KR19990055181A - Ferroelectric Film Formation Method Using Plasma Treatment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기금속화학기상증착법에 의한 강유전막 형성 방법에 관한 것으로, 유기금속화학기상증착법으로 형성되는 (Ba,Sr)TiO3막의불순물 함량을 줄이기 위하여 유기금속화학기상증착법으로 (Ba,Sr)TiO3막을 증착하고 N2O 또는 O2플라즈마로 (Ba,Sr)TiO3막을 처리하여 유기금속 원료에 의해 (Ba,Sr)TiO3막 내에 존재하는 탄소 등의 불순물을 제거함으로써 (Ba,Sr)TiO3막의 전기적 특성을 향상시켜 단순한 공정의 추가로 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method of forming a ferroelectric film by an organometallic chemical vapor deposition method, and to reduce the impurity content of (Ba, Sr) TiO 3 film formed by an organometallic chemical vapor deposition method (Ba, Sr). depositing TiO 3 film, and a N 2 O or O 2 plasma (Ba, Sr) TiO 3 was treated film by removing impurities such as carbon present in an organic metal raw material (Ba, Sr) TiO 3 film (Ba, Sr By increasing the electrical properties of the TiO 3 film, the reliability of the semiconductor device can be improved by the addition of a simple process.
Description
본 발명은 강유전막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 유기금속화학증착법으로 증착되는 강유전막의 불순물 함량을 감소시킬 수 있는 플라즈마 처리법에 의한 강유전막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a ferroelectric film, and more particularly, to a method of forming a ferroelectric film by a plasma treatment method capable of reducing an impurity content of a ferroelectric film deposited by organometallic chemical vapor deposition.
기가 비트(giga bit) 디램(DRAM) 소자의 정전용량(capacitance)을 확보하기 위하여 SrTiO3와 (Ba,Sr)TiO3(이하 BST라 함) 등과 같은 강유전막을 캐패시터에 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 작은 셀 면적에서 충분한 정전용량을 확보하기 위하여 하부전극(bottom electrode)을 저장노드(storage node) 형태로 제조하여 단순 적층(stack) 구조의 캐패시터를 제조하는데, 이와 같은 적층 형태에 증착되는 막의 단차피복성을 향상시키기 위하여 유기금속화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)법이 이용되고 있다.In order to secure the capacitance of a gigabit DRAM device, researches are actively conducted to use ferroelectric films such as SrTiO 3 and (Ba, Sr) TiO 3 (hereinafter referred to as BST) in capacitors. It is becoming. In addition, in order to secure sufficient capacitance in a small cell area, a bottom electrode is manufactured in the form of a storage node to manufacture a capacitor having a simple stack structure. Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) has been used to improve step coverage.
그러나, 유기금속화학증착법으로 우수한 전기적 특성을 갖는 BST막을 증착하기 위해서는 유기금속 원료에 포함되어 있는 탄소 등의 불순물이 적으며 결정성이 좋은 박막의 증착 공정이 필요하다. 이를 위해 현재에는 전자 싸이클로트론 공명(electro cyclotron resonance) 플라즈마 증착법 또는 증착 공정과 열처리 공정을 반복하는 2단계 증착법 등이 이용되고 있다. 그러나,ECR 플라즈마 증착법은 증착장비가 복잡하고, 2 단계 증착법은 증착과 후속 열처리 공정을 2회 반복하므로 공정 단계가 증가하는 단점이 있다. 따라서 단순한 공정으로 우수한 전기적 특성을 가지는 BST박막을 형성하는 것이 필요하다.However, in order to deposit a BST film having excellent electrical properties by organometallic chemical vapor deposition, it is necessary to deposit a thin film having good crystallinity with little impurities such as carbon contained in the organometallic raw material. For this purpose, an electron cyclotron resonance plasma deposition method or a two-step deposition method of repeating a deposition process and a heat treatment process is used. However, the ECR plasma deposition method has a disadvantage that the deposition equipment is complicated, and the two-step deposition method repeats the deposition and subsequent heat treatment twice, thereby increasing the process step. Therefore, it is necessary to form a BST thin film having excellent electrical properties by a simple process.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 유기금속화학증착법으로 증착되는 강유전막의 탄소와 같은 불순물 함량을 줄일 수 있는 플라즈마 처리법을 이용한 강유전막 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems is to provide a method of forming a ferroelectric film using a plasma treatment method that can reduce the content of impurities such as carbon of the ferroelectric film deposited by the organometallic chemical vapor deposition method.
