KR20030092579A - Method of fabrication capacitor using ruthenium - Google Patents

Method of fabrication capacitor using ruthenium Download PDF

Info

Publication number
KR20030092579A
KR20030092579A KR1020020030290A KR20020030290A KR20030092579A KR 20030092579 A KR20030092579 A KR 20030092579A KR 1020020030290 A KR1020020030290 A KR 1020020030290A KR 20020030290 A KR20020030290 A KR 20020030290A KR 20030092579 A KR20030092579 A KR 20030092579A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ruthenium film
oxygen
impurities
film
ruthenium
Prior art date
Application number
KR1020020030290A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김경민
Original Assignee
주식회사 하이닉스반도체
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이닉스반도체 filed Critical 주식회사 하이닉스반도체
Priority to KR1020020030290A priority Critical patent/KR20030092579A/en
Publication of KR20030092579A publication Critical patent/KR20030092579A/en

Links

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
    • H01L28/65—Electrodes comprising a noble metal or a noble metal oxide, e.g. platinum (Pt), ruthenium (Ru), ruthenium dioxide (RuO2), iridium (Ir), iridium dioxide (IrO2)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a capacitor using a ruthenium layer is provided to reduce influence on a dielectric layer and improve an electrical characteristic of the capacitor by preventing agglomeration of a layer while eliminating the impurities and oxygen remaining in the ruthenium layer. CONSTITUTION: The ruthenium layer is deposited on a substrate. The impurities remaining in the ruthenium layer are eliminated in a mixture atmosphere of nitrogen and oxygen. The oxygen remaining in the impurity-free ruthenium layer is removed in an ammonia atmosphere. The ruthenium layer from which the impurities and the oxygen are removed is crystallized.

Description

루테늄막을 이용한 캐패시터의 제조 방법{Method of fabrication capacitor using ruthenium}Method of fabricating capacitor using ruthenium film {Method of fabrication capacitor using ruthenium}

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 루테늄막의 형성 방법 및 그를 이용한 캐패시터의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a ruthenium film and a method of manufacturing a capacitor using the same.

최근에 메모리 소자의 집적도가 증가하면서 보다 높은 캐패시턴스와 작은 누설전류 특성이 요구됨에 따라 ONO구조에서 누설전류가 작은 MIM(Metal-Insulator-Metal) 구조로 변화되고 있다.Recently, as the degree of integration of memory devices increases, higher capacitance and smaller leakage current characteristics are required, thereby changing from ONO structure to metal-insulator-metal (MIM) structure with low leakage current.

다시 말하면, 집적화되면서 보다 높은 유전상수를 지니는 Al2O3, TiO2, HfO2, ZrO2, BLT, BST, Ta2O5등의 고유전 상수를 갖는 유전막이 요구됨과 동시에 누설전류를 감소시키기 위해 일함수값이 큰 금속을 상부전극 및 하부전극으로 적용해야 된다.In other words, a dielectric film having a high dielectric constant, such as Al 2 O 3 , TiO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , BLT, BST, Ta 2 O 5 , which has a higher dielectric constant while being integrated, is required to reduce leakage current. For this purpose, a metal having a large work function should be applied to the upper electrode and the lower electrode.

전극으로 적용되는 금속은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 산화이리듐막(IrO2), 산화루테늄막(RuO2), 백금합금(Pt-alloy) 등이 있다.Metals applied as electrodes include platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), iridium oxide film (IrO 2 ), ruthenium oxide film (RuO 2 ), platinum alloys (Pt-alloy), and the like.

상기한 금속막 중 루테늄(Ru)막 및 산화루테늄막을 포함하는 루테늄계 박막은 백금(Pt)과 비교하여 식각 공정이 상대적으로 쉬워, DRAM 및 FeRAM과 같은 메모리 소자(memory device)에 사용되는 강유전체 및 고유전체 재료로 구성되는 박막 캐패시터의 캐패시터 전극으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.Among the metal films, the ruthenium-based thin film including a ruthenium (Ru) film and a ruthenium oxide film is relatively easy to etch compared to platinum (Pt), and thus, ferroelectrics used in memory devices such as DRAM and FeRAM, and It is expected to be applied as a capacitor electrode of a thin film capacitor composed of a high dielectric material.

도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 소스/드레인영역(12)을 포함한 트랜지스터가 형성된 반도체기판(11)상에 층간절연막(13)을 형성한 후, 층간절연막(13)을 관통하여 소스/드레인영역(12)에 이르는 스토리지노드콘택홀을 형성한다.As shown in FIG. 1A, after forming the interlayer insulating film 13 on the semiconductor substrate 11 on which the transistor including the source / drain region 12 is formed, the interlayer insulating film 13 penetrates the source / drain region ( 12) to form a storage node contact hole.

