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KR20240152733A - Forming mehtod ruthenium oxide film and manufacture method of semiconductor device having the same - Google Patents

Forming mehtod ruthenium oxide film and manufacture method of semiconductor device having the same Download PDF

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KR20240152733A
KR20240152733A KR1020240045966A KR20240045966A KR20240152733A KR 20240152733 A KR20240152733 A KR 20240152733A KR 1020240045966 A KR1020240045966 A KR 1020240045966A KR 20240045966 A KR20240045966 A KR 20240045966A KR 20240152733 A KR20240152733 A KR 20240152733A
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KR
South Korea
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oxide film
ruthenium oxide
forming
oxygen
ruthenium
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KR1020240045966A
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Inventor
김영운
황철주
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 산화 루테늄막의 형성 방법은, 기판을 향해 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 루테늄막을 형성하는 단계, 루테늄막으로 산소 함유 가스를 분사하여 산화 루테늄막을 형성하는 단계 및 플라즈마를 형성하여 산화 루테늄막을 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 산소 함량이 높은 산화 루테늄막을 형성할 수 있다. 이에, 산화 루테늄막의 품질을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 반도체 소자에 포함되는 산화 루테늄막의 성능을 향상시킬 수 있다.
A method for forming a ruthenium oxide film according to an embodiment of the present invention may include a step of forming a ruthenium film by spraying a precursor containing ruthenium (Ru) toward a substrate, a step of forming a ruthenium oxide film by spraying an oxygen-containing gas onto the ruthenium film, and a step of forming plasma and exposing the ruthenium oxide film to the plasma.
Therefore, according to the embodiments of the present invention, a ruthenium oxide film having a high oxygen content can be formed. Accordingly, the quality of the ruthenium oxide film can be improved, and thus the performance of the ruthenium oxide film included in a semiconductor device can be improved.

Figure P1020240045966
Figure P1020240045966

Description

산화 루테늄막의 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법{FORMING MEHTOD RUTHENIUM OXIDE FILM AND MANUFACTURE METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING THE SAME}{FORMING MEHTOD RUTHENIUM OXIDE FILM AND MANUFACTURE METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING THE SAME}

본 발명은 산화 루테늄막의 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 산소의 함량을 증가시킬 수 있는 산화 루테늄막의 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a ruthenium oxide film and a method for manufacturing a semiconductor device including the same, and more particularly, to a method for forming a ruthenium oxide film capable of increasing the oxygen content and a method for manufacturing a semiconductor device including the same.

캐패시터(capacitor)는 기판, 기판 상에 형성된 디퓨전 배리어막, 디퓨전 배리어막 상에 형성된 하부 전극, 하부 전극 상에 형성된 유전체막 및 유전체막 상에 형성된 상부 전극을 포함한다. 하부 전극은 루테늄 금속막으로 형성되고, 디퓨전 배리어막은 산화 루테늄막으로 형성될 수 있다. 여기서 디퓨전 배리어막은 하부 전극에 함유된 루테늄(Ru)이 기판으로 이동 또는 확산되는 것을 억제 또는 방지하기 위해 형성되는 막이다.A capacitor includes a substrate, a diffusion barrier film formed on the substrate, a lower electrode formed on the diffusion barrier film, a dielectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the dielectric film. The lower electrode may be formed of a ruthenium metal film, and the diffusion barrier film may be formed of a ruthenium oxide film. Here, the diffusion barrier film is a film formed to suppress or prevent ruthenium (Ru) contained in the lower electrode from moving or diffusing to the substrate.

산화 루테늄막을 형성하는데 있어서, 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 기판 상에 루테늄 금속막을 형성하고, 루테늄 금속막을 향해 산소 가스를 분사하여 형성한다. 그런데, 루테늄(Ru)은 귀금속 물질로서 산화가 잘 일어나지 않는다. 이에, 산화 루테늄막의 산소 함량이 낮은 문제가 있고, 이로 인해 산화 루테늄막의 성능이 저하되는 문제가 있다. 즉, 하부 전극의 루테늄(Ru)이 기판으로 이동하는 것을 산화 루테늄막이 억제 또는 방지하지 못하는 문제가 있다.In forming a ruthenium oxide film, a precursor containing ruthenium (Ru) is sprayed to form a ruthenium metal film on a substrate, and oxygen gas is sprayed toward the ruthenium metal film to form it. However, ruthenium (Ru) is a noble metal and does not oxidize easily. Therefore, there is a problem that the oxygen content of the ruthenium oxide film is low, and this causes a problem that the performance of the ruthenium oxide film is deteriorated. That is, there is a problem that the ruthenium oxide film cannot suppress or prevent ruthenium (Ru) of the lower electrode from moving to the substrate.

산화 루테늄막에 함유되는 산소의 함량이 적은 문제를 해결하기 위해, 기판을 800℃ 이상의 고온으로 가열한다. 그러나 루테늄 금속막은 500℃ 이하의 온도에서 형성하기 때문에, 산화 루테늄막과 루테늄 금속막을 인시츄(in situ)로 형성할 수 없다. 즉, 일 증착 장치에서 산화 루테늄막을 형성한 후, 산화 루테늄막이 형성된 기판을 다른 증착 장치로 이동시켜 루테늄 금속막을 형성해야 해야 한다. 따라서 공정이 복잡해지는 문제가 있다.In order to solve the problem of low oxygen content in the ruthenium oxide film, the substrate is heated to a high temperature of 800°C or higher. However, since the ruthenium metal film is formed at a temperature of 500°C or lower, the ruthenium oxide film and the ruthenium metal film cannot be formed in situ. That is, after forming the ruthenium oxide film in one deposition device, the substrate on which the ruthenium oxide film is formed must be moved to another deposition device to form the ruthenium metal film. Therefore, there is a problem that the process becomes complicated.

한국등록특허 KR 0434489Korean registered patent KR 0434489

본 발명은 산소의 함량을 증가시킬 수 있는 산화 루테늄막의 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for forming a ruthenium oxide film capable of increasing the oxygen content and a method for manufacturing a semiconductor device including the same.

본 발명은 산소의 함량을 효과적으로 증가시켜 산화 루테늄막을 형성할 수 있는 산화 루테늄막의 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for forming a ruthenium oxide film capable of effectively increasing the oxygen content to form a ruthenium oxide film, and a method for manufacturing a semiconductor device including the same.

본 발명의 실시예에 따른 산화 루테늄막의 형성 방법은, 기판을 향해 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 루테늄막을 형성하는 단계; 상기 루테늄막으로 산소 함유 가스를 분사하여 산화 루테늄막을 형성하는 단계; 및 플라즈마를 형성하여 상기 산화 루테늄막을 플라즈마에 노출시키는 단계;를 포함할 수 있다.A method for forming a ruthenium oxide film according to an embodiment of the present invention may include a step of forming a ruthenium film by spraying a precursor containing ruthenium (Ru) toward a substrate; a step of forming a ruthenium oxide film by spraying an oxygen-containing gas onto the ruthenium film; and a step of forming plasma and exposing the ruthenium oxide film to the plasma.

상기 플라즈마를 형성하는데 있어서, 산소 함유 가스를 이용하여 플라즈마를 형성할 수 있다.In forming the above plasma, plasma can be formed using an oxygen-containing gas.

상기 산소 함유 가스는, 산소(O2), 오존(O3) 및 아산화질소(N2O) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다.The above oxygen-containing gas may include one or a combination of two or more of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and nitrous oxide (N 2 O).

상기 플라즈마를 형성하는 단계는, 상기 산소 함유 가스 외에 불활성 가스를 추가로 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다.The step of forming the plasma includes a step of forming the plasma by additionally using an inert gas in addition to the oxygen-containing gas, and the inert gas may include one or a combination of two or more of argon (Ar) and helium (He).

상기 플라즈마에 노출시킨 산화 류테늄막의 산소 함량은, 상기 플라즈마에 노출시키기 전의 산화 루테늄막의 산소 함량에 비해 높을 수 있다.The oxygen content of the ruthenium oxide film exposed to the above plasma may be higher than the oxygen content of the ruthenium oxide film before exposure to the above plasma.

상기 루테늄막을 형성하는 단계 및 산화 루테늄막을 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 사이클(CYf)을 복수번 실시하고, 복수번의 막 형성 사이클(CYf)을 연속으로 실시할 수 있다.The film formation cycle (CY f ) including the step of forming the above ruthenium film and the step of forming the ruthenium oxide film may be performed multiple times, and the multiple film formation cycles (CY f ) may be performed continuously.

상기 산화 루테늄막을 플라즈마에 노출시키는 단계는, 상기 막 형성 사이클(CYf)을 복수번 연속으로 실시한 후에 실시할 수 있다.The step of exposing the above ruthenium oxide film to plasma can be performed after the above film formation cycle (CY f ) is performed multiple times in succession.

상기 플라즈마를 형성하는 단계에서 상기 산소 함유 가스 외에 불활성 가스를 추가로 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계는, 상기 산화 루테늄막을 향해 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는 단계; 및 분사된 산소 함유 가스와 불활성 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계;를 포함하고, 상기 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스에 비해 산소 함유 가스의 유량이 크도록 분사할 수 있다.In the step of forming the plasma, the step of forming the plasma additionally using an inert gas in addition to the oxygen-containing gas includes the step of injecting the oxygen-containing gas and the inert gas toward the ruthenium oxide film; and the step of generating plasma using the injected oxygen-containing gas and the inert gas; and in injecting the oxygen-containing gas and the inert gas, the oxygen-containing gas can be injected at a greater flow rate than the inert gas.

상기 막 형성 사이클(CYf)에서 산소 함유 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스를 함께 분사하고, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다.In the above film formation cycle (CY f ), when injecting an oxygen-containing gas, an inert gas may be injected together, and the inert gas may include one or a combination of two or more of argon (Ar) and helium (He).

상기 막 형성 사이클(CYf)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스에 비해 산소 함유 가스의 유량이 크도록 분사할 수 있다.In the above film formation cycle (CY f ), when injecting oxygen-containing gas and inert gas, the flow rate of the oxygen-containing gas can be greater than that of the inert gas.

상기 루테늄막을 형성하는 단계, 산화 루테늄막을 형성하는 단계 및 플라즈마 노출 단계에 있어서, 기판의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절할 수 있다.In the step of forming the ruthenium film, the step of forming the ruthenium oxide film, and the plasma exposure step, the temperature of the substrate can be controlled to 250°C to 450°C.

