KR19990085878A - Device for collectively manufacturing ferroelectric capacitor elements - Google Patents
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Abstract
강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치는 여러개의 공정을 통합적으로 처리할 수 있는 단일 챔버를 구비하여 여러개의 제조 공정을 일괄 처리할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 웨이퍼를 이동시키기 위한 웨이퍼 이동수단과, 상기 웨이퍼 이동수단에 의해 이동된 웨이퍼에 스퍼터링 공정, 스핀-코팅(spin-coating) 공정, 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정, 및 래피드-써멀(rapid-thermal) 처리 공정 등의 일괄 처리 제조공정을 수행하기 위한 챔버로 구성됨에 그 요지가 있다.A device for collectively manufacturing ferroelectric capacitor devices is provided with a single chamber capable of integrally processing a plurality of processes so as to collectively process a plurality of manufacturing processes. The device includes wafer transfer means for transferring wafers, A batch process such as a sputtering process, a spin-coating process, a traveling-wave drying process, and a rapid-thermal process is performed on the wafer transferred by the means The present invention has been made in view of the above problems.
Description
본 발명은 커패시터에 관한 것으로, 특히 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor, and more particularly, to an apparatus for collectively manufacturing ferroelectric capacitor elements.
최근들어 페로브스카이트(perovskite)형이라 불리는 결정구조를 갖는 강유전체에 대한 관심이 높아지면서 반도체 장치에 사용될 유전체로서 집중적인 연구의 대상이 되고 있다.In recent years, interest in ferroelectrics having a crystal structure called a perovskite type has been increasingly intensified as a dielectric to be used in semiconductor devices.
강유전체란 퀴리 온도이하에서 자발분극을 나타내는 재료로서, 전계를 가하지 않더라도 자발적으로 분극이 발생하는 재료이다.A ferroelectric substance is a material exhibiting spontaneous polarization at a Curie temperature or lower, and is a material that generates a spontaneous polarization even if no electric field is applied.
강유전체로는 PZT{Pb(Zr, Ti)O3}, PLZT{(Pb, La)(Zr, Ti)O3}, BST{(Ba, Sr)TiO3}, BaTiO3, SrTiO3등이 있다.Examples of the ferroelectric material include PZT {Pb (Zr, Ti) O 3 }, PLZT {(Pb, La) (Zr, Ti) O 3 }, BST {(Ba, Sr) TiO 3 }, BaTiO 3 and SrTiO 3 .
그리고 강유전체 메모리(ferroelectric memory)를 구현하기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다.And a ferroelectric memory is being studied.
현재의 기술 수준은 고밀도의 DRAM에는 못 미치지만 64K, 256K비트 정도의 집적도를 가지는 비휘발성 강유전체 RAM(nonvolatile ferroelectric RAM)이 생산 판매중이다.Currently, nonvolatile ferroelectric random access memory (RAM) with a degree of integration of 64K and 256K bits is produced and sold although the technology level is less than that of high density DRAM.
현재 이를 구현하기 위하여 공정상에 핵심적인 기술은 전극 재료 및 강유전체 재료의 증착 및 에칭이다.At present, a key technology in the process is deposition and etching of electrode materials and ferroelectric materials.
전극 재료의 증착은 대부분 스퍼터링(sputtering) 방법이 이용되고 있다.Most of the deposition of the electrode material is sputtering.
현재 가장 우수한 특성을 보이는 기술은 PbZr1-xTixO3(PZT) 박막을 졸-젤(sol-gel) 방법을 이용하여 제조하는 방법이다.Techniques exhibit the most excellent properties are the sol PbZr1-xTixO 3 (PZT) thin films it is a process for producing by using a gel (sol-gel) method.
여기서 x의 범위는 0≤x≤1이고, x의 대표 조성값은 0.48이다.Here, the range of x is 0? X? 1, and the representative composition value of x is 0.48.
스퍼터링이나 MOCVD는 아직 개발단계이다.Sputtering or MOCVD is still in development.
궁극적으로는 구조물의 옆면에도 증착이 가능한 MOCVD법을 채용해야 하지만 현재 액상 소스의 개발 미비로 요원한 단계이다.Ultimately, the MOCVD method, which can be deposited on the side of the structure, should be adopted, but it is a step in the process of not developing the liquid source.