그리고, 스토리지노드콘택홀에 폴리실리콘플러그(14)를 부분 매립시킨 후, 폴리실리콘플러그(14)상에 Ti/TiN의 순서로 적층된 배리어메탈(15)을 형성하여 스토리지노드콘택홀을 완전히 매립시킨다. 여기서, 스토리지노드콘택홀을 채우는 폴리실리콘플러그(14)와 배리어메탈(15)의 적층구조물을 통상적으로 스토리지노드콘택(Storage Node Contact; SNC)이라고 일컫는다.After partially filling the polysilicon plug 14 in the storage node contact hole, the barrier metal 15 stacked in the order of Ti / TiN is formed on the polysilicon plug 14 to completely fill the storage node contact hole. Let's do it. Here, the stacked structure of the polysilicon plug 14 and the barrier metal 15 filling the storage node contact hole is commonly referred to as a storage node contact (SNC).

다음으로, 스토리지노드콘택을 포함한 전면에 하부전극으로서 제1 루테늄막(16)을 증착한 후, 제1 루테늄막(16)내 잔류하는 탄소 또는 수소 등의 불순물을 제거하기 위해 암모니아분위기에서 열처리(anneal)를 수행한다.Next, after depositing the first ruthenium film 16 as a lower electrode on the front surface including the storage node contact, heat treatment in an ammonia atmosphere to remove impurities such as carbon or hydrogen remaining in the first ruthenium film 16. anneal).

다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 불순물이 제거된 제1 루테늄막(16a)상에 유전막으로서 탄탈륨산화막(17)을 증착한 후, 탄탈륨산화막(17)상에 상부전극으로서 제2 루테늄막(18)을 증착하여 MIM 구조의 캐패시터를 형성한다.Next, as shown in FIG. 1B, a tantalum oxide film 17 is deposited as a dielectric film on the first ruthenium film 16a from which impurities are removed, and then a second ruthenium film as an upper electrode on the tantalum oxide film 17. 18 is deposited to form a capacitor of the MIM structure.

상술한 종래기술에서, 하부전극으로 사용된 루테늄막은 박막내에 탄소, 수소와 같은 불순물이 존재하여 탄탈륨산화막 증착후, 후속 공정을 진행하면서 루테늄막내에 존재하는 탄소 또는 수소 등이 탄탈륨산화막에 치명적인 영향을 미쳐 캐패시터의 전기적 특성을 열화시키는 문제가 있다.In the above-mentioned prior art, the ruthenium film used as the lower electrode has impurities such as carbon and hydrogen in the thin film, so that carbon or hydrogen present in the ruthenium film has a fatal effect on the tantalum oxide film after the deposition of the tantalum oxide film and subsequent processes. There is a problem that deteriorates the electrical characteristics of the capacitor.

이를 해결하기 위해 루테늄막 증착후 암모니아(NH3) 분위기에서 열처리를 수행하여 불순물을 제거하고 있으나, 루테늄막이 심하게 뭉치는 응집(agglomeration)현상이 발생되어 배리어메탈인 TiN이 드러나 후속 공정을 진행하면서 TiN이 산화되어 누설전류가 증가하는 문제가 있다.To solve this problem, impurities are removed by heat treatment in an ammonia (NH 3 ) atmosphere after deposition of ruthenium film, but agglomeration phenomenon occurs due to the aggregation of ruthenium film. There is a problem in that the leakage current increases due to oxidation.

또한, 루테늄막을 증착하기 위한 소스들을 분해시키기 위해 반응가스로 산소를 이용함에 따라 증착후 루테늄막내에 다량의 산소가 함유되어 후속 열공정시 산소가 확산하여 배리어메탈이 산화되는 문제가 있다.In addition, as oxygen is used as a reaction gas to decompose sources for depositing a ruthenium film, a large amount of oxygen is contained in the ruthenium film after deposition, and oxygen diffuses during subsequent thermal processes, thereby causing barrier metals to be oxidized.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 막내 불순물 및 산소를 제거하면서 불순물 제거시 응집되는 것을 방지하는데 적합한 루테늄막의 형성 방법 및 그를 이용한 캐패시터의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a method of forming a ruthenium film and a method of manufacturing a capacitor using the same to remove the impurities and remove the impurities while removing the impurities in the film. .

