KR20170119119A - 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents
반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170119119A KR20170119119A KR1020160046868A KR20160046868A KR20170119119A KR 20170119119 A KR20170119119 A KR 20170119119A KR 1020160046868 A KR1020160046868 A KR 1020160046868A KR 20160046868 A KR20160046868 A KR 20160046868A KR 20170119119 A KR20170119119 A KR 20170119119A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- forming
- lower electrode
- dielectric layer
- capacitor
- electrode
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 12
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 6
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 claims description 6
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 22
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/75—Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer
-
- H01L27/1085—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/65—Electrodes comprising a noble metal or a noble metal oxide, e.g. platinum (Pt), ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO2), iridium (Ir), iridium dioxide (IrO2)
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01022—Titanium [Ti]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
- H01L2924/1025—Semiconducting materials
- H01L2924/1026—Compound semiconductors
- H01L2924/1067—Oxide
- H01L2924/10671—Titanium dioxide, anatase, rutile, brookite [TiO2]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
실시예들은 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성되는 유전체층 및 상기 유전체층 상에 형성되는 상부전극을 포함하되, 상기 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함하는, 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법에 관련된다.
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 주석산화물을 전극층으로하고, 루타일 구조의 티타늄 산화물을 유전체층으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자 공정의 비약적인 발전 통해 반도체 소자의 집적도는 급속도로 발전하고 있다. 특히 현재 DRAM 등 메모리 반도체 소자는 디자인룰 20nm 이하의 공정이 사용되는 등 초미세집적 소자 개발이 요구된다. 이러한 DRAM 소자의 미세화에 가장 큰 걸림돌은 DRAM 요소 기술 중 핵심 기술인 커패시터 기술이다. "1"과 "0" 정보의 기록을 담당하는 전하를 저장하는 커패시터는 동작 전압 하에서 낮은 누설전류를 유지함과 동시에 큰 정전 용량 확보가 요구된다. 이러한 조건을 만족하기 위해서는 높은 유전율을 가지는 유전체 소재 및 낮은 누설전류를 확보할 수 있는 전극 소재 개발이 요구된다. 현재까지 주로 이용되어온 유전체는 알루미늄산화물 (Al2O3), 하프늄산화물(HfO2), 지르코늄산화물 (ZrO2) 등등이며, TiN 등의 전극 물질과 함께 사용 혹은 개발되고 있다. 그러나 위에서 언급한 물질들로는 향후 요구되는 10 nm 급 DRAM 소자 개발이 어렵기 때문에 새로운 유전체 및 전극 물질 개발이 요구된다.
새로운 유전체 물질로 주목받고 있는 소재는 100 이상의 유전율을 가질 수 있는 루타일 구조의 티타늄산화물 (TiO2)이다. 이 루타일 구조의 티타늄산화물은 일반적인 제조 방법으로는 형성되지 않으나 RuO2 및 IrO2 등등 산화물 전극을 이용하였을 때 형성되며, 따라서 이와 같은 귀금속산화물 전극과 함께 차세대 커패시터 소자의 소재 물질로 주목받고 있다.
그러나 이와 같은 커패시터 구조는 DRAM 소자 제조 공정 중 환원 분위기에서의 열처리 공정에 매우 취약한 문제를 가지고 있다. RuO2, IrO2 등은 고온에서 쉽게 금속으로 환원되며, 환원 시 발생하는 산소가 소자구조 내에서 이동하며 치명적인 문제를 발생시키게 된다.
우수한 특성을 보이는 루타일 구조의 티타늄산화물과 RuO2, IrO2 등 전극 물질로 구성된 커패시터 구조의 적용을 위해서는, 환원 분위기 열처리 시 전극 물질의 환원은 반드시 해결되어야 하는 문제이다. 환원 저항성이 높은 TiN 및 기타 다른 금속 물질은 루타일 구조의 티타늄산화물 형성이 불가하기 때문에 이 또한 적용이 어려운 문제가 있다. 따라서 루타일 구조의 티타늄산화물을 형성할 수 있는 구조를 가짐과 동시에 환원 저항성이 우수한 새로운 전극 물질의 개발이 요구된다.
본 발명은 환원 분위기에서의 열처리 공정에 견딜 수 있는 높은 환원 저항성을 갖는 루타일 구조의 전도성 산화물 박막 및 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터는, 하부전극, 상기 하부전극 상에 형성되는 유전체층 및 상기 유전체층 상에 형성되는 상부전극을 포함하되, 상기 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함한다.