현재 본 소자의 시장을 1M비트나 4M비트 정도의 집적도로 본다면 sol-gel 방법으로도 충분히 양질의 소자를 구현할 수 있다.If we look at the market of this device at the current density of 1M bit or 4M bit, we can realize a good quality device by the sol-gel method.
이하, 종래 기술에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an apparatus for collectively manufacturing ferroelectric capacitor elements according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1d 는 종래 기술에 따른 강유전체 커패시터의 제조공정을 나타낸 도면으로서, 도 1a 에 도시된 바와 같이 Si 웨이퍼(또는 적절한 C-MOS)(1) 상에 접착층(2)과 하부 전극(3)을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 순차적으로 적층한다.1A to 1D are diagrams showing a manufacturing process of a ferroelectric capacitor according to the related art. As shown in FIG. 1A, an adhesive layer 2 and a lower electrode 3 ) Are sequentially stacked using a sputtering method.
이어 도 1b 에 도시된 바와 같이 상기 적층된 하부 전극(3)상에 sol-gel 방법 및 RTA(Rapid Thermal Annealing) 방법을 이용하여 강유전체막(4)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1B, a ferroelectric film 4 is formed on the stacked lower electrode 3 by a sol-gel method and a RTA (Rapid Thermal Annealing) method.
그리고 도 1c 에 도시된 바와 같이 상기 강유전체막(4)상에 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 상부 전극막(5)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1C, an upper electrode film 5 is formed on the ferroelectric film 4 by using a sputtering method.
이후 상기 상부 전극막(5)을 MFM(전극-강유전체-전극) 열처리를 통해 RTA(Rapid Thermal Annealing) 처리한다.Thereafter, the upper electrode film 5 is subjected to RTA (Rapid Thermal Annealing) through an MFM (electrode-ferroelectric-electrode) heat treatment.
이와 같은 상태에서 도 1d 에 도시된 바와 같이 상기 상부 전극막(5)상에 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 하드 마스크(hard mask)막(6)을 제작한 후 일괄 에칭공정을 수행하여 커패시터를 제조한다.1D, a hard mask layer 6 is formed on the upper electrode layer 5 using a sputtering method, and then a collective etching process is performed to form a capacitor. .
상기와 같은 제조공정을 거쳐 커패시터를 제조할 경우 도 1a, 도 1c, 도 1e 에 도시된 바와 같은 제조공정을 수행하기 위해서는 스퍼터링(sputtering) 장비가 필요하다.When a capacitor is manufactured through the above-described manufacturing process, a sputtering equipment is required to perform the manufacturing process as shown in FIGS. 1A, 1C and 1E.
아울러 도 1b 에 도시된 바와 같은 제조공정을 수행하기 위해서는 졸 솔루션(sol solution)의 코팅(coating), 드라잉(drying), 열분해(pyrolysis)을 위한 스핀-코터(spin-coater), 드라이어(dryer)(oven), Rapid Thermal Processor(RTP)가 필요하다.In order to perform the manufacturing process as shown in FIG. 1B, a spin-coater for drying, a pyrolysis, a spin-coater for a sol solution, a dryer ) oven, and Rapid Thermal Processor (RTP).
그리고 도 1c 에 도시된 바와 같은 상기 상부 전극막(5)을 입힐 때 MFM에 가해지는 스퍼터링 데미지(sputtering damage)를 줄이기 위한 과정이 필요하며 RTP를 이용한다.Then, as shown in FIG. 1C, a process for reducing sputtering damage to the MFM when applying the upper electrode film 5 is required, and RTP is used.
이러한 종래 기술에 따른 강유전체 커패시터 소자의 제조장치는 제조공정에 따라 분리된 장비들을 이용함으로서 상기한 표 1 에 도시된 바와 같이 총 32.5 시간이상이 소요되며, 청정실 분위기(FAB ambient;온도, 기류, 습도 등)에 노출되어 결점(defect)이 발생하여 소자의 기능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.The apparatus for fabricating a ferroelectric capacitor device according to the related art uses a separate device according to the manufacturing process, and thus it takes a total of 32.5 hours or more as shown in Table 1. The FAB ambient (temperature, airflow, humidity Etc.) to cause defects and deteriorate the function of the device.