도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,1a to 1b is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a capacitor according to the prior art,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루테늄막내 잔류하는 불순물 및 산소의 제거 방법을 도시한 공정 흐름도,2 is a process flow diagram illustrating a method for removing impurities and oxygen remaining in a ruthenium film according to an embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

31 : 반도체기판 32 : 소스/드레인영역31: semiconductor substrate 32: source / drain area

33 : 층간절연막 34 : 폴리실리콘플러그33: interlayer insulating film 34: polysilicon plug

35 : 배리어메탈 36 : 제1 루테늄막35 barrier metal 36 first ruthenium film

37 : 탄탈륨산화막 38 : 제2 루테늄막37 tantalum oxide film 38 second ruthenium film

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 루테늄막의 형성 방법은 기판상에 루테늄막을 증착하는 단계, 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 질소와 산소의 혼합분위기에서 제거하는 단계, 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 암모니아 분위기에서 제거하는 단계, 및 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계를 포함함을 특징으로 하고, 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 제거하는 단계는 상기 질소와 산소의 혼합분위기에서 플라즈마처리 또는 급속열처리하고, 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 제거하는 단계는상기 암모니아 분위기에서 플라즈마처리하고, 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계는 질소 분위기에서 급속열처리하는 것을 특징으로 한다.A method of forming a ruthenium film of the present invention for achieving the above object comprises the steps of depositing a ruthenium film on a substrate, removing impurities remaining in the ruthenium film in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen, in the ruthenium film from which the impurities are removed Removing residual oxygen in an ammonia atmosphere, and crystallizing the ruthenium film from which the impurities and oxygen have been removed, and removing the impurities remaining in the ruthenium film comprises mixing the nitrogen and oxygen. Plasma treatment or rapid thermal treatment in an atmosphere, and removing oxygen remaining in the ruthenium film from which the impurities are removed may include plasma treatment in the ammonia atmosphere, and crystallization of the ruthenium film from which the impurities and oxygen have been removed may be rapidly performed in a nitrogen atmosphere. It is characterized in that the heat treatment.

그리고, 본 발명의 캐패시터의 제조 방법은 반도체기판상에 층간절연막을 형성하는 단계, 상기 층간절연막을 관통하여 상기 반도체기판에 연결되는 스토리지노드콘택을 형성하는 단계, 상기 스토리지노드콘택을 포함한 전면에 하부전극으로서 루테늄막을 증착하는 단계, 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 질소와 산소의 혼합분위기에서 제거하는 단계, 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 제거하는 단계, 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계, 상기 결정화된 루테늄막상에 유전막을 형성하는 단계, 및 상기 유전막상에 상부전극용 도전막을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.The method of manufacturing a capacitor of the present invention includes forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, forming a storage node contact connected to the semiconductor substrate through the interlayer insulating film, and having a lower portion on the front surface including the storage node contact. Depositing a ruthenium film as an electrode, removing impurities remaining in the ruthenium film in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen, removing oxygen remaining in the ruthenium film from which the impurities are removed, and removing the impurities and oxygen Crystallizing the ruthenium film, forming a dielectric film on the crystallized ruthenium film, and forming a conductive film for the upper electrode on the dielectric film.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 루테늄막내 잔류하는 불순물 및 산소의 제거 방법을 도시한 공정 흐름도이다.2 is a process flowchart showing a method of removing impurities and oxygen remaining in a ruthenium film according to an embodiment of the present invention.

먼저 루테늄막이 증착될 기판을 증착챔버내에 로딩시킨 후(21), 기판 온도를 250℃∼400℃로 유지하면서 루테늄소스를 증착챔버내에 공급한다(22).First, the substrate on which the ruthenium film is to be deposited is loaded into the deposition chamber (21), and then the ruthenium source is supplied into the deposition chamber while maintaining the substrate temperature at 250 to 400 캜.

이때, 루테늄소스로는 Ru(Cp)2, Ru(MeCp)2, Ru(EtCp)2, Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3및 Ru(od)3로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나를 이용하는데, 이러한 루테늄소스들 중 Ru(Cp)2, Ru(MeCp)2, Ru(EtCp)2는 루테늄 금속원자를 중심에 두고 사이클로펜타(Cyclopenta, C5H5) 리간드(Ligand)가 결합되어 있는 구조이고, Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3, Ru(od)3는 β-디케톤(diketon) 계열의 리간드를 갖고 있는 소스이다.At this time, as ruthenium source, one selected from the group consisting of Ru (Cp) 2 , Ru (MeCp) 2 , Ru (EtCp) 2 , Ru (tmhd) 3 , Ru (mhd) 3 and Ru (od) 3 is used. Among these ruthenium sources, Ru (Cp) 2 , Ru (MeCp) 2 , and Ru (EtCp) 2 are structures in which a cyclopenta (C 5 H 5 ) ligand is bonded around a ruthenium metal atom Ru (tmhd) 3 , Ru (mhd) 3 , and Ru (od) 3 are sources having β-diketon-based ligands.