도1 내지 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 캐패시터 제조 공정 단면도.1 to 6 are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
10: 반도체 기판 11: 층간절연막10: semiconductor substrate 11: interlayer insulating film
12: 폴리실리콘 플러그 13: 티타늄막12: polysilicon plug 13: titanium film
14: 티타늄 나이트라이드막 15: 이리듐막14: titanium nitride film 15: iridium film
16: 이산화이리듐막 16': 하부전극16: iridium dioxide film 16 ': lower electrode
17: BST막 18: 상부전극17: BST film 18: upper electrode
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 플라즈마 처리법을 이용한 강유전막 형성 방법에 있어서, 기판 상부에 강유전막을 형성하는 단계와 불순물을 제거하기 위하여 상기 강유전막을 플라즈마 처리하는 단계를 적어도 한 번 실시하는 것으로 이루어진다.The present invention for achieving the above object, in the method of forming a ferroelectric film using a plasma treatment method, comprising the steps of forming a ferroelectric film on the substrate and plasma treatment of the ferroelectric film to remove impurities at least once. .
유기금속화학기상증착법에 의한 (Ba, Sr)TiO3(BST) 증착에서 N2O 또는 O2플라즈마 처리를 실시함으로써 BST 박막 내에 존재하는 탄소와 같은 불순물 함량을 감소시켜 전기적 특성이 우수한 BST 박막을 증착한다.In the (Ba, Sr) TiO 3 (BST) deposition by organometallic chemical vapor deposition, N 2 O or O 2 plasma treatment reduces the impurity content such as carbon present in the BST thin film, thereby producing a BST thin film having excellent electrical properties. Deposit.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention.
도1 내지 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 캐패시터 제조 공정 단면도로서, 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 캐패시터 형성 방법은 다음과 같이 이루어진다.1 to 6 are cross-sectional views of a ferroelectric capacitor manufacturing process according to an embodiment of the present invention, the method of forming a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention is as follows.
먼저, 도1에 도시한 바와 같이 반도체 기판(10) 상에 층간절연막(11)을 형성하고, 선택적으로 식각하여 반도체 기판(10)을 노출하는 콘택홀을 형성한 후, 콘택홀에 형성된 반도체 기판(10) 상부에 화학기상증착법으로 500 Å 내지 3000 Å 두께의 폴리실리콘막을 증착하고, 콘택홀 내에만 폴리실리콘막이 남도록 전면식각을 실시하여 폴리실리콘 플러그(plug)(12)를 형성한다. 이어서, 반도체 기판(10) 상부에 금속확산방지막으로 티타늄(Ti)막(13)을 100 Å 내지 1000 Å 두께로 증착하고, 티타늄 나이트라이드막(TiN)(14)을 200 Å 내지 2000 Å 두께로 증착한다. 상기 티타늄(13)막 대신에 탄탈륨(Ta)막을 형성할 수도 있으며, 상기 티타늄 나이트라이드막(14) 대신에 탄탈륨 나이트라이드(TaN)막, 티타늄 실리사이드막(TiSiN), 또는 탄탈륨 실리나이트라이드(TaSiN)막을 형성할 수도 있다.First, as shown in FIG. 1, an interlayer insulating film 11 is formed on the semiconductor substrate 10, and selectively etched to form a contact hole exposing the semiconductor substrate 10, and then a semiconductor substrate formed in the contact hole. (10) A polysilicon film having a thickness of 500 kV to 3000 kV is deposited on the upper surface by chemical vapor deposition, and a polysilicon plug 12 is formed by performing front etching so that the polysilicon film remains only in the contact hole. Subsequently, a titanium (Ti) film 13 is deposited on the semiconductor substrate 10 with a metal diffusion prevention film at a thickness of 100 kPa to 1000 kPa, and the titanium nitride film (TiN) 14 is 200 kPa to 2000 kPa. Deposit. A tantalum (Ta) film may be formed instead of the titanium 13 film, and a tantalum nitride (TaN) film, a titanium silicide film (TiSiN), or tantalum silicide (TaSiN) may be used instead of the titanium nitride film 14. A film can also be formed.
다음으로, 도2에 도시한 바와 같이 상기 티타늄 나이트라이드막(14) 및 티타늄막(13)을 사진식각하여 상기 폴리실리콘 플러그(12)와 연결되는 패턴을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2, the titanium nitride film 14 and the titanium film 13 are photo-etched to form a pattern connected to the polysilicon plug 12.
