KR100262908B1 - 기판위에 산화 방지 기능을 갖는 백금 박막을 형성하는 방법 및그 방법에 의해 형성된 백금 박막을 구비한 전자 소자 - Google Patents

Abstract

DRAM 셀이나 비휘발성 강유전체 메모리 셀의 캐패시터의 하부 전극으로 주로 사용되는 백금 박막은 2 단계로 증착되는데, 제1 두께 부분은 불활성 가스 분위기(Ar, Ne, Kr, Xe)에서 증착되고, 제2 두께 부분은 불활성 가스에 산소, 오존, 질소, N₂O 및 이들의 혼합가스 중의 어느 하나 이상이 포함된 분위기에서 증착된다. 백금 박막은 진공 분위기에서 열처리되어 제2 두께 부분의 증착시에 도입된 산소 및/또는 질소가 제거된다. 열처리된 백금 박막은 백금 박막 하부 전극 아래에 배치되는 확산 장벽층 또는 접착층과 같은 기능성 중간막에 산화물이 형성되는 것을 막는다.

Description

기판위에 산화 방지 기능을 갖는 백금 박막을 형성하는 방법 및 그 방법에 의해 형성된 백금 박막을 구비한 전자 소자

본 발명은 고집적 DRAM 셀이나 비휘발성 메모리 셀의 캐패시터의 하부 전극으로 사용되는 백금 박막 형성 기술에 관한 것으로, 특히 백금 박막 아래에 형성되는 기능성 중간막 (예:고집적 DRAM 셀의 확산 장벽층 또는 비휘발성 메모리 셀의 접착층)의 산화를 방지하고 배향성을 조절 할 수 있는 백금 박막 및 그것의 형성 방법에 관한 것이다.

본 특허에서 "기능성 중간막"이라 함은 폴리실리콘 층의 실리콘과 백금 전극층의 백금이 상호 확산 방지, 백금 전극과 기판사이의 전기적 접속, 절연, 및/또는 접착력 증가를 목적으로 전자 소자에 이용되는 모든 박막을 포괄하는 의미로 사용된다. 당업계에서 공지된 바이지만, 기능성 중간막은 그것이 가지는 기능에 따라 "확산 장벽층", "전도성 플러그", "접착층", "절연층"이라 칭하는바, 이들 박막층의 존재로 말미암아 몇가지 심각한 문제점이 발생할 수 있다.

예를 들면, 고집적 DRAM 셀 소자나 비휘발성 강유전체 메모리 소자의 캐패시터의 하부 전극으로 백금 박막이 주로 사용된다. 그런데, DRAM 셀의 캐패시터의 하부 전극으로 백금 박막이 사용되고 그 캐패시터에 폴리실리콘과 같은 전도성 플러그층을 매개로 트랜지스터가 접속될 경우에는, 폴리실리콘과 백금 박막이 직접 접촉하므로 백금 박막 증착 과정이나 후속 열처리 과정 혹은 기타의 후공정중에 폴리실리콘과 백금 박막과의 경계면에 백금 실리사이드가 형성된다. 이러한 현상을 회피할 목적으로, 백금 박막과 폴리실리콘 사이에 TiN,Ti-Si-N, GaN과 같은 질화물 계열의 확산 장벽층을 형성하는 방법이 사용되고 있다.