다음으로, 루테늄소스를 분해시키기 위한 반응가스로 산소를 공급하는데(23), 산소는 10sccm∼100sccm의 유량으로 공급되며, 증착챔버의 압력을 0.1torr∼10torr로 유지한다.Next, oxygen is supplied to the reaction gas for decomposing the ruthenium source (23), and oxygen is supplied at a flow rate of 10 sccm to 100 sccm, and the pressure of the deposition chamber is maintained at 0.1 to 10 tor.

다음으로, 산소를 환원시키기 위해 암모니아 가스를 100sccm∼2000sccm의 유량으로 공급한다(24).Next, in order to reduce oxygen, ammonia gas is supplied at a flow rate of 100 sccm to 2000 sccm (24).

다음으로, 루테늄막내에 잔류하는 탄소 또는 수소 등의 불순물을 제거하기 위해 질소(N2)와 산소(O2)의 혼합분위기에서 플라즈마 처리 또는 급속열처리한다(25).Next, in order to remove impurities such as carbon or hydrogen remaining in the ruthenium film, plasma treatment or rapid thermal treatment is performed in a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) (25).

이때, 질소 및 산소의 유량을 각각 10sccm∼1000sccm으로 유지하되 질소의 유량이 많도록 조절하면서 플로우시킨다.At this time, while maintaining the flow rate of nitrogen and oxygen at 10sccm ~ 1000sccm, respectively, the flow while adjusting the flow rate of nitrogen to a lot.

한편, 플라즈마처리시 RF 파워를 30W∼400W로 인가하고, 처리온도는 루테늄막 증착온도와 동일하게 250℃∼400℃로 유지하며, 급속열처리는 450℃∼600℃에서 실시하고, 플라즈마처리 또는 급속열처리의 처리시간은 5초∼60초로 한다.On the other hand, during the plasma treatment, RF power is applied at 30W to 400W, the treatment temperature is maintained at 250 ° C to 400 ° C in the same manner as the ruthenium film deposition temperature, and the rapid heat treatment is performed at 450 ° C to 600 ° C, and the plasma treatment or rapid The heat treatment time is 5 seconds to 60 seconds.

다음으로, 루테늄막내에 잔류하는 산소를 제거하기 위해 암모니아(NH3) 분위기에서 플라즈마처리를 수행한다(26).Next, plasma treatment is performed in ammonia (NH 3 ) atmosphere to remove oxygen remaining in the ruthenium film (26).

이때, 플라즈마처리시, 암모니아의 유량을 30sccm∼1000sccm으로 유지하며, 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 파워를 30W∼400W로 인가하고, 압력을 0.1torr∼2torr로 유지하면서 5초∼300초동안 실시한다.At this time, during the plasma treatment, the flow rate of ammonia is maintained at 30 sccm to 1000 sccm, RF power for generating plasma is applied at 30 W to 400 W, and the pressure is maintained at 0.1 to 2 tor for 5 to 300 seconds.

다음으로, 루테늄막을 결정화시키기 위해 질소(N2) 가스분위기에서 급속열처리한다(27).Next, rapid heat treatment in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere to crystallize the ruthenium film (27).

이때, 질소의 유량을 1000sccm∼5000sccm으로 유지하며, 500℃∼700℃에서 30초∼120초동안 실시한다.At this time, the flow rate of nitrogen is maintained at 1000 sccm to 5000 sccm, and is performed at 500 ° C. to 700 ° C. for 30 seconds to 120 seconds.

상술한 바와 같이, 루테늄막 증착후, 질소(N2)와 산소(O2)의 혼합분위기에서 플라즈마 처리 또는 급속열처리하고, 연속해서 암모니아(NH3) 분위기에서 플라즈마처리함에 따라 루테늄막내 불순물 및 산소를 효과적으로 제거한다.As described above, after deposition of the ruthenium film, plasma treatment or rapid thermal treatment in a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ), followed by plasma treatment in an ammonia (NH 3 ) atmosphere, results in impurities and oxygen in the ruthenium film. Effectively removes it.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 소스/드레인영역(32)을 포함한 트랜지스터가 형성된 반도체기판(31)상에 층간절연막(33)을 형성한 후, 층간절연막(33)을 관통하여 소스/드레인영역(32)에 이르는 스토리지노드콘택홀(도시 생략)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, after forming the interlayer insulating film 33 on the semiconductor substrate 31 on which the transistor including the source / drain region 32 is formed, the interlayer insulating film 33 penetrates the source / drain region ( A storage node contact hole (not shown) up to 32 is formed.

