KR20080098822A - Capacitor and method for fabrication of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도.1 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도.2 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도.3 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a third embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도.4 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도.5 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a fifth embodiment of the present invention.
도 6은 전자주개가 도핑된 루테늄산화막을 형성하기 위한 제1방법을 나타낸 도면.6 is a view showing a first method for forming a ruthenium oxide film doped with an electron donor.
도 7은 전자주개가 도핑된 루테늄산화막을 형성하기 위한 제2방법을 나타낸 도면.7 is a view showing a second method for forming a ruthenium oxide film doped with electron donors.
도 8은 전자주개가 도핑된 유전막 중 텅스텐이 도핑된 티타늄산화막을 형성하는 방법을 나타낸 도면.8 illustrates a method of forming a tungsten-doped titanium oxide film among dielectric films doped with electron donors.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
101, 201, 301, 401 : 제1전극101, 201, 301, 401: first electrode
102, 202, 302, 402 : 유전막102, 202, 302, 402: dielectric film
103, 203, 303, 403 : 제2전극103, 203, 303, 403: second electrode
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 캐패시터의 형성 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to a semiconductor manufacturing technique. Specifically, It is related with the formation method of a capacitor in a semiconductor element manufacturing process.
최근 미세화된 반도체 소자의 제조기술의 급속한 발전으로 메모리(memory) 소자의 고집적화가 가속화되고 있다. 이에 따라, 단위 셀(cell)면적이 크게 감소하고 있으며, 동작전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 그러나, 메모리 소자의 동작에 필요한 충전용량은 셀면적 감소에도 불구하고, 소프트 에러(soft error)의 발생과 리프레쉬 시간(refresh time)의 단축을 방지하기 위해서 25fF/cell 이상의 충분한 충전용량이 지속적으로 요구되고 있다.Recently, with the rapid development of miniaturized semiconductor device manufacturing technology, high integration of memory devices has been accelerated. As a result, the unit cell area is greatly reduced, and the operating voltage is reduced. However, despite the decrease in cell area, the charging capacity required for operation of the memory device is required to have a sufficient charging capacity of 25 fF / cell or more in order to prevent the occurrence of soft errors and shortening of the refresh time. It is becoming.
이러한 상황에서 알루미늄산화막(Al2O3)을 채용한 SIS(polySilicon Insulator polySilicon) 형태의 캐패시터가 512M이상의 차세대 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자에 필요한 충전용량을 확보하는데 한계를 보이고 있다. 이 한계를 극복하기 위해, 티타늄질화막(TiN) 전극과 하프늄산화막/알루미늄산화막(HfO2/Al2O3) 유전막을 채용한 MIS(Metal Insulator Polysilicon) 형태 또는 하프늄산화막/알루미늄산화막/하프늄산화막(HfO2/Al2O3/HfO2) 유전막을 채용한 MIM(Metal Insulator Metal) 형태의 캐패시터가 개발되고 있다. 그러나, 이들 캐패시터의 경우 기대할 수 있는 등가산화막(Tox : Equivalent Oxide Thickness) 두께의 한계가 11Å 정도이기 때문에, 60nm급 이하의 금속배선 공정이 적용되는 반도체 DRAM 제품군에서 25fF/cell 이상의 셀 충전용량(Cell Capacitance)을 얻기 어렵다.In this situation, a SIS (polySilicon Insulator polySilicon) type capacitor using aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is showing a limit in securing the charge capacity required for the next-generation DRAM (Dynamic Random Access Memory) devices of more than 512M. In order to overcome this limitation, a metal insulator polysilicon (MIS) form employing a titanium nitride (TiN) electrode and a hafnium oxide / aluminum oxide (HfO 2 / Al 2 O 3 ) dielectric layer or a hafnium oxide / aluminum oxide / hafnium oxide (HfO) 2 / Al 2 O 3 / HfO 2 ) MIM (Metal Insulator Metal) type capacitors employing a dielectric film has been developed. However, these capacitors have a limit of equivalent equivalent oxide thickness (Tox) of about 11 Å, which means that cell charge capacity of 25 fF / cell or more is higher in the semiconductor DRAM family that is applied with 60 nm or less metallization process. Capacitance is difficult to obtain.
따라서, 최근에는 등가산화막두께(Tox)를 8Å 이하로 낮추기 위해 전극 물질로는 루테늄막 또는 루테늄산화막을 이용하고, 유전막으로는 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 또는 지르코늄산화막(ZrO2)과 같이 높은 유전율을 갖는 물질을 채용하고 있다.Therefore, in order to reduce the equivalent oxide thickness (Tox) to 8 kΩ or less, a ruthenium film or a ruthenium oxide film is used as an electrode material, and a titanium oxide film (TiO 2 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), and a hafnium oxide film are used as dielectric films. A material having a high dielectric constant such as (HfO 2 ) or zirconium oxide film (ZrO 2 ) is employed.
그리고, 티타늄산화막은 루틸상(rutile), 탄탈산화막은 사방정계(orthorhombic) 또는 육방정계(hexagonal), 하프늄산화막과 지르코늄산화막은 정방정계(tetragonal)의 결정상을 갖고 우선 배향되는 경우, 다른 결정상 또는 비정질에 비해 유전율의 상승효과를 얻을 수 있어 캐패시터의 충전용량을 증대시키는 역할을 한다.The titanium oxide film is rutile, the tantalum oxide is orthorhombic or hexagonal, and the hafnium oxide and zirconium oxide are tetragonal crystal phases. Compared with this, a synergistic effect of the dielectric constant can be obtained, thereby increasing the charging capacity of the capacitor.
그러나, 종래기술은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art has the following problems.
먼저, 루테늄막 상에서는 상술한 유전막이 증착과정 및 후속 열처리 과정에서 루틸상(rutile), 사방정계(orthorhombic), 육방정계(hexagonal), 정방정계(tetragonal)과 같은 우선 배향성을 갖도록 결정화되지 못하기 때문에, 유전율(ε)을 40 이상으로 얻지 못한다.First, on the ruthenium film, the above-described dielectric film cannot be crystallized to have preferred orientation such as rutile, orthorhombic, hexagonal, tetragonal in the deposition process and subsequent heat treatment. , The dielectric constant? Cannot be obtained over 40.
