KR20240044993A - 반도체 소자의 전극의 제조 방법 및 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 전극 형성하는 방법 및 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 향상된 특성을 가지는 반도체 소자의 전극을 제조하기 위한 제조 방법 및 구조에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 전극 형성 방법은, 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하는 단계; 상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막 상에 텅스텐 함유막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 전극 형성 방법은, 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하는 단계; 상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막 상에 텅스텐 함유막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 전극의 제조 방법 및 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 향상된 특성을 가지는 반도체 소자를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
반도체 기술의 발전에 따라 반도체 소자의 고속화 및 고집적화가 급속도로 진행되고 있으며, 이에 따라 패턴의 미세화 및 패턴 치수의 고정밀화에 대한 요구가 점점 높아지고 있다. 그러나, 반도체 소자의 전극은 하부막 및 상부막에 따라 막의 막질의 특성이 저하되며, 이에 따라 반도체 소자 동작에 영향을 출 수 있다. 이에, 최근에는 3차원 구조로 반도체 소자를 제조하여 반도체 소자의 동작을 향상시키기 위한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
이와 같은, 제조 과정에서 반도체 소자를 구성하는 실리콘 또는 실리콘 함유막 및 전극은 패터닝 또는 평탄화 과정에서 식각 가스에 노출된다. 식각 가스는 할로겐 원소를 함유한 가스일 수 있다. 할로겐 원소로서 대표적인 불소(F)나 염소(Cl) 등과 같은 원소는 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면과 반응할 수 있다. 실리콘 또는 실리콘 함유막은 증착 가스에 노출되면 식각될 수 있다. 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 절연막이나 유전막이나 금속막이 형성될 때, 이들 박막을 증착 위한 가스가 불소나 염소 등과 같은 할로겐 원소를 포함하는 경우, 박막을 형성하는 과정에서 불소나 염소 등과 같은 할로겐 원소에 의해서 하부막인 실리콘 또는 실리콘 함유막이 의도치 않게 식각될 수 있다. 증착과정에서 증착 가스 등에 포함된 할로겐 원소에 의해서 실리콘 또는 실리콘 함유막이 식각되면, 식각된 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면은 손상을 받아 막의 표면이 불규칙하게 된다. 표면이 불규칙한 하부막 위에 형성되는 상부막은 하부막과 사이의 계면에서 결함이 발생할 수 있고, 상부막의 형성에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
증착 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 방지하기 위하여 실리콘 또는 실리콘 함유막 상부에 바로 증착막을 형성하지 않고, 하부막의 손상을 방지하는 목적으로 배리어막을 형성할 수 있다. 증착막이 반도체 소자의 전극으로 사용되기 위한 경우, 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 배리어막으로 티타늄질화막(TiN)을 형성할 수 있다.
배리어막으로서 티타늄질화막은 이후에 형성되는 금속막인 전극을 형성할 때 생성되는 할로겐 원소가 하부막인 실리콘 또는 실리콘 함유막을 손상하는 것 방지하기도 하지만, 티타늄질화막을 형성하기 위한 반응가스 역시 할로겐 원소를 포함할 수 있다. 일례로 사염화티탄(TiCl4)가 티타늄질화막을 형성하는데 일반적으로 사용된다. 따라서, 실리콘 또는 실리콘 함유막과 전극 사이에 형성되는 배리어막인 티타늄질화막도 형성과정에서 하부막인 실리콘 또는 실리콘 함유막의 손상을 줄 수 있고 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면이 불규칙해질 수 있다. 배리어막인 티타늄질화막 상에 전극이 형성될 때, 전극을 형성하는 증착가스에 포함된 할로겐 원소에 의해서 티타늄질화막이 손상을 받을 수 있다. 하부막인 실리콘 또는 실리콘 함유막에 손상을 줄이더라도 배리어막인 티타늄질화막 자체가 손행을 받아 티타늄질화막에서 크랙이 발생하거나 티타늄질화막 자체가 손상될 수도 있다.
본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 감소하기 위한 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 감소하기 위한 보다 개선된 배리어막을 포함하는 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 표면거칠기의 손상을 줄일 수 있는 보다 개선된 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 감소하기 위한 보다 개선된 배리어막의 표면거칠기의 손상을 줄일 수 있는 보다 개선된 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 전극 형성 방법제조 방법은, 반도체 소자의 전극 형성 방법으로서, 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하는 단계; 상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막 상에 텅스텐 함유막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막의 두께는 상기 텅스텐 함유막 두께의 50%이하의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 루테늄을 함유하는 유기소스로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 텅스텐 함유막은 텅스텐 할로겐 가스로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 전극은 메모리 소자의 전극, 워드라인, 비트라인, 트랜지스터의 전극 중 어느 하나인 반도체 소자의 전극 형성 방법을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하기 전에 상기 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면의 산화물 또는 불순물을 제거하는 단계를 포함한다.