다음에, 스토리지노드콘택홀에 폴리실리콘플러그(34)를 부분 매립시킨 후, 폴리실리콘플러그(34)상에 Ti/TiN의 순서로 적층된 배리어메탈(35)을 형성하여 스토리지노드콘택홀을 완전히 매립시킨다. 여기서, 스토리지노드콘택홀을 채우는 폴리실리콘플러그(34)와 배리어메탈(35)의 적층구조물을 통상적으로 스토리지노드콘택(SNC)이라고 일컫는다. 한편, 배리어메탈(35)을 스토리지노드콘택에 매립시키는 방법은 폴리실리콘플러그(34)상에 배리어메탈(35)을 증착한 후 에치백 또는 화학적기계적연마를 실시한다.Next, after partially filling the polysilicon plug 34 in the storage node contact hole, the barrier metal 35 laminated in the order of Ti / TiN is formed on the polysilicon plug 34 to completely close the storage node contact hole. Landfill. Here, the stacked structure of the polysilicon plug 34 and the barrier metal 35 filling the storage node contact hole is commonly referred to as a storage node contact (SNC). Meanwhile, in the method of embedding the barrier metal 35 in the storage node contact, the barrier metal 35 is deposited on the polysilicon plug 34 and then etched back or chemical mechanical polishing is performed.

다음으로, 스토리지노드콘택을 포함한 전면에 하부전극으로서 제1 루테늄막(36)을 증착한다.Next, a first ruthenium film 36 is deposited on the entire surface including the storage node contact as a lower electrode.

제1 루테늄막(36) 증착은, 루테늄소스 공급, 반응가스 공급, 산소를 환원시키기 위한 암모니아가스 공급으로 이루어지며, 반도체기판(31) 온도를 250℃∼400℃로 유지하고, 챔버의 압력을 0.1torr∼10torr로 유지한 상태에서 이루어진다.Deposition of the first ruthenium film 36 consists of ruthenium source supply, reaction gas supply, and ammonia gas supply for reducing oxygen, maintaining the temperature of the semiconductor substrate 31 at 250 ° C to 400 ° C, and maintaining the pressure in the chamber. It is made in the state maintained at 0.1torr-10torr.

예컨대, 루테늄소스로 Ru(Cp)2, Ru(MeCp)2, Ru(EtCp)2, Ru(tmhd)3, Ru(mhd)3및 Ru(od)3로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나를 이용하며, 루테늄소스를 분해시키기 위한 반응가스로 산소를 10sccm∼100sccm의 유량으로 공급하며, 산소를 환원시키기 위해 암모니아 가스를 100sccm∼2000sccm의 유량으로 공급한다.For example, using a ruthenium source selected from the group consisting of Ru (Cp) 2 , Ru (MeCp) 2 , Ru (EtCp) 2 , Ru (tmhd) 3 , Ru (mhd) 3 and Ru (od) 3 , Oxygen is supplied at a flow rate of 10 sccm to 100 sccm, and ammonia gas is supplied at a flow rate of 100 sccm to 2000 sccm to reduce oxygen.

도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 루테늄막(36)내에 잔류하는 탄소 또는 수소 등의 불순물을 제거하기 위해 질소(N2)와 산소(O2)의 혼합분위기에서 플라즈마 처리 또는 급속열처리한다.As shown in FIG. 3B, plasma or rapid heat treatment is performed in a mixed atmosphere of nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) to remove impurities such as carbon or hydrogen remaining in the first ruthenium film 36.

이때, 질소 및 산소의 유량을 각각 10sccm∼1000sccm으로 유지하되 질소의 유량이 많도록 조절하면서 플로우시킨다. 한편, 플라즈마처리시 RF 파워를30W∼400W로 인가하고, 처리온도는 루테늄막 증착온도와 동일하게 250℃∼400℃로 유지하며, 급속열처리는 450℃∼600℃에서 실시하고, 플라즈마처리 또는 급속열처리의 처리시간은 5초∼60초로 한다.At this time, while maintaining the flow rate of nitrogen and oxygen at 10sccm ~ 1000sccm, respectively, the flow while adjusting the flow rate of nitrogen to a lot. On the other hand, during the plasma treatment, RF power is applied at 30W to 400W, the treatment temperature is maintained at 250 ° C to 400 ° C in the same manner as the ruthenium film deposition temperature, and the rapid heat treatment is performed at 450 ° C to 600 ° C, and the plasma treatment or rapid The heat treatment time is 5 seconds to 60 seconds.