다음으로, 반도체 기판(10) 상부에 산소확산방지막인 이리듐막(Ir)(15)을 100 Å 내지 1000 Å 두께로 증착한 후, 전도성 산화물인 이산화이리듐막(IrO2)(16)을 500 Å 내지 5000 Å 두께로 증착한다. 상기 이리듐막(15) 대신에 산소확산방지막으로 루테늄막을 형성할 수도 있으며, 상기 이산화이리듐막(16) 대신 플라티늄(Pt)막 또는 이산화루테늄(RuO2)막을 형성하기도 한다.Next, an iridium film (Ir) 15, which is an oxygen diffusion barrier, is deposited on the semiconductor substrate 10 to a thickness of 100 to 1000 Å, and then the iridium dioxide film (IrO 2 ) 16 as a conductive oxide is 500 Å. To 5000 kPa thick. A ruthenium film may be formed as an oxygen diffusion barrier instead of the iridium film 15, and a platinum (Pt) film or a ruthenium dioxide (RuO 2 ) film may be formed instead of the iridium dioxide film 16.
다음으로, 도4에 도시한 바와 같이 상기 이리듐막(15) 및 이산화이리듐막(16)을 선택적으로 식각하여 하부전극(16')을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4, the iridium film 15 and the iridium dioxide film 16 are selectively etched to form a lower electrode 16 '.
다음으로, 도5에 도시한 바와 같이 전체구조 상부에 30 Å 내지 150 Å 두께의 BST막(17)을 증착한 후 450 ℃ 내지 750 ℃에서 1분 내지 20분 동안 N2O 가스 또는 O2가스를 이용하여 플라즈마 처리하고, 다시 100 Å 내지 1000 Å 두께의 BST막(17)을 형성한 후 450 ℃ 내지 750 ℃에서 1 분 내지 20분 동안 N2O 가스 또는 O2가스를 이용하여 플라즈마 처리한다.Next, as shown in FIG. 5, after depositing a BST film 17 having a thickness of 30 kPa to 150 kPa over the entire structure, N 2 O gas or O 2 gas for 1 to 20 minutes at 450 ° C to 750 ° C. Plasma treatment, and then to form a BST film 17 having a thickness of 100 kPa to 1000 kPa, and then plasma treatment using N 2 O gas or O 2 gas at 450 ℃ to 750 ℃ for 1 to 20 minutes. .
다음으로, 도6에 도시한 바와 같이 BST막(17) 상에 500 Å 내지 2000 Å 두께의 이산화이리듐 등의 전도성 산화물 또는 플라티늄과 같은 내산화성 금속을 증착하고 패터닝하여 상부전극(18)을 형성한다. 이때, 상기 상부전극(18)을 플라티늄 또는 이산화루테늄막으로 형성할 수도 있다. 이후에 400 ℃ 내지 1000 ℃ 온도 및 질소, 산소, 또는 N2O 가스 분위기에서 1분 내지 60분간 급속열처리(rapid thermal annealing) 또는 관상열처리 공정을 실시한다.Next, as shown in FIG. 6, the upper electrode 18 is formed by depositing and patterning a conductive oxide, such as iridium dioxide, or a platinum oxide, such as iridium dioxide, on the BST film 17 and patterning. . In this case, the upper electrode 18 may be formed of a platinum or ruthenium dioxide film. Thereafter, a rapid thermal annealing or tubular heat treatment process is performed for 1 to 60 minutes at 400 ° C. to 1000 ° C. temperature and nitrogen, oxygen, or N 2 O gas atmosphere.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the technical field of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 유기화학기상증착법으로 BST막을 형성하는 과정에서 플라즈마 처리를 실시하여 BST 박막 내에 존재하는 탄소 등의 불순물을 낮은 온도에서 감소시킬 수 있으므로 비교적 간단한 저온 공정으로 캐패시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention as described above can reduce the impurities such as carbon present in the BST thin film at a low temperature by performing a plasma treatment in the process of forming the BST film by the organic chemical vapor deposition method to improve the electrical characteristics of the capacitor in a relatively simple low-temperature process Can be improved.
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| KR1019970075093A KR19990055181A (en) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | Ferroelectric Film Formation Method Using Plasma Treatment |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR100363081B1 (en) * | 1999-09-16 | 2002-11-30 | 삼성전자 주식회사 | Thin film formation apparatus |
| US8410935B2 (en) | 2008-07-10 | 2013-04-02 | Radarfind Corporation | Rotatable tags for automated location and monitoring of moveable objects and related systems |
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1997
- 1997-12-27 KR KR1019970075093A patent/KR19990055181A/en not_active Application Discontinuation
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