그런데, 확산 장벽층을 형성하는 경우에도, 백금 박막의 증착 후의 후속 열처리 공정 또는 고유전성 산화물 박막의 증착 공정 중에 도입된 산소가 백금 박막의 입계(grain boundaries) 사이에 형성된 공극들을 통해 확산될 수 있다. 통상의 방법에 의해 형성된 백금 박막의 입자들은 연직 칼럼(vertical columnar) 구조를 가지고 있고, 그 칼럼 구조들 사이에 공극이 형성되기 때문에 전술된 과정 혹은 공정에서 도입된 산소가 백금 박막을 통해 확산 장벽층으로 쉽게 확산될 수 있다. 이렇게 확산된 산소는 확산 장벽층을 산화시켜 TiO₂, Ta₂O₅와 같은 절연 산화층을 형성하기 때문에, 백금 박막의 전극으로서의 기능이 저하되거나 혹은 소실될 수 있다. 특히, 확산 장벽층으로 TiN을 사용하는 경우에는 TiN표면에 TiO₂의 산화층이 형성되는 과정 중에 발생하는 질소 가스에 의해 백금 박막이 기판으로부터 부풀어 올라 떨어지는 이른바 "버클링(buckling) 현상"이 발생 하기도 한다.

DRAM 소자, 비휘발성 강유전체 메모리 소자, 또는 각종 센서 등에는 백금이 형성될 기판 또는 그 기판 상에 일차적으로 형성된 절연층과 백금 박막과의 부착력을 향상시키기 위해, 기판 또는 기판 상의 절연층과 백금 박막 사이에 Ti, Ta, TiN, TiW 또는 W 로 형성된 도전성 접착층이 개재된다. 그런데, 접착층을 형성한 후 강유전성 산화물 박막을 증착하는 과정에서, 백금 박막을 통하여 산소가 확산되어 접착층을 산화시키거나 접착층 재료가 백금 박막을 통하여 확산되어, 산화물 박막과 백금 박막 사이에 DRAM 셀에서와 같이 TiO₂, Ta₂O₅와 같은 절연 산화물층이 형성되며, 만일 TiN 이 사용되는 경우 TiN 이 TiO₂로 산화되면서 N₂가 발생되므로 버클링 현상도 발생된다. 따라서, DRAM 백금 박막을 통한 산소 확산 및 결과적인 산화에 의해, 셀 또는 비휘발성 강유전체 셀의 성능이 현저히 열화되는 문제가 발생한다.

당업계에서는 주지된 사실이지만, 하부 전극으로 이용되는 백금 박막이 (200) 우선 배향성을 갖는 경우 그 박막위에 형성되는 강유전성 산화물 박막은 한 측 방향으로 (예를 들면 c축) 배향되는 경향이 있다. 이와 같이 배향성이 제어되면, 전자 소자의 전기적 특성이 현저히 개선되는 한편, 이 소자의 피로 경향(fatigue tendency)은 극적으로 감소될 수 있다. 그러므로, 백금 박막의 배향성 조절은 매우 중요하다. 아울러, 스퍼터링을 이용한 통상적인 방법에 의해 형성된 백금 박막은 치밀하지 못해서 많은 핀홀, 기공 또는 힐락(hillocks)과 같은 결함을 가질 수 있는데, 이들 결함은 전자 소자의 성능적인 문제를 초래할 수 있다.

따라서, 기능성 중간막, 예컨대 확산 장벽층, 접착층, 절연층 및 도전성 플러그층의 산화를 방지할 수 있는 백금 박막 형성 방법이 요망되고 있다. 또한, 그러한 백금 박막의 배향성을 제어하고 결함이 없는 백금 박막을 형성하는 것도 요망된다.

본 발명의 목적은 DRAM 셀이나 비휘발성 메모리 셀 소자 구조에서, 캐패시터의 하부 전극으로 사용되는 백금 전극 하부에 형성되는 확산 장벽층 또는 접착층과 같은 도전층의 산화를 방지할 수 있고 배향성이 조절된 백금 박막의 형성 방법 및 그에 의해 형성된 백금 박막을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 백금 박막 하부에 형성되는 확산 장벽층 또는 접착층과 같은 기능성 중간막의 산화를 방지할 수 있는 백금 박막을 하부 전극으로서 이용하는 전자 소자의 제조 방법 및 그에 의해 형성된 전자 소자를 제공함에 있다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따라 제1 단계에서는 불활성 분위기에서, 그리고 그 후의 제2 단계에서는 산소 분위기에서 증착된 백금 박막을 구비한 전자 소자의 제조 단계를 보여주는 개략적인 단면도.