반면에, 루테늄산화막 상에서는 유전막이 증착공정시 상술한 바와 같은 우선 배향성을 갖고 결정화되어 등가산화막두께를 8Å이하로 낮추는데 유리할 뿐만 아니라, 일함수(work funtion) 값이 5.2eV 수준으로 루테늄막(4.8eV) 에 비해 크다. 이로써, 쇼트키 장벽 높이(schottky barrier height)가 커서 누설전류 억제력이 우수하다. On the other hand, on the ruthenium oxide film, the dielectric film is crystallized with preferential orientation as described above in the deposition process, which is advantageous in lowering the equivalent oxide film thickness to 8 kW or less, and in addition, the work funtion value is 5.2 eV level (4.8 eV). Larger than). As a result, the schottky barrier height is large, and the leakage current suppression force is excellent.
하지만, 루테늄산화막은 루테늄막에 비해 비저항이 커서 전도성이 떨어지기 때문에 단독으로 캐패시터 전극으로 사용하는데 한계가 있다.However, since the ruthenium oxide film has a large resistivity compared to the ruthenium film, the conductivity is low, and thus the ruthenium oxide film is limited to use as a capacitor electrode alone.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 캐패시터 전극의 전도성을 향상시키는 캐패시터 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 제1목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and a first object of the present invention is to provide a capacitor and a method of manufacturing the same, which improves the conductivity of the capacitor electrode.
또한, 캐패시터 유전막의 유전율을 향상시키는 캐패시터 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 제2목적으로 한다.It is also a second object of the present invention to provide a capacitor and a method of manufacturing the same that improve the dielectric constant of the capacitor dielectric film.
또한, 캐패시터의 누설전류 억제력 및 전계강도를 강화시키는 캐패시터 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 제3목적으로 한다.It is also a third object of the present invention to provide a capacitor and a method of manufacturing the capacitor for enhancing the leakage current suppression force and the electric field strength of the capacitor.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 전자주개(donor)가 도핑된 제1전극, 상기 제1도전층 상의 유전막 및 상기 유전막 상의 제2 전극을 포함하는 캐패시터를 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a capacitor including a donor-doped first electrode, a dielectric film on the first conductive layer and a second electrode on the dielectric film.
또한, 본 발명의 다른측면에 따르면, 기판상에 전자주개가 도핑된 제1전극을 형성하는 단계, 상기 제1전극 상에 유전막을 형성하는 단계 및 상기 유전막 상에 제2전극을 형성하는 단계를 포함하는 캐패시터의 제조 방법을 제공한다.Further, according to another aspect of the invention, forming a first electrode doped with an electron donor on a substrate, forming a dielectric film on the first electrode and forming a second electrode on the dielectric film It provides a manufacturing method of a capacitor comprising.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
후술하는 실시예는 캐패시터 전극의 전도성을 확보하면서 등가산화막두께를 8Å 이하로 감소(Tox down-scaling)시키고자 한다.Embodiments described later attempt to reduce the equivalent oxide film thickness to 8 kΩ or less while securing the conductivity of the capacitor electrode.
이를 위해, 실시예는 전극 물질로 루테늄산화막(RuOx, x=자연수)을 사용하되, 루테늄산화막에 전자주개를 도핑시킨다. 여기서, 전자주개는 루테늄산화막의 저항을 낮춰주고, 페로브스카이트 구조를 갖게 하는 역할을 하여, 루테늄산화막의 부족한 전도성을 확보하는 역할을 한다.To this end, the embodiment uses a ruthenium oxide film (RuO x , x = natural number) as the electrode material, but doping the electron donor in the ruthenium oxide film. Here, the electron donor lowers the resistance of the ruthenium oxide film and plays a role of having a perovskite structure, thereby ensuring a lack of conductivity of the ruthenium oxide film.
바람직하게, 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 그리고, 전자주개는 루테늄산화막 내에서 5-30% 범위의 몰분율을 갖고 도핑된다.Preferably, the electron donor is vanadium (V), niobium (Nb), molybdenum (Mo), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu) ), Gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), horium (Ho), erbium (Er), tantalum (Ta), and tungsten (W). The electron donor is doped with a mole fraction in the range of 5-30% in the ruthenium oxide film.
이렇게 전자주개가 도핑된 루테늄산화막을 캐패시터 전극으로 사용할 경우, 유전막간에 화학적·구조적으로 안정된 전계를 이룰 수 있어서, 캐패시터 전극의 전도성 향상과 더불어 제품의 신뢰성까지 향상시킬 수 있다.When a ruthenium oxide film doped with an electron donor is used as a capacitor electrode, a chemically and structurally stable electric field can be formed between dielectric layers, thereby improving the conductivity of the capacitor electrode and improving the reliability of the product.
[제1실시예: RuOx/유전막/D-RuOx 구조의 캐패시터][First Embodiment: A Capacitor of RuO x / Dielectric Film / D-RuO x Structure]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 제1실시예에 따른 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극으로 구성된다. Referring to FIG. 1, a capacitor according to a first embodiment includes a first electrode, a dielectric film, and a second electrode.