일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터에 있어서, 상기 상부전극 또는 상기 하부전극은 주석산화물(SnO2)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터에 있어서, 상기 상부전극 또는 상기 하부전극은, 불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나가 도핑된 것일 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터에 있어서, 상기 메모리 소자용 커패시터는, DRAM 소자에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법은 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계, 하부전극 상에 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함한다. 여기서 상기 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법에 있어서, 상기 하부전극을 형성하는 단계 또는 상기 상부전극을 형성하는 단계는, 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(ALD), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 분자빔증착법(Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD), 화학증착법(CVD) 중 적어도 하나를 이용하여 주석산화물층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법에 있어서, 상기 하부전극을 형성하는 단계 또는 상기 상부전극을 형성하는 단계는, 상기 주석산화물층에 불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 환원 열처리 공정에 변형되지 않는 주석 산화물계 전도성 박막을 제조하여 반도체 소자에 전극물질로 활용할 수 있다. 이러한 전도성 박막을 메모리소자에 사용함으로써 소자의 특성을 향상시킬 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속원소가 도핑된 이산화 주석의 결정구조(도 2a)와 이산화 루테늄의 결정구조(도 2b)를 나타내는 X-선 회절 패턴이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도핑된 이산화 주석 위에 원자층 증착법으로 형성한 티타늄 산화막의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 수소 분위기에서 400 도 열처리 전후 루테늄 산화물 박막(도 4a) 및 이산화주석 박막(도 4b)의 X-선 회절 패턴이다.
도 5a, 도 5b, 도6a 및 도6b는 이산화주석 산화막 및 이산화루테늄의 기판에 형성된 티타늄산화물의 수소 분위기 열처리 전(도 5a), 후(도 5b) 화학적 상태 변화를 파악하기 위한 오제전자분광 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법의 순서도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속원소가 도핑된 이산화 주석의 결정구조(도 2a)와 이산화 루테늄의 결정구조(도 2b)를 나타내는 X-선 회절 패턴이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도핑된 이산화 주석 위에 원자층 증착법으로 형성한 티타늄 산화막의 X-선 회절 패턴을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 수소 분위기에서 400 도 열처리 전후 루테늄 산화물 박막(도 4a) 및 이산화주석 박막(도 4b)의 X-선 회절 패턴이다.
도 5a, 도 5b, 도6a 및 도6b는 이산화주석 산화막 및 이산화루테늄의 기판에 형성된 티타늄산화물의 수소 분위기 열처리 전(도 5a), 후(도 5b) 화학적 상태 변화를 파악하기 위한 오제전자분광 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법의 순서도를 나타낸다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터의 단면도이다. 도 1을 참조하면 반도체 메모리 소자용 커패시터(100)는 하부전극(10), 유전체층(20) 및 상부전극(30)을 포함할 수 있다. 하부전극(10)은 기판상에 위치할 수 있다.
유전체층(20)은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
하부전극(10) 또는 상부전극(30)은 주석산화물(SnO2)을 포함할 수 있다. 즉, 하부전극(10)과 상부전극(30) 중 어느 하나 또는 둘다 주석산화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 전극에 사용되는 주석산화물을 도핑처리하여 전기 전도성을 향상시킬 수 있다. 주석산화물에 도핑되는 재료는 불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 메모리 소자용 커패시터(100)는 DRAM 소자에 적용될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
일 실시예에 따른 전극 및 유전체층은 환원 저항성이 우수하여 반도체 제조공정에 수반되는 환원 열처리 공정에 문제없이 적용할 수 있는 이점이 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 금속원소가 도핑된 이산화 주석의 결정구조(도 2a)와 이산화 루테늄의 결정구조(도 2b)를 나타내는 X-선 회절 패턴이다. 도 2를 참조하면 두 물질이 각각 루타일 상을 갖는 것을 픽(110)을 통해 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도핑된 이산화 주석 위에 원자층 증착법으로 형성한 티타늄 산화막의 X-선 회절 패턴을 나타낸다. 이산화 주석 박막의 회절 픽(110) 이외에 루타일 티타늄 산화막 회절 픽(110)을 확인할 수 있다. 또한 낮은 유전율을 가지는 아나타제 (anatase) 구조의 티타늄 산화막의 회절 픽은 관찰되지 않았다. 이는 이산화 주석 박막이 높은 유전율의 티타늄산화막을 형성할 수 있는 전극 물질로 사용될 수 있음을 의미한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 수소 분위기에서 400 도 열처리 전후 루테늄 산화물 박막(도 4a) 및 이산화주석 박막(도 4b)의 X-선 회절 패턴이다. 여기서 아래쪽 검은색으로 표시된 부분은 열처리 전이고, 위쪽 붉은색으로 표시된 부분은 열처리 후이다. 환원 분위기에서의 열처리를 통한 환원저항성을 비교하고자 기존 물질인 루테늄산화물도 동시에 비교하였다.