상기 표 1에서 워밍-업 타임(warming-up time)에는 이베규에이션 타임(evacuation time)도 포함된다.In Table 1, the warming-up time also includes an evacuation time.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 여러개의 공정을 통합적으로 처리할 수 있는 단일 챔버를 구비하여 여러개의 제조 공정을 일괄 처리할 수 있도록 한 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a batch manufacturing apparatus for a ferroelectric capacitor device capable of collectively processing a plurality of manufacturing processes by providing a single chamber, The purpose is to provide.
도 1a 내지 도 1d 는 종래 기술에 따른 강유전체 커패시터의 제조공정을 나타낸 도면1A to 1D are diagrams showing a manufacturing process of a ferroelectric capacitor according to the prior art;
도 2 는 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면2 is a schematic view showing a configuration of an apparatus for collectively manufacturing a ferroelectric capacitor element according to the present invention
도 3 은 도 2 의 제 3 공정부의 상세 구성을 나타낸 도면3 is a view showing the detailed configuration of the third process unit in Fig. 2
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
110 : 챔버 111~114 : 제 1 내지 제 4 공정부110: chambers 111 to 114: first to fourth openings
113a : 컨베이어 벨트 113b : 트래블링-웨이브 퍼니스113a: Conveyor belt 113b: Traveling-wave furnace
120 : 웨이퍼 이동부 130 : 웨이퍼 인입구120: wafer moving part 130: wafer inlet
140 : 웨이퍼 인출구140: Wafer outlet
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 특징은, 웨이퍼를 이동시키기 위한 웨이퍼 이동수단과, 상기 웨이퍼 이동수단에 의해 이동된 웨이퍼에 스퍼터링 공정, 스핀-코팅(spin-coating) 공정, 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정, 및 래피드-써멀(rapid-thermal) 처리 공정 등의 일괄 처리 제조공정을 수행하기 위한 챔버로 구성되는데 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for collectively manufacturing a ferroelectric capacitor device, comprising: a wafer transferring means for transferring a wafer; a transferring means for transferring a wafer transferred by the wafer transferring means onto a wafer by a sputtering process, such as a spin-coating process, a traveling-wave drying process, and a rapid-thermal process.
이하, 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an apparatus for collectively manufacturing a ferroelectric capacitor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, MFM(전극-강유전체-전극)을 일괄 제조하기 위해 스퍼터링(sputtering), 스핀 코팅(spin-coating), 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정, Rapid Thermal Poccessor(RTP) 등을 수행하는 챔버(110)와, 상기 챔버(110)내로 웨이퍼를 이동시키기 위한 웨이퍼 이동부(120)와, 상기 웨이퍼를 인입/출입하기 위한 웨이퍼 인입/인출구(130)(140)로 구성된다.FIG. 2 is a view schematically showing the structure of a device for collectively manufacturing ferroelectric capacitor devices according to the present invention. In order to collectively manufacture MFM (electrode-ferroelectric-electrode), sputtering, spin- A wafer moving part 120 for moving the wafer into the chamber 110, a wafer transfer part 120 for transferring the wafer, And a wafer inlet / outlet 130 (140) for entering / exiting.
상기 챔버(110)는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼에 스퍼터링 공정을 수행하기 위한 제 1 공정부(111)와, 상기 웨이퍼에 스핀-코팅(spin-coating) 공정을 수행하기 위한 제 2 공정부(112)와, 상기 웨이퍼에 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정을 수행하여 건조시키기 위한 제 3 공정부(113)와, 상기 웨이퍼에 래피드-써멀(rapid-thermal) 처리 공정을 수행하기 위한 제 4 공정부(114)로 구성된다.The chamber 110 includes a first hollow portion 111 for performing a sputtering process on the wafer moved by the wafer moving portion 120 and a second hollow portion 111 for performing a spin- (113) for performing a traveling-wave drying process on the wafer and drying the wafer, a rapid thermal-processing And a fourth encoder 114 for performing the process.
도 3 은 도 2 의 제 3 공정부의 상세 구성을 나타낸 도면으로, 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼를 이동시키기 위한 컨베이어 벨트(conveter belt)(113a)와, 상기 웨이퍼에 다단계의 온도로 트레블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정을 수행하여 건조시키기 위한 트래블링-웨이브 퍼니스(travelling-wave furnace)(113b)로 구성된다.FIG. 3 is a view showing a detailed configuration of the third process unit in FIG. 2, and includes a conveyor belt 113a for moving a wafer moved by the wafer moving unit 120, a multi- And a traveling-wave furnace 113b for drying and drying a traveling-wave drying process.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the apparatus for collectively manufacturing a ferroelectric capacitor device according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 강유전체 커패시터를 제조하기 위하여 실리콘 웨이퍼를 웨이퍼 인입구(130)를 통해 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치의 챔버(110)에 인입한다.First, in order to manufacture a ferroelectric capacitor, a silicon wafer is introduced into a chamber 110 of a batch manufacturing apparatus for a ferroelectric capacitor element through a wafer inlet 130.
