KR20130037519A - Capacitor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 캐패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a capacitor and a method of manufacturing the same.
최근, DRAM의 디자인 룰(Design Rule)이 작아짐에 따라 셀 사이즈(Cell size)가 감소되고 있고, 그에 따라 정보를 저장하는 캐패시터의 면적 또한 축소되고 있다. 따라서, 소자의 동작에 요구되는 캐패시터의 정전 용량을 확보하기 위한 여러 방안들이 제시되고 있는데, 유전층의 두께를 줄이는 방안과, 캐패시터의 유효 표면적(effective surface area)을 증가시키는 방안 등이 있다. 또한, 캐패시터의 유효 표면적을 증가시키기 위해 실린더(cylinder) 구조, 핀(fin) 구조, 반구형 그레인(HSG : HemiSpherical Grain) 구조 등과 같은 3차원 구조의 하부 전극(storage node)을 도입하는 방안 등이 제시되고 있다.In recent years, as the design rule of DRAM decreases, the cell size decreases, and accordingly, the area of the capacitor for storing information is also reduced. Accordingly, various methods for securing the capacitance of the capacitor required for the operation of the device have been proposed, such as reducing the thickness of the dielectric layer, and increasing the effective surface area of the capacitor. In addition, to increase the effective surface area of the capacitor, a method of introducing a three-dimensional storage node such as a cylinder structure, a fin structure, and a hemispherical grain (HSG: HemiSpherical Grain) structure is proposed. It is becoming.
실린더 구조의 캐패시터는 하부 전극의 표면적을 증가시키기 위해 하부 전극의 높이를 약 15000Å 이상으로 형성한다. 이렇게 하부 전극의 높이를 확보하기 위해 TEOS막 또는 PSG막과 TEOS막을 이용한 희생막을 15000Å 이상의 두께로 형성한다. 그리고, 희생 절연막의 소정 영역을 식각하여 하부 전극이 형성될 영역을 오픈시킨다. 그런데, TEOS막은 플라즈마를 이용하여 식각하는데, 식각 시 오픈되는 영역이 하부로 갈수록 좁아지는 현상이 발생한다. 또한, PSG막과 TEOS막을 적층한 경우 TEOS막은 플라즈마를 이용하여 식각하고 PSG막은 식각 용액을 이용하여 식각하는데, TEOS막은 오픈 영역이 하부로 갈수록 좁아지고, PSG막은 TEOS막과 PSG막과의 밀도(Density) 차이로 인해 오픈 영역이 넓어지는 현상이 발생한다. 그리고, PSG막과 TEOS막의 계면 접착성이 좋지 않아 습식 식각 시 진행하는 초음파(Ultrasonic)에 의해 무너지는 현상이 발생한다. 또한, 습식 식각 시 PSG막과 TEOS막 사이에 식각률 차이로 인해 버즈빅(Bird Beak) 현상이 발생한다. 이렇게 오픈되는 영역이 하부로 갈수록 좁아지는 현상과 하부가 넓어지는 현상은 후속 공정인 유전체막 증착 시 보이드를 형성하게 되어 DRAM 소자의 신뢰성을 저하시키게 된다.The capacitor of the cylindrical structure forms the height of the lower electrode to about 15000 kPa or more to increase the surface area of the lower electrode. In order to secure the height of the lower electrode, a sacrificial film using a TEOS film or a PSG film and a TEOS film is formed to a thickness of 15000 Å or more. Then, the predetermined region of the sacrificial insulating layer is etched to open the region where the lower electrode is to be formed. By the way, the TEOS film is etched using plasma, and the etched region becomes narrower toward the bottom. In addition, when the PSG film and the TEOS film are stacked, the TEOS film is etched using plasma and the PSG film is etched by using an etching solution.The TEOS film becomes narrower toward the lower portion of the open area, and the PSG film has a density Due to the difference in density, the open area is widened. In addition, since the interfacial adhesion between the PSG film and the TEOS film is not good, the phenomenon of collapsing by ultrasonic waves during wet etching occurs. Also, a wet beak phenomenon occurs due to the difference in etching rate between the PSG film and the TEOS film during wet etching. The narrowing of the open area toward the lower part and the widening of the lower part of the open area form voids during the deposition of the dielectric film, which is a subsequent process, thereby reducing the reliability of the DRAM device.