본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 챔버의 내부에 있는 기판 상에 루테늄 금속막을 형성하는 단계; 및 상기 루테늄 금속막을 형성하는 단계 전 또는 후에 상기 루테늄 금속막을 형성한 챔버의 내부에서 인시츄(in situ)로 산화 루테늄막을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 산화 루테늄막을 형성하는 단계는, 상기 기재된 산화 루테늄막의 형성 방법을 포함할 수 있다.A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes the steps of forming a ruthenium metal film on a substrate inside a chamber; and the steps of forming a ruthenium oxide film in situ inside the chamber in which the ruthenium metal film was formed, before or after the step of forming the ruthenium metal film; wherein the step of forming the ruthenium oxide film may include the method for forming the ruthenium oxide film described above.

상기 루테늄 금속막을 형성하는 단계 및 산화 루테늄막을 형성하는 단계에 있어서, 상기 기판의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절할 수 있다.In the step of forming the ruthenium metal film and the step of forming the ruthenium oxide film, the temperature of the substrate can be controlled to 250°C to 450°C.

본 발명의 실시예들에 의하면, 산소 함량이 높은 산화 루테늄막을 형성할 수 있다. 따라서, 산화 루테늄막의 품질을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 반도체 소자에 포함되는 산화 루테늄막의 성능을 향상시킬 수 있다.According to embodiments of the present invention, a ruthenium oxide film having a high oxygen content can be formed. Accordingly, the quality of the ruthenium oxide film can be improved, and thus the performance of the ruthenium oxide film included in a semiconductor device can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성된 산화 루테늄(RuO2)막을 포함하는 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방법으로 산화 루테늄막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 증착 단계(Pf)를 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 노출 단계(Pp)를 설명하기 위한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 방법으로 산화 루테늄막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막이 루테늄 금속막의 상부에 형성되는 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막이 기판과 루테늄 금속막 사이, 루테늄 금속막의 상부에 형성되는 경우를 나타낸 도면이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor device including a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a method for forming a ruthenium oxide film according to a first embodiment of the present invention.
Figures 3 (a) to (c) are process diagrams for explaining the deposition step (P f ) according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a process diagram for explaining a plasma exposure step (P p ) according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method for forming a ruthenium oxide film according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a drawing showing a case where a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention is formed on top of a ruthenium metal film.
FIG. 7 is a drawing showing a case where a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention is formed between a substrate and a ruthenium metal film, on top of the ruthenium metal film.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and these embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention. In order to explain the embodiments of the present invention, the drawings may be exaggerated, and the same reference numerals in the drawings represent the same components.

본 발명은 산화 루테늄(RuO2)막의 품질을 향상시킬 수 있는 산화 루테늄막의의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 산소의 함량이 향상된 산화 루테늄막을 형성할 수 있는 산화 루테늄막의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a ruthenium oxide film capable of improving the quality of a ruthenium oxide (RuO 2 ) film. More specifically, the present invention relates to a method for forming a ruthenium oxide film capable of forming a ruthenium oxide film having an improved oxygen content.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성된 산화 루테늄(RuO2)막을 포함하는 반도체 소자를 개념적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor device including a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention.

산화 루테늄(RuO2)막을 포함하는 반도체 소자는 예를 들어 캐패시터(capacitor)일 수 있다. 도 1을 참조하면 캐패시터는 기판(S), 기판(S) 상에 형성된 하부 도전막(10), 하부 도전막(10) 상에 형성된 유전체막(20) 및 유전체막(20) 상에 형성된 상부 도전막(30)을 포함할 수 있다.A semiconductor device including a ruthenium oxide (RuO 2 ) film may be, for example, a capacitor. Referring to FIG. 1, the capacitor may include a substrate (S), a lower conductive film (10) formed on the substrate (S), a dielectric film (20) formed on the lower conductive film (10), and an upper conductive film (30) formed on the dielectric film (20).

기판(S)은 반도체 기판일 수 있다. 보다 구체적인 예로, 기판(S)은 웨이퍼(wafer)일 수 있고, Si 웨이퍼, GaAs 웨이퍼 및 SiGe 웨이퍼 중 어느 하나 일 수 있다. 물론, 기판(S)은 유리(glass), 금속, 플라스틱(plastic), 고분자 필름, 유전체 재료 중 어느 하나로 이루어진 것일 수 있다.The substrate (S) may be a semiconductor substrate. For a more specific example, the substrate (S) may be a wafer, and may be any one of a Si wafer, a GaAs wafer, and a SiGe wafer. Of course, the substrate (S) may be made of any one of glass, metal, plastic, polymer film, and dielectric material.

유전체막(20)은 금속 산화물을 포함하는 유전체 재료로 형성될 수 있다. 보다 구체적인 예로 유전체막(20)은 ZrO2, Al2O3, TiO2, TaO2 및 HfO2 중 어느 하나로 형성될 수 있다.The dielectric film (20) may be formed of a dielectric material including a metal oxide. As a more specific example, the dielectric film (20) may be formed of any one of ZrO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , TaO 2 , and HfO 2 .

하부 도전막(10) 및 상부 도전막(30)은 도전성의 재료로 형성된다. 이때, 하부 도전막(10)은 루테늄(Ru) 금속막으로 형성될 수 있고, 상부 도전막(30)은 루테늄(Ru)과 다른 도전성의 재료로 형성될 수 있다. 물론, 상부 도전막(30)이 루테늄(Ru) 금속막으로 형성되고, 하부 도전막(10)이 루테늄(Ru)과 다른 도전성의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 하부 도전막(10) 및 상부 도전막(30)이 루테늄 금속막으로 형성될 수도 있다.The lower conductive film (10) and the upper conductive film (30) are formed of a conductive material. At this time, the lower conductive film (10) may be formed of a ruthenium (Ru) metal film, and the upper conductive film (30) may be formed of a conductive material other than ruthenium (Ru). Of course, the upper conductive film (30) may be formed of a ruthenium (Ru) metal film, and the lower conductive film (10) may be formed of a conductive material other than ruthenium (Ru). In addition, the lower conductive film (10) and the upper conductive film (30) may also be formed of a ruthenium metal film.

이하에서는 하부 도전막(10)이 루테늄 금속막으로 형성되는 것을 설명한다. 이에 따라, 설명의 편의를 위하여 하부 도전막과 루테늄 금속막은 동일한 도면 부호 '10'으로 지칭하여 설명한다.Hereinafter, it will be described that the lower conductive film (10) is formed of a ruthenium metal film. Accordingly, for convenience of explanation, the lower conductive film and the ruthenium metal film are described by referring to them with the same drawing reference numeral '10'.

한편, 기판(S) 예를 들어 Si 웨이퍼의 일면에 루테늄 금속막으로 이루어진 하부 도전막(10)이 바로 형성되면, 하부 도전막(10)에 함유된 루테늄(Ru)이 기판(S)으로 이동 또는 확산될 수 있다. 이는 반도체 소자의 성능을 저하시키는 요인이 된다. 이에, 도 1과 같이 기판(S)과 하부 도전막(10) 사이에 산화 루테늄막(100)을 형성한다. 이때, 산화 루테늄막(100)은 하부 도전막(10)에 함유된 루테늄(Ru)이 기판(S)으로 이동하는 것을 억제 또는 방지하는 역할을 한다. 즉, 기판(S)과 하부 도전막(10) 사이에 형성된 산화 루테늄막(100)은 루테늄(Ru)의 이동을 억제 방지하는 디퓨전 베리어막이다.Meanwhile, if a lower conductive film (10) made of a ruthenium metal film is directly formed on one side of a substrate (S), for example, a Si wafer, ruthenium (Ru) contained in the lower conductive film (10) may move or diffuse to the substrate (S). This may cause a decrease in the performance of the semiconductor device. Accordingly, as shown in Fig. 1, a ruthenium oxide film (100) is formed between the substrate (S) and the lower conductive film (10). At this time, the ruthenium oxide film (100) plays a role in suppressing or preventing ruthenium (Ru) contained in the lower conductive film (10) from moving to the substrate (S). That is, the ruthenium oxide film (100) formed between the substrate (S) and the lower conductive film (10) is a diffusion barrier film that suppresses or prevents the movement of ruthenium (Ru).

실시예들에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄막(100)은 도 1과 같이 기판(S)과 하부 도전막(10) 사이에 형성되는 디퓨전 베리어막일 수 있다.The ruthenium oxide film (100) formed by the method according to the embodiments may be a diffusion barrier film formed between the substrate (S) and the lower conductive film (10) as shown in FIG. 1.

여기서, 기판(S) 상에 적층된 산화 루테늄막(100)과 하부 도전막(10)은 하부 전극의 구성일 수 있다. 즉, 하부 전극은 기판(S) 상에 형성된 산화 루테늄막(100) 및 산화 루테늄막(100) 상에 형성된 하부 도전막(10)을 포함할 수 있다. 또한, 상부 도전막(30)은 상부 전극일 수 있다.Here, the ruthenium oxide film (100) and the lower conductive film (10) laminated on the substrate (S) may be a configuration of the lower electrode. That is, the lower electrode may include the ruthenium oxide film (100) formed on the substrate (S) and the lower conductive film (10) formed on the ruthenium oxide film (100). In addition, the upper conductive film (30) may be an upper electrode.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 방법으로 산화 루테늄막을 형성하는 방법을 설명한다. 이때, 기판(S)의 일면에 산화 루테늄막을 형성하는 것을 예를 들어 설명한다.Hereinafter, a method for forming a ruthenium oxide film according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. At this time, forming a ruthenium oxide film on one surface of a substrate (S) will be described as an example.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 방법으로 산화 루테늄막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 막 형성 단계(Pf)를 설명하기 위한 공정도이다. 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 노출 단계(Pp)를 설명하기 위한 공정도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a method for forming a ruthenium oxide film according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 3 (a) to 3 (c) are process diagrams for explaining a film forming step (P f ) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a process diagram for explaining a plasma exposure step (P p ) according to a first embodiment of the present invention.

도 2에서 'on'은 막 형성을 위한 원료 또는 가스를 분사하거나 플라즈마(plasma)를 발생시킨다는 의미이고, 'off'는 상기 원료 또는 가스의 분사를 중단 또는 종료한다는 의미하거나, 플라즈마(plasma)를 발생시키지 않는다는 의미일 수 있다.In Fig. 2, 'on' means injecting raw materials or gas for film formation or generating plasma, and 'off' may mean stopping or ending the injection of the raw materials or gas, or may mean not generating plasma.

도 2를 참조하면, 산화 루테늄막을 형성하는 방법은 산화 루테늄(RuO2)막을 형성하는 막 형성 단계(Pf) 및 막 형성 단계(Pf)에서 형성된 산화 루테늄(RuO2)막을 플라즈마에 노출시켜 산화 루테늄(RuO2)막의 산소 함량을 증가시키는 플라즈마 노출 단계(Pp)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a method for forming a ruthenium oxide film may include a film forming step (P f ) of forming a ruthenium oxide (RuO 2 ) film and a plasma exposure step (P p ) of exposing the ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed in the film forming step (P f ) to plasma to increase the oxygen content of the ruthenium oxide (RuO 2 ) film.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 막 형성 단계(Pf)에서 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막은 '1차 산화 루테늄막(110)'으로 명명하고, 막 형성 단계(Pf)에서 형성된 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시켜 형성된 막을 '2차 산화 루테늄막(100)'으로 명명한다.For convenience of explanation, below, the ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed in the film formation step (P f ) is named as a 'primary ruthenium oxide film (110)', and the film formed by exposing the primary ruthenium oxide film (110) formed in the film formation step (P f ) to plasma is named as a 'secondary ruthenium oxide film (100)'.

이를 반영하여 산화 루테늄막(100)을 형성하는 방법에 대해 다시 설명하면 아래와 같다. 산화 루테늄막(100)을 형성하는 방법은 1차 산화 루테늄막(110)을 형성하는 막 형성 단계(Pf) 및 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시켜 1차 산화 루테늄막(110)에 비해 산소 함량이 증가된 산화 루테늄막인 2차 산화 루테늄막(100)을 형성하는 플라즈마 노출 단계(Pp)를 포함할 수 있다.Reflecting this, the method for forming the ruthenium oxide film (100) is described again as follows. The method for forming the ruthenium oxide film (100) may include a film formation step (P f ) of forming a primary ruthenium oxide film (110) and a plasma exposure step (P p ) of exposing the primary ruthenium oxide film (110) to plasma to form a secondary ruthenium oxide film (100) which is a ruthenium oxide film having an increased oxygen content compared to the primary ruthenium oxide film (110).

막 형성 단계(Pf) 및 플라즈마 노출 단계(Pp)를 포함하는 공정은 하나의 공정 사이클(CY)로 정의할 수 있다. 다른 말로 설명하면, '막 형성 단계(Pf) - 플라즈마 노출 단계(Pp)' 순서로 진행되는 공정을 하나의 공정 사이클(CY)로 정의할 수 있다. 또한, 공정 사이클(CY)은 복수회 실시될 수 있다.A process including a film formation step (P f ) and a plasma exposure step (P p ) can be defined as one process cycle (CY). In other words, a process that is performed in the order of 'film formation step (P f ) - plasma exposure step (P p )' can be defined as one process cycle (CY). In addition, the process cycle (CY) can be performed multiple times.

여기서, 1차 산화 루테늄막(110)은 루테늄을 산화시켜 형성된 산화 루테늄막이고, 2차 산화 루테늄막(100)은 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시킨 후에 형성된 산화 루테늄막이다. 이에, 1차 산화 루테늄막(110)과 2차 산화 루테늄막(100)은 모두 산화 루테늄(RuO2)막으로 명명될 수 있다. 다만, 실시예에 따른 방법으로 형성된 1차 산화 루테늄막(110)과 2차 산화 루테늄막(100)은 산소의 함량에 차이가 있다. 즉, 1차 산화 루테늄막(110)에 비해 1차 산화 루테늄막(100)이 산소의 함량이 많다.Here, the primary ruthenium oxide film (110) is a ruthenium oxide film formed by oxidizing ruthenium, and the secondary ruthenium oxide film (100) is a ruthenium oxide film formed after exposing the primary ruthenium oxide film (110) to plasma. Accordingly, both the primary ruthenium oxide film (110) and the secondary ruthenium oxide film (100) can be named ruthenium oxide (RuO 2 ) films. However, the primary ruthenium oxide film (110) and the secondary ruthenium oxide film (100) formed by the method according to the embodiment have a difference in the oxygen content. That is, the primary ruthenium oxide film (100) has a higher oxygen content than the primary ruthenium oxide film (110).

또한, 2차 산화 루테늄막(100)은 실시예에 따른 방법으로 형성하고자 하는 최종 제품인 산화 루테늄막이다. 이에, 실시예에 따른 방법으로 형성하고자 하는 최종 제품인 산화 루테늄막과 2차 산화 루테늄막은 동일한 도면부호로 설명될 수 있다. 즉, 이하에서 설명되는 도면 부호 '100'은 2차 산화 루테늄막과 최종 제품인 산화 루테늄막을 모두 의미하는 것일 수 있다.In addition, the secondary ruthenium oxide film (100) is a ruthenium oxide film, which is a final product to be formed by the method according to the embodiment. Accordingly, the ruthenium oxide film, which is a final product to be formed by the method according to the embodiment, and the secondary ruthenium oxide film can be described with the same drawing reference numeral. That is, the drawing reference numeral '100' described below can mean both the secondary ruthenium oxide film and the ruthenium oxide film, which is a final product.

이하에서는 먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 막 형성 단계(Pf)에 대해 설명한다.Below, the film formation step (P f ) is first described with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2, 도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 막 형성 단계(Pf)는, 기판(S)을 향해 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 루테늄막(111)을 형성하는 단계(전구체 분사 단계) 및 루테늄막(111)을 향해 산소 함유 가스를 분사하여 1차 산화 루테늄막(110)을 형성하는 단계를 포함한다.Referring to (a) to (c) of FIGS. 2 and 3, the film forming step (P f ) includes a step of forming a ruthenium film (111) by spraying a precursor containing ruthenium (Ru) toward the substrate (S) (precursor spraying step) and a step of forming a primary ruthenium oxide film (110) by spraying an oxygen-containing gas toward the ruthenium film (111).

또한, 막 형성 단계(Pf)는, 전구체 분사 단계와 산소 함유 가스 분사 단계 사이에서 퍼지가스를 분사하는 단계(1차 퍼지 단계) 및 산소 함유 가스 분사 단계 종료 후에 퍼지가스를 분사하는 단계(2차 퍼지 단계) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, 퍼지가스로 아르곤(Ar) 가스를 사용할 수 있다.In addition, the film formation step (P f ) may further include at least one of a step of injecting a purge gas between the precursor injection step and the oxygen-containing gas injection step (first purge step) and a step of injecting a purge gas after the end of the oxygen-containing gas injection step (second purge step). Here, argon (Ar) gas may be used as the purge gas.

또한, '전구체 분사 단계 - 1차 퍼지 단계 - 산소 함유 가스 분사 단계 - 2차 퍼지 단계'를 하나의 사이클(이하, 막 형성 사이클(CYf))로 할 수 있다. 즉, 막 형성 단계(Pf)는 막 형성 사이클(CYf)을 포함할 수 있고, 막 형성 사이클(CYf)은 '전구체 분사 단계 - 1차 퍼지 단계 - 산소 함유 가스 분사 단계 - 2차 퍼지 단계'를 포함할 수 있다. 그리고, 막 형성 단계(Pf)는 복수개의 막 형성 사이클(CYf)을 포함할 수 있고, 이때 복수의 막 형성 사이클(CYf)을 연속하여 실시할 수 있다. 또한, 막 형성 사이클(CYf)에서 1차 퍼지 단계 및 2차 퍼지 단계 중 적어도 어느 하나는 생략될 수도 있다.In addition, 'precursor injection step - 1st purge step - oxygen-containing gas injection step - 2nd purge step' can be performed as one cycle (hereinafter, film formation cycle (CY f )). That is, the film formation step (P f ) can include a film formation cycle (CY f ), and the film formation cycle (CY f ) can include 'precursor injection step - 1st purge step - oxygen-containing gas injection step - 2nd purge step'. And, the film formation step (P f ) can include a plurality of film formation cycles (CY f ), and at this time, a plurality of film formation cycles (CY f ) can be performed continuously. In addition, at least one of the 1st purge step and the 2nd purge step may be omitted in the film formation cycle (CY f ).

이하에서는 막 형성 사이클(CYf)의 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Below, each step of the membrane formation cycle (CY f ) is described in more detail.

전구체(precursor)를 분사하는 단계에서는, 루테늄(Ru)을 함유 또는 포함하는 전구체를 기판(S)을 향해 분사한다. 즉, 기판(S)이 장입되어 있는 챔버의 내부로 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사한다. 여기서, 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체 원료는 예를 들어 에틸사이클로펜타디에닐 루테늄((EtCp)2Ru)(Bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium)를 사용할 수 있다. 이렇게 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하면, 전구체가 기판(S)의 일면 상에 증착 또는 흡착되어 도 3의 (a)와 같이 루테늄(Ru)을 함유하는 막 즉, 루테늄막(111)이 형성된다.In the step of spraying a precursor, a precursor containing or including ruthenium (Ru) is sprayed toward the substrate (S). That is, the precursor containing ruthenium (Ru) is sprayed into the interior of the chamber in which the substrate (S) is loaded. Here, as the precursor raw material containing ruthenium (Ru), for example, ethylcyclopentadienyl ruthenium ((EtCp) 2 Ru) (Bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium) can be used. When the precursor containing ruthenium (Ru) is sprayed in this way, the precursor is deposited or adsorbed on one surface of the substrate (S), and a film containing ruthenium (Ru), that is, a ruthenium film (111), is formed as shown in (a) of FIG. 3.

전구체를 분사하는 단계가 종료되면 기판(S)이 장입되어 있는 챔버로 퍼지가스를 분사하여 1차 퍼지한다. 이때 퍼지가스는 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 사용할 수 있다.When the step of injecting the precursor is completed, a purge gas is injected into the chamber where the substrate (S) is loaded to perform the first purge. At this time, the purge gas can be, for example, argon (Ar) gas.

1차 퍼지가 종료되면, 도 3의 (b)와 같이 기판(S)이 장입되어 있는 챔버로 산소 함유 가스를 분사한다. 여기서, 산소 함유 가스는 예를 들어 산소(O2), 오존(O3) 및 아산화질소(N2O) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다. 산소 함유 가스가 분사되면 루테늄막(111)으로 산소(O)가 침투하며, 이에 루테늄막(111)과 산소(O)가 반응한다. 즉, 루테늄막(111)이 산소 함유 가스에 함유된 산소와 반응하여 산화될 수 있다. 이에, 루테늄(Ru)과 산소가 함유된 산화 루테늄(RuO2)막인 1차 산화 루테늄막(110)이 형성된다.When the first purge is completed, an oxygen-containing gas is injected into the chamber in which the substrate (S) is loaded, as shown in (b) of FIG. 3. Here, the oxygen-containing gas may include, for example, one or a combination of two or more gases from among oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and nitrous oxide (N 2 O). When the oxygen-containing gas is injected, oxygen (O) penetrates into the ruthenium film (111), and the ruthenium film (111) and oxygen (O) react. That is, the ruthenium film (111) may react with oxygen contained in the oxygen-containing gas and be oxidized. Accordingly, a first ruthenium oxide film (110), which is a ruthenium oxide (RuO 2 ) film containing ruthenium (Ru) and oxygen, is formed.

막 형성 단계(Pf)에서 분사되는 산소 함유 가스는 루테늄막(111)과 반응시키기 위해 분사되는 가스이므로, '리액턴트 가스'로 명명될 수 있다. 이에 리액턴트 가스는 산소 함유 가스인 것으로 설명될 수 있다.The oxygen-containing gas injected in the film formation step (P f ) is a gas injected to react with the ruthenium film (111), and therefore can be named a 'reactant gas'. Accordingly, the reactant gas can be explained as an oxygen-containing gas.

산소 함유 가스를 분사하는 단계가 종료되면 기판(S)이 장입되어 있는 챔버로 퍼지가스를 분사하여 2차 퍼지한다. 이때 퍼지가스는 1차 퍼지 단계와 동일한 가스를 사용할 수 있고 예를 들어 아르곤(Ar) 가스를 사용할 수 있다.When the step of injecting oxygen-containing gas is completed, a second purge is performed by injecting purge gas into the chamber in which the substrate (S) is loaded. At this time, the purge gas can use the same gas as in the first purge step, and for example, argon (Ar) gas can be used.

상술한 바와 같은 전구체 분사 단계, 1차 퍼지 단계, 산소 함유 가스 분사 단계, 2차 퍼지 단계를 실시하는데 있어서, 기판(S)의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절한 상태에서 실시할 수 있다. 즉, 기판(S)의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절한 상태에서 막 형성 사이클(CYf)을 실시한다. 보다 구체적으로 설명하면, 증착 장치의 챔버 내부에 설치된 서셉터의 온도를 조절하여, 상기 서셉터 상에 지지되어 있는 기판(S)의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절한다. 그리고 챔버의 내부로 전구체, 퍼지가스, 산소 함유 가스를 분사하는 막 형성 사이클(CYf)을 실시한다. 이에 기판(S) 상에 산화 루테늄막인 1차 산화 루테늄막(110)이 형성된다.When performing the precursor injection step, the first purge step, the oxygen-containing gas injection step, and the second purge step as described above, the steps can be performed while the temperature of the substrate (S) is controlled to 250°C to 450°C. That is, the film formation cycle (CY f ) is performed while the temperature of the substrate (S) is controlled to 250°C to 450°C. More specifically, the temperature of the susceptor installed inside the chamber of the deposition device is controlled so that the temperature of the substrate (S) supported on the susceptor is controlled to 250°C to 450°C. Then, the film formation cycle (CY f ) of injecting the precursor, the purge gas, and the oxygen-containing gas into the chamber is performed. As a result, the first ruthenium oxide film (110), which is a ruthenium oxide film, is formed on the substrate (S).

이후, 상술한 바와 같은 전구체 분사 단계, 1차 퍼지 단계, 산소 함유 가스 분사 단계, 2차 퍼지 단계를 포함하는 막 형성 사이클(CYf)을 복수회 반복하여 실시한다. 이에, 도 3의 (c)와 같이 기판(S) 상에 복수의 1차 산화 루테늄막(110)이 적층된다.Thereafter, the film formation cycle (CY f ) including the precursor injection step, the first purge step, the oxygen-containing gas injection step, and the second purge step as described above is repeated multiple times. Accordingly, multiple primary ruthenium oxide films (110) are laminated on the substrate (S) as shown in (c) of Fig. 3.

도 3의 (c)에서는 복수의 막 형성 사이클(CYf)에 의해 형성되는 1차 산화 루테늄막(110)을 구분하기 위하여, 복수의 1차 산화 루테늄막(110)을 구분하여 나타내었지만, 적층된 복수의 1차 산화 루테늄막(110)은 일체형일 수 있다.In (c) of FIG. 3, a plurality of primary ruthenium oxide films (110) are shown separately in order to distinguish the primary ruthenium oxide films (110) formed by a plurality of film formation cycles (CY f ), but the plurality of stacked primary ruthenium oxide films (110) may be integral.

앞에서 설명한 바와 같이, 루테늄막(111)을 향해 산소 함유 가스를 분사하면, 루테늄막(111)에 함유된 루테늄(Ru)과 산소가 반응하여 산화 루테늄막인1차 산화 루테늄막(110)이 형성된다. 그런데, 이렇게 형성된 1차 산화 루테늄막(110)은 산소(O)의 함량이 적다. 보다 구체적으로 설명하면, 1차 산화 루테늄막(110)은 루테늄(Ru)의 함량에 비해 산소(O)의 함량이 적거나, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(O)이 동일할 수 있다. 다른 말로 설명하면, 1차 산화 루테늄막(110) 함유된 루테늄(Ru)의 함량과 산소(0)의 함량 비율은 1 : 1 이하일 수 있다(루테늄의 함량 : 산소의 함량 = 1 : 1 이하). 여기서, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(O)의 함량 비율이 1 : 1 이라는 것은, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(O)의 함량이 같다는 의미일 수 있고, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(O)의 함량 비율이 1 : 1 미만라는 것은 루테늄(Ru)의 함량에 비해 산소의 함량이 적은 것을 의미할 수 있다.As described above, when an oxygen-containing gas is sprayed toward the ruthenium film (111), ruthenium (Ru) contained in the ruthenium film (111) reacts with oxygen to form a primary ruthenium oxide film (110), which is a ruthenium oxide film. However, the primary ruthenium oxide film (110) formed in this way has a low oxygen (O) content. To be more specific, the primary ruthenium oxide film (110) may have a low oxygen (O) content compared to the ruthenium (Ru) content, or the ruthenium (Ru) content may be the same as the oxygen (O). In other words, the ratio of the ruthenium (Ru) content and the oxygen (0) content contained in the primary ruthenium oxide film (110) may be 1:1 or less (ruthenium content: oxygen content = 1:1 or less). Here, a ratio of the content of ruthenium (Ru) to that of oxygen (O) of 1:1 may mean that the content of ruthenium (Ru) to that of oxygen (O) is the same, and a ratio of the content of ruthenium (Ru) to that of oxygen (O) of less than 1:1 may mean that the content of oxygen is lower than the content of ruthenium (Ru).

산화 루테늄막에 함유된 산소의 함량이 적으면, 산화 루테늄막의 기능이 저하될 수 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도 1에서 설명한 바와 같이 하부 도전막(10)과 기판(S) 사이에 산화 루테늄막(100)을 형성하는 경우를 예를 들어 설명한다. 여기서 산화 루테늄막(100)은 디퓨전 베리어막이다. If the content of oxygen contained in the ruthenium oxide film is low, the function of the ruthenium oxide film may be deteriorated. To explain this more specifically, a case in which a ruthenium oxide film (100) is formed between the lower conductive film (10) and the substrate (S) as described in Fig. 1 will be described as an example. Here, the ruthenium oxide film (100) is a diffusion barrier film.

산화 루테늄막(100)에 함유된 산소의 함량이 적은 경우, 산화 루테늄막(100)은 하부 도전막(10)에 함유된 루테늄(Ru)이 기판(S)으로 이동하는 것을 억제 또는 방지하지 못할 수 있다. 즉, 산화 루테늄막(100)에 함유된 산소(O)의 함량이 적어 디퓨전 베리어막으로서의 품질이 떨어지게 된다.When the content of oxygen contained in the ruthenium oxide film (100) is low, the ruthenium oxide film (100) may not be able to suppress or prevent ruthenium (Ru) contained in the lower conductive film (10) from moving to the substrate (S). That is, the content of oxygen (O) contained in the ruthenium oxide film (100) is low, resulting in a deterioration in the quality as a diffusion barrier film.

따라서, 실시예에서는 막 형성 단계(Pf)에서 형성된 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시켜 상기 1차 산화 루테늄막(110)에 함유되는 산소(O)의 함량을 증가시킨다. 다시 말해, 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시켜, 상기 1차 산화 루테늄막(110)에 비해 산소의 함량이 증가된 2차 산화 루테늄막(100)을 형성한다. 이때, 산소를 함유하는 플라즈마(산소 플라즈마)를 형성하고, 1차 산화 루테늄막(110)을 산소 플라즈마에 노출시켜, 산소의 함량이 증가된 2차 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다.Therefore, in the embodiment, the primary ruthenium oxide film (110) formed in the film formation step (P f ) is exposed to plasma to increase the content of oxygen (O) contained in the primary ruthenium oxide film (110). In other words, the primary ruthenium oxide film (110) is exposed to plasma to form a secondary ruthenium oxide film (100) having an increased content of oxygen compared to the primary ruthenium oxide film (110). At this time, a plasma containing oxygen (oxygen plasma) is formed, and the primary ruthenium oxide film (110) is exposed to oxygen plasma to form a secondary ruthenium oxide film (100) having an increased content of oxygen.

이하, 도 2 및 도 4를 참조하여, 2차 산화 루테늄막(100)을 형성하는 플라즈마 노출 단계(Pp)에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 4, the plasma exposure step (P p ) for forming a secondary ruthenium oxide film (100) will be described.

도 2를 참조하면, 플라즈마 노출 단계(Pp)는 산소 함유 가스를 분사하여 산소를 함유하는 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 즉, 플라즈마 노출 단계(Pp)는 기판(S)이 장입되어 있는 챔버의 내부 또는 기판(S)을 향해 산소 함유 가스를 분사하는 단계 및 분사된 산소 함유 가스를 이용하여 산소 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 그리고 산소 플라즈마를 발생시키는 단계는 플라즈마 발생을 위한 전원을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 예를 들어 챔버, 챔버 내부에서 기판(S)이 안착되어 있는 서셉터 및 챔버의 내부로 산소 함유 가스를 분사하는 분사부 중 적어도 하나에 RF(Radio Frequency) 전원을 인가할 수 있다. 그리고, 산소 함유 가스는 예를 들어 산소(O2), 오존(O3) 및 아산화질소(N2O) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다. 이처럼, RF 전원을 인가하고 산소 함유 가스를 분사하면, 챔버의 내부에 산소를 함유하는 플라즈마 즉, 산소 플라즈마가 생성될 수 있다. 이에, 도 4와 같이 기판(S) 상에 형성된 1차 산화 루테늄막(110)이 산소 플라즈마에 노출된다.Referring to FIG. 2, the plasma exposure step (P p ) includes a step of generating an oxygen-containing plasma by injecting an oxygen-containing gas. That is, the plasma exposure step (P p ) includes a step of injecting an oxygen-containing gas into the interior of a chamber in which a substrate (S) is loaded or toward the substrate (S) and a step of generating oxygen plasma using the injected oxygen-containing gas. In addition, the step of generating the oxygen plasma may include a step of applying power for plasma generation. At this time, for example, RF (Radio Frequency) power may be applied to at least one of the chamber, the susceptor on which the substrate (S) is placed inside the chamber, and the injector that injects the oxygen-containing gas into the interior of the chamber. In addition, the oxygen-containing gas may include, for example, one or a combination of two or more of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and nitrous oxide (N 2 O). In this way, when RF power is applied and the oxygen-containing gas is injected, an oxygen-containing plasma, that is, an oxygen plasma, may be generated inside the chamber. Accordingly, as shown in Fig. 4, the primary ruthenium oxide film (110) formed on the substrate (S) is exposed to oxygen plasma.

1차 산화 루테늄막(110)이 산소 플라즈마에 노출되면, 산소 플라즈마에 함유되어 있는 산소(O)가 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투한다. 즉, 산소 플라즈마 형성시에 생성된 산소 이온이 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투한다. 이때, 산소 플라즈마를 형성하지 않고 단지 산소 함유 가스를 분사하는 것에 비해, 산소 플라즈마를 형성하는 경우 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투하는 산소의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면 아래와 같다. 산소 함유 가스에 함유되어 있는 산소는 이온화되지 않은 산소이다. 그러나 산소 함유 가스를 분사하여 플라즈마를 발생시키면, 산소 이온이 생성된다. 그리고, 이온화되지 않은 산소가 1차 산화 루테늄막(110)을 향해 이동하는 속도에 비해 이온화된 산소(산소 이온)가 1차 산화 루테늄막(110)을 향해 이동하는 속도가 크다. 이에, 1차 산화 루테늄막(110)을 형성한 후에 산소 플라즈마를 형성함으로써 상기 1차 산화 루테늄막(110)에 함유되는 산소의 함량을 증가시킬 수 있다. 또한, 1차 산화 루테늄막(110)을 형성한 후에 상기 1차 산화 루테늄막으로 단지 산소 함유 가스를 분사하는 것이 비해(산소 플라즈마 미 발생), 산소 플라즈마를 형성하는 경우 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투되는 산소의 양을 효과적으로 증가시킬 수 있다.When the primary ruthenium oxide film (110) is exposed to oxygen plasma, oxygen (O) contained in the oxygen plasma penetrates into the primary ruthenium oxide film (110). That is, oxygen ions generated when the oxygen plasma is formed penetrate into the primary ruthenium oxide film (110). At this time, compared to not forming oxygen plasma and only spraying oxygen-containing gas, when oxygen plasma is formed, the amount of oxygen penetrating into the primary ruthenium oxide film (110) can be increased. This will be described in more detail as follows. The oxygen contained in the oxygen-containing gas is non-ionized oxygen. However, when the oxygen-containing gas is sprayed to generate plasma, oxygen ions are generated. In addition, the speed at which ionized oxygen (oxygen ions) moves toward the primary ruthenium oxide film (110) is greater than the speed at which non-ionized oxygen moves toward the primary ruthenium oxide film (110). Accordingly, by forming oxygen plasma after forming the primary ruthenium oxide film (110), the content of oxygen contained in the primary ruthenium oxide film (110) can be increased. In addition, compared to simply spraying oxygen-containing gas onto the primary ruthenium oxide film (without generating oxygen plasma) after forming the primary ruthenium oxide film (110), when forming oxygen plasma, the amount of oxygen penetrating into the primary ruthenium oxide film (110) can be effectively increased.

따라서, 1차 산화 루테늄막(110)에 비해 산소의 함량이 증가된 산화 루테늄막인 2차 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다. 이때, 2차 산화 루테늄막(100)은 루테늄(Ru)의 함량에 비해 산소(O)의 함량이 높을 수 있다. 다른 말로 설명하면, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(0)의 함량 비율은 1 : 1을 초과일 수 있다(루테늄의 함량 : 산소의 함량 = 1 : 1 초과). 보다 더 구체적으로, 루테늄(Ru)의 함량과 산소(0)의 함량 비율은 1 : 2 이상일 수 있다(루테늄의 함량 : 산소의 함량 = 1 : 2 이상).Accordingly, a secondary ruthenium oxide film (100), which is a ruthenium oxide film having an increased oxygen content compared to the primary ruthenium oxide film (110), can be formed. At this time, the secondary ruthenium oxide film (100) may have a higher oxygen (O) content than the ruthenium (Ru) content. In other words, the ratio of the ruthenium (Ru) content to the oxygen (0) content may exceed 1:1 (ruthenium content: oxygen content = exceeding 1:1). More specifically, the ratio of the ruthenium (Ru) content to the oxygen (0) content may be 1:2 or more (ruthenium content: oxygen content = 1:2 or more).

이처럼, 2차 산화 루테늄막(100)에 함유된 산소의 함량이 높으면, 2차 산화 루테늄막(100)의 기능이 향상될 수 있다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도 1에서 설명한 바와 같이 하부 도전막(10)과 기판(S) 사이에 산화 루테늄막을 형성하는 경우를 예를 들어 설명한다. 여기서 산화 루테늄막(100)은 디퓨전 베리어막으로서, 도 3의 (a) 및 (b)와 도 4의 과정을 거쳐 형성된 2차 산화 루테늄막이다. 이에, 도 1에 도시된 도면부호 '100'을 '산화 루테늄막'으로 지칭하여 설명한다.In this way, if the content of oxygen contained in the secondary ruthenium oxide film (100) is high, the function of the secondary ruthenium oxide film (100) can be improved. To explain this in more detail, a case in which a ruthenium oxide film is formed between the lower conductive film (10) and the substrate (S) as described in FIG. 1 will be explained as an example. Here, the ruthenium oxide film (100) is a diffusion barrier film, and is a secondary ruthenium oxide film formed through the processes of FIG. 3 (a) and (b) and FIG. 4. Accordingly, the drawing symbol '100' illustrated in FIG. 1 will be referred to as a 'ruthenium oxide film' and explained.

하부 도전막(10)과 기판(S) 사이에 형성되는 산화 루테늄막(100)의 산소 함량이 증가하면, 상기 산화 루테늄막(100)은 하부 도전막(10)에 함유된 루테늄(Ru)이 기판(S)으로 이동하는 것을 효과적으로 억제 또는 방지할 수 있다. 즉, 산화 루테늄막(100)에 함유된 산소(O)의 함량이 증가함에 따라, 산화 루테늄막(100)의 디퓨전 베리어막으로서의 기능이 향상된다.When the oxygen content of the ruthenium oxide film (100) formed between the lower conductive film (10) and the substrate (S) increases, the ruthenium oxide film (100) can effectively suppress or prevent ruthenium (Ru) contained in the lower conductive film (10) from moving to the substrate (S). That is, as the oxygen (O) content contained in the ruthenium oxide film (100) increases, the function of the ruthenium oxide film (100) as a diffusion barrier film is improved.

그리고 플라즈마 노출 단계(Pp)를 실시하는데 있어서 기판(S)의 온도는 앞에서 설명한 막 형성 단계(Pf)에서의 온도와 동일할 수 있다. 또한, 플라즈마 노출 단계(Pp)를 실시하는데 있어서 기판(S)의 온도는 막 형성 단계(Pf)에서의 온도와 ± 30℃의 차이로 조절될 수 있다. 보다 구체적인 예로, 플라즈마 노출 단계(Pp)를 실시하는데 있어서 기판(S)의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절할 수 있다. 이때, 기판(S)의 온도를 조절하는 방법은 앞에서 설명한 막 형성 단계(Pf)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.And when performing the plasma exposure step (P p ), the temperature of the substrate (S) may be the same as the temperature in the film formation step (P f ) described above. In addition, when performing the plasma exposure step (P p ), the temperature of the substrate (S) may be controlled to have a difference of ±30° C. from the temperature in the film formation step (P f ). As a more specific example, when performing the plasma exposure step (P p ), the temperature of the substrate (S) may be controlled to 250° C. to 450° C. At this time, since the method of controlling the temperature of the substrate (S) is the same as the film formation step (P f ) described above, a description thereof will be omitted.

이처럼, 기판(S)의 온도를 250℃ 내지 450℃의 저온으로 조절하더라도, 산소의 함량이 향상된 산화 루테늄막을 형성할 수 있다. 즉, 종래에는 산화 루테늄막의 산소의 함량을 증가시키기 위해 기판의 온도를 800℃ 내외의 고온으로 조절하였다.반면, 실시예에서는 기판(S)을 250℃ 내지 450℃의 저온으로 가열하더라도 산소의 함량이 향상된 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다. 이는, 1차 산화 루테늄막(110)을 형성한 후, 상기 1차 산화 루테늄막(110)을 산소 플라즈마에 노출시키기 때문이다. 즉, 1차 산화 루테늄막(110)을 산소 플라즈마에 노출시킴에 따라 기판(S)을 800℃ 내외의 고온으로 가열하지 않더라도, 1차 산화 루테늄막(110)으로 산소를 충분이 침투시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 250℃ 내지 450℃의 저온에서 산소를 충분히 함유하고 있는 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다.In this way, even if the temperature of the substrate (S) is controlled to a low temperature of 250°C to 450°C, a ruthenium oxide film with an improved oxygen content can be formed. That is, in the past, the temperature of the substrate was controlled to a high temperature of about 800°C in order to increase the oxygen content of the ruthenium oxide film. On the other hand, in the embodiment, even if the substrate (S) is heated to a low temperature of 250°C to 450°C, a ruthenium oxide film (100) with an improved oxygen content can be formed. This is because, after the primary ruthenium oxide film (110) is formed, the primary ruthenium oxide film (110) is exposed to oxygen plasma. That is, even if the substrate (S) is not heated to a high temperature of about 800°C by exposing the primary ruthenium oxide film (110) to oxygen plasma, oxygen can sufficiently permeate into the primary ruthenium oxide film (110). Therefore, a ruthenium oxide film (100) containing sufficient oxygen can be formed at a low temperature of 250°C to 450°C.

또한, 산화 루테늄막(100)의 하부 또는 상부에 형성되는 루테늄 금속막(10)이 250℃ 내지 450℃에서 형성된다. 이에, 산화 루테늄막(100)과 루테늄 금속막(10)을 인시츄(in situ)로 형성할 수 있다. 즉, 일 증착 장치의 챔버 내부에서 산화 루테늄막(100)을 형성한 후에, 상기 산화 루테늄막(100)을 형성한 챔버의 내부에서 루테늄 금속막(10)을 형성할 수 있다. 따라서, 산화 루테늄막(100)과 루테늄 금속막(10)을 적층하는데 있어서, 공정이 단순해지고 시간이 절약되는 효과가 있다.In addition, the ruthenium metal film (10) formed on the lower or upper portion of the ruthenium oxide film (100) is formed at 250° C. to 450° C. Accordingly, the ruthenium oxide film (100) and the ruthenium metal film (10) can be formed in situ. That is, after the ruthenium oxide film (100) is formed inside the chamber of a deposition device, the ruthenium metal film (10) can be formed inside the chamber in which the ruthenium oxide film (100) was formed. Therefore, in laminating the ruthenium oxide film (100) and the ruthenium metal film (10), the process is simplified and there is an effect of saving time.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 방법으로 산화 루테늄막을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining a method for forming a ruthenium oxide film according to a second embodiment of the present invention.

도 5에서 'on'은 막 형성을 위한 원료 또는 가스를 분사하거나 플라즈마(plasma)를 발생시킨다는 의미이고, 'off'는 상기 원료 또는 가스의 분사를 중단 또는 종료한다는 의미하거나, 플라즈마(plasma)를 발생시키지 않는다는 의미일 수 있다.In Fig. 5, 'on' means injecting raw materials or gas for film formation or generating plasma, and 'off' may mean stopping or ending the injection of the raw materials or gas, or may mean not generating plasma.

도 2 및 도 3에서 설명한 제1실시예에서는 막 형성 단계(Pf) 및 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스를 분사하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 막 형성 단계(Pf) 및 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스를 분사할 때 불활성 가스를 함께 분사할 수 있다.In the first embodiment described in FIGS. 2 and 3, it was described that an oxygen-containing gas was injected in the film formation step (P f ) and the plasma exposure step (P p ). However, the present invention is not limited thereto, and an inert gas may be injected together with the oxygen-containing gas when it is injected in the film formation step (P f ) and the plasma exposure step (P p ).

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 산화 루테늄막의 형성 방법에 대해 설명한다. 이때, 제1실시예와 중복되는 설명은 생략하거나 간략히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, a method for forming a ruthenium oxide film according to a second embodiment of the present invention will be described. At this time, any description overlapping with that of the first embodiment will be omitted or briefly described.

도 5 참조하면, 제2실시예에 따른 산화 루테늄막의 형성 방법은 1차 산화 루테늄막(110)을 형성하는 막 형성 단계(Pf) 및 1차 산화 루테늄막(110)을 산소를 함유하는 플라즈마에 노출시켜 산소 함량이 증가된 2차 산화 루테늄막(100)을 형성하는 플라즈마 노출 단계(Pp)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, a method for forming a ruthenium oxide film according to a second embodiment may include a film forming step (P f ) of forming a primary ruthenium oxide film (110) and a plasma exposure step (P p ) of exposing the primary ruthenium oxide film (110) to plasma containing oxygen to form a secondary ruthenium oxide film (100) with an increased oxygen content.

그리고, 막 형성 단계(Pf)는, 기판(S)을 향해 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 루테늄막(111)을 형성하는 전구체 분사 단계 및 루테늄막(111)을 향해 산소 함유 가스를 분사하여 산화 루테늄막인 1차 산화 루테늄막(110)을 형성하는 단계를 포함한다.And, the film formation step (P f ) includes a precursor injection step of forming a ruthenium film (111) by injecting a precursor containing ruthenium (Ru) toward the substrate (S) and a step of forming a primary ruthenium oxide film (110), which is an oxide ruthenium film, by injecting an oxygen-containing gas toward the ruthenium film (111).

또한, 막 형성 단계(Pf)는, 전구체 분사 단계와 산소 함유 가스 분사 단계 사이에서 퍼지가스를 분사하는 단계(1차 퍼지 단계) 및 산소 함유 가스 분사 단계를 종료한 후에 퍼지가스를 분사하는 단계(2차 퍼지 단계) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서, 퍼지가스로 아르곤(Ar) 가스를 사용할 수 있다.In addition, the film formation step (P f ) may further include at least one of a step of injecting a purge gas between the precursor injection step and the oxygen-containing gas injection step (first purge step) and a step of injecting a purge gas after the oxygen-containing gas injection step is terminated (second purge step). Here, argon (Ar) gas may be used as the purge gas.

정리하면, 제2실시예에 따른 막 형성단계(Pf)는, 전구체 분사 단계, 1차 퍼지 단계, 산소 함유 가스 분사 단계 및 2차 퍼지 단계를 포함할 수 있다. 그리고, '전구체 분사 단계 - 1차 퍼지 단계 - 산소 함유 가스 분사 단계 - 2차 퍼지 단계'를 하나의 막 형성 사이클(CYf)로 할 수 있다.In summary, the film formation step (P f ) according to the second embodiment may include a precursor injection step, a first purge step, an oxygen-containing gas injection step, and a second purge step. In addition, 'precursor injection step - first purge step - oxygen-containing gas injection step - second purge step' may be made into one film formation cycle (CY f ).

제2실시예에 따른 방법에서 전구체 분사 단계, 1차 퍼지 단계 및 2차 퍼지 단계는 제1실시예에서 설명한 방법과 동일하게 실시한다. 따라서, 이들 단계에 대한 설명은 생략한다.In the method according to the second embodiment, the precursor injection step, the first purge step, and the second purge step are performed in the same manner as in the method described in the first embodiment. Therefore, the description of these steps is omitted.

제2실시예에 따른 막 형성 단계(Pf)의 산소 함유 가스 분사 단계에서는 불활성 가스를 함께 분사한다. 즉, 루테늄막(111)으로 산소 함유 가스를 분사할 때, 불활성 가스를 함께 분사한다. 이때, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다. 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사하는 이유는, 이후 실시되는 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하기 때문이다.In the oxygen-containing gas injection step of the film formation step (P f ) according to the second embodiment, an inert gas is injected together. That is, when the oxygen-containing gas is injected into the ruthenium film (111), an inert gas is injected together. At this time, the inert gas may include one or a combination of two or more gases from among argon (Ar) and helium (He). The reason for injecting the oxygen-containing gas and the inert gas together is that plasma is formed using the oxygen-containing gas and the inert gas in the plasma exposure step (P p ) performed subsequently.

막 형성 단계(Pf)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사하는 구체적인 이유에 대해서는, 플라즈마 노출 단계(Pp)에 대해 먼저 설명한 이후에 다시 설명한다.The specific reason for injecting oxygen-containing gas and inert gas together in the film formation step (P f ) will be explained again after the plasma exposure step (P p ) is first explained.

도 5를 참조하면, 플라즈마 노출 단계(Pp)는 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 분사하는 단계, 분사된 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 이때, 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다. 이처럼, 제2실시예에서는 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하여 플라즈마를 발생시키므로, 이때 발생되는 플라즈마는 산소 및 불활성 원소(Ar 및 He 중 하나 또는 둘 이상의 조합)를 함유하는 플라즈마이다. 이에 산소 및 불활성 원소를 함유하는 플라즈마는 혼합 플라즈마로 명명될 수 있다.Referring to FIG. 5, the plasma exposure step (P p ) includes a step of injecting an oxygen-containing gas and an inert gas, and a step of generating plasma using the injected oxygen-containing gas and inert gas. At this time, the inert gas may include one or a combination of two or more of argon (Ar) and helium (He). In this way, in the second embodiment, since plasma is generated by injecting an oxygen-containing gas and an inert gas, the plasma generated at this time is a plasma containing oxygen and an inert element (one or a combination of two or more of Ar and He). Accordingly, the plasma containing oxygen and an inert element may be called a mixed plasma.

산소 함유 가스 및 불활성 가스를 이용하여 혼합 플라즈마를 발생시키는 단계는, 불활성 가스를 추가로 공급하는 것 외에 제1실시예와 동일할 수 있다. 즉, 혼합 플라즈마를 발생시키는 단계는 기판(S)이 장입되어 있는 챔버의 내부 또는 기판(S)을 향해 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 분사하는 단계, 분사된 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함한다. 그리고 플라즈마를 발생시키는 단계는 플라즈마 발생을 위한 전원을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 예를 들어 챔버, 챔버 내부에서 기판(S)이 안착되어 있는 서셉터 및 챔버 내부로 산소 함유 가스를 분사하는 분사부 중 적어도 하나에 RF(Radio Frequency) 전원을 인가할 수 있다. 산소 함유 가스는 예를 들어 산소(O2), 오존(O3) 및 아산화질소(N2O) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함할 수 있다. 분사부는 산소 함유 가스와 불활성 가스를 혼합하여 분사할 수 있다. 물론, 산소 함유 가스를 분사하는 분사부와 불활성 가스를 분사하는 분사부가 별도로 마련되어, 산소 함유 가스와 불활성 가스가 별도의 분사부를 통해 분사될 수도 있다. 이렇게 산소 함유 가스 및 불활성 가스를 분사하고 RF 전원을 인가하면, 챔버의 내부에 산소 및 불활성 원소를 함유하는 플라즈마 즉, 혼합 플라즈마가 생성된다. 이에, 기판(S) 상에 형성된 1차 산화 루테늄막(110)이 혼합 플라즈마에 노출된다.The step of generating a mixed plasma using an oxygen-containing gas and an inert gas may be the same as in the first embodiment except that the inert gas is additionally supplied. That is, the step of generating the mixed plasma includes the step of injecting the oxygen-containing gas and the inert gas into the interior of a chamber in which a substrate (S) is loaded or toward the substrate (S), and the step of generating plasma using the injected oxygen-containing gas and inert gas. In addition, the step of generating the plasma may include the step of applying power for plasma generation. At this time, for example, RF (Radio Frequency) power may be applied to at least one of the chamber, the susceptor on which the substrate (S) is placed inside the chamber, and the injection unit that injects the oxygen-containing gas into the interior of the chamber. The oxygen-containing gas may include, for example, one or a combination of two or more of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and nitrous oxide (N 2 O). The injection unit may inject a mixture of the oxygen-containing gas and the inert gas. Of course, the injection unit for injecting the oxygen-containing gas and the injection unit for injecting the inert gas may be provided separately, so that the oxygen-containing gas and the inert gas may be injected through separate injection units. When the oxygen-containing gas and the inert gas are injected in this way and RF power is applied, a plasma containing oxygen and an inert element, i.e., a mixed plasma, is generated inside the chamber. Accordingly, the primary ruthenium oxide film (110) formed on the substrate (S) is exposed to the mixed plasma.

1차 산화 루테늄막(110)이 혼합 플라즈마에 노출되면, 산소(O)가 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투한다. 즉, 혼합 플라즈마 발생시에 생성된 산소 이온이 1차 산화 루테늄막(110)으로 이동하여 침투한다. 이때, 산소 함유 가스외에 불활성 가스를 함께 분사하여 플라즈마를 발생시킴으로써, 1차 산화 루테늄막(110)으로 산소를 보다 효과적으로 침투시킬 있다. 즉, 산소의 함량을 보다 효과적으로 증가시켜 2차 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다.When the primary ruthenium oxide film (110) is exposed to the mixed plasma, oxygen (O) penetrates into the primary ruthenium oxide film (110). That is, the oxygen ions generated when the mixed plasma is generated move to and penetrate the primary ruthenium oxide film (110). At this time, by injecting an inert gas together with an oxygen-containing gas to generate plasma, oxygen can be more effectively penetrated into the primary ruthenium oxide film (110). That is, the oxygen content can be more effectively increased to form the secondary ruthenium oxide film (100).

이는 산소 함유 가스 만을 분사하여 형성된 플라즈마에 비해 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사하여 형성한 혼합 플라즈마의 밀도가 더 높기 때문이다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 산소에 비해 아르곤(Ar) 및 헬륨(He)과 같은 불활성 원소가 더 낮은 에너지에서 방전될 수 있다. 따라서, 산소 함유 가스 만을 분사하여 형성된 플라즈마에 비해, 산소 함유 가스와 불활성 가스(아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합)를 함께 분사하여 형성된 혼합 플라즈마의 밀도가 더 높다. 즉, 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하여 방전시킴으로써 고밀도의 플라즈마를 형성할 수 있다. 그리고 플라즈마의 밀도가 증가하면, 산소 이온이 1차 산화 루테늄막(110)으로 이동하는 속도가 증가할 수 있고, 이에 따라 동일한 시간 동안 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투하는 산소 이온의 양이 증가될 수 있다.This is because the density of the mixed plasma formed by injecting the oxygen-containing gas and the inert gas together is higher than that of the plasma formed by injecting only the oxygen-containing gas. More specifically, inert elements such as argon (Ar) and helium (He) can be discharged at lower energy than oxygen. Therefore, the density of the mixed plasma formed by injecting the oxygen-containing gas and the inert gas (one or a combination of two or more of argon (Ar) and helium (He)) together is higher than that of the plasma formed by injecting only the oxygen-containing gas. That is, a high-density plasma can be formed by injecting and discharging the oxygen-containing gas and the inert gas. In addition, when the density of the plasma increases, the speed at which the oxygen ions move to the primary ruthenium oxide film (110) can increase, and thus the amount of oxygen ions penetrating into the primary ruthenium oxide film (110) during the same time can increase.

따라서, 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하여 발생된 혼합 플라즈마에 1차 산화 루테늄막을 노출시킴으로써, 1차 산화 루테늄막(110)에 함유되는 산소의 함량을 보다 효과적으로 증가시킬 수 있다. 즉, 산소 함유 가스만을 분사하여 산소 플라즈마를 형성할 때에 비해(제1실시예), 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하여 혼합 플라즈마를 형성하는 경우(제2실시예), 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투하는 산소의 양을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제1실시예에 비해 제2실예의 경우 산소의 함량을 보다 효과적으로 증가시켜 2차 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다. 다른 말로 설명하면, 제1실시예에 비해 제2실예의 경우 산화 루테늄막(100)의 산소 함량을 보다 효과적으로 증가시킬 수 있다.Accordingly, by exposing the primary ruthenium oxide film to the mixed plasma generated by injecting the oxygen-containing gas and the inert gas, the content of oxygen contained in the primary ruthenium oxide film (110) can be more effectively increased. That is, compared to when only the oxygen-containing gas is injected to form the oxygen plasma (the first embodiment), when the oxygen-containing gas and the inert gas are injected to form the mixed plasma (the second embodiment), the amount of oxygen penetrating into the primary ruthenium oxide film (110) can be effectively increased. Accordingly, the oxygen content can be more effectively increased in the second embodiment compared to the first embodiment, thereby forming the secondary ruthenium oxide film (100). In other words, the oxygen content of the ruthenium oxide film (100) can be more effectively increased in the second embodiment compared to the first embodiment.

이처럼, 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스 외에 불활성 가스를 추가로 분사하여 플라즈마를 형성한다. 이에, 제2실시예에서는 플라즈마 노출 단계(Pp) 이전에 실시되는 막 형성 단계(Pf)에서 산소 함유 가스를 분사할 때 불활성 가스를 함께 분사한다. 즉, 막 형성 단계(Pf)의 산소 함유 가스 분사 단계에서, 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사 한다. 그리고, 막 형성 단계(Pf)와 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 분사되는 불활성 가스로 동일한 종류의 불활성 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하여 플라즈마를 형성할 때, 안정적으로 플라즈마를 형성하기 위함이다. 예를 들어 설명하면, 막 형성 단계(Pf)의 산소 함유 가스 분사 단계에서 불활성 가스를 분사하지 않고 산소 함유 가스 분사만을 분사하였다. 그리고 이후 실시되는 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사하여 플라즈마를 형성한다. 이러한 경우 불활성 가스에 의해 플라즈마 에너지가 급속으로 상승하는 문제가 있다. 즉, 막 형성 단계(Pf)에서는 챔버 내부에 불활성 가스가 없는 상태로 유지되다가, 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 챔버 내부로 불활성 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시키면, 불활성 가스에 의해 플라즈마 에너지가 급속도로 상승하여 불안정한 플라즈마가 생성될 수 있다. 이는 산소에 비해 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 이 더 낮은 에너지에서 쉽게 방전되기 때문이다.In this way, in addition to the oxygen-containing gas, an inert gas is additionally injected to form plasma in the plasma exposure step (P p ). Accordingly, in the second embodiment, when the oxygen-containing gas is injected in the film formation step (P f ) performed before the plasma exposure step (P p ), the inert gas is injected together. That is, in the oxygen-containing gas injection step of the film formation step (P f ), the oxygen-containing gas and the inert gas are injected together. In addition, it is preferable to use the same type of inert gas as the inert gas injected in the film formation step (P f ) and the plasma exposure step (P p ). This is to form plasma stably when forming plasma by injecting the oxygen-containing gas and the inert gas in the plasma exposure step (P p ). For example, in the oxygen-containing gas injection step of the film formation step (P f ), the inert gas is not injected, but only the oxygen-containing gas is injected. In the plasma exposure step (P p ) performed thereafter, the oxygen-containing gas and the inert gas are injected together to form plasma. In this case, there is a problem that the plasma energy rapidly increases due to the inert gas. That is, in the film formation stage (P f ), the inside of the chamber is maintained in a state where there is no inert gas, and when the inside of the chamber is supplied with an inert gas to generate plasma in the plasma exposure stage (P p ), the plasma energy rapidly increases due to the inert gas, which may generate an unstable plasma. This is because argon (Ar) and helium (He) are easily discharged at lower energies than oxygen.

따라서, 제2실시예에 따른 막 형성 단계(Pf)에서는 산소 함유 가스 분사 단계에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 함께 분사한다. 이에, 플라즈마 노출 단계(Pp)에서 플라즈마를 안정적으로 형성할 수 있다.Therefore, in the film formation step (P f ) according to the second embodiment, the oxygen-containing gas and the inert gas are injected together in the oxygen-containing gas injection step. Accordingly, plasma can be stably formed in the plasma exposure step (P p ).

도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막이 루테늄 금속막의 상부에 형성되는 경우를 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막이 기판과 루테늄 금속막 사이, 루테늄 금속막의 상부에 형성되는 경우를 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a drawing showing a case where a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention is formed on top of a ruthenium metal film. FIG. 7 is a drawing showing a case where a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to embodiments of the present invention is formed between a substrate and a ruthenium metal film, on top of the ruthenium metal film.

상술한 도 1에서는 기판(S)과 루테늄 금속막(10) 사이에 산화 루테늄막(100)을 형성하는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 실시예에 따른 방법으로 형성되는 산화 루테늄(RuO2)막은 다양한 위치에 형성될 수 있다.In the above-described Fig. 1, the formation of a ruthenium oxide film (100) between a substrate (S) and a ruthenium metal film (10) is described. However, the present invention is not limited thereto, and a ruthenium oxide (RuO 2 ) film formed by a method according to an embodiment may be formed at various locations.

예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 루테늄 금속막(10)의 상부에 산화 루테늄막(100)이 형성될 수 있다. 여기서 루테늄 금속막(10) 및 루테늄 금속막(10)의 상부에 형성된 산화 루테늄막(100)은 전극의 구성일 수 있다. 즉, 전극은 루테늄 금속막(10) 및 루테늄 금속막(10)의 상부에 형성된 산화 루테늄막(100)을 포함할 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 6, a ruthenium oxide film (100) may be formed on top of a ruthenium metal film (10). Here, the ruthenium metal film (10) and the ruthenium oxide film (100) formed on top of the ruthenium metal film (10) may be components of an electrode. That is, the electrode may include the ruthenium metal film (10) and the ruthenium oxide film (100) formed on top of the ruthenium metal film (10).

루테늄 금속막(10) 상부에 형성된 산화 루테늄막(100)은 전극의 일 함수(work function)를 증가시킨다. 즉, 루테늄 금속막(10)은 일 함수가 낮고, 산화 루테늄막(100)은 루테늄 금속막(10)에 비해 일 함수가 높다. 이에 루테늄 금속막(10)의 상부에 산화 루테늄막(100)을 형성함으로써 전극의 일 함수를 향상시킬 수 있다. 그리고 전극의 일 함수가 향상됨에 따라, 누설 전류(leakage current)를 감소시킬 수 있다.The ruthenium oxide film (100) formed on the ruthenium metal film (10) increases the work function of the electrode. That is, the ruthenium metal film (10) has a low work function, and the ruthenium oxide film (100) has a higher work function than the ruthenium metal film (10). Accordingly, by forming the ruthenium oxide film (100) on the ruthenium metal film (10), the work function of the electrode can be improved. And as the work function of the electrode is improved, the leakage current can be reduced.

다른 예로, 도 7에 도시된 바와 같이 루테늄 금속막(10)의 하부 및 상부 각각에 산화 루테늄막(100)이 형성될 수 있다. 여기서, 루테늄 금속막(10), 루테늄 금속막(10)의 상부 및 하부에 형성된 산화 루테늄막(100)은 전극의 구성일 수 있다. 즉, 전극은 루테늄 금속막(10), 루테늄 금속막(10)의 하부에 형성된 산화 루테늄막(100) 및 루테늄 금속막(10)의 상부에 형성된 산화 루테늄막(100)을 포함할 수 있다.As another example, as illustrated in FIG. 7, a ruthenium oxide film (100) may be formed on each of the lower and upper portions of the ruthenium metal film (10). Here, the ruthenium metal film (10), the ruthenium oxide film (100) formed on the upper and lower portions of the ruthenium metal film (10), may be components of an electrode. That is, the electrode may include the ruthenium metal film (10), the ruthenium oxide film (100) formed on the lower portion of the ruthenium metal film (10), and the ruthenium oxide film (100) formed on the upper portion of the ruthenium metal film (10).

여기서, 루테늄 금속막(10)의 하부에 형성된 산화 루테늄막(100)은 상기 루테늄 금속막(10)의 루테늄(Ru)이 기판(S)으로 이동하는 것을 억제 또는 방지하는 디퓨전 배리어막 역할을 한다. 그리고 루테늄 금속막(10)의 상부에 형성된 산화 루테늄막(100)은 전극의 일 함수를 향상시킬 수 있다.Here, the ruthenium oxide film (100) formed on the lower portion of the ruthenium metal film (10) acts as a diffusion barrier film that suppresses or prevents ruthenium (Ru) of the ruthenium metal film (10) from moving to the substrate (S). In addition, the ruthenium oxide film (100) formed on the upper portion of the ruthenium metal film (10) can improve the work function of the electrode.

실시예들에 따른 산화 루테늄막의 형성 방법에 의하면, 산소 함량이 높은 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다. 즉, 귀금속인 루테늄막(111)으로 산소 함유 가스를 분사하여 1차 산화 루테늄막(110)을 형성한 후에, 1차 산화 루테늄막(110)을 플라즈마에 노출시킴으로써 1차 산화 루테늄막(110)으로 산소를 용이하게 침투시킬 수 있다. 즉, 1차 산화 루테늄막(110)으로 침투하는 산소의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 1차 산화 루테늄막(110)에 비해 산소 함량이 증가된 2차 산화 루테늄막(100)을 형성할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 산소의 함량이 높은 산화 루테늄막(RuO2)을 형성할 수 있고, 이로 인해 산화 루테늄막(100)의 품질을 향상시킬 수 있다. 즉, 반도체 소자에 포함되는 산화 루테늄막(100)의 성능을 향상시킬 수 있다.According to the method for forming a ruthenium oxide film according to the embodiments, a ruthenium oxide film (100) having a high oxygen content can be formed. That is, after forming a primary ruthenium oxide film (110) by injecting an oxygen-containing gas into a ruthenium film (111) which is a precious metal, oxygen can be easily permeated into the primary ruthenium oxide film (110) by exposing the primary ruthenium oxide film (110) to plasma. That is, the amount of oxygen permeating into the primary ruthenium oxide film (110) can be increased. Accordingly, a secondary ruthenium oxide film (100) having an increased oxygen content compared to the primary ruthenium oxide film (110) can be formed. Accordingly, a ruthenium oxide film (RuO 2 ) having a higher oxygen content compared to the prior art can be formed, and thereby the quality of the ruthenium oxide film (100) can be improved. That is, the performance of the ruthenium oxide film (100) included in the semiconductor device can be improved.

S: 기판 111: 루테늄막
110: 1차 산화 루테늄막 100: 2차 산화 루테늄막
S: Substrate 111: Ruthenium film
110: Primary ruthenium oxide film 100: Secondary ruthenium oxide film

Claims (13)

기판을 향해 루테늄(Ru)을 함유하는 전구체를 분사하여 루테늄막을 형성하는 단계;
상기 루테늄막으로 산소 함유 가스를 분사하여 산화 루테늄막을 형성하는 단계; 및
플라즈마를 형성하여 상기 산화 루테늄막을 플라즈마에 노출시키는 단계;를 포함하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
A step of forming a ruthenium film by spraying a precursor containing ruthenium (Ru) toward a substrate;
A step of forming a ruthenium oxide film by spraying an oxygen-containing gas onto the ruthenium film; and
A method for forming a ruthenium oxide film, comprising the step of forming plasma and exposing the ruthenium oxide film to plasma.
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는데 있어서,
산소 함유 가스를 이용하여 플라즈마를 형성하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 1,
In forming the above plasma,
A method for forming a ruthenium oxide film by forming plasma using an oxygen-containing gas.
청구항 2에 있어서,
상기 산소 함유 가스는,
산소(O2), 오존(O3) 및 아산화질소(N2O) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 2,
The above oxygen-containing gas is,
A method for forming a ruthenium oxide film comprising one or more gases selected from the group consisting of oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), and nitrous oxide (N 2 O).
청구항 2에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는 단계는, 상기 산소 함유 가스 외에 불활성 가스를 추가로 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 2,
The step of forming the plasma includes a step of forming the plasma by additionally using an inert gas in addition to the oxygen-containing gas,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein the above inert gas includes one or a combination of two or more gases, namely argon (Ar) and helium (He).
청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마에 노출시킨 산화 류테늄막의 산소 함량은, 상기 플라즈마에 노출시키기 전의 산화 루테늄막의 산소 함량에 비해 높은 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 1,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein the oxygen content of the ruthenium oxide film exposed to the plasma is higher than the oxygen content of the ruthenium oxide film before exposure to the plasma.
청구항 1에 있어서,
상기 루테늄막을 형성하는 단계 및 산화 루테늄막을 형성하는 단계를 포함하는 막 형성 사이클(CYf)을 복수번 실시하고, 복수번의 막 형성 사이클(CYf)을 연속으로 실시하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 1,
A method for forming a ruthenium oxide film, comprising performing a film formation cycle (CY f ) including the step of forming the ruthenium film and the step of forming a ruthenium oxide film multiple times, and continuously performing the multiple film formation cycles (CY f ).
청구항 6에 있어서,
상기 산화 루테늄막을 플라즈마에 노출시키는 단계는, 상기 막 형성 사이클(CYf)을 복수번 연속으로 실시한 후에 실시하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 6,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein the step of exposing the above ruthenium oxide film to plasma is performed after performing the above film formation cycle (CY f ) multiple times in succession.
청구항 4에 있어서,
상기 플라즈마를 형성하는 단계에서 상기 산소 함유 가스 외에 불활성 가스를 추가로 이용하여 플라즈마를 형성하는 단계는,
상기 산화 루테늄막을 향해 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는 단계; 및
분사된 산소 함유 가스와 불활성 가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계;를 포함하고,
상기 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스에 비해 산소 함유 가스의 유량이 크도록 분사하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 4,
In the step of forming the plasma, the step of forming the plasma by additionally using an inert gas in addition to the oxygen-containing gas is as follows:
A step of spraying an oxygen-containing gas and an inert gas toward the above ruthenium oxide film; and
A step of generating plasma using injected oxygen-containing gas and an inert gas; comprising:
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein the oxygen-containing gas and the inert gas are injected so that the flow rate of the oxygen-containing gas is greater than that of the inert gas.
청구항 6에 있어서,
상기 막 형성 사이클(CYf)에서 산소 함유 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스를 함께 분사하고,
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 및 헬륨(He) 중 하나 또는 둘 이상 조합의 가스를 포함하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 6,
In the above film formation cycle (CY f ), when injecting oxygen-containing gas, an inert gas is injected together,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein the above inert gas includes one or a combination of two or more gases, namely argon (Ar) and helium (He).
청구항 9에 있어서,
상기 막 형성 사이클(CYf)에서 산소 함유 가스와 불활성 가스를 분사하는데 있어서, 불활성 가스에 비해 산소 함유 가스의 유량이 크도록 분사하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In claim 9,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein in the film formation cycle (CY f ), oxygen-containing gas and inert gas are injected so that the flow rate of the oxygen-containing gas is greater than that of the inert gas.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 루테늄막을 형성하는 단계, 산화 루테늄막을 형성하는 단계 및 플라즈마 노출 단계에 있어서, 기판의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절하는 산화 루테늄막의 형성 방법.
In any one of claims 1 to 10,
A method for forming a ruthenium oxide film, wherein in the step of forming the ruthenium film, the step of forming the ruthenium oxide film, and the step of exposing the plasma, the temperature of the substrate is controlled to 250°C to 450°C.
챔버의 내부에 있는 기판 상에 루테늄 금속막을 형성하는 단계; 및
상기 루테늄 금속막을 형성하는 단계 전 또는 후에 상기 루테늄 금속막을 형성한 챔버의 내부에서 인시츄(in situ)로 산화 루테늄막을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 산화 루테늄막을 형성하는 단계는, 상기 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 산화 루테늄막의 형성 방법으로 형성하는 반도체 소자의 제조 방법.
A step of forming a ruthenium metal film on a substrate inside a chamber; and
A step of forming a ruthenium oxide film in situ inside a chamber in which the ruthenium metal film is formed before or after the step of forming the ruthenium metal film;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the step of forming the ruthenium oxide film is formed by a method for forming a ruthenium oxide film according to any one of claims 1 to 10.
청구항 12에 있어서,
상기 루테늄 금속막을 형성하는 단계 및 산화 루테늄막을 형성하는 단계에 있어서, 상기 기판의 온도를 250℃ 내지 450℃로 조절하는 반도체 소자의 제조 방법.
In claim 12,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein in the step of forming the ruthenium metal film and the step of forming the ruthenium oxide film, the temperature of the substrate is controlled to 250°C to 450°C.
KR1020240045966A 2023-04-13 2024-04-04 Forming mehtod ruthenium oxide film and manufacture method of semiconductor device having the same Pending KR20240152733A (en)

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