도 2a 내지 도 2c는 도 1a내지 도 1d의 방법의 변형예를 보여주는 개략적인 단면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 형성된 백금 박막을 구비한, 고집적 DRAM 소자와 비휘발성 메모리 소자의 모식도.

도 4는 본 발명에 따라 이용될 수 있는 예시적인 백금 박막 형성 장치의 개략도.

도 5a는 종래의 기술에 의해 형성된 백금 박막을 그리고 도 5b 및 도 5c는 종래의 기술 및 본 발명에 따라 형성된 백금 박막의 단면을 보여주는 전자 현미경 사진.

도 6a 및 도 6b는 종래의 기술에 따라 Ti/SiO₂/Si 상에 형성된 백금 박막의 미세 구조를 보여주는 표면 및 횡단면의 확대 사진.

도 7a 및 도 7b는 종래의 기술에 따라 TiN/폴리실리콘/Si위에 형성된 백금 박막의 미세 구조를 보여주는 표면 및 횡단면의 확대 사진.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따라 TiN/폴리실리콘/Si위에 형성된 백금 박막의 미세 구조를 보여주는 표면 및 횡단면의 확대 사진.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 제1 내지 제 4실시예에 따른 백금 박막의 X-레이 회절(XRD) 패턴 그래프.

본 발명은 한가지 실시예에 따라, 기판에 형성된 기능성 박막위에 백금 박막을 형성하는 방법을 제공하는데, 그 방법은 상기 기능성 중간막 위에 백금 박막을 두 단계에 걸쳐서 증착하되, 백금 박막의 제1 두께 부분은 불활성 가스 분위기에서, 그리고 제2 두께 부분은 불활성 가스와 함께 산소 및/또는 질소를 함유하는 분위기에서 증착하는 단계 및, 상기 분위기 가스가 포함된 백금 박막을 진공 분위기에서 열처리하여 상기 증착시 백금 박막에 포함된 산소 및/또는 질소를 제거하는 단계를 포함한다. "산소 및/또는 질소를 포함하는 분위기"라 함은 O₂, O₃, N₂, N₂O 및 그들의 혼합물중 적어도 한가지 이상을 포함하고 있는 분위기를 의미한다.

본 발명의 다른 한 실시예에 따르면, 기판을 제공하는 단계, 상기 기판 위에 기능성 중간막을 형성하는 단계, 상기 기능성 중간막위에 백금 박막을 두 단계에 걸쳐서 우선 백금 박막의 제1 두께 부분을 불활성 분위기하에서, 그리고 제2 두께 부분을 불활성 가스와 함께 산소 및/또는 질소를 함유하는 분위기중에서 증착하는 단계, 상기 백금 박막을 전공 분위기중에서 열처리하여 백금 박막의 상기 제2 두께 부분의 증착중에 도입된 산소 및/또는 질소를 제거하는 단계 및, 상기 백금 박막 위에 고유전 또는 강유전성 산화물 박막을 형성하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 백금 박막의 제1 두께 부분의 두께는 제2 두께 부분의 증착중에 기능성 중간막이 산화되는 것을 방지하기 위하여, 백금 박막의 전체 두께의 5 내지 50%인 것이 바람직하다.

특히, 도 1a 내지 1d 및 도 2a 내지 2c 와 관련하여 본 발명의 여러 가지 실시예들을 전반적으로 설명한다. 이들 실시예에 있어서, 본 발명은 기능성 중간막의 산화를 방지할 수 있는 백금 박막 형성 방법을 제공한다. 백금 박막은 우선 불활성 가스 분위기에서 부분적으로 증착되는데, 그 불활성 가스는 Ar, Ne, Kr 및 Xe 에서 선택된다. 본 발명은 전자 소자 제조 공정에 적용될 수 있다. 몇몇 실시예의 경우 백금 박막상에 강유전성 박막이 형성되어 그 백금 박막이, 예컨대 하부 전극으로서의 기능을 할 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서는, 백금 박막이 도포되는 전자 소자의 형태에 따라, 그 백금 박막과 기판 사이에 기능성 중간막(예를 들면, 절연층, 도전성 플러그층, 접착층 또는 확산 장벽층)이 백금 박막과 기판 사이에 마련될 수 있다. 기능성 박막으로 이용될 수 있는 여러 가지 재료에 대해서 아래에서 상세히 논의될 것인바, 그들 재료는 후술되는 실시예에 일반적으로 적용될 수 있다.

기판 재료는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 및 다이아몬드(C)와 같은 단일 성분 반도체 재료; GaAs, InP, SiGe 및 SiC 와 같은 화합물 반도체 재료; SrTiO₃, LaAlO₃, Al₂O₃, KBr, NaCl, MgO, ZrO₂, Si₃N₄, TiO₂, Ta₂O₅, AlN 등의 세라믹 단결정 또는 세라믹 다결정; Au, Ag, Al, Ir, Pt, Cu, Pd, Ru, W 와 같은 금속 및; BSG, PSG, BPSG, Si 등의 비정질/유리질 재료로 이루어지는 군에서 선택될 수 있다.

전술한 바와 같이, 절연층, 도전성 플러그층, 확산 장벽층 또는 접착층과 같은 기능성 중간막이 백금 박막과 기판 사이에 형성된다. 절연층 작용을 하는 기능성 중간막으로 이용될 수 있는 재료는 SiO₂, Si₃N₄, BPSG, MgO, CaO, CaF₂, Al₂O₃또는 B₂O₃를 포함한다. 도전성 플러그층으로 작용하는 기능성 중간막으로 사용되는 재료는 TiN, 지르코늄 질화물, 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 탄탈륨 카바이드, 탄탈륨 붕화물, 폴리실리콘, 게르마늄, W, Ta, Ti, TiW, 붕소 카바이드, Cu 등을 포함한다. 확산 장벽층으로서 작용하는 기능성 중간막에 이용되는 재료는, 3 성분계 비정질 재료(Ti-Si-N, Ta-B-N, Ti-B-N), 도전성 질화물(티타늄 알루미늄 질화물, Zr 질화물, Hf 질화물, Y 질화물, Se 질화물, La 질화물, 희토류 질화물, N 공핍 Al 질화물, 도핑된 Al 질화물, Mg 질화물, Ca 질화물, Sr 질화물, Ba 질화물, TiN, GaN, Ni 질화물, Ta 질화물, Co 질화물, W 질화물)등으로부터 선택될 수 있다. 접착층으로 이용되는 기능성 중간막의 재료는 TiN, W, Ta, Ti, Sn, Ru, In, Ir, Os, Rh 및 실리사이드 화합물(Ni 실리사이드, Co 실리사이드, W 실리사이드)를 포함한다.