도 3c에 도시된 바와 같이, 불순물이 제거된 제1 루테늄막(36a)내에 잔류하는 산소를 제거하기 위해 암모니아(NH3) 분위기에서 플라즈마처리한다. 이때, 플라즈마처리시, 암모니아의 유량을 30sccm∼1000sccm으로 유지하며, 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 파워를 30W∼400W로 인가하고, 압력을 0.1torr∼2torr로 유지하면서 5초∼300초동안 실시한다.As shown in FIG. 3C, a plasma treatment is performed in an ammonia (NH 3 ) atmosphere to remove oxygen remaining in the first ruthenium film 36a from which impurities are removed. At this time, during the plasma treatment, the flow rate of ammonia is maintained at 30 sccm to 1000 sccm, RF power for generating plasma is applied at 30 W to 400 W, and the pressure is maintained at 0.1 to 2 tor for 5 to 300 seconds.

한편, 탄소 또는 수소 등의 불순물을 제거하기 위한 플라즈마 처리와 산소를 제거하기 위한 플라즈마처리는 하나의 장비에서 인시튜(insitu)로 진행할 수 있다.Meanwhile, the plasma treatment for removing impurities such as carbon or hydrogen and the plasma treatment for removing oxygen may be performed in situ in one device.

도 3d에 도시된 바와 같이, 불순물 및 산소가 제거된 제1 루테늄막(36b)을 결정화시키기 위해 질소(N2) 가스분위기에서 급속열처리한다. 이때, 질소의 유량을 1000sccm∼5000sccm으로 유지하며, 500℃∼700℃에서 30초∼120초동안 실시한다.As shown in FIG. 3D, rapid heat treatment is performed in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere to crystallize the first ruthenium film 36b from which impurities and oxygen have been removed. At this time, the flow rate of nitrogen is maintained at 1000 sccm to 5000 sccm, and is performed at 500 ° C. to 700 ° C. for 30 seconds to 120 seconds.

도 3e에 도시된 바와 같이, 결정화된 제1 루테늄막(36c)상에 유전막으로서 탄탈륨산화막(Ta2O5)(37)을 증착한다.As shown in FIG. 3E, a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ) 37 is deposited as a dielectric film on the crystallized first ruthenium film 36c.

탄탈륨산화막(37)의 증착은, 먼저 탄탈륨소스를 증착챔버내로 공급하기 전에 탄탈륨에칠레이트(Ta(OC2H5)5)를 170℃∼190℃로 유지되는 기화기(Vaporizer)에서 기상 상태로 만든다. 계속해서, 기상 상태의 탄탈륨에칠레이트를 증착챔버내에 공급하고, 반응가스인 산소(O2)를 10sccm∼1000sccm으로 공급하여 탄탈륨에칠레이트를열분해시켜 탄탈륨산화막(37)을 증착시킨다. 이 때, 증착챔버는 0.1torr∼2torr의 압력을 유지하고, 반도체기판(31)은 300℃∼450℃로 가열된다.The deposition of the tantalum oxide film 37 is first performed in a vapor phase in a vaporizer in which tantalum acrylate (Ta (OC 2 H 5 ) 5 ) is maintained at 170 ° C to 190 ° C before the tantalum source is supplied into the deposition chamber. Make. Subsequently, a tantalum acrylate in a gaseous state is supplied into the deposition chamber, and oxygen (O 2 ), which is a reaction gas, is supplied at 10 sccm to 1000 sccm to thermally decompose the tantalum acrylate to deposit a tantalum oxide film 37. At this time, the deposition chamber maintains a pressure of 0.1torr to 2torr, and the semiconductor substrate 31 is heated to 300 占 폚 to 450 占 폚.

후속 열공정으로 300℃∼500℃에서 N2와 O2의 혼합가스 또는 N2O 가스 분위기에서 플라즈마처리하거나 또는 UV/O3처리하여 탄탈륨산화막내 존재하는 불순물을 제거한 후, 500℃∼650℃에서 N2가스 분위기에서 로(Furnace) 또는 급속열처리(RTA)하여 탄탈륨산화막의 유전특성을 확보한다.Subsequent thermal process removes impurities present in the tantalum oxide film by plasma treatment or UV / O 3 treatment in a mixed gas of N 2 and O 2 or N 2 O gas at 300 ° C. to 500 ° C., and then 500 ° C. to 650 ° C. The dielectric property of the tantalum oxide film is obtained by Furnace or Rapid Heat Treatment (RTA) in N 2 gas atmosphere.

한편, 유전막으로서 탄탈륨산화막외에 Al2O3, TiO2, HfO2, ZrO2, BLT, BST 등의 고유전상수를 갖는 유전막을 이용할 수 있다.On the other hand, as a dielectric film, a dielectric film having a high dielectric constant such as Al 2 O 3 , TiO 2 , HfO 2 , ZrO 2 , BLT, BST, etc. can be used in addition to the tantalum oxide film.