보다 자세하게 설명하면, 제1전극은 전자주개(donor)가 도핑된 루테늄산화막(101, D-RuOx, x=자연수)이고, 유전막은 BST(Barium Strontium Titanate)막(102), 제2전극은 루테늄산화막(103, RuOx)이다. 여기서, 제1전극은 전하저장전극으로서 스토리지노드(storage node) 또는 하부전극이라 일컫고, 제2전극은 플레이트(plate) 또는 상부전극이라 일컫는다.In more detail, the first electrode is a ruthenium oxide film 101 (D-RuO x , x = natural number) doped with electron donors, the dielectric film is a Barium Strontium Titanate (BST)
전자주개가 도핑된 루테늄산화막(101)의 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로, 5~30%의 몰분율로 도핑된다.The electron donors of the
위와 같은 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(101)이 형성된 후에는 전자주개의 활성을 위해 급속열처리(Rapid Thermal Anneal: RTA) 또는 퍼니스(furnace) 어 닐공정을 진행하는 것이 바람직하다.After the
그리고, 유전막으로 형성된 BST막(102)은 하나의 예일뿐, 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄산화막(ZrO2)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The BST
전자주개가 도핑되지 않은 루테늄산화막(103)은 루테늄산화막 뿐만 아니라, 루테늄막, 텅스텐막, 텅스텐질화막, 이리듐막, 이리듐산화막 및 백금막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 텅스텐막/텅스텐질화막의 적층구조일 수 있다.The
이렇게 루테늄산화막(101, D-RuOx)에 전자주개를 도핑하게 되면, 루테늄산화막의 저항을 낮출수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 루테늄산화막이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어서, 루테늄산화막 상에 형성되는 고유전율의 유전막과 화학적·구조적으로 안정된 계면을 얻을 수 있다.When the electron donor is doped into the ruthenium oxide film 101 (D-RuO x ), the resistance of the ruthenium oxide film can be lowered, thereby improving the conductivity of the capacitor electrode. In addition, the ruthenium oxide film has a perovskite structure, whereby a chemically and structurally stable interface with the high dielectric constant dielectric film formed on the ruthenium oxide film can be obtained.
[제2실시예: D-RuOx/유전막/D-RuOx 구조의 캐패시터]Second Embodiment Capacitor of D-RuO x / Dielectric Film / D-RuO x Structure]
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a second embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 제2실시예에 따른 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극으로 구성된다. Referring to FIG. 2, the capacitor according to the second embodiment includes a first electrode, a dielectric film, and a second electrode.
보다 자세하게 설명하면, 제1전극은 전자주개가 도핑된 제1루테늄산화막(201, D-RuOx)이고, 유전막은 BST막(202), 제2전극은 전자주개가 도핑된 제2루테 늄산화막(203, D-RuOx)이다. 여기서, 제1전극은 전하저장전극으로서 스토리지노드 또는 하부전극으로 일컫고, 제2전극은 플레이트 도는 상부전극으로 일컫는다.In more detail, the first electrode is the first ruthenium oxide film 201 (D-RuO x ) doped with electron donors, the dielectric film is the
전자주개가 도핑된 제1 및 제2루테늄산화막(201, 203)의 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로, 5~30%의 몰분율로 도핑된다.The electron donors of the first and second
위와 같은 전자주개가 도핑된 제1 및 제2루테늄산화막(201, 203)이 형성된 후에는 전자주개의 활성화를 위해 급속열처리 또는 퍼니스 어닐공정을 진행하는 것이 바람직하다.After the first and second
그리고, 유전막으로 형성된 BST막(202)은 하나의 예일뿐, 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄산화막(ZrO2)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.The
이렇게 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하게 되면, 루테늄산화막의 저항을 낮출수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 루테늄산화막이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어서, 루테늄산화막 상에 형성되는 고유전율의 유전막과 화학적·구조적으로 안정된 계면을 얻을 수 있다.When the electron donor is doped into the ruthenium oxide film, the resistance of the ruthenium oxide film can be lowered, thereby improving the conductivity of the capacitor electrode. Then, the ruthenium oxide film has a perovskite structure, so that a chemically and structurally stable interface with the high dielectric constant dielectric film formed on the ruthenium oxide film can be obtained.
또한, 제2전극으로 사용되는 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하여 하지막인 유전막간 안정된 계면을 얻는다.Further, the ruthenium oxide film used as the second electrode is doped with electron donors to obtain a stable interface between the dielectric films as the underlying film.
[제3실시예: Ru/RuOx/유전막/D-RuOx/Ru 구조의 캐패시터][Third Embodiment: Ru / RuO x / Dielectric Film / D-RuO x / Ru Capacitor]
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도이다.3 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a third embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 제3실시예에 따른 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극으로 구성된다. Referring to FIG. 3, the capacitor according to the third embodiment includes a first electrode, a dielectric film, and a second electrode.
보다 자세하게 설명하면, 제1전극은 제1루테늄막(301A, Ru)과 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(301B, D-RuOx)의 제1적층전극(301)이고, 유전막은 BST막(302)이고, 제2전극은 전자주개가 도핑되지 않은 루테늄산화막(303A, RuOx)과 제2루테늄막(303B)의 제2적층전극(303)이다. 여기서, 제1전극은 전하저장전극으로서 스토리지노드 또는 하부전극으로 일컫고, 제2전극은 플레이트 또는 상부전극으로 일컫는다.In more detail, the first electrode is the first
전자주개가 도핑된 루테늄산화막(301B)의 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로, 5~30%의 몰분율로 도핑된다. 또한, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(301B)의 두께는 20~100Å인 것이 바람직하다.The electron donors of the
위와 같은 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(301B)이 형성된 후에는 전자주개의 활성화를 위해 급속열처리 또는 퍼니스 어닐공정을 진행하는 것이 바람직하다.After the
그리고, 유전막인 BST막(302)은 하나의 예로서, 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산 화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄산화막(ZrO2)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.As an example, the
이렇게 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하게 되면, 루테늄산화막의 저항을 낮출 수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 루테늄산화막이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어서, 루테늄산화막 상에 형성되는 고유전율의 유전막과 화학적·구조적으로 안정된 계면을 얻을 수 있다.When the electron donor is doped into the ruthenium oxide film, the resistance of the ruthenium oxide film can be lowered, thereby improving the conductivity of the capacitor electrode. In addition, the ruthenium oxide film has a perovskite structure, whereby a chemically and structurally stable interface with the high dielectric constant dielectric film formed on the ruthenium oxide film can be obtained.