먼저 도 4a를 참조하면, 루테늄산화물의 열처리 전후 X-선 회절 패턴을 보여준다. 열처리 이전에는 RuO2 로 박막이 형성되어 있으나, 수소 분위기에서 열처리 후 RuO2 회절 픽이 사라진 것으로 보아 RuO2 박막이 환원되었음을 알 수 있다.
반면 이산화주석 박막의 경우, 수소 분위기 열처리 전후에 X-선 회절 패턴에 변화가 없는 것으로부터 수소 분위기에서 열처리에도 환원되지 않는 높은 환원저항성을 확인할 수 있다.
즉, 도 4a 및 4b의 결과는, 본 발명의 일 실시예에 따라서 주석산화물을 이용함으로써 수소 분위기에서 열처리에도 환원되지 않는 높은 환원저항성을 제공할 수 있음을 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 이산화주석 산화막의 기판에 형성된 티타늄산화물의 수소 분위기 열처리 전(도 5a), 후(도 5b) 화학적 상태 변화를 파악하기 위한 오제전자분광 결과이다.
또한 도 6a 및 도 6b는 루테늄 산화막의 기판에 형성된 티타늄산화물의 수소 분위기 열처리 전(도 6a), 후(도 56) 화학적 상태 변화를 파악하기 위한 오제전자분광 결과이다.
도 5a 및 도5b를 참조하면, 도핑된 이산화 주석 박막의 400도 수소 분위기 열처리 전후의 화학적 조성이 거의 변화하지 않았음을 알 수 있다. 이는 도 4b에서 확인한 바와 같이 열처리로 인한 이산화주석의 환원이 거의 없다는 것을 의미한다.
반면, 도 6a 및 도6b를 참조하면, 환원 열처리 후 이산화 루테늄 층의 산소함량이 급격히 감소하였음을 확인할 수 있다. 이는 도 4a에서 확인한 바와 같이 이산화 루테늄이 환원되어 루타일 픽이 감소하였다는 것을 의미한다.
따라서 도 4 내지 도 6에서 확인한 것과 같이 본 발명을 통해 제조한 도핑된 이산화주석 박막은 전도성을 확보함과 동시에 환원 저항성을 높여 반도체 메모리 소자에 사용하기에 적합하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법의 순서도를 나타낸다. 상기 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법에 따라 상술한 반도체 메모리 소자용 커패시터가 제조될 수 있다.
반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법은 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계(S100), 하부전극 상에 유전체층을 형성하는 단계(S200) 및 상기 유전체층 상에 상부전극을 형성하는 단계(S300)를 포함한다. 여기서 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 또한 상부전극을 형성하는 단계(S300) 이후 수소 열처리하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한 일 실시예에서, 단계(S100) 또는 단계(S300) 중 적어도 한 단계는 스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(ALD), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 분자빔증착법(Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD), 화학증착법(CVD) 중 적어도 하나를 이용하여 주석산화물층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에서, 단계(S100) 또는 단계(S300) 중 적어도 한 단계는 상기 주석산화물층에 불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
Claims (7)
- 하부전극;
상기 하부전극 상에 형성되는 유전체층; 및
상기 유전체층 상에 형성되는 상부전극을 포함하되,
상기 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함하는, 반도체 메모리 소자용 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 상부전극 또는 상기 하부전극은 주석산화물(SnO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상부전극 또는 상기 하부전극은,
불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나가 도핑된 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 메모리 소자용 커패시터는, DRAM 소자에 적용되는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터.