다음으로, 탄탈륨산화막(37)상에 상부전극으로서 제2 루테늄막(Ru)(38)을 증착한다. 여기서, 상부전극으로는 백금, 이리듐 등의 귀금속 또는 티타늄나이트라이드(TiN)를 이용할 수 있다.Next, a second ruthenium film (Ru) 38 is deposited on the tantalum oxide film 37 as an upper electrode. Here, a precious metal such as platinum or iridium or titanium nitride (TiN) may be used as the upper electrode.

여기서, 제2 루테늄막(38)은 제1 루테늄막(36)과 동일한 방법으로 증착할 수 있으며, 제1 루테늄막(36) 및 제 2 루테늄막(38)은 화학기상증착법(CVD), 원자층증착법(ALD) 또는 플라즈마원자층증착법(PEALD)을 통해 증착한다.Here, the second ruthenium film 38 may be deposited in the same manner as the first ruthenium film 36, and the first ruthenium film 36 and the second ruthenium film 38 may be formed by chemical vapor deposition (CVD), atoms, or the like. Deposition is by layer deposition (ALD) or plasma atomic layer deposition (PEALD).

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 루테늄막내 잔류하는 불순물 및 산소를 제거하면서 막이 응집되는 것을 방지하므로써 유전막에 미치는 영향을 감소시켜 캐패시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of reducing the influence on the dielectric film by preventing the film from aggregation while removing impurities and oxygen remaining in the ruthenium film, thereby improving the electrical characteristics of the capacitor.

Claims (12)

기판상에 루테늄막을 증착하는 단계;Depositing a ruthenium film on the substrate; 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 질소와 산소의 혼합분위기에서 제거하는 단계;Removing impurities remaining in the ruthenium film in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen; 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 암모니아분위기에서 제거하는 단계; 및Removing oxygen remaining in the ruthenium film from which the impurities are removed in an ammonia atmosphere; And 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계Crystallizing the ruthenium film from which the impurities and oxygen have been removed 를 포함함을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.Ruthenium film forming method comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 불순물을 제거하는 단계는,Removing the impurities, 상기 질소와 산소의 혼합분위기에서 플라즈마처리 또는 급속열처리하는 것을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.A method of forming a ruthenium film, characterized in that the plasma treatment or rapid thermal treatment in the mixed atmosphere of nitrogen and oxygen. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 불순물을 제거하는 단계는,Removing the impurities, 상기 질소 및 산소의 유량을 각각 10sccm∼1000sccm으로 유지하되 상기 질소의 유량이 많도록 조절하면서 플로우시키는 것을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.And maintaining the flow rates of nitrogen and oxygen at 10 sccm to 1000 sccm, respectively, while controlling the flow rate of nitrogen to increase. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 플라즈마처리시 RF 파워를 30W∼400W로 인가하고, 250℃∼400℃에서 이루어짐을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.A method of forming a ruthenium film, characterized in that the RF power is applied at 30W to 400W during the plasma treatment, and is performed at 250 ° C to 400 ° C. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 급속열처리는 450℃∼600℃에서 이루어짐을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.The rapid heat treatment is a method for forming a ruthenium film, characterized in that at 450 ℃ to 600 ℃. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 산소를 제거하는 단계는,Removing the oxygen, 상기 암모니아 분위기에서 플라즈마처리하는 것을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.A method of forming a ruthenium film, characterized in that the plasma treatment in the ammonia atmosphere. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 플라즈마처리시, 상기 암모니아의 유량을 30sccm∼1000sccm으로 유지하며, 플라즈마를 발생시키기 위한 RF 파워를 30W∼400W로 인가하고, 압력을 0.1torr∼2torr로 유지하면서 5초∼300초동안 실시하는 것을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.In the plasma treatment, the flow rate of ammonia is maintained at 30 sccm to 1000 sccm, RF power for generating plasma is applied at 30 W to 400 W, and the pressure is maintained at 0.1 to 2 tor for 5 to 300 seconds. A method of forming a ruthenium film. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 결정화시키는 단계는,The crystallization step, 질소 분위기에서 급속열처리하되, 질소의 유량을 1000sccm∼5000sccm으로 유지하면서 500℃∼700℃에서 30초∼120초동안 이루어짐을 특징으로 하는 루테늄막의 형성 방법.A rapid thermal treatment in a nitrogen atmosphere, while maintaining a flow rate of nitrogen at 1000sccm to 5000sccm, the ruthenium film is formed for 30 seconds to 120 seconds at a temperature of 500sc. 반도체기판상에 층간절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate; 상기 층간절연막을 관통하여 상기 반도체기판에 연결되는 스토리지노드콘택을 형성하는 단계;Forming a storage node contact penetrating the interlayer insulating layer and connected to the semiconductor substrate; 상기 스토리지노드콘택을 포함한 전면에 하부전극으로서 루테늄막을 증착하는 단계;Depositing a ruthenium film as a lower electrode on the entire surface including the storage node contact; 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 질소와 산소의 혼합분위기에서 제거하는 단계;Removing impurities remaining in the ruthenium film in a mixed atmosphere of nitrogen and oxygen; 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 제거하는 단계;Removing oxygen remaining in the ruthenium film from which the impurities are removed; 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계;Crystallizing the ruthenium film from which the impurities and oxygen have been removed; 상기 결정화된 루테늄막상에 유전막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film on the crystallized ruthenium film; And 상기 유전막상에 상부전극용 도전막을 형성하는 단계Forming a conductive film for an upper electrode on the dielectric film 를 포함함을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.Method for producing a capacitor, characterized in that it comprises a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 루테늄막내에 잔류하는 불순물을 제거하는 단계는,Removing the impurities remaining in the ruthenium film, 상기 질소와 산소의 혼합분위기에서 플라즈마처리 또는 급속열처리하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.A process for producing a capacitor, characterized in that the plasma treatment or rapid heat treatment in the mixed atmosphere of nitrogen and oxygen. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 불순물이 제거된 루테늄막내에 잔류하는 산소를 제거하는 단계는,Removing the oxygen remaining in the ruthenium film from which the impurities are removed, 암모니아 분위기에서 플라즈마처리하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.A process for producing a capacitor, characterized in that the plasma treatment in an ammonia atmosphere. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 불순물 및 산소가 제거된 루테늄막을 결정화시키는 단계는,The step of crystallizing the ruthenium film from which the impurities and oxygen are removed, 질소 분위기에서 급속열처리하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 제조 방법.A method of producing a capacitor, characterized by rapid heat treatment in a nitrogen atmosphere.
KR1020020030290A 2002-05-30 2002-05-30 Method of fabrication capacitor using ruthenium KR20030092579A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020030290A KR20030092579A (en) 2002-05-30 2002-05-30 Method of fabrication capacitor using ruthenium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020020030290A KR20030092579A (en) 2002-05-30 2002-05-30 Method of fabrication capacitor using ruthenium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030092579A true KR20030092579A (en) 2003-12-06