또한, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(301B)과 전자주개가 도핑되지 않은 루테늄산화막(303A)을 전도성이 우수한 제1 및 제2루테늄(301A, 303B)이 감싸기 때문에, 루테늄산화막(301B, 303A)이 함유하고 있는 산소(oxygen)에 의해 캐패시터 전극 하부의 콘택층이 산화되는 문제점을 해결할 수 있다.In addition, since the
한편, 전자주개가 도핑되지 않은 제2전극은 루테늄(303B)/루테늄산화막(303A)의 적층구조 뿐만 아니라, 텅스텐막/텅스텐산화막, 이리듐막/이리듐산화막 및 백금막/백금산화막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.Meanwhile, the second electrode not doped with electron donors is selected from the group consisting of a tungsten film / tungsten oxide film, an iridium film / iridium oxide film, and a platinum film / platinum oxide film as well as a lamination structure of
[제4실시예: Ru/D-RuOx/유전막/D-RuOx/Ru 구조의 캐패시터][Fourth Embodiment: Ru / D-RuO x / Dielectric Film / D-RuO x / Ru Capacitor]
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도이다.4 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a fourth embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 제4실시예에 따른 캐패시터는 제1전극, 유전막 및 제2전극으로 구성된다. Referring to FIG. 4, the capacitor according to the fourth embodiment includes a first electrode, a dielectric film, and a second electrode.
보다 자세하게 설명하면, 제1전극은 제1루테늄막(401A, Ru)과 전자주개가 도 핑된 제1루테늄산화막(401B, D-RuOx)의 제1적층전극(401)이고, 유전막은 BST막(402)이고, 제2전극은 전자주개가 도핑된 제1루테늄산화막(403A, D-RuOx)과 제2루테늄막(403B)의 제2적층전극(403)이다. 여기서, 제1전극은 전하저장전극으로서 스토리지노드 또는 하부전극으로 일컫고, 제2전극은 플레이트 도는 상부전극으로 일컫는다.In more detail, the first electrode is the first
전자주개가 도핑된 제1 및 제2루테늄산화막(401B, 403A)의 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로, 5~30%의 몰분율로 도핑된다. 또한, 전자주개가 도핑된 제1루테늄산화막(401B)의 두께는 20~100Å인 것이 바람직하다.Electron donors of the first and second
위와 같은 전자주개가 도핑된 제1 및 제2루테늄산화막(401B, 403A)이 형성된 후에는 전자주개의 활성화를 위해서 급속열처리 또는 퍼니스 어닐공정을 진행하는 것이 바람직하다.After the first and second
그리고, 유전막인 BST막(402)은 하나의 예로서, 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄산화막(ZrO2)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다.As an example, the
이렇게 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하게 되면, 루테늄산화막의 저항을 낮출수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 루테늄산화막이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어서, 루테늄산화막 상에 형성되는 고유전율의 유전막과 화학적·구조적으로 안정된 계면을 얻을 수 있다.When the electron donor is doped into the ruthenium oxide film, the resistance of the ruthenium oxide film can be lowered, thereby improving the conductivity of the capacitor electrode. In addition, the ruthenium oxide film has a perovskite structure, whereby a chemically and structurally stable interface with the high dielectric constant dielectric film formed on the ruthenium oxide film can be obtained.
또한, 제2루테늄산화막(403A)에 전자주개를 도핑하여 하지막인 유전막간 안정된 계면을 얻는다.Further, the second
한편, 전자주개가 도핑된 제1 및 제2루테늄산화막(401B, 403A)을 제1 및 제2루테늄막(401A, 403B)이 감싸기 때문에 루테늄산화막(401B, 403A)이 함유하고 있는 산소에 의해 캐패시터 전극 하부의 콘택층이 산화되는 문제점을 해결할 수 있다.On the other hand, since the first and second
[제5실시예: 제1전극/D-유전막/제2전극 구조의 캐패시터][Fifth Embodiment: Capacitor of First Electrode / D-Dielectric Film / Second Electrode Structure]
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 캐패시터의 구조단면도이다.5 is a structural cross-sectional view of a capacitor according to a fifth embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 제5실시예에 따른 캐패시터는 제1전극(501), 전자주개가 도핑된 유전막(502, D-INS) 및 제2전극(503)의 적층구조를 갖는다. 여기서, 제1전극(501)은 전하저장전극으로서 스토리지노드 또는 하부전극으로 불리우고, 제2전극(503)은 플레이트 또는 상부전극으로 불리운다.Referring to FIG. 5, the capacitor according to the fifth embodiment has a stacked structure of a
유전막(502)은 50∼150Å의 두께를 갖는 전자주개가 도핑된 BST막, 티타늄산화막(TiO2), 탄탈산화막(Ta2O5), 하프늄산화막(HfO2) 및 지르코늄산화막(ZrO2)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로서, 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나이다. 그리고, 전자주개는 상술한 유전막(502) 내에서 1~10%의 몰분율로 도핑된다.The
위와 같은 전자주개가 도핑된 유전막(502)이 형성된 후에는 전자주개의 활성을 위해서 급속열처리 또는 퍼니스 어닐공정을 진행하는 것이 바람직하다.After the electron donor-doped
한편, 제1전극(501)은 상술한 제1 내지 제4실시예에서 설명한 제1전극이고, 제2전극(503)도 상술한 제1 내지 제4실시예에서 설명한 제2전극이다, 즉, 제1전극(501)은 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(D-RuOx)일 수 있고, 루테늄막(Ru) 상에 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(D-RuOx)이 적층된 구조일 수 있다. 그리고, 제2전극(503)은 루테늄산화막(RuOx)일 수 있고, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(D-RuOx)일 수 있으며, 루테늄산화막(RuOx) 상에 루테늄막(Ru)이 적층된 구조일 수 있다. 또한, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막(D-RuOx) 상에 루테늄막(Ru)이 적층된 구조일 수 있다. 여기서, 전자주개는 바나듐(V), 니오브(Nb), 몰리브덴(Mo), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm), 유러퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 호리륨(Ho), 에르븀(Er), 탄탈(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로, 5~30%의 몰분율로 도핑된다. 또한, 제1전극(501) 내의 전자주개가 도핑된 루테늄산화막의 두께는 20~100Å인 것이 바람직하다.On the other hand, the
이렇게 제1전극(501)의 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하게 되면, 루테늄산화막의 저항을 낮출수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 루테늄산화막이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어서, 루테늄산화막 상에 형성되는 고유전율의 유전막과 화학적·구조적으로 안정된 계면을 얻을 수 있다. 또한, 제2전극(503)으로 사용되는 루테늄산화막에 전자주개를 도핑하여 하지막인 유전막(502)간 안정된 계면을 얻는다.When the electron donor is doped into the ruthenium oxide film of the
제1 및 제2전극(501, 503) 내의 루테늄산화막을 루테늄막이 감싸기 때문에 루테늄산화막이 함유하고 있는 산소에 의해 캐패시터 전극 하부의 콘택층이 산화되는 문제점을 해결할 수 있다.Since the ruthenium oxide film surrounds the ruthenium oxide films in the first and
그리고, 제1전극(501)으로 전자주개가 도핑된 루테늄산화막 상에 전자주개가 도핑된 유전막(502)을 형성하면 루틸상, 사방정계상, 육방정계상 또는 정방정계상의 결정구조를 갖도록 우선 배양시킬 수 있어서, 유전율을 2배 이상 향상시킬 수 있다.When the
계속해서, 상술한 바와 같은 장점을 갖는 전자주개가 도핑된 루테늄산화막은 다음과 같은 '단위사이클1'과 '단위사이클2'를 통해 형성할 수 있다. 설명의 편의를 위해 전자주개는 텅스텐(W)을 예로 든다.Subsequently, the ruthenium oxide film doped with the electron donor having the advantages described above may be formed through the following 'unit cycle 1' and 'unit cycle 2'. For convenience of description, the electron donor uses tungsten (W) as an example.