실리콘 또는 실리콘 함유막; 및 상기 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 형성된 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 포함하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막의 두께는 상기 텅스텐 함유막 두께의 50%이하의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 루테늄을 함유하는 유기소스로 형성하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 텅스텐 함유막은 텅스텐 할로겐 가스로 형성하는 반도체 소자의 전극을 포함한다.
상기 전극은 메모리 소자의 전극, 워드라인, 비트라인, 트랜지스터의 전극 중 어느 하나인 반도체 소자의 전극을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 감소하기 위한 보다 개선된 배리어막의 표면거칠기의 손상을 줄일 수 있는 보다 개선된 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 실리콘 또는 실리콘 함유막 위에 전극을 형성할 때, 전극을 형성하는 과정에서 발생하는 하부막의 손상을 감소하기 위한 보다 개선된 배리어막을 포함하는 반도체 소자의 전극 및 이의 형성방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 막, 영역, 또는 기판 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다.
또한, "상부" 또는 "하부"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도시되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 여기서, 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장되어 도시될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 반도체 소자는 절연막 위에 형성되는 전극일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 기판(미도시)은 실리콘 또는 실리콘 함유막으로 이루어진 절연막(100)이 형성된 기판일 수 있다. 도 2b를 참조하면, 상기 기판 위에 배리어막으로서 상기 절연막(100)상에 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru)함유막을 형성하는 단계를 실시할 수 있다. 도 2c를 참조하면 상기 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막 상에 텅스텐(W) 또는 텅스텐(W) 함유막을 형성하는 단계를 실시할 수 있다.
상기 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막은 화학기상 증착 방식(CVD)이나 물리기상 증착 방식(PVD)이나 원자층 증착 방식(ALD, Atomic Layer Deposition)으로 형성할 수 있고 이에 국한되지 않는다.
본 발명의 실시 예에서 상기 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막은 원자층 증착 방식(ALD, Atomic Layer Deposition)으로 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막은 기판 상의 절연막(100)에 루테늄(Ru)를 함유하는 소스 가스를 분사하는 단계와 상기 소스 가스를 퍼지하는 단계와 산소(O2)를 포함하는 가스를 분사하는 단계와 산소를 포함하는 가스를 퍼지하는 단계를 포함하는 증착 사이클을 반복해서 형성할 수 있다. 원자층 증착 방식은 일반적인 다른 화학기상 증착 방식(CVD) 대비 낮은 온도에서 증착이 가능하고, 초박막을 형성할 때 유리할 수 있다.
상기 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막의 두께는 이후에 형성될 전극의 두께의 50% 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 전극이 텅스텐(W)막 또는 텅스텐(W) 함유막 으로 형성되는 경우, 상기 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막의 두께는 상기 텅스텐(W)막 또는 텅스텐(W) 함유막 두께의 50% 이하의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 5Å이하로 증착을 하게 되면 배리어막으로 효과를 얻기가 어려우며, 50Å의 이상으로 루테늄(Ru)을 두껍게 올리게 되면 고가의 루테늄(Ru)물질을 두껍게 사용하게 되어 고비용이 발생하게 된다.
상기 루테늄(Ru)함유막은 루테늄 옥사이드(RuO) 일 수 있다.
상기 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막은 루테늄(Ru)을 함유하는 유기소스로 형성될 수 있다. 할로겐 원소(불소 또는 염소)를 함유하는 루테늄(Ru) 소스를 사용하여 배리어막을 형성하게 되면 루테늄(Ru)이 형성될 때 루테늄(Ru) 소스에 포함된 할로겐 원소에 의해서 하부막이 손상될 수 있고, 하부막의 표면거칠기를 나쁘게 할 수 있다. 할로겐 원소(불소 또는 염소)를 함유하지 않는 유기소스로 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막을 형성할 때 하부막이 손상되지 않을 수 있다.
한편, 상기 루테늄(Ru) 또는 루테늄(Ru)함유막은 그 자체로 할로겐 원소(불소 또는 염소)에 대한 저항성이 강하다. 이후 단계에서 전극이 형성될 때, 전극 형성을 위한 가스에 노출되더라도 손상을 줄일 수 있어서, 기존의 티타늄질화막(TiN)대비 개선된 배리어막 특성을 얻을 수 있다.
상기 텅스텐(W) 또는 텅스텐(W) 함유막은 화학기상 증착 방식(CVD)이나 물리기상 증착 방식(PVD)이나 원자층 증착 방식로 형성할 수 있고 이에 국한되지 않는다.
본 발명의 실시 예에서 상기 텅스텐(W) 또는 텅스텐(W) 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성할 수 있다. 루테늄(Ru)과 텅스텐(W)을 모두 원자층 증착을 통해 균일한 막질을 확보할 수 있다.