Family

ID=32385156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020020030290A KR20030092579A (en) 2002-05-30 2002-05-30 Method of fabrication capacitor using ruthenium

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030092579A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011159691A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition of ruthenium films containing oxygen or carbon
WO2024010324A1 (en) * 2022-07-04 2024-01-11 한양대학교 산학협력단 Capacitor of dram device, and method for manufacturing same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011159691A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition of ruthenium films containing oxygen or carbon
WO2011159691A3 (en) * 2010-06-18 2012-06-14 Applied Materials, Inc. Chemical vapor deposition of ruthenium films containing oxygen or carbon
WO2024010324A1 (en) * 2022-07-04 2024-01-11 한양대학교 산학협력단 Capacitor of dram device, and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4833650B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US20090273882A1 (en) Capacitor and method for fabricating the same
US6376299B1 (en) Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same
KR100390938B1 (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
US6787414B2 (en) Capacitor for semiconductor memory device and method of manufacturing the same
KR100772531B1 (en) Method for fabricating capacitor
KR100454256B1 (en) Method for fabricating capacitor having ruthenium bottom-electrode
JP4223248B2 (en) Dielectric film forming method for semiconductor device
KR20030092579A (en) Method of fabrication capacitor using ruthenium
KR100406546B1 (en) Method for fabricating capacitor
KR100454255B1 (en) Method for fabrication of capacitor using hardmask
KR100414870B1 (en) Method for fabricating capacitor using atomic layer deposition
KR100422596B1 (en) Method for fabricating capacitor
KR100624904B1 (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
KR20070106286A (en) Method of forming titanium oxide with rutile structure and method of manufacturing capacitor using the same
KR20030063643A (en) Method of forming semiconductor capacitor with tantalum-nitride dielectric layer
KR100761406B1 (en) Method for fabricating capacitor with tantalum oxide
KR100448242B1 (en) Method for fabricating capacitor top electrode in semiconductor device
KR100384868B1 (en) Method for fabricating capacitor
KR20020002722A (en) Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device
JP4106513B2 (en) Capacitor manufacturing method for semiconductor device
KR101067022B1 (en) Method for fabricating capacitor of semiconductor device
KR20030084331A (en) Method for fabricating capacitor with 2 step annealing in semiconductor device
KR20020050416A (en) Capacitor in semiconductor device and method of making the same
KR20020043913A (en) Method for fabricating capacitor

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination