KR19990000297A - 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법에 관한 것으로, 특히 탄탈륨 옥사이드를 고집적 반도체 소자의 캐패시터 유전체 절연막으로 사용할 경우, 탄탈륨 옥사이드의 반응원료로 사용되는 액상 상태의 탄탈륨 에틸레이트를 기화기를 이용하여 기화시킨 다음, 박막 증착시 활성화된 산소가 웨이퍼 위에서만 탄탈륨 에틸레이트와 반응되어 탄탈륨 옥사이드의 산소 공급원이 될 수 있도록 N₂O 가스를 사용하고, 상기 N₂O 가스를 플라즈마로 여기시켜 발생기 산소를 만들어, 반응로내의 압력 상태를 1 Torr 이하로 낮게 유지함으로써 증착되는 탄탈륨 옥사이드가 복잡한 저장전극에서도 양호한 피복성과 스텝커버리지를 갖도록 하는 기술이다.

Description

반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법

본 발명은 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법에 관한 것으로, 특히 고유전 특성의 탄탈륨 옥사이드(Ta₂O₅)를 캐패시터 유전체막으로 사용할 시 전기적으로 신뢰성 있는 탄탈륨 옥사이드를 저압에서 플라즈마로 여기시켜 박막을 제조함으로써, 캐패시터의 정전용량을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법에 관한 것이다.

최근 디램 반도체 소자의 고집적화에 따라 캐패시터가 차지하는 단위면적은 줄어지고, 소자의 신뢰성 있는 동작을 위해 요구되는 정전용량은 줄어들지 않고 있다. 따라서 단위면적당 정전용량을 증가시키는 방법으로 고유전 절연막을 사용하는 방법과 단위 면적당의 전하저장 전극 면적을 증가시키는 방법이 개발되고 있다.

고유전 특성의 절연막으로 탄탈륨 옥사이드를 형성하는 방법으로는 탄탈륨 에틸레이트(Ta(OC₂H₅)₅)와 산소(O₂)를 반응원료원으로 하고, 박막을 증착하고자 하는 웨이퍼를 약 400℃의 온도로 가열하고, 반응로의 압력을 저압으로 유지하여 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성하고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 방식으로 증착된 탄탈륨 옥사이드 박막은 저압에서 증착되므로 피복성 및 스텝커버리지는 양호하나 캐패시터 유전체가 가져야 할 저누설전류 특성은 박막 증착 특성상 탄탈륨 옥사이드 내의 산소공핍(Oxygen Vacancy)이 형성됨에 따라 문제가 되고 있으며, 웨이퍼 위에서 증착반응이 일어나기 전에 탄탈륨 에틸에이트와 산소가 방응하여 파팀컬의 원인이 된다.

상기와 같은 문제는 궁극적으로 높은 정전용량을 확보하기 위해 낮은 전기적 옥사이드 두께를 유지하는 데 어려움이 있으며, 전기적 누설전류 문제도 소자에 적용하기 어려운 결과를 초래하는 문제점이 있다.

한편, 고유전 특성의 탄탈륨 옥사이드를 캐패시터 유전체 절연막으로 사용하기 위해서는 탄탈륨 옥사이드내의 산소공핍 결함을 제거하면서 동시에 복잡한 전하 저장 전극에도 양호하게 증착될 수 있는 피복성과 스텝 커버리지 특성을 가져야 된다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 탄탈륨 옥사이드내의 전기적 누설전류의 원인인 산소공핍결함(Oxygen Vacancy Defects)을 감소시키기 위해 박막 증착시 활성화된 산소가 웨이퍼 위에서만 탄탈륨 에틸레이트와 반응시켜 탄탈륨 옥사이드의 산소 공급원이 될 수 있도록 N₂O 가스를 플라즈마로 여기시키는 원리를 이용하면서, 낮은 압력을 유지하여 복잡한 전하저장 전극 구조에서도 양호한 피복성과 스텝커버리지를 가질 수 있도록 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 실온에서 액상상태인 탄탈륨 에틸레이트를 기화기를 이용하여 박막 증착 반응에 적합한 기상 상태로 만드는 단계와, 산소 공급원으로 N₂O 가스를 반응로내로 주입하는 단계와, 상기 N₂O 가스로부터 강한 발생기 산소를 만들기 위해 반응로내에 플라즈마를 형성하는 단계와, 탄탈륨 옥사이드가 양호한 피복성 및 스텝커버리 특성을 갖도록 반응로내의 압력을 일정 압력 이하로 유지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법을 제공한다.