또한, 텅스텐(W) 또는 텅스텐(W)함유막은 육불화텅스텐(WF6)와 같은 기체상태의 할로겐 가스로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 반도체 소자의 전극은 메모리 또는 비메모리 소자의 전극 또는 배선일 수 있다. 반도체 소자인 트랜지스터의 액티브층이 실리콘 함유막인 경우, 트랜지스터의 게이트 전극, 소스 전극, 또는 드레인 전극일 수 있다.
한편, 트랜지스터의 액티브층이 금속산화물 반도체 또는 3-5족 반도체인 경우, 본 발명의 반도체 소자의 전극은 상기 액티브층과 사이에 루테늄(Ru) 또는 루테늄 함유막을 포함할 수 있다. 상기 반도체 소자의 전극은 인듐, 갈륨, 아연, 주석 중 어느 하나 이상을 포함하는 액티브층과 사이에 루테늄(Ru) 또는 루테늄 함유막을 포함할 수 있다. 상기 반도체 소자의 전극은 GaN, GaAs 등으로 형성된 액티브층과 사이에 루테늄(Ru) 또는 루테늄 함유막을 포함할 수 있다.
상기 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막을 형성하기 전에 상기 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면의 산화물 또는 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 루테늄(Ru)을 형성하기전 하부막의 상부에 존재하는 불순물을 제거할 수 있고, 하부막에 존재하는 자연산화막을 제거하고 루테늄(Ru)막 또는 루테늄(Ru) 함유막을 형성하여 고품질의 막을 형성하기 위함이다.
본 발명의 따른 구조로 절연막(100), 루테늄(Ru)막(200), 텅스텐(W)막(300)을 포함할 수 있다. 상기 구조의 상부 또는 하부로 비트 라인(160) 및 워드라인 120) 중 적어도 하나가 형성될 수 있다.
본 실시예의 계략적인 제조 방법에 대해 설명하면,
반도체 소자의 전극 형성 방법으로서, 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하는 단계; 및 상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막 상에 텅스텐 함유막을 형성하는 단계;를 포함 할 수 있다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막의 두께는 상기 텅스텐 함유막 두께의 50%이하의 두께로 형성할 수 있다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성할 수 있다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성할 수 있다.
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 루테늄을 함유하는 유기소스로 형성할 수 있다. 상기 텅스텐 함유막은 텅스텐 할로겐 가스로 형성할 수 있다. 상기 전극은 메모리 소자의 전극, 워드라인, 비트라인, 트랜지스터의 전극, GaN 반도체의 전극, GaAs 반도체의 전극 중 어느 하나인 반도체 소자를 형성할 수 있다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시 예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시 예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 절연막
200: 루테늄막
300: 텅스텐막 120: 워드 라인
160: 비트라인 180: 커패시터라인
130: 게이트 절연막 140: 액티브층
110: 기판
300: 텅스텐막 120: 워드 라인
160: 비트라인 180: 커패시터라인
130: 게이트 절연막 140: 액티브층
110: 기판
Claims (15)
- 반도체 소자의 전극 형성 방법으로서,
실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하는 단계;
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막 상에 텅스텐 함유막을 형성하는 단계;를 포함하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막의 두께는 상기 텅스텐 함유막 두께의 50%이하의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 루테늄을 함유하는 유기소스로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 텅스텐 함유막은 텅스텐 할로겐 가스로 형성하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극은 메모리 소자의 전극, 워드라인, 비트라인, 트랜지스터의 전극, GaN 반도체의 전극, GaAs 반도체의 전극 중 어느 하나인 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 형성하기 전에
상기 실리콘 또는 실리콘 함유막의 표면의 산화물 또는 불순물을 제거하는 단계
를 포함하는 반도체 소자의 전극 형성 방법. - 실리콘 또는 실리콘 함유막; 및
상기 실리콘 또는 실리콘 함유막 상에 형성된 루테늄막 또는 루테늄 함유막을 포함하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막의 두께는 상기 텅스텐 함유막 두께의 50%이하의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 5Å ~ 50Å의 두께로 형성하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 원자층 증착 방식으로 형성하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 루테늄막 또는 루테늄 함유막은 루테늄을 함유하는 유기소스로 형성하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 텅스텐 함유막은 텅스텐 할로겐 가스로 형성하는 반도체 소자의 전극. - 청구항 9에 있어서,
상기 전극은 메모리 소자의 전극, 워드라인, 비트라인, 트랜지스터의 전극 중 어느 하나인 반도체 소자의 전극.
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| TW112117253A TW202349472A (zh) | 2022-05-10 | 2023-05-10 | 用於半導體裝置的電極形成方法及用於半導體裝置的電極 |
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| KR20110001487A (ko) | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 3차원 구조의 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조 방법 |
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