우선, '단위사이클1'에 대해 설명하면 다음과 같다.First, the unit cycle 1 will be described.
[단위사이클1][Unit cycle 1]
[(Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n]Q [(Ru source / purge / oxygen source / purge) m (W source / purge / oxygen source / purge) n ] Q
위의 '단위사이클1'에서 (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m은 'RuOx 단위사이클'을 m회의 사이클수로 반복진행하는 것을 의미하고, (W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n은 'WOx(x=자연수) 단위사이클'을 n회의 사이클수록 반복진행하는 것을 의미하며, [(Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n]Q은 'W이 도핑된 RuOx 단위사이클'을 Q회의 사이클수로 반복진행하는 것을 의미한다.In the above 'Unit Cycle 1' (Ru source / purge / oxygen source / purge) m means to repeat the 'RuO x unit cycle' m number of cycles, (W source / purge / oxygen source / purge) ) n means 'WO x (x = natural number) unit cycle' repeated n times, and ((Ru source / purge / oxygen source / purge) m (W source / purge / oxygen source / purge) n ] Q means 'W doped RuO x unit cycle' is repeated in Q cycles.
더욱 자세하게는, (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m로 이루어진 'RuOx 단위사이클'에서 'Ru소스'는 RuOx를 증착하기 위한 Ru소스를 주입하는 단계이고, '퍼지'는 퍼지가스를 주입하는 단계이며, '산소공급원'은 RuOx를 증착하기 위한 산소공급원을 주입하는 단계이다.More specifically, in a 'RuO x unit cycle' consisting of (Ru source / purge / oxygen source / purge) m , 'Ru source' is a step of injecting a Ru source for depositing RuO x and 'purge' is a purge gas. The step of injecting the 'oxygen source' is the step of injecting an oxygen source for depositing RuO x .
(W소스/퍼지/반응가스/퍼지)n로 이루어진 'WOx 단위사이클'에서 'W소스'는 WOx를 증착하기 위한 W소스를 주입하는 단계이고, '퍼지'는 퍼지가스를 주입하는 단계이며, '산소공급원'은 WOx를 증착하기 위한 산소공급원을 주입하는 단계이다.(W source / purge / reaction gas / purge), W-source "in the" WO x unit cycle, consisting of n is an injecting a W source for depositing a WO x, "purging" is a step of injecting a purge gas 'Oxygen source' is a step of injecting an oxygen source for depositing WO x .
위와 같이 이루어지는 'RuOx 단위사이클'과 'WOx 단위사이클'을 각각 m회 및 n회의 사이클 수로 반복진행하므로써, 일정 두께의 RuOx와 WOx를 각각 증착하고, 'RuOx 단위사이클'과 'WOx 단위사이클'을 합친 (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n 단위사이클을 Q회 반복 진행하여 'W가 도핑된 RuOx'의 총 두께를 결정한다.By repeating the above 'RuO x unit cycle' and 'WO x unit cycle' with the number of m cycles and n cycles, respectively, a certain thickness of RuO x and WO x are deposited, and the 'RuO x unit cycle' and ' Combined WO x unit cycle '(Ru source / purge / oxygen source / purge) m (W source / purge / oxygen source / purge) n Total cycles of' W doped RuO x ' Determine.
그리고, 사이클횟수인 m과 n의 비율을 조절하여 RuOx에 도핑되는 W이 5~30%의 몰분율을 갖도록 제어한다.Then, by controlling the ratio of the number of cycles m and n is controlled so that the W doped in RuO x has a mole fraction of 5-30%.
도 6은 상술한 '단위사이클1'을 이용하여 'W이 도핑된 RuOx'을 형성하기 위한 원자층증착방식을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating an atomic layer deposition method for forming 'W doped RuO x ' using the above-described 'unit cycle 1'.
도 6을 참조하여 RuOx의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 Ru(EtCp)2와 같은 Ru소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 Ru소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 Ru소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 흡착된 Ru소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 RuOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다.Referring to FIG. 6, the deposition of RuO x is performed by flowing a Ru source such as Ru (EtCp) 2 at a flow rate of 5 to 500 sccm in a chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr. Adsorb Ru source. Next, a purge process is performed in which N 2 gas is flowed to remove the unreacted Ru source. Subsequently, the O 3 gas, which is an oxygen source, is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed Ru source and the O 3 gas to deposit a RuO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 Ru소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 m회 반복 실시하여 RuOx를 증착한다. 한편, Ru소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다 른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.The procedure of Ru source injection, N 2 purge, O 3 injection, and N 2 purge as described above is used as a unit cycle, and this unit cycle is repeated m times to deposit RuO x . Meanwhile, in addition to O 3 , H 2 O, H 2 O 2, or O 2 plasma may be used as an oxygen source for oxidation of Ru source, and an inert gas such as Ar and He may be used in addition to N 2 . As another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
다음으로, WOx의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 WF6와 같은 W소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 W소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 W소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 흡착된 W소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 WOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다.Next, the deposition of WO x will be described. A W source such as WF 6 is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm in a chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr to adsorb the W source. . The purge process then proceeds with flowing N 2 gas to remove unreacted W sources. Subsequently, O 3 gas, which is an oxygen source, is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed W source and the O 3 gas to deposit a WO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 W소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 n회 반복 실시하여 WOx를 증착한다. 한편, W소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.As described above, W source injection, N 2 purge, O 3 injection, and N 2 purge are used as unit cycles, and this unit cycle is repeated n times to deposit WO x . On the other hand, as the oxygen source for oxidation of the W source of O 3 in addition to H 2 O, may be used for H 2 O 2 or O 2 plasma, the purge gas may be used an inert gas such as Ar and He in addition to N 2, As another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
다음으로, '단위사이클2'에 대해 설명하면 다음과 같다.Next, the unit cycle 2 will be described.
[단위사이클2][Unit cycle 2]
[(Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(Ru소스/퍼지/W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n]Q [(Ru source / purge / oxygen source / purge) m (Ru source / purge / W source / purge / oxygen source / purge) n ] Q
위의 '단위사이클2'에서 (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m은 'RuOx 단위사이클'을 m회의 사이클수로 반복진행하는 것을 의미하고, (Ru소스/퍼지/W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n은 'RuxWyOz(x, y, z=자연수, 이하 'x, y, z=자연수'는 생락함) 단위사이클'을 n회의 사이클수록 반복진행하는 것을 의미하며, [(Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(Ru소스/퍼지/W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n]Q은 'W이 도핑된 RuOx 단위사이클'을 Q회의 사이클수로 반복진행하는 것을 의미한다.In 'Unit Cycle 2' (Ru Source / Purge / Oxygen Source / Purge) m means to repeat 'RuO x Unit Cycle' with m number of cycles, and (Ru Source / Purge / W Source / Purge) / Oxygen source / purge) n denotes that 'Ru x W y O z (x, y, z = natural number, hereinafter' x, y, z = natural number 'disappears) unit cycles every n cycles. [(Ru Source / Purge / Oxygen Source / Purge) m (Ru Source / Purge / W Source / Purge / Oxygen Source / Purge) n ] Q is ' Q doped RuO x unit cycle' Q cycles It means to repeat the number.
더욱 자세하게는, (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m로 이루어진 'RuOx 단위사이클'에서 'Ru소스'는 RuOx를 증착하기 위한 Ru소스를 주입하는 단계이고, '퍼지'는 퍼지가스를 주입하는 단계이며, '산소공급원'은 RuOx를 증착하기 위한 산소공급원을 주입하는 단계이다.More specifically, in a 'RuO x unit cycle' consisting of (Ru source / purge / oxygen source / purge) m , 'Ru source' is a step of injecting a Ru source for depositing RuO x and 'purge' is a purge gas. The step of injecting the 'oxygen source' is the step of injecting an oxygen source for depositing RuO x .
(Ru소스/퍼지/W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n로 이루어진 'RuxWyOz 단위사이클'에서 'Ru소스'는 RuOx를 증착하기 위한 Ru소스를 주입하는 단계이고, 'W소스'는 WOx를 증착하기 위한 W소스를 주입하는 단계이고, '퍼지'는 퍼지가스를 주입하는 단 계이며, '산소공급원'은 WOx를 증착하기 위한 산소공급원을 주입하는 단계이다.(Ru source / purge / W source / purge / oxygen source / purge) In the Ru x W y O z unit cycle consisting of n 'Ru source' is a step of injecting a Ru source for depositing RuO x , 'W source' is a step of injecting a W source for depositing WO x , 'purge' is a step of injecting a purge gas, 'oxygen source' is a step of injecting an oxygen source for depositing WO x .
위와 같이 이루어지는 'RuOx 단위사이클'과 'RuxWyOz 단위사이클'을 각각 m회 및 n회의 사이클 수로 반복진행하므로써, 일정 두께의 RuOx와 RuxWyOz를 각각 증착하고, 'RuOx 단위사이클'과 'RuxWyOz 단위사이클'을 합친 (Ru소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(Ru소스/퍼지/W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n 단위사이클을 Q회 반복 진행하여 'W가 도핑된 RuOx'의 총 두께를 결정한다.By repeating the 'RuO x unit cycle' and the 'Ru x W y O z unit cycle' made as described above with m and n cycles, respectively, depositing RuO x and Ru x W y O z of a certain thickness, respectively, Combined 'RuO x unit cycle' and 'Ru x W y O z unit cycle' (Ru source / purge / oxygen source / purge) m (Ru source / purge / W source / purge / oxygen source / purge) n unit cycle Repeat Q times to determine the total thickness of 'W doped RuO x '.
그리고, 사이클횟수인 m과 n의 비율을 조절하여 RuOx에 도핑되는 W이 5~30%의 몰분율을 갖도록 제어한다.Then, by controlling the ratio of the number of cycles m and n is controlled so that the W doped in RuO x has a mole fraction of 5-30%.
도 7은 상술한 '단위사이클2'을 이용하여 'W이 도핑된 RuOx'을 형성하기 위한 원자층증착방식을 나타낸 도면이다.7 is a view showing an atomic layer deposition method for forming an "x RuO the W-doped, using a" unit cycle 2 'described above.