한편, 실린더 구조에 저항이 낮은 하부 전극을 형성하기 위해 폴리실리콘막을 두껍게 형성하거나 Ti/TiN막을 이용한다. Ti/TiN을 하부 전극으로 이용하는 실린더 구조의 캐패시터는 한국등록특허 제10-0695497호에 제시되어 있다. 그러나, 이 경우에 유전체막이 얇게 형성되어 적정 정전 용량, 약 15pF 이상을 확보하기 위해 다시 실린더의 높이가 증가하게 된다. 따라서, 하부 전극을 위한 새로운 물질이 필요하다.
On the other hand, a polysilicon film is formed thick or a Ti / TiN film is used to form a lower electrode having a low resistance in the cylinder structure. A capacitor having a cylinder structure using Ti / TiN as a lower electrode is disclosed in Korean Patent No. 10-0695497. However, in this case, the dielectric film is formed thin so that the height of the cylinder is increased again to secure an appropriate capacitance, about 15 pF or more. Therefore, a new material for the bottom electrode is needed.
본 발명은 실린더 구조의 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a capacitor of a cylinder structure and a method of manufacturing the same.
본 발명은 희생막을 수직 프로파일(profile)로 형성할 수 있는 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a capacitor capable of forming a sacrificial film in a vertical profile and a method of manufacturing the same.
본 발명은 전극을 얇게 형성하면서도 충분한 정전 용량을 확보할 수 있는 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공한다.
The present invention provides a capacitor and a method of manufacturing the same that can secure a sufficient capacitance while forming an electrode thin.
본 발명의 일 양태에 따른 캐패시터는 반도체 기판의 소정 영역이 노출되도록 상기 반도체 기판 상에 형성된 희생막; 상기 희생막 측벽 및 상부, 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극; 및 상기 하부 전극 상에 적층 형성된 유전체막 및 상부 전극을 포함하며, 상기 희생막은 카본 함유 막 및 실리콘 함유 막이 적층 형성되고, 상기 하부 전극은 그래핀막으로 형성된다.A capacitor according to an aspect of the present invention includes a sacrificial film formed on the semiconductor substrate to expose a predetermined region of the semiconductor substrate; Sidewalls and an upper portion of the sacrificial layer, and a lower electrode formed on the semiconductor substrate; And a dielectric film and an upper electrode laminated on the lower electrode, wherein the sacrificial film is formed by laminating a carbon-containing film and a silicon-containing film, and the lower electrode is formed of a graphene film.
상기 카본 함유 막은 a-C:H막 또는 SOC(Spin On Carbon)막을 포함하고, 상기 실리콘 함유 막은 실리콘 옥사이드를 포함한다.The carbon-containing film includes an a-C: H film or a spin on carbon (SOC) film, and the silicon-containing film includes silicon oxide.
상기 희생막 측벽과 상기 하부 전극 사이에 형성된 시드막을 더 포함하고, 상기 시드막은 실리콘 나이트라이드막을 포함한다.The semiconductor device may further include a seed layer formed between the sacrificial layer sidewall and the lower electrode, and the seed layer may include a silicon nitride layer.
상기 유전체막은 NO(Nitride-Oxide), ONO(Oxide-Nitride-Oxide), ZAZ(ZrO2-Al2O3-ZrO2) 또는 ZZA(ZrO2-ZrO2-Al2O3)으로 형성된다.The dielectric layer is formed of NO (Nitride-Oxide), ONO (Oxide-Nitride-Oxide), ZAZ (ZrO 2 -Al 2 O 3 -ZrO 2 ) or ZZA (ZrO 2 -ZrO 2 -Al 2 O 3 ).
본 발명의 다른 양태에 따른 캐패시터 제조 방법은 반도체 기판 상에 카본 함유 막 및 실리콘 함유 막을 적층하여 희생막을 형성하는 단계; 상기 희생막의 소정 영역을 식각하여 상기 반도체 기판을 노출시키는 실린더 홀을 형성하는 단계; 상기 실린더 홀 측벽에 시드막을 형성하는 단계; 상기 시드막 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 그래핀막을 형성하는 단계; 및 상기 그래핀막 상부에 유전체막 및 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.A capacitor manufacturing method according to another aspect of the present invention comprises the steps of forming a sacrificial film by laminating a carbon-containing film and a silicon-containing film on a semiconductor substrate; Etching a predetermined region of the sacrificial layer to form a cylinder hole exposing the semiconductor substrate; Forming a seed film on sidewalls of the cylinder hole; Forming a graphene film on the seed film sidewalls and the semiconductor substrate; And forming a dielectric film and an upper electrode on the graphene film.
상기 희생막 상부에 복수의 하드 마스크막을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 하드 마스크막은 제 1 실리콘 함유 막, 카본 함유막 및 제 2 실리콘 함유 막을 적층하여 형성한다. 또한, 상기 제 1 실리콘 함유 막은 실리콘 나이트라이드를 포함하고, 상기 카본 함유막은 a-C:H막 또는 SOC(Spin On Carbon)를 포함하며, 상기 제 2 실리콘 함유막은 실리콘 옥사이드 또는 실리콘 나이트라이드를 포함한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 실리콘 함유 막은 불소 함유 가스를 이용하여 식각하고, 상기 카본 함유 막은 산소 함유 가스를 이용하여 식각한다.The method may further include forming a plurality of hard mask layers on the sacrificial layer, wherein the plurality of hard mask layers are formed by stacking a first silicon-containing film, a carbon-containing film, and a second silicon-containing film. The first silicon-containing film may include silicon nitride, the carbon-containing film may include a-C: H film or spin on carbon (SOC), and the second silicon-containing film may include silicon oxide or silicon nitride. The first and second silicon-containing films are etched using a fluorine-containing gas, and the carbon-containing film is etched using an oxygen-containing gas.
상기 카본 함유 막은 a-C:H막 또는 SOC(Spin On Carbon)막을 포함하고, 상기 실리콘 함유 막은 실리콘 옥사이드를 포함한다. 상기 실리콘 함유 막은 불소 함유 가스를 이용하여 식각하고 상기 카본 함유 막은 산소 함유 가스를 이용하여 식각한다. 상기 실리콘 함유 막 및 카본 함유 막은 플라즈마를 발생시켜 식각한다.The carbon-containing film includes an a-C: H film or a spin on carbon (SOC) film, and the silicon-containing film includes silicon oxide. The silicon-containing film is etched using a fluorine-containing gas and the carbon-containing film is etched using an oxygen-containing gas. The silicon-containing film and the carbon-containing film are etched by generating a plasma.
상기 그래핀막은 CxHy의 탄화수소 화합물을 이용하고, 1000 내지 1300℃ 이상의 온도와 10 내지 100mTorr의 압력에서 형성한다.The graphene film is formed using a hydrocarbon compound of CxHy, at a temperature of 1000 to 1300 ℃ or more and a pressure of 10 to 100 mTorr.
상기 그래핀막은 CxHy의 탄화수소 화합물을 이용하고, 25℃ 내지 400℃의 온도와 0.5mTorr 내지 20mTorr의 압력에서 2000W 내지 5000W 또는 500W 내지 2000W로의 플라즈마 소오스와 1W 내지 3000W의 바이어스 파워를 인가하여 형성하는 캐패시터 제조 방법.
The graphene film is a capacitor formed by applying a CxHy hydrocarbon compound and applying a plasma source of 2000W to 5000W or 500W to 2000W and a bias power of 1W to 3000W at a temperature of 25 ° C to 400 ° C and a pressure of 0.5mTorr to 20mTorr. Manufacturing method.
본 발명의 실시 예들에 따른 캐패시터는 폴리실리콘 또는 Ti/TiN보다 저항 및 도전성이 우수한 그래핀막을 하부 전극으로 이용한다. 따라서, 하부 전극의 높이를 높이지 않고 얇은 두께로 형성하더라도 충분한 정전 용량을 확보할 수 있다.The capacitor according to the embodiments of the present invention uses a graphene film having better resistance and conductivity than polysilicon or Ti / TiN as a lower electrode. Therefore, even if the thickness is formed thin without increasing the height of the lower electrode, sufficient capacitance can be ensured.
또한, 카본 함유 막과 실리콘 함유 막을 적층하여 희생막을 형성하고, 실리콘 함유 막은 불소 함유 가스를 이용하여 식각하고 카본 함유 막은 산소 함유 가스를 이용하여 식각함으로써 적층 구조의 희생막을 수직 프로파일로 형성할 수 있다. 따라서, 셀의 면적이 축소되어도 작은 실린더 홀을 형성할 수 있다.In addition, a sacrificial film may be formed by stacking a carbon-containing film and a silicon-containing film, and the silicon-containing film may be etched using a fluorine-containing gas and the carbon-containing film may be etched using an oxygen-containing gas to form a sacrificial film having a laminated structure in a vertical profile. . Therefore, a small cylinder hole can be formed even if the area of the cell is reduced.
결과적으로, 작은 실린더 홀을 형성할 수 있고, 그 내부에 하부 전극을 얇게 형성할 수 있어 유전체막 형성 시 보이드 발생을 억제할 수 있고, 그에 따라 DRAM 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
As a result, a small cylinder hole can be formed, and a lower electrode can be formed thinly therein, so that voids can be suppressed when the dielectric film is formed, thereby improving the reliability of the DRAM device.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도.1 to 9 are cross-sectional views sequentially illustrating a capacitor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역 등의 부분이 다른 부분 “상부에” 또는 “상에” 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 “바로 상부” 또는 “바로 위에” 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art. It is provided for complete information. In the drawings, the thickness is enlarged to clearly illustrate the various layers and regions, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings. In addition, if a part such as a layer, film, area, etc. is expressed as “upper” or “on” another part, each part is different from each part as well as being “right up” or “directly above” another part. This includes the case where there is another part between parts.
도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐패시터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.1 to 9 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 소정의 하부 구조가 형성된 반도체 기판(100) 상부에 제 1 희생막(110) 및 제 2 희생막(120)을 형성한다. 반도체 기판(100)에는 DRAM 소자를 구현하기 위해 트랜지스터, 비트라인 등이 형성되며, 트랜지스터와 비트라인은 절연막에 의해 분리된다. 즉, 반도체 기판(100) 상에 게이트가 형성되고, 게이트 전극 양측의 반도체 기판(100)에 소오스 및 드레인이 형성되어 트랜지스터가 제조된다. 그리고, 트랜지스터를 포함한 전체 상부에 층간 절연막이 형성된 후 층간 절연막 상부에 트랜지스터의 소정 영역, 즉 드레인과 연결되는 비트라인이 형성된다. 한편, 제 1 희생막(110)은 식각 주반응물(Etching Main Reactant)인 불소(F)에 식각이 잘 되지 않는 a-C:H막 또는 SOC(Spin On Carbon)막 등의 카본막을 이용하여 형성한다. 또한, 제 2 희생막(120)은 카본막 식각 시 이용되는 식각 반응물인 산소(O)기에 식각이 잘 되지 않는 물질로 형성하는데, 예를 들어 실리콘 옥사이드막을 이용하여 형성한다. 여기서, 제 1 및 제 2 희생막(110, 120)은 실린더형 하부 전극이 형성될 영역을 마련하기 위해 하부 전극의 높이로 형성하는데, 예를 들어 15000Å 이상의 두께로 형성한다.Referring to FIG. 1, a first
도 2를 참조하면, 제 2 희생막(120) 상부에 제 1 하드 마스크막(130), 제 2 하드 마스크막(140) 및 제 3 하드 마스크막(150)을 순차적으로 형성한 후 그 상부에 감광막 패턴(160)을 형성한다. 제 1 하드 마스크막(130)은 특정 식각 반응물에 대하여 제 1 희생막(110)과 식각률이 다르고 제 2 희생막(120)과 식각률이 같거나 거의 유사한 물질로 형성하는데, 예를 들어 실리콘 나이트라이드막으로 형성할 수 있다. 제 2 하드 마스크막(140)은 특정 식각 반응물에 대해 제 1 하드 마스크막(130)과 식각률이 다른 물질로 형성하는데, 예를 들어 a-C:H막 또는 SOC(Spin On Carbon) 등의 카본막으로 형성한다. 또한, 제 3 하드 마스크막(150)은 특정 식각 반응물에 대해 제 2 하드 마스크막(140)과 식각률이 다른 물질로 형성하는데, 예를 들어 실리콘 옥사이드막 또는 실리콘 나이트라이드막으로 형성한다. 제 3 하드 마스크막(150) 상부에 감광막을 도포한 후 소정의 마스크를 이용한 사진 및 현상 공정으로 패터닝하여 감광막 패턴(160)을 형성한다. 감광막 패턴(160)은 실린더 구조의 하부 전극이 형성되는 영역이 노출되도록 형성된다.Referring to FIG. 2, the first
도 3을 참조하면, 감광막 패턴(160)을 식각 마스크로 제 3 하드 마스크막(150)을 식각한다. 여기서, 제 3 하드 마스크막(150)은 제 2 하드 마스크막(140)과 식각률이 차이나는 물질로 식각하는데, 예를 들어 SF6, NF3, CxFy 또는 CxHyFz 가스를 이용하여 식각한다. 이때, 플라즈마 활성화 가스인 O2, N2, Ar, He 중 하나 이상을 첨가하여 제 3 하드 마스크막(150)을 식각할 수도 있다. 즉, 제 3 하드 마스크막(150)은 불소 함유 가스를 플라즈마화하여 식각한다.Referring to FIG. 3, the third
도 4를 참조하면, 패터닝된 제 3 하드 마스크막(150)을 식각 마스크로 제 2 하드 마스크막(140)을 식각한다. 여기서, 제 2 하드 마스크막(140)은 제 3 하드 마스크막(150) 및 제 1 하드 마스크막(130)과 식각률이 차이나는 물질로 식각하는데, 예를 들어 O2 또는 O3 가스를 이용하여 식각한다. 이때, 플라즈마 활성화 가스인 N2, Ar, He 중 하나 이상을 첨가하여 제 2 하드 마스크막(140)을 식각할 수도 있다. 즉, 제 2 하드 마스크막(140)은 산소 함유 가스를 플라즈마화하여 식각할 수 있다. 이때, 폴리머(Polymer) 계열인 감광막 패턴(160)은 제 2 하드 마스크막(140) 식각 시 함께 제거된다.Referring to FIG. 4, the second
도 5를 참조하면, 패터닝된 제 2 하드 마스크막(140)을 식각 마스크로 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120)을 식각한다. 여기서, 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120)은 SF6, NF3, CxFy 또는 CxHyFz 중 하나 이상의 가스를 이용하여 식각한다. 이때, 플라즈마 활성화 가스인 O2, N2, Ar, He 중 하나 이상을 첨가하여 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120)을 식각할 수도 있다. 즉, 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120)은 불소 함유 가스를 플라즈마화하여 식각할 수 있다. 이때, 제 3 하드 마스크막(150)은 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120) 식각 시 함께 제거된다. 한편, 제 1 하드 마스크막(130) 및 제 2 희생막(120)을 식각할 때 식각 가스의 직진성을 향상시키기 위해 챔버 압력은 0.5mTorr~20mTorr 범위에서 조절한다. 또한, 플라즈마 소오스는 반도체 기판(100)이 플라즈마에 의한 데미지를 받지 않도록 2000W~5000W를 인가하여 헬리콘 플라즈마와 같은 리모트 플라즈마를 형성할 수도 있고, 500W~2000W를 인가하여 다이렉트(Direct) 플라즈마를 사용할 수도 있다. 그리고, 플라즈마에 의해 분해된 이온의 직진성의 향상시켜 반도체 기판(100)에서 반응할 수 있도록 바이어스(Bias) 파워는 1W~3000W로 인가하며, 이때 반도체 기판(100)에서 반응을 더욱 활성화시키기 위해 기판 온도는 25℃~400℃로 조절한다. 여기서, 플라즈마에 의해 분해된 이온의 직진성을 더욱 향상시키기 위해서 정전척을 사용할 수도 있다. 즉, 정전척 상에 반도체 기판(100)을 위치시킨 후 공정을 진행할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first
도 6을 참조하면, 패터닝된 제 1 하드 마스크막(130)을 식각 마스크로 제 1 희생막(110)을 식각한다. 여기서, 제 1 희생막(110)은 O2 또는 O3 가스를 이용하여 식각하며, 이때 플라즈마 활성화 가스인 N2, Ar, He 중 하나 이상을 첨가하여 식각할 수 있다. 즉, 제 1 희생막(110)은 산소 함유 가스를 플라즈마화하여 식각할 수 있다. 이렇게 하여, 반도체 기판(100)의 소정 영역을 노출시키는 캐패시터의 하부 전극을 형성하기 위한 실린더 홀(170)이 형성된다. 이때, 제 2 희생막(120)은 산소 함유 가스에 의해 식각되지 않으므로 제 1 희생막(110) 식각 시 제 2 희생막(120)은 수직 프로파일을 그대로 유지하게 된다. 따라서, 실린더 홀(170)은 수직 프로파일을 유지하게 된다. 한편, 제 2 하드 마스크막(140)은 제 1 희생막(110) 식각 시 함께 제거된다. 이렇게 실린더 홀(170)을 형성하기 위해 서로 다른 식각 반응물(Etching Reactant), 즉 실리콘 함유 막을 식각하기 위해 불소 함유 가스를 이용하고, 카본 함유 막을 식각하기 위해 산소 함유 가스를 이용함으로써 실린더 홀(170)의 상단부와 하단부의 프로파일을 각각 제어할 수 있고, 그에 따라 수직 프로파일로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6, the first
도 7을 참조하면, 실린더 홀(170)의 측벽을 포함한 전면에 시드막(180)을 형성한다. 즉, 시드막(180)은 실린더 홀(170)의 측벽과 제 1 하드 마스크막(130) 및 반도체 기판(100)의 상부에 형성된다. 이러한 시드막(180)은 후속으로 성장시킬 그래핀막과 실린더 홀(170)의 측벽을 절연하고 그래핀막의 시드로 이용하기 위해 형성하며, 예를 들어 실리콘 나이드라이드막을 이용하여 형성한다. 여기서, 시드막(180)을 형성하기 위해 기판 온도는 700℃ 이상을 유지하며, 시드막(180)이 실린더 홀(170)의 하부 측면까지 원활히 증착될 수 있도록 100mTorr 이하의 낮은 압력에서 증착을 진행하며, N2 분위기에서 SiH4와 NH3를 적절한 비율로 증착시킨다. 또한, 증착 온도를 낮추기 위해 챔버 압력은 0.5mTorr~20mTorr로 조절하며, 플라즈마 소오스는 기판이 플라즈마에 의한 데미지를 입지 않도록 2000W~5000W로 인가하여 헬리콘 플라즈마와 같은 리모트 플라즈마를 형성할 수도 있고, 500W~2000W로 인가하여 다이렉트(Direct) 플라즈마를 형성할 수도 있다. 또한, 플라즈마에 의해 분해된 이온의 직진성의 향상시켜 기판에서 반응할 수 있도록 바이어스(Bias) 파워는 1W~3000W로 조절하며, 이때 기판에서 반응을 더욱 활성화시키기 위해서 기판 온도는 25℃~400℃로 조절한다. 여기서, 플라즈마에 의해 분해된 이온의 직진성을 더욱 향상시키기 위해서 정전척을 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 7, the
도 8을 참조하면, 시드막(180)을 블랭킷 식각하여 실린더 홀(170)의 측벽에만 시드막(180)을 잔류시키고 반도체 기판(100) 및 제 1 하드 마스크막(130) 상에 형성된 시드막(180)을 제거한다. 이어서, 캐패시터의 하부 전극으로 이용되는 그래핀막(190)을 시드막(180) 및 제 1 하드 마스크막(130)을 포함한 전체 상부에 형성한다. 즉, 그래핀막(190)은 시드막(180) 및 제 1 하드 마스크막(130)을 시드로 형성된다. 그래핀막(190)은 CxHy의 탄화수소 화합물을 이용하고, 열 CVD 공정을 이용하는 경우 그래핀막(190)을 실린더 홀(170)의 측벽 및 하부, 그리고 제 1 하드 마스크막(130) 상에 고르게 형성하기 위해 1000℃ 이상, 예를 들어 1000~1300℃의 기판 온도와 100mTorr 이하, 예를 들어 10mTorr~100mTorr의 챔버 압력을 유지한다. 또한, 플라즈마 CVD를 이용하는 경우 증착 온도를 낮추기 위해 챔버 압력은 0.5mTorr~20mTorr 범위에서 조절하며, 플라즈마 소오스는 기판에 플라즈마 데미지를 주지 않도록 2000W~5000W로 인가하여 헬리콘 플라즈마와 같은 리모트 플라즈마를 형성할 수도 있고, 500W~2000W로 인가하여 다이렉트 플라즈마를 형성할 수도 있다. 또한, 플라즈마에 의해 분해된 이온의 직진성의 향상시켜 기판에서 반응할 수 있도록 바이어스 파워는 1W~3000W 범위에서 조절하며, 이때 기판에서 반응을 더욱 활성화시키기 위해서 기판 온도는 25℃~400℃로 조절한다. Referring to FIG. 8, the
도 9를 참조하면, 그래핀막(190) 상에 유전체막(200)을 형성하고, 실린더 홀(170)이 매립되도록 유전체막(200) 상에 상부 전극(210)을 형성한다. 유전체막(200)은 옥사이드 계열, 나이트라이드 계열 또는 복수의 적층 구조를 이용할 수 있다. 예를 들어 유전체막(200)은 하프늄 옥사이드(HfO2), 지르코늄 옥사이드(ZrO3), 라듐 옥사이드(La2O5), 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5) 및 스트론튬티타늄 옥사이드(SrTiO3)를 포함하는 적어도 하나의 물질이나, NO(Nitride-Oxide) 적층, ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 적층, ZAZ(ZrO2-Al2O3-ZrO2) 적층 또는 ZZA(ZrO2-ZrO2-Al2O3) 적층을 사용할 수 있다. 또한, 상부 전극(210)은 폴리실리콘막, 금속막 등의 도전 물질로 형성할 수 있다. 그러나, 상부 전극(210)을 그래핀막으로 형성할 수도 있는데, 이 경우 유전체막(200) 상에 예를 들어 실리콘 나이트라이드를 이용하여 시드막을 형성한 후 그래핀막을 형성할 수도 있다. 이때, 상부 전극(210)으로 이용되는 그래핀막은 하부 전극으로 이용되는 그래핀막(190)과 동일 조건으로 형성할 수도 있다.
Referring to FIG. 9, the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 캐패시터 및 그 제조 방법은 하부 전극으로 그래핀막을 이용함으로써 얇은 두께로 하부 전극을 형성하면서도 정전 용량을 증가시킬 수 있다. 이는 그래핀막의 저항 또는 도전율이 실리콘 또는 금속보다 우수하기 때문이다. 예를 들어, P+ 도핑된 폴리실리콘의 저항은 500×10-6Ω-㎝이며, Ti/TiN의 저항은 90~300×10-6Ω-㎝인 반면 그래핀의 저항은 금속보다 낮은 저항, 예를 들어 구리보다 35% 이상 낮은 저항을 가져 하부 전극과 상부 전극 사이의 유전체막에 전자가 충전될 때 저항에 의한 손실없이 충전된다. 따라서, 폴리실리콘 또는 Ti/TiN보다 더 얇게 형성하여도 전극의 역할이 가능하며, 임계치수(Critical Dimension; CD)의 마진이 높아 유전체막의 증착을 원활하게 할 수 있을 뿐만 아니라 높게 증착할 수 있어 캐패시터의 높이를 낮출 수 있다.
As described above, the capacitor and the method of manufacturing the same according to the present invention can increase the capacitance while forming the lower electrode to a thin thickness by using the graphene film as the lower electrode. This is because the resistance or conductivity of the graphene film is superior to that of silicon or metal. For example, P + resistance of the doped polysilicon is 500 × 10 -6 Ω-㎝, Ti / TiN, while the resistance of 90 ~ 300 × 10 -6 Ω- ㎝ yes resistance of lower resistance than the metal pin, For example, it has a resistance of 35% or more lower than that of copper so that when an electron is charged in the dielectric film between the lower electrode and the upper electrode, it is charged without loss due to the resistance. Therefore, even if it is formed thinner than polysilicon or Ti / TiN, the role of the electrode is possible, and the margin of the critical dimension (CD) is high, so that not only the deposition of the dielectric film can be made smooth, but also the high deposition capacitor Can lower the height.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
100 : 반도체 기판 110, 120 : 제 1 및 제 2 희생막
130, 140, 150 : 하드 마스크막 160 : 감광막 패턴
170 : 실린더 홀 180 : 시드막
190 : 그래핀막 200 : 유전체막
210 : 상부 전극100:
130, 140, 150: hard mask film 160: photosensitive film pattern
170: cylinder hole 180: seed film
190: graphene film 200: dielectric film
210: upper electrode
Claims (16)
상기 희생막 측벽 및 상부, 상기 반도체 기판 상에 형성된 하부 전극; 및
상기 하부 전극 상에 적층 형성된 유전체막 및 상부 전극을 포함하며,
상기 희생막은 카본 함유 막 및 실리콘 함유 막이 적층 형성되고,
상기 하부 전극은 그래핀막으로 형성된 캐패시터.
A sacrificial film formed on the semiconductor substrate to expose a predetermined region of the semiconductor substrate;
Sidewalls and an upper portion of the sacrificial layer, and a lower electrode formed on the semiconductor substrate; And
A dielectric film and an upper electrode stacked on the lower electrode;
The sacrificial film is formed by laminating a carbon-containing film and a silicon-containing film,
The lower electrode is a capacitor formed of a graphene film.
The capacitor of claim 1, wherein the carbon-containing film comprises an aC: H film or a spin on carbon (SOC) film, and the silicon-containing film comprises silicon oxide.
The capacitor of claim 1, further comprising a seed layer formed between the sacrificial layer sidewall and the lower electrode.
The method of claim 1, wherein the dielectric layer is NO (Nitride-Oxide), ONO (Oxide-Nitride-Oxide), ZAZ (ZrO 2 -Al 2 O 3 -ZrO 2 ) or ZZA (ZrO 2 -ZrO 2 -Al 2 O 3 ) formed capacitor.
The capacitor of claim 1, wherein the upper electrode is formed of polysilicon, a metal, or a graphene film.
상기 희생막의 소정 영역을 식각하여 상기 반도체 기판을 노출시키는 실린더 홀을 형성하는 단계;
상기 실린더 홀 측벽에 시드막을 형성하는 단계;
상기 시드막 측벽 및 상기 반도체 기판 상에 그래핀막을 형성하는 단계;
상기 그래핀막 상부에 유전체막 및 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 캐패시터 제조 방법.
Stacking a carbon-containing film and a silicon-containing film on the semiconductor substrate to form a sacrificial film;
Etching a predetermined region of the sacrificial layer to form a cylinder hole exposing the semiconductor substrate;
Forming a seed film on sidewalls of the cylinder hole;
Forming a graphene film on the seed film sidewalls and the semiconductor substrate;
Capacitor manufacturing method comprising the step of forming a dielectric film and the upper electrode on the graphene film.
The method of claim 7, further comprising forming a plurality of hard mask layers on the sacrificial layer.
9. The method of manufacturing a capacitor according to claim 8, wherein the plurality of hard mask films are formed by laminating a first silicon-containing film, a carbon-containing film, and a second silicon-containing film.
10. The method of claim 9, wherein the first silicon-containing film comprises silicon nitride, the carbon-containing film comprises an aC: H film or spin on carbon (SOC), and the second silicon-containing film is silicon oxide or silicon nitride. Capacitor manufacturing method comprising a.
The method of claim 10, wherein the first and second silicon-containing films are etched using a fluorine-containing gas, and the carbon-containing film is etched using an oxygen-containing gas.
The method of claim 7, wherein the carbon-containing film comprises an aC: H film or a spin on carbon (SOC) film, and the silicon-containing film comprises silicon oxide.
The method of claim 12, wherein the silicon-containing film is etched using a fluorine-containing gas and the carbon-containing film is etched using an oxygen-containing gas.
The method of claim 13, wherein the silicon-containing film and the carbon-containing film generate a plasma to be etched.
The method of claim 7, wherein the graphene film is formed using a hydrocarbon compound of CxHy at a temperature of 1000 to 1300 ° C. or higher and a pressure of 10 to 100 mTorr.
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