시키고, 기판(10)의 온도는 500~700℃로 유지시킨다. 이러한 공정조건으로 TiN막의 두께가 200~400Å의 될 때까지 실시한다. For example, when TiN is used as the electrode material, the deposition method is as follows. First, TiCl 4 is used as the source gas, NH 3 is used as the reaction gas, and the flow rates per second of the source gas and the reactant gas are 10 to 1000 sccm, respectively. At this time, the pressure of the reaction chamber (chamber) is maintained at 0.1 ~ 10torr, the temperature of the substrate 10 is maintained at 500 ~ 700 ℃. Under these process conditions, the thickness of the TiN film is carried out until the thickness is 200 to 400 kPa.

이어서, CMP 공정 또는 에치백 공정을 실시하여 하부전극용 전극물질을 분리시킨다. 이로써, 스토리지 노드 패턴홀의 내측면을 따라 하부전극(19)이 형성된다.Subsequently, the lower electrode electrode material is separated by performing a CMP process or an etch back process. As a result, the lower electrode 19 is formed along the inner surface of the storage node pattern hole.

한편, 하부전극(19)은 상기 전극물질 이외에, Ru/RuO2, Ir/IrO2 등과 같이 금속전극과 산화물 전극이 적층된 구조로 형성하거나, SrRuO3와 같이 산화물 전극으로 형성할 수도 있다.The lower electrode 19 may be formed of a structure in which a metal electrode and an oxide electrode are stacked, such as Ru / RuO 2 , Ir / IrO 2 , or the like, or an oxide electrode such as SrRuO 3 .

이어서, 도 1g에 도시된 바와 같이, ALD(Atomic Layer Deposition) 장비를 이용하여 하부전극(19)을 포함하는 전체 구조 상부면의 단차를 따라 유전막(23)을 형성한다. 이때, 유전막(23)은 상기 ALD 장비를 이용한 인-시튜 공정을 통해 동종의 물질로 ZrO2(결정질)/ZrON(비정질)/ZrO2(결정질)의 적층 구조로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1G, the dielectric layer 23 is formed along the step of the upper surface of the entire structure including the lower electrode 19 using ALD (Atomic Layer Deposition) equipment. In this case, the dielectric layer 23 is formed in a stacked structure of ZrO 2 (crystalline) / ZrON (amorphous) / ZrO 2 (crystalline) as the same material through an in-situ process using the ALD equipment.

먼저, ZrO2막(20) 증착방법은 다음과 같다. 상기 ALD 장비를 이용한다. 증착조건은 Zr(O-tBu)4, Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)(CH3)]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr(tmhd)4, Zr(OiC3H7)3(tmtd), Zr(OtBu)4 및 Zr(NEtMe)4와 같은 일군의 Zr 가스 중 선택된 어느 하나의 소오스 가스를 사용하고, 기판(10)의 온도는 200~350℃로 유지하며, 반응 챔버의 압력은 0.1~1torr로 유지한다. 또한, 소스 가스를 운반하기 위한 운반가스는 Ar를 사용하고, 산화제로는 O3를 이용하고, 퍼지(purge) 가스로는 N2를 사용한다. First, the ZrO 2 film 20 deposition method is as follows. Use the ALD equipment. The deposition conditions were Zr (O-tBu) 4 , Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 , Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , Zr [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 , Using a source gas selected from a group of Zr gases, such as Zr (tmhd) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) 3 (tmtd), Zr (OtBu) 4, and Zr (NEtMe) 4, and the substrate 10. ) Is maintained at 200 ~ 350 ℃, the pressure of the reaction chamber is maintained at 0.1 ~ 1torr. Further, the carrier gas for carrying the source gas using the Ar and, with an oxidizing agent is used for O 3, and the purge (purge) gas, uses a N 2.

도 2에 도시된 바와 같이, Zr 소스 가스와 Ar를 각각 초당 150~250sccm의 유량으로 0.1~10초 동안 상기 ALD 장비의 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼(미도시) 상부에 Zr를 흡착시킨다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 N2 가스를 초당 200~400sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼에 흡착되지 않고 상기 반응 챔버 내부에 잔류되는 Zr 소스 가스를 외부로 퍼지시킨다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 O3를 초당 200~500sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼 상부에 흡착된 Zr를 산화시켜 ZrO2막을 형성한다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 N2 가스를 초당 50~200sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 반응하지 않은 O3를 퍼지시킨다. As shown in FIG. 2, Zr source gas and Ar are injected into the reaction chamber of the ALD equipment for 0.1 to 10 seconds at a flow rate of 150 to 250 sccm per second, respectively, to adsorb Zr on top of a wafer (not shown). Then, N 2 gas is injected into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 400 sccm per second to purge the Zr source gas remaining inside the reaction chamber without being adsorbed to the wafer. Let's do it. Then, O 3 is injected into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 500 sccm per second to oxidize Zr adsorbed on the wafer to form a ZrO 2 film. Then, N 2 gas is injected into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 50 to 200 sccm per second to purge the unreacted O 3 .

상기 과정을 한 주기로 하여 ZrO2막의 두께가 30~70Å 두께가 되도록 반복적으로 실시한다. By repeating the above process, the ZrO 2 film is repeatedly formed to have a thickness of 30 to 70 mm 3.

다음으로, ZrON막(21) 증착방법은 다음과 같다. ZrO2막(20) 증착 공정과 인-시튜(in-situ)로 실시된다. 상기 ALD 장비를 그대로 이용한다. 증착조건은 ZrO2막(20) 증착 공정과 동일하며, 단 질화처리를 위해 N2O 또는 N2 가스를 사용한다. Next, the deposition method of the ZrON film 21 is as follows. ZrO 2 film 20 deposition process and in-situ (in-situ). The ALD equipment is used as it is. The deposition conditions are the same as those of the ZrO 2 film 20 deposition process, except that N 2 O or N 2 gas is used for nitriding.

도 3에 도시된 바와 같이, Zr 소스 가스와 Ar를 각각 초당 150~250sccm의 유량으로 0.1~10초 동안 상기 ALD 장비의 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼 상부에 Zr를 흡착시킨다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 N2 가스를 초당 200~400sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼에 흡착되지 않고 상기 반응 챔버 내부에 잔류되는 Zr 소스 가스를 외부로 퍼지시킨다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 O3를 초당 200~500sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼 상부에 흡착된 Zr를 산화시켜 ZrO2막을 형성한다. 그런 다음, 상기 반응 챔버 내부로 N2O 또는 N2 가스를 초당 500~2000sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시키면서 RF 파워(Radio Frequency power)를 30~500W로 유지시켜 플라즈마(plasma) 질화처리한다.As shown in FIG. 3, Zr source gas and Ar are injected into the reaction chamber of the ALD equipment for 0.1 to 10 seconds at a flow rate of 150 to 250 sccm per second, respectively, to adsorb Zr onto the wafer. Then, N 2 gas is injected into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 400 sccm per second to purge the Zr source gas remaining inside the reaction chamber without being adsorbed to the wafer. Let's do it. Then, O 3 is injected into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 500 sccm per second to oxidize Zr adsorbed on the wafer to form a ZrO 2 film. Then, while injecting N 2 O or N 2 gas into the reaction chamber into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 500 to 2000 sccm per second, RF power (Radio Frequency power) is maintained at 30 to 500 W to maintain the plasma. (plasma) Nitriding.

상기 과정을 한 주기로 하여 ZrON막의 두께가 2~20Å 두께가 되도록 반복적으로 실시한다. 이처럼 ZrON막의 두께를 20Å 이하로 제어하는 이유는 ZrON막을 비정질막으로 제어하기 위함이다. 이를 통해, 유전막(23)의 연속적인 결정립계를 제거한다. By repeating the above process, the thickness of the ZrON film is repeatedly performed so that the thickness of the ZrON film becomes 2 to 20Å. The reason why the thickness of the ZrON film is controlled to 20 mW or less is to control the ZrON film as an amorphous film. This removes the continuous grain boundaries of the dielectric film 23.

다음으로, ZrO2막(22) 증착방법은 유전막의 하부층인 ZrO2막(20) 증착방법과 동일한 방법으로 이루어진다. 이때, ZrO2막(22)은 30~70Å 정도의 두께로 형성한다.Next, the method of depositing the ZrO 2 film 22 is the same as the method of depositing the ZrO 2 film 20, which is a lower layer of the dielectric film. At this time, the ZrO 2 film 22 is formed to a thickness of about 30 ~ 70Å.

상기 유전막(23)은 ALD 장비를 이용하여 동일 챔버 내에서 인-시튜(in-situ)로 실시한다. The dielectric layer 23 is performed in-situ in the same chamber using ALD equipment.

한편, ZrO2막(20, 22) 증착 후 막 내에 탄소, 수소 등의 불순물 및 산소 공공과 같은 결함을 제거하기 위한 플라즈마 어닐공정(plasma anneal) 및 UV/O3 어닐공정(Ultra Violet/O3 anneal)을 실시할 수 있다. 이때, 플라즈마 어닐공정 및 UV/O3 어닐공정은 상기 ALD 장비를 그대로 이용하여 인-시튜 공정으로 실시한다.Meanwhile, plasma annealing and UV / O 3 annealing (Ultra Violet / O 3 ) to remove defects such as impurities such as carbon and hydrogen and oxygen vacancies in the film after ZrO 2 film 20 and 22 are deposited. anneal). At this time, the plasma annealing process and the UV / O 3 annealing process is carried out in-situ process using the ALD as it is.

먼저, 플라즈마 어닐공정은 다음과 같다. 챔버의 압력은 0.1~1torr로 유지시킨 상태에서 기판(10)의 300~400℃의 온도로 유지시키고, 02, N2O 또는 N2와 O2가 혼합된 혼합가스 분위기에서 30~120초 동안 50~200W의 RF 파워로 플라즈마 처리한다. 이때, 02, N2O 또는 N2와 O2가 혼합된 혼합가스의 유입량은 초당 100~200sccm으로 유지시킨다. UV/O3 어닐공정은 300~400℃ 정도의 온도와, 램프(lamp)의 강도(intensity)를 15~30mV/cm2로 유지시킨 상태에서 2~10분 동안 실시한다. First, the plasma annealing process is as follows. The pressure of the chamber is maintained at a temperature of 300 to 400 ° C. of the substrate 10 while maintaining the pressure at 0.1 to 1 torr, and 30 to 120 seconds in a mixed gas atmosphere in which 0 2 , N 2 O or N 2 and O 2 are mixed. While plasma treatment with RF power of 50-200W. At this time, 0 2 , N 2 O or inflow of the mixed gas mixed with N 2 and O 2 is maintained at 100 ~ 200sccm per second. The UV / O 3 annealing process is performed for 2 to 10 minutes at a temperature of about 300 to 400 ° C. and maintaining the intensity of the lamp at 15 to 30 mV / cm 2 .

한편, ZrO2(20)/ZrON(21)/ZrO2(22)으로 이루어진 유전막(23) 형성공정시 산화제로 O3을 이용하고 있으나, O3 이외에 H2O 또는 산소 플라즈마(oxygen plasma)를 이용할 수도 있다. 또한, 퍼지공정을 N2 가스를 이용하여 실시하고 있으나, 이 또한 일례로서 진공펌프를 이용하거나, Ar 가스를 이용하여 실시할 수도 있다.On the other hand, O 3 is used as an oxidant in the process of forming the dielectric film 23 including ZrO 2 (20) / ZrON (21) / ZrO 2 (22), but in addition to O 3 , H 2 O or an oxygen plasma is used. It can also be used. Further, although subjected to a purging process using an N 2 gas, this may also be a vacuum pump as an example, or performed by using an Ar gas.

이어서, 도 1h에 도시된 바와 같이, 유전막(23) 상에 상부전극(24)을 형성한다. 이때, 상부전극(24)은 피복성(step coverage)이 좋은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정으로 형성된 TiN막과, PVD(Physical Vapor Deposition) 공정으로 형성된 TiN막의 적층 구조로 형성한다. 이때, CVD TiN막은 200~400Å 정도의 두께로 형성하고, PVD TiN막은 600~1000Å의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1H, the upper electrode 24 is formed on the dielectric film 23. In this case, the upper electrode 24 is formed in a stacked structure of a TiN film formed by a chemical vapor deposition (CVD) process having good step coverage and a TiN film formed by a physical vapor deposition (PVD) process. At this time, the CVD TiN film is formed to a thickness of about 200 ~ 400 kPa, and the PVD TiN film is formed to a thickness of 600 ~ 1000 kPa.