도 7을 참조하여 RuOx의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 Ru(EtCp)2와 같은 Ru소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 Ru소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 Ru소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 흡착된 Ru소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 RuOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우 시키는 퍼지 공정을 진행한다.Referring to FIG. 7, the deposition of RuO x is performed by flowing a Ru source such as Ru (EtCp) 2 at a flow rate of 5 to 500 sccm in a chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr. Adsorb Ru source. Next, a purge process is performed in which N 2 gas is flowed to remove the unreacted Ru source. Subsequently, the O 3 gas, which is an oxygen source, is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed Ru source and the O 3 gas to deposit a RuO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 Ru소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 m회 반복 실시하여 RuOx를 증착한다. 한편, Ru소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.The procedure of Ru source injection, N 2 purge, O 3 injection, and N 2 purge as described above is used as a unit cycle, and this unit cycle is repeated m times to deposit RuO x . Meanwhile, in addition to O 3 , H 2 O, H 2 O 2, or O 2 plasma may be used as an oxygen source for oxidation of Ru source, and an inert gas such as Ar and He may be used in addition to N 2 . As another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
다음으로, RuxWyOz의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 Ru(EtCp)2와 같은 Ru소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 Ru소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 Ru소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, WF6와 같은 W소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 W소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 W소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 흡착된 W소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 WOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다.Next, when the deposition of Ru x W y O z is described, a Ru source such as Ru (EtCp) 2 is introduced at a flow rate of 5 to 500 sccm in a chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr. Flow to adsorb Ru source. Next, a purge process is performed in which N 2 gas is flowed to remove the unreacted Ru source. Subsequently, a W source such as WF 6 is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to adsorb the W source. The purge process then proceeds with flowing N 2 gas to remove unreacted W sources. Subsequently, O 3 gas, which is an oxygen source, is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed W source and the O 3 gas to deposit a WO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 Ru소스주입, N2 퍼지, W소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 n회 반복 실시하여 RuxWyOz를 증착한다. 한편, Ru소스 및 W소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.Ru source injection as described above, N 2 purge, W source implantation, N 2 purge, O 3 injection, the cycle the process of N 2 purge unit, and perform the unit cycle n times repeatedly Ru x W y O z Deposit. On the other hand, Ru source and a source of oxygen for the oxidation of the W source of O 3 in addition to H 2 O, may be used for H 2 O 2 or O 2 plasma, the purge gas is N 2 addition to the use of an inert gas such as Ar and He In another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
그리고, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막은 상술한 원자층증착방식 뿐만 아니라, CVD(Chemical Vapor Deposition)증착방식, Pulsed-CVD, Cyclic-CVD, Pseudo-ALD 및 PE(Plasma Enhanced)-ALD으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 형성할 수 있다.The ruthenium oxide film doped with electron donor is a group consisting of the above-described atomic layer deposition method, CVD (Chemical Vapor Deposition) deposition method, Pulsed-CVD, Cyclic-CVD, Pseudo-ALD and PE (Plasma Enhanced) -ALD. It may be formed of at least one selected from among.
계속해서, 제5실시예에서 제안한 전자주개가 도핑된 유전막(도 5, 502)의 형성방법은, '단위사이클1' 또는 '단위사이클2'에 도시된 전자주개(W)가 도핑된 루테늄산화막의 형성 방법에서 Ru소스 대신 유전막(예: 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프늄(Hf) 및 지르코늄(Zr))의 소스를 챔버에 주입하여 형성한다.Subsequently, in the method of forming the electron donor doped dielectric film (FIGS. 5 and 502) proposed in the fifth embodiment, the ruthenium oxide film doped with the electron donor W shown in 'Unit Cycle 1' or 'Unit Cycle 2' is described. In the method of forming a dielectric layer (for example, titanium (Ti), tantalum (Ta), hafnium (Hf) and zirconium (Zr)) is injected into the chamber instead of the Ru source.
예를 들어, 도 8은 '단위사이클1'과 유사한 방법으로 전자주개가 도핑된 티타늄산화막을 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.For example, FIG. 8 is a view illustrating a method of forming a titanium oxide film doped with electron donors in a method similar to 'unit cycle 1'.
도 8을 참조하면, TiOx(x=자연수, 이하 'x=자연수'는 생락함)의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 Ti(OC3H7)4, 티타늄이소프로폭사이드(titanium isopropoxide)와 같은 Ti소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 Ti소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 Ti소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 흡착된 Ti소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 TiOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다.Referring to FIG. 8, the deposition of TiO x (x = natural water, hereinafter 'x = natural water' is omitted) will be described. The Ti inside the chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr is described. Ti source, such as (OC 3 H 7 ) 4 , titanium isopropoxide, flows at a flow rate of 5 to 500 sccm to adsorb the Ti source. Next, a purge process is performed in which N 2 gas is flowed to remove the unreacted Ti source. Subsequently, O 3 gas, which is an oxygen source, is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed Ti source and O 3 gas to deposit a TiO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 Ti소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 m회 반복 실시하여 TiOx를 증착한다. 한편, Ti소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.TiO x is deposited by performing a unit cycle of Ti source injection, N 2 purge, O 3 injection, and N 2 purge as described above. On the other hand, as the oxygen source for the oxidation of Ti source O 3 in addition to H 2 O, may be used for H 2 O 2 or O 2 plasma, the purge gas may be used an inert gas such as Ar and He in addition to N 2, As another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
다음으로, WOx의 증착에 대해 설명하면, 기판온도가 200~350℃이고, 압력이 0.1~10 torr인 챔버 내부에 WF6와 같은 W소스를 5~500sccm 유량으로 플로우시켜 W소스를 흡착시킨다. 이어서, 미반응 W소스를 제거하기 위해 N2가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다. 계속해서, 산소공급원인 O3가스를 5~500sccm 유량으로 플로우 시켜 흡착된 W소스와 O3가스간의 반응을 유도하여 WOx 원자층을 증착한다. 이어서 미반응 O3가스 및 반응부산물을 제거하기 위해 퍼지가스를 플로우시키는 퍼지 공정을 진행한다.Next, the deposition of WO x will be described. A W source such as WF 6 is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm in a chamber having a substrate temperature of 200 to 350 ° C. and a pressure of 0.1 to 10 torr to adsorb the W source. . The purge process then proceeds with flowing N 2 gas to remove unreacted W sources. Subsequently, the oxygen source O 3 gas is flowed at a flow rate of 5 to 500 sccm to induce a reaction between the adsorbed W source and the O 3 gas to deposit a WO x atomic layer. Subsequently, a purge process is performed in which a purge gas is flowed to remove unreacted O 3 gas and reaction byproducts.