즉 웨이퍼 이동부(120)는 상기 웨이퍼 인입구(130)를 통해 인입된 웨이퍼를 스퍼터링 공정을 수행하여 접착층과 하부 전극을 형성하기 위한 챔버(110)내 제 1 공정부(111)로 이동시킨다.That is, the wafer moving part 120 performs a sputtering process on the wafer introduced through the wafer inlet 130, and moves the wafer to the first hollow part 111 in the chamber 110 for forming the adhesive layer and the lower electrode.
그러면 제 1 공정부(111)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼에 스퍼터링 방법을 수행하여 접착층과 하부 전극(bottom electrode layer)을 형성한다.In the first cavity 111, the wafer moved by the wafer moving unit 120 is sputtered to form an adhesive layer and a bottom electrode layer.
상기 접착층은 Ti 또는 TiO2막이다.The adhesive layer is a Ti or TiO 2 film.
상기 하부 전극은 강유전체가 산화물이므로 쉽게 산화되지 않는 도전재료인 백금(platinum;Pt)을 사용한다.The lower electrode uses platinum (Pt), which is a conductive material that is not easily oxidized because the ferroelectric is an oxide.
상기 웨이퍼상에 접착층과 하부 전극이 형성되면 웨이퍼 이동부(120)는 상기 제 1 공정부(111)에서 웨이퍼를 인출하여 상기 챔버(110)내 제 2 공정부(112)로 이동시킨다.When the adhesive layer and the lower electrode are formed on the wafer, the wafer moving part 120 moves the wafer from the first hollow part 111 to the second hollow part 112 in the chamber 110.
그러면 제 2 공정부(112)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼에 대하여 졸-코팅(sol-coating) 공정을 수행하여 강유전체막을 형성한다.Then, the second mask 112 performs a sol-coating process on the wafer moved by the wafer moving unit 120 to form a ferroelectric film.
상기 강유전체막은 PZT이다.The ferroelectric film is PZT.
이어 웨이퍼 이동부(120)는 상기 강유전체막이 형성된 웨이퍼를 상기 제 2 공정부(112)로부터 인출하여 상기 챔버(110)내 제 3 공정부(113)로 이동시킨다.Then, the wafer moving unit 120 moves the wafer having the ferroelectric film from the second hollow unit 112 to the third hollow unit 113 in the chamber 110.
이에 따라 제 3 공정부(113)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 상기 접착층, 하부 전극와 강유전체막이 형성된 웨이퍼를 트래블링-웨이브 퍼니스(travelling-wave furnace)에서 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조 공정을 수행하여 건조시킨다.Accordingly, in the third polishing part 113, the wafer having the adhesive layer, the lower electrode and the ferroelectric film moved by the wafer moving part 120 is moved in a traveling-wave furnace in a traveling-wave furnace, wave drying process.
즉 제 3 공정부(113)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼를 컨베이어 벨트(113a)로 트래블링-웨이브 퍼니스(travelling-wave furnace)(113b)내 저온부, 고온부, 저온부로 이동시켜 저온, 고온, 저온의 순서로 가열 건조시킨다.That is, as shown in FIG. 3, the third processing unit 113 is configured to move the wafer moved by the wafer moving unit 120 to the traveling-wave furnace 113b with the conveyor belt 113a, Temperature portion, the high-temperature portion and the low-temperature portion and heat-dried in the order of low temperature, high temperature and low temperature.
여기서 상기 건조시의 온도는 약 400℃이하로서 물질에 따라 다르다.Here, the temperature at the time of drying is about 400 DEG C or less and varies depending on the material.
이때 상기 제 2 공정부(112)와 제 3 공정부(113)에서의 스핀-코팅(spin-coating)과 트래블링-웨이브(travelling-wave) 건조과정은 상기 웨이퍼가 충분한 두께가 될 때까지 4회이상 반복수행한다.At this time, spin-coating and traveling-wave drying processes in the second and third apertures 112 and 113 are repeated until the wafer is sufficiently thick Repeatedly repeats.
이후 상기 과정을 통해 웨이퍼가 충분한 두께가 되면 웨이퍼 이동부(120)는 상기 제 3 공정부(113)에서 웨이퍼를 인출하여 상기 챔버(110)내 제 4 공정부(114)로 이동시킨다.The wafer moving part 120 moves the wafer from the third hollow part 113 to the fourth hollow part 114 in the chamber 110. In this case,
그러면 제 4 공정부(114)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼에 대하여 RTP 공정을 통해 O2분위기하에서 650℃이하로 Rapid Thermal Annealing(RTA)을 수행한다.Then, the fourth processing unit 114 performs rapid thermal annealing (RTA) on the wafer moved by the wafer moving unit 120 through the RTP process at 650 ° C. or less under an O 2 atmosphere.
이어 웨이퍼 이동부(120)는 상기 RTA 처리된 웨이퍼를 상기 제 4 공정부(114)로부터 인출하여 제 1 공정부(111)로 이동시킨다.Then, the wafer moving unit 120 moves the RTA-processed wafer from the fourth hollow unit 114 to the first hollow unit 111.
이에 따라 제 1 공정부(111)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼에 대하여 스퍼터링 공정을 수행하여 상부 전극을 형성한다.Accordingly, in the first hollow section 111, the wafer moved by the wafer moving section 120 is subjected to a sputtering process to form an upper electrode.
상기 상부 전극은 백금(platinum)이다.The upper electrode is platinum.
이후 상기 상부 전극이 형성된 웨이퍼는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 제 1 공정부(111)에서 인출되어 제 4 공정부(114)로 이동된다.Then, the wafer having the upper electrode formed thereon is taken out of the first hollow portion 111 by the wafer moving portion 120 and is moved to the fourth hollow portion 114.
그러면 제 4 공정부(114)에서는 상기 이동된 웨이퍼에 대하여 O2분위기하에서 650℃이하로 RTA 공정을 수행한다.Then, the fourth processing unit 114 performs the RTA process on the transferred wafer at 650 ° C. or less under an O 2 atmosphere.
상기 제 4 공정부(114)에서 RTA가 완료되면 웨이퍼 이동부(120)는 상기 제 4 공정부(114)에서 웨이퍼를 인출하여 제 1 공정부(111)로 이동시킨다.When the RTA is completed in the fourth hollow portion 114, the wafer moving portion 120 moves the wafer to the first hollow portion 111 by taking out the wafer from the fourth hollow portion 114.
이에 따라 제 1 공정부(111)에서는 상기 웨이퍼 이동부(120)에 의해 이동된 웨이퍼상에 하드 마스크(hard mask)를 제작한다.Accordingly, the first hollow section 111 forms a hard mask on the wafer moved by the wafer moving section 120.
여기서 하드 마스크는 Ti이다.Here, the hard mask is Ti.
상기와 같이 하나의 챔버(110)내에서 스퍼터링(sputtering), 스핀 코팅(spin-coating), 오븐(oven), RTP 등의 일괄 처리 공정을 수행하여 강유전체 커패시터 제조장치에 의해 강유전체 커패시터가 제조되고 제조된 강유전체 커패시터 웨이퍼는 웨이퍼 인출구(140)를 통해 인출된다.A batch process such as sputtering, spin-coating, oven, or RTP is performed in one chamber 110 to manufacture a ferroelectric capacitor by a ferroelectric capacitor manufacturing apparatus, The ferroelectric capacitor wafer is drawn out through the wafer outlet 140.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 강유전체 커패시터 소자의 일괄 제조장치는 여러개의 공정을 통합적으로 처리할 수 있는 단일 챔버를 구비하여 여러개의 제조 공정을 일괄 처리할 수 있도록 함으로써 상기한 표 2 에 나타낸 바와 같이 강유전체 커패시터 제조시 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 아울러 대량 생산에 유리한 효과가 있다.As described above, the apparatus for collectively manufacturing ferroelectric capacitor devices according to the present invention has a single chamber capable of integrally processing a plurality of processes so that a plurality of manufacturing processes can be collectively processed, It is possible to shorten the process time in the production of the ferroelectric capacitor as well as advantageous in mass production.
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Legal Events
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