예컨대, CVD TIN막은 다음과 같은 증착공정으로 형성된다. 소스가스로 TiCl4를 사용하고, 반응가스로 NH3 가스를 사용한다. 그리고, 소스가스인 TiCl4와 반응가스인 NH3 가스를 각각 초당 10~1000sccm의 유량비로 공급한다. 이때, 반응 챔버의 압력은 0.1~10torr로 유지되고, 기판(10)의 온도는 500~600℃의 온도로 유지된다. 이러한 공정은 CVD TiN막이 200~400Å의 두께로 증착될 때까지 실시한다. For example, the CVD TIN film is formed by the following deposition process. TiCl 4 is used as a source gas and NH 3 gas is used as a reaction gas. Then, TiCl 4 as a source gas and NH 3 gas as a reaction gas are supplied at a flow rate of 10 to 1000 sccm per second, respectively. At this time, the pressure of the reaction chamber is maintained at 0.1 ~ 10torr, the temperature of the substrate 10 is maintained at a temperature of 500 ~ 600 ℃. This process is carried out until the CVD TiN film is deposited to a thickness of 200 ~ 400Å.

본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 특히, 본 발명의 실시예는 콘 케이브 구조의 커패시터 형성방법에 대해 기술되었으나, 이는 일례로서, 실린더(cylinder) 구조의 커패시터 형성방법 또한 적용 가능하며, 비휘발성 메모리 소자인 플래시 메모리 소자와 같이 유전막을 필요로 하는 소자에는 모두 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In particular, an embodiment of the present invention has been described with respect to a capacitor forming method of a cone cave structure, but this is also an example, and a capacitor forming method of a cylinder structure is also applicable, and a dielectric film such as a flash memory device which is a nonvolatile memory device may be applied. It can apply to all the elements which are needed. 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.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

첫째, 본 발명에 의하면, 고유전막을 단독으로 유전막으로 사용하는 것이 아니라, 결정립계의 연속성을 제거하기 위하여 중간에 결정립계의 연속성을 차단하는 비정질막을 갖는 유전막을 형성함으로써 높은 유전상수를 확보하면서 결정화된 고유전막을 단독으로 유전막으로 사용하는 경우보다 누설전류 특성을 크게 향상시킬 수 있다. First, according to the present invention, the intrinsic crystallized while securing a high dielectric constant by forming a dielectric film having an amorphous film blocking the continuity of the grain boundary in order to remove the continuity of the grain boundary, rather than using the high dielectric film alone as a dielectric film. The leakage current characteristics can be significantly improved compared with the case where the whole film is used alone as the dielectric film.

둘째, 본 발명에 의하면, 단일 챔버를 이용하여 인-시튜 공정으로 적층 구조의 유전막을 형성함으로써, 별도의 장비 투자없이 공정을 단순화시킬 수 있다. Second, according to the present invention, by forming a dielectric layer having a laminated structure in an in-situ process using a single chamber, the process can be simplified without additional equipment investment.

Claims (26)

복수의 결정화된 고유전막; 및 A plurality of crystallized high dielectric films; And 상기 고유전막의 연속적인 결정립계를 제거하기 위해 상기 복수의 고유전막 사이에 상기 고유전막과 동종의 물질로 형성된 비정질막An amorphous film formed of the same material as the high dielectric film between the plurality of high dielectric films to remove continuous grain boundaries of the high dielectric film. 을 포함하는 반도체 소자의 유전막Dielectric film of a semiconductor device comprising a 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고유전막은 유전상수가 적어도 9인 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 반도체 유전막.The high dielectric film is a semiconductor dielectric film consisting of any one of a high dielectric film selected from high dielectric films having a dielectric constant of at least 9. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고유전막은 ZrO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, Y2O3, HfO2 La2O3 과 같은 일련의 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 반도체 소자의 유전막. The high dielectric film is ZrO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 and Among a series of high dielectric films such as La 2 O 3 A dielectric film of a semiconductor device composed of any one of the selected high dielectric films. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 ZrO2막은 30~70Å의 두께로 형성된 반도체 소자의 유전막.The ZrO 2 film is a dielectric film of a semiconductor device formed to a thickness of 30 ~ 70Å. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 비정질막은 ZrON막으로 이루어지고, 상기 ZrON막은 2~20Å의 두께로 형성된 반도체 소자의 유전막.The amorphous film is a ZrON film, the ZrON film is a dielectric film of a semiconductor device formed to a thickness of 2 ~ 20 ~. 하부전극; Lower electrode; 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항의 구성을 갖고 상기 하부전극 상에 형성된 유전막; 및A dielectric film formed on the lower electrode and having the configuration of any one of claims 1 to 5; And 상기 유전막 상에 형성된 상부전극An upper electrode formed on the dielectric layer 을 포함하는 반도체 소자의 커패시터.Capacitor of a semiconductor device comprising a. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 하부전극은 Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt 및 Ir과 같은 일군의 금속전극 중 선택된 어느 하나의 금속전극으로 이루어지거나, TiN, TaN, WN, HfN 및 ZrN과 같은 일군의 질화물 전극 중 선택된 어느 하나의 질화물 전극으로 이루어지거나, Ru/RuO2 및 Ir/IrO2와 같이 금속전극과 산화물 전극이 적층된 적층구조로 이루어지거나, SrRuO3와 같이 산화물 전극으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터. The lower electrode is made of any one metal electrode selected from a group of metal electrodes such as Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt, and Ir, or a group of nitrides such as TiN, TaN, WN, HfN, and ZrN. A capacitor of a semiconductor device comprising a nitride electrode selected from any one of electrodes, a stacked structure in which a metal electrode and an oxide electrode are laminated, such as Ru / RuO 2 and Ir / IrO 2 , or an oxide electrode such as SrRuO 3 . 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 상부전극은 TiN으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터.The upper electrode is a capacitor of a semiconductor device made of TiN. 하부전극이 형된 기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate having a lower electrode formed thereon; 상기 하부전극 상에 동일 챔버를 이용한 인-시튜(in-situ) 공정을 이용하여 동종 고유전막으로 결정질막/비정질막/결정질막으로 이루어진 유전막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film including a crystalline film, an amorphous film, and a crystalline film as a homogeneous high-k dielectric film using an in-situ process using the same chamber on the lower electrode; And 상기 유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계Forming an upper electrode on the dielectric layer 를 포함하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.Capacitor formation method of a semiconductor device comprising a. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 고유전막은 유전상수가 적어도 9인 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터 형성방법.The high dielectric film is a capacitor forming method of a semiconductor device consisting of any one of the high dielectric film selected from the high dielectric film having a dielectric constant of at least 9. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 고유전막은 ZrO2, Al2O3, Ta2O5, TiO2, Y2O3, HfO2 La2O3 과 같은 일련의 고유전막 중 선택된 어느 하나의 고유전막으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The high dielectric film is ZrO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , Y 2 O 3 , HfO 2 and Among a series of high dielectric films such as La 2 O 3 A method of forming a capacitor of a semiconductor device comprising any one selected high dielectric film. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 유전막은 ALD 공정으로 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.The dielectric layer is a capacitor forming method of a semiconductor device formed by the ALD process. 제 12 항에 있어서, The method of claim 12, 상기 결정화막은 ZrO2막으로 이루어지고, 상기 비정질막은 ZrON막으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터 형성방법.The crystallization film is a ZrO 2 film, and the amorphous film is a ZrON film is a capacitor forming method of a semiconductor device. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, 상기 ZrO2막과 상기 ZrON막은 Zr(O-tBu)4, Zr[N(CH3)2]4, Zr[N(C2H5)(CH3)]4, Zr[N(C2H5)2]4, Zr(tmhd)4, Zr(OiC3H7)3(tmtd), Zr(OtBu)4 및 Zr(NEtMe)4와 같은 일군의 Zr 가스 중 선택된 어느 하나의 소스 가스를 이용하여 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The ZrO 2 film and the ZrON film are Zr (O-tBu) 4 , Zr [N (CH 3 ) 2 ] 4 , Zr [N (C 2 H 5 ) (CH 3 )] 4 , Zr [N (C 2 H) 5 ) 2 ] 4 , Zr (tmhd) 4 , Zr (OiC 3 H 7 ) 3 (tmtd), Zr (OtBu) 4 and Zr (NEtMe) 4 source gas selected from any one selected from the group of Zr gas Capacitor formation method of a semiconductor device formed by. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, 상기 ZrO2막은 상기 기판의 온도를 200~350℃, 상기 챔버의 압력을 0.1~1torr로 유지하고, 상기 소스 가스를 운반하기 위한 운반가스로 Ar를 사용하고, 산화제로는 O3를 이용하며, 퍼지 가스로는 N2를 사용하여 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The ZrO 2 film maintains the temperature of the substrate at 200 to 350 ° C., the chamber pressure to 0.1 to 1 torr, uses Ar as a carrier gas for transporting the source gas, and uses O 3 as an oxidant. Capacitor formation method of a semiconductor device formed using N 2 as the purge gas. 제 15 항에 있어서, The method of claim 15, 상기 ZrO2막은,The ZrO 2 film, 상기 소스 가스와 상기 Ar를 각각 초당 150~250sccm의 유량으로 0.1~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 상기 기판 상에 Zr를 흡착시키는 단계;Adsorbing Zr onto the substrate by injecting the source gas and the Ar into the chamber for 0.1 to 10 seconds at a flow rate of 150 to 250 sccm per second, respectively; 상기 챔버 내부로 상기 N2 가스를 초당 200~400sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 반응 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼에 흡착되지 않고 상기 챔버 내부에 잔류되 는 소스 가스를 외부로 퍼지시키는 단계;Injecting the N 2 gas into the reaction chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 400 sccm per second to purge the source gas remaining inside the chamber without being adsorbed onto a wafer; 상기 반응 챔버 내부로 상기 O3를 초당 200~500sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 상기 기판 상부에 흡착된 Zr를 산화시켜 상기 ZrO2막을 형성하는 단계; 및Injecting O 3 into the chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 200 to 500 sccm per second to oxidize Zr adsorbed on the substrate to form the ZrO 2 film; And 상기 챔버 내부로 상기 N2 가스를 초당 50~200sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 반응하지 않은 상기 O3를 퍼지시키는 단계Purging the unreacted O 3 by injecting the N 2 gas into the chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 50 to 200 sccm per second into the chamber. 를 통해 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.Capacitor formation method of a semiconductor device formed through. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 ZrO2막은 30~70Å 두께로 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The ZrO 2 film is a capacitor forming method of the semiconductor device to form a thickness of 30 ~ 70Å. 