전술한 바와 같은 W소스주입, N2 퍼지, O3 주입, N2 퍼지의 과정을 단위사이클로 하고, 이 단위사이클을 n회 반복 실시하여 WOx를 증착한다. 한편, W소스의 산화를 위한 산소공급원으로는 O3외에 H2O, H2O2 또는 O2 플라즈마를 이용할 수 있고, 퍼지가스로는 N2 이외에 Ar 및 He와 같은 비활성 가스를 이용할 수 있으며, 다른 퍼지방법으로는 진공펌프를 이용하여 잔류가스 또는 반응부산물을 외부로 배출시킬 수 있다.As described above, W source injection, N 2 purge, O 3 injection, and N 2 purge are used as unit cycles, and this unit cycle is repeated n times to deposit WO x . On the other hand, as the oxygen source for oxidation of the W source of O 3 in addition to H 2 O, may be used for H 2 O 2 or O 2 plasma, the purge gas may be used an inert gas such as Ar and He in addition to N 2, As another purge method, a vacuum pump may be used to discharge residual gas or reaction byproducts to the outside.
위와 같이 이루어지는 'TiOx 단위사이클'과 'WOx 단위사이클'을 각각 m회 및 n회의 사이클 수로 반복진행하므로써, 일정 두께의 TiOx와 WOx를 각각 증착하고, 'TiOx 단위사이클'과 'WOx 단위사이클'을 합친 (Ti소스/퍼지/산소공급원/퍼지)m(W소스/퍼지/산소공급원/퍼지)n 단위사이클을 Q회 반복 진행하여 'W가 도핑된 TiOx'의 총 두께를 결정한다. 그리고, 사이클횟수인 m과 n의 비율을 조절하여 TiOx에 도핑되는 W이 1~10%의 몰분율을 갖도록 제어한다.By repeating the above-described 'TiO x unit cycle' and 'WO x unit cycle' with the number of m cycles and n cycles, respectively, TiO x and WO x having a predetermined thickness are deposited, respectively, and the 'TiO x unit cycle' and ' Combined WO x unit cycle '(Ti source / purge / oxygen source / purge) m (W source / purge / oxygen source / purge) n unit cycles Q cycles to repeat the total thickness of' W doped TiO x ' Determine. Then, the ratio of m and n, which is the number of cycles, is adjusted so that W doped with TiO x has a mole fraction of 1 to 10%.
정리해 보면, 전자주개가 도핑된 루테늄산화막을 포함하는 캐패시터 전극과 전자주개가 도핑된 유전막을 채용하는 본 발명의 MIM 캐패시터는, 캐패시터 전극의 저항을 낮출 수 있어서 캐패시터 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다. In summary, the MIM capacitor of the present invention employing a capacitor electrode including a ruthenium oxide film doped with an electron donor and a dielectric film doped with an electron donor can lower the resistance of the capacitor electrode, thereby improving conductivity of the capacitor electrode.
그리고, 유전막의 하지층에 해당하는 제1전극이 페로브스카이트 구조를 갖게 되어 유전막 증착시 제1전극과 유전막간 화학적·구조적으로 안정된 계면 상태를 얻을 수 있다. 따라서, 누설전류 억제력과 전계강도를 보다 강화시킬 수 있다.In addition, the first electrode corresponding to the underlayer of the dielectric film has a perovskite structure, and thus a chemically and structurally stable interface state between the first electrode and the dielectric film may be obtained when the dielectric film is deposited. Therefore, the leakage current suppression force and the electric field strength can be further enhanced.
또한, 전자주개가 도핑된 유전막이 루틸상, 사방정계상, 육방정계상 또는 정방정계상의 결정구조를 갖기 때문에, 종래보다 높은 유전율을 갖도록 제조할 수 있다.In addition, since the electron donor-doped dielectric film has a crystal structure of rutile phase, tetragonal phase, hexagonal phase, or tetragonal phase, the dielectric film can be manufactured to have a higher dielectric constant than before.
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 기술분야에서 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 can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
예를 들면, 본 발명의 각 실시예에서의 캐패시터는 평면형 캐패시터로 도시되였으나, 캐패시터 전극의 면적을 증가시키기 위한 구조, 예컨대 실린더형(cylinder type) 또는 컨케이브형(concave type)으로도 형성할 수 있다.For example, although the capacitor in each embodiment of the present invention is shown as a planar capacitor, it is also possible to form a structure for increasing the area of the capacitor electrode, for example, a cylinder type or a concave type. Can be.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 누설전류 억제력과 전계 강도를 보다 강화시킬 수 있기 때문에, 60nm이하 금속배선 공정이 채용되는 1G급 이상의 초고집적 제품군에 사용할 경우, 양질의 전기적 특성과 함께 제품의 신뢰성 향상 효과를 동시에 얻을 수 있다. As described above, the present invention can further enhance the leakage current suppression force and the electric field strength, so that when used in the 1G class or more highly integrated product line of 60 nm or less metal wiring process is adopted, the reliability of the product together with the good electrical characteristics The improvement effect can be obtained simultaneously.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020070044162A KR20080098822A (en) | 2007-05-07 | 2007-05-07 | Capacitor and method for fabrication of the same |
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| KR20080098822A true KR20080098822A (en) | 2008-11-12 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11227912B2 (en) | 2019-06-11 | 2022-01-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Integrated circuit device and method of manufacturing the same |
-
2007
- 2007-05-07 KR KR1020070044162A patent/KR20080098822A/en not_active Application Discontinuation
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