- 기판 상에 하부전극을 형성하는 단계;
하부전극 상에 유전체층을 형성하는 단계; 및
상기 유전체층 상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 유전체층은 루타일(rutile) 구조의 티타늄 산화물을 포함하는, 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 하부전극을 형성하는 단계 또는 상기 상부전극을 형성하는 단계는,
스퍼터링(sputtering), 원자층 증착법(ALD), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 분자빔증착법(Molecular Beam Epitaxy), 펄스레이저증착법(PLD), 화학증착법(CVD) 중 적어도 하나를 이용하여 주석산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 하부전극을 형성하는 단계 또는 상기 상부전극을 형성하는 단계는,
상기 주석산화물층에 불소(F), 탄탈늄(Ta), 안티몬(Sb), 니오비움(Nb) 중 적어도 하나를 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자용 커패시터 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160046868A KR20170119119A (ko) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160046868A KR20170119119A (ko) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170119119A true KR20170119119A (ko) | 2017-10-26 |
Family
ID=60301126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160046868A KR20170119119A (ko) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170119119A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210002833A (ko) * | 2019-07-01 | 2021-01-11 | 한국과학기술연구원 | 전극막 제조 방법 및 이를 이용한 커패시터의 제조 방법 |
| US11398483B2 (en) | 2019-07-01 | 2022-07-26 | Korea Institute Of Science And Technology | Method of manufacturing electrode layer, method of manufacturing capacitor using the same, capacitor, and memory device including the same |
| WO2023080346A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 반도체 소자용 커패시터, 반도체 소자용 커패시터의 제조 방법, 및 디램 소자 |
-
2016
- 2016-04-18 KR KR1020160046868A patent/KR20170119119A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210002833A (ko) * | 2019-07-01 | 2021-01-11 | 한국과학기술연구원 | 전극막 제조 방법 및 이를 이용한 커패시터의 제조 방법 |
| US11398483B2 (en) | 2019-07-01 | 2022-07-26 | Korea Institute Of Science And Technology | Method of manufacturing electrode layer, method of manufacturing capacitor using the same, capacitor, and memory device including the same |
| WO2023080346A1 (ko) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 반도체 소자용 커패시터, 반도체 소자용 커패시터의 제조 방법, 및 디램 소자 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106876583B (zh) | 电阻式随机存取存储器 | |
| Mueller et al. | Incipient ferroelectricity in Al‐doped HfO2 thin films | |
| JP2018536998A (ja) | 強誘電体キャパシタ、強誘電体電界効果トランジスタ、並びに導電材料及び強誘電体材料を含む電子部品の形成に用いられる方法 | |
| US7700988B2 (en) | Metal-insulator-metal capacitor | |
| US9887083B2 (en) | Methods of forming capacitors | |
| US20150001674A1 (en) | Capacitors Having Dielectric Regions that Include Multiple Metal Oxide-Comprising Materials | |
| JP5572749B2 (ja) | 不揮発性記憶素子及びその製造方法 | |
| US20190123133A1 (en) | Mim capacitor and method of forming the same | |
| JP2006060230A (ja) | ３次元半導体キャパシタおよびその製造方法 | |
| KR20170119119A (ko) | 반도체 메모리 소자용 커패시터 및 그 제조방법 | |
| KR101892632B1 (ko) | 백금족 산화물과 주석 산화물의 화합물을 갖는 반도체 메모리 소자 및 그 제조방법 | |
| WO2009090979A1 (ja) | キャパシタ、半導体装置、およびこれらの作製方法 | |
| CN107403822A (zh) | 电阻式随机存取内存及其制造方法 | |
| JP2002353422A (ja) | 高誘電率材料を有するｍｆｍｏｓキャパシタおよびその製造方法 | |
| US10840445B2 (en) | Memory device | |
| KR102614117B1 (ko) | 반도체 소자용 커패시터, 반도체 소자용 커패시터의 제조 방법, 및 디램 소자 | |
| US9887258B2 (en) | Method for fabricating capacitor | |
| JP7562202B2 (ja) | キャパシタ、それを含む電子装置、及びその製造方法 | |
| KR102640209B1 (ko) | 커패시터, 이를 포함하는 디바이스, 및 이의 제조방법 | |
| KR20230045460A (ko) | 커패시터, 커패시터를 포함하는 메모리 소자 및 커패시터 제조 방법 | |
| US20220406884A1 (en) | Thin film structure, capacitor including thin film structure, semiconductor device including thin film structure, and method of manufacturing thin film structure | |
| US20240155824A1 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
| JP2006269823A (ja) | 容量素子および容量素子の製造方法 | |
| KR20220169882A (ko) | 박막 구조체, 이를 포함하는 커패시터 및 반도체 소자, 및 이의 제조방법 | |
| TWI662688B (zh) | 半導體結構及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| E801 | Decision on dismissal of amendment |