이하 본 발명의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

고유전 특성의 탄탈륨 옥사이드를 캐패시터 유전체 절연막으로 사용함에 있어서, 본 발명의 방법에 의해 보다 신뢰성 있는 탄탈륨 옥사이드를 증착조건을 설명하면 다음과 같다.

탄탈륨 옥사이드의 반응원료원으로 널리 사용중인 탄탈륨 에틸레이트는 실온에서 액체상태이며, 약 145℃에서 기화되는 특성을 갖고 있다.

상기 탄탈륨 에틸레이트를 용이하게 증착반응시키기 위해서는 액상원료를 기체상태로 만들어야 한다. 이를 위해 액상인 상기 탄탈륨 에틸레이트 반응원료를 기화기에 일정량 주입하고, 기화기를 170-190℃의 온도상태로 유지하여 액상 반응원료를 기상으로 만들어 준다.

다음, 신뢰성 있는 탄탈륨 옥사이드 절연막을 억기 위해 증착반응 공정조건은 다음과 같이 한다.

웨이퍼 가열온도는 약 400℃, 반응로 압력은 1 Torr 이하, 산소 공급원으로 N₂O 가스, 플라즈마 여기 교류파원은 100W (13.56Mhz 고주파) 미만으로 한다.

상기 산소 공급원으로 사용되는 N₂O 가스는 600℃ 이하에서는 산화반응을 일으키지 않으며, 플라즈마 상태에서 강한 발생기 산소 래디칼(Radical)를 생성하며, 반응로에 중비시의 주입량은 매엽식 반응로에서 300-500sccm 정도로 한다.

다음 반응로에 증착된 부산물을 제거하는 챔버 인-스튜 크리닝(In-situ Cleaning) 공정조건으로, 사용되는 가스로는 ClF₄, NF₃, C₂F₆, 반응로 압력은 1 Torr 이하, 플라즈마 여기 교류파워는 100W (13.56Mhz) 미만으로 한다.

상기와 같은 방법으로 증착된 탄탈륨 옥사이드의 스텝커버리지는 일반적으로 여기시켜 증착한 박막보다 우수한 스텝커버리지의 특성을 나타내며, 상기와 같이 증착된 박막 캐패시터로 형성하여 전기적 특성을 측정한 경우도 소자적용 가능한 특성의 양호한 결과를 얻을 수 있다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법은 탄탈륨 옥사이드를 고집적 소자의 캐패시터 유전체 절연막으로 사용할 경우 소자에 적합한 탄탈륨 옥사이드를 증착할 수 있는 공정조건으로써, 전하저장 전극이 복잡한 구조에서도 탄탈륨 옥사이드내의 누설전류 원인인 산소공핍 결함을 감소시켜 박막을 형성함으로써 탄탈륨 옥사이드를 캐패시터 절연막으로 사용하여 양호한 품질의 캐패시터를 제조할 수 있다.

Claims (7)

1. 실온에서 액상상태인 탄탈륨 에틸레이트를 기화기를 이용하여 박막 증착 반응에 적합한 기상 상태로 만드는 단계와,

   산소 공급원으로 N₂O 가스를 반응로내로 주입하는 단계와,

   상기 N₂O 가스로부터 강한 발생기 산소르르 만들기 위해 반응로내에 플라즈마를 형성하는 단계와,

   탄탈륨 옥사이드가 양호한 피복성 및 스텝커버리 특성을 갖도록 반응로내의 압력을 일정 압력 이하로 유지하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기화기의 온도는 170-190℃ 로 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 N₂O 가스는 600℃ 이하에서는 반응을 일으키지 않으며, 플라즈마 상태에서 강한 발생기 산소 래디칼을 생성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 사용되는 N₂O 가스의 양은 매엽식 반응로에서 300-500 sccm 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응로내의 플라즈마 형성시 13.56MHz 의 고주파를 사용하여 0.5Watt/cm²이하의 저전력 파워를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응로내의 압력은 0.5 - 1 Torr 범위의 낮은 압력으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 반응로에 증착된 탄탈륨 옥사이드를 제거하기 위해 사용되는 가스는 ClF₃, NF₃, C₂F₆인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 고유전 특성 절연막 형성방법.