제 14 항에 있어서, The method of claim 14, 상기 ZrON막은,The ZrON film, 상기 소스 가스와 Ar를 각각 초당 150~250sccm의 유량으로 0.1~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 웨이퍼 상부에 Zr를 흡착시키는 단계;Injecting the source gas and Ar into the chamber for 0.1 to 10 seconds at a flow rate of 150 to 250 sccm per second to adsorb Zr on the wafer; 상기 챔버 내부로 N2 가스를 초당 200~400sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 상기 기판에 흡착되지 않고 상기 챔버 내부에 잔류되는 Zr 소스 가스를 외부로 퍼지시키는 단계;Injecting N 2 gas into the chamber at a flow rate of 200 to 400 sccm per second for 3 to 10 seconds to purge the Zr source gas remaining inside the chamber without being adsorbed to the substrate; 상기 챔버 내부로 O3를 초당 200~500sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시켜 상기 기판 상부에 흡착된 Zr를 산화시켜 ZrO2막을 형성하는 단계; 및 Injecting O 3 into the chamber at a flow rate of 200 to 500 sccm per second for 3 to 10 seconds to oxidize Zr adsorbed on the substrate to form a ZrO 2 film; And 상기 챔버 내부로 N2O 또는 N2 가스를 초당 500~2000sccm의 유량으로 3~10초 동안 상기 챔버 내부로 주입시키면서 플라즈마 질화처리하는 단계Plasma nitriding treatment while injecting N 2 O or N 2 gas into the chamber for 3 to 10 seconds at a flow rate of 500 to 2000 sccm per second. 를 통해 형성하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.Capacitor formation method of a semiconductor device formed through. 제 18 항에 있어서, The method of claim 18, 상기 플라즈마 질화처리 공정은 RF 파워(Radio Frequency power)를 30~500W로 유지시켜 실시하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The plasma nitridation process is a capacitor forming method of a semiconductor device performed by maintaining the RF power (Radio Frequency power) to 30 ~ 500W. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 유전막을 형성하는 단계 후, 상기 결정질막 내에 탄소, 수소 등의 불순물 및 산소 공공과 같은 결함을 제거하기 위한 플라즈마 어닐공정 또는 UV/O3 어닐공정을 실시하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.After the forming of the dielectric film, the capacitor of the semiconductor device further comprises the step of performing a plasma annealing process or UV / O 3 annealing process to remove impurities such as impurities such as carbon, hydrogen and oxygen vacancies in the crystalline film Formation method. 제 20 항에 있어서, The method of claim 20, 상기 플라즈마 어닐공정은 상기 챔버를 이용하여 상기 유전막 형성공정과 인-시튜 공정으로 실시하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. And the plasma annealing process is performed in the dielectric film forming process and the in-situ process using the chamber. 제 20 항에 있어서, The method of claim 20, 상기 플라즈마 어닐공정은 상기 챔버의 압력을 0.1~1torr로 유지시킨 상태에서 상기 기판의 300~400℃의 온도로 유지시키고, 02, N2O 또는 N2와 O2가 혼합된 혼합가스 분위기에서 30~120초 동안 50~200W의 RF 파워로 실시하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.The plasma annealing process is maintained at a temperature of 300 ~ 400 ℃ of the substrate while maintaining the pressure of the chamber at 0.1 ~ 1torr, in a mixed gas atmosphere of 0 2 , N 2 O or N 2 and O 2 mixed Capacitor formation method of a semiconductor device to perform at 50 ~ 200W RF power for 30 to 120 seconds. 제 22 항에 있어서, The method of claim 22, 상기 02, 상기 N2O 또는 상기 N2와 O2가 혼합된 혼합가스의 유입량은 초당 100~200sccm으로 유지시키는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.The 0 2 , the N 2 O or the inflow amount of the mixed gas of the N 2 and O 2 is mixed to maintain a capacitor of a semiconductor device at 100 ~ 200sccm per second. 제 20 항에 있어서, The method of claim 20, 상기 UV/O3 어닐공정은 300~400℃ 정도의 온도와, 램프(lamp)의 강도(intensity)를 15~30mV/cm2로 유지시킨 상태에서 2~10분 동안 실시하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법. In the UV / O 3 annealing process, a capacitor of a semiconductor device is formed for 2 to 10 minutes while maintaining a temperature of about 300 to 400 ° C. and an intensity of a lamp at 15 to 30 mV / cm 2 . Way. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 하부전극은 Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt 및 Ir과 같은 일군의 금속전극 중 선택된 어느 하나의 금속전극으로 이루어지거나, TiN, TaN, WN, HfN 및 ZrN과 같은 일군의 질화물 전극 중 선택된 어느 하나의 질화물 전극으로 이루어지거나, Ru/RuO2 및 Ir/IrO2와 같이 금속전극과 산화물 전극이 적층된 적층구조로 이루어지거나, SrRuO3와 같이 산화물 전극으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터 형성방법. The lower electrode is made of any one metal electrode selected from a group of metal electrodes such as Ti, Ta, W, Hf, Zr, Ru, Pt, and Ir, or a group of nitrides such as TiN, TaN, WN, HfN, and ZrN. Forming a capacitor of a semiconductor device consisting of a nitride electrode of any one selected from among the electrodes, a laminated structure in which a metal electrode and an oxide electrode are laminated, such as Ru / RuO 2 and Ir / IrO 2 , or an oxide electrode such as SrRuO 3 Way. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, 상기 상부전극은 TiN으로 이루어진 반도체 소자의 커패시터 형성방법.And the upper electrode is formed of TiN.
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