몇몇 실시예에 따라, 본 발명은 또한 백금 박막의 증착후 그 백금 박막 상면에 고유전 또는 강유전 산화물 박막을 형성한다. 예컨대, 그 고유전 또는 강유전 산화물 박막으로 이용되는 재료는 BT(BaTiO₃), BST(Ba_(1-x)Sr_xTiO₃), ST(SrTiO₃), PT(PbTiO₃), PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), PLT(Pb_(1-x)La_xTiO₃), PLZT((Pb_(1-x)La_x)(Zr_yTi_z)_(1-x/4)O₃), PMN(PbMg_1/3Nb_2/3O₃), LiNbO₃, LiTaO₃, K(Ta, Nb)O₃, CaTiO₃, SrSnO₃, NaNbO₃, LaAlO₃, YAlO₃와 같은 페로브스카이트(perovskite) 구조의 재료, SrBiNbO₉, SrBi₂Ti₂O₉, SrBi₂Ta₂O₉, SrBi₂(Ta_xNb_(1-x))₂O₉, Bi₄Ti₃O₁₂와 같은 비스무스 층상(bismuth-layered) 페로브스카이트 구조의 산화물; Sr_(1-x)Ba_xNb₂O₆, (Sr,Ba)_0.8R_xNa_0.4Nb₂O₆(R;Cr, Zn, Y), (Pb,Ba)Nb₂O₆, (K,Sr)Nb₂O₆, (Pb,K)Nb₂O₆, (Pb₂KNb₅O₁₅, K₃Li₂Nb₅O₁₅, (K,Na)₃Li₂Nb₅O₁₅, K₂LiNb₅O₁₅와 같은 텡스텐-브론즈형 구조의 산화물; ReMnO₃(Re:희토류); BaMF₄(M;Mn, Co, Ni, Mg 또는 Zn) 및 KMgF₃가 있다.

본 발명에 따르면, 백금 박막은 DC/RF 마그네트론 스퍼터링, DC/RF 스퍼터링, 금속 유기 화학 증착법, 부분 이온화 비임 증착법, 진공 증착법, 레이저 증착법(laser ablation) 및 전기 도금법중 어느 하나를 이용하여 도포될 수 있다.

후술되겠지만, 본 발명에 의해 형성된 백금 박막은 2 가지의 중요한 특성을 갖는 것으로 판명되었다. 우선, 백금 박막은 과립형 결정립으로 이루어지는 치밀한 미세 구조를 갖는 것으로 판명되었다. 둘째로, 본 발명에 따라 형성된 백금 박막은, 핀홀 기공 및/또는 힐락을 가지고 있지 않다. 핀홀, 기공 및/또는 힐락을 갖지 않는 이와 같이 치밀한 백금 박막에 있어서는 산소가 그 백금 박막을 통해 기능성 중간막으로 쉽게 확산할 수 없는데, 그 이유는 종래의 칼럼 구조와는 달리 기능성 중간막까지 직접 도달하여 산소 등의 확산 경로로서의 역할을 하는 직선형의 입계면이나 공극이 형성되지 않기 때문이다. 투과전자 현미경 사진으로 관찰된 미세 구조는, 본 발명에 의해 형성된 백금 박막의 과립형 결정 구조(granular structure)에 의해 제공된 복잡한 입계 구조로 칼럼 구조가 아님을 보여주고 있다. 이러한 입자 구조로 말미암아, 본 발명에 의해 형성된 백금 박막은 기능성 중간막의 산화를 방지하는 산화 장벽으로서 작용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 백금 박막은, 그들의 크게 향상된 산소 차폐 기능으로 말미암아, 선행 기술의 백금 박막 증착 방법에 있어서 TiN 으로 형성된 기능성 중간막의 산화에 의해 발생된 질소 가스에 의해 초래되는 버클링 현상을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 백금 박막의 우선 배향성은 그 백금 박막의 제2 두께 부분을 증착할 때 사용되는 분위기층의 전체 가스에 대한 산소, 질소 및 그들의 혼합물의 분압비, 증착 단계중의 기판의 온도, 열처리 온도 및, 증착될 백금 박막의 전체 두께에 대한 백금 박막의 제1 두께 부분의 두께비중 한가지 이상을 변화시킴으로써 조절될 수 있는 것으로 확인되었다.

본 발명의 실시예에 따르면, 백금 박막 증착 공정은 백금 박막의 치수 및/또는 성질의 보다 정밀한 제어를 위하여 3회 이상의 분리된 단계로 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 백금 박막의 우선 배향성은 백금 박막의 제2 두께 부분(혹은 차후에 증착되는 부분)을 증착하는 분위기중의 전체 분위기 가스에 대한 산소, 질소 및/또는 그 혼합물의 분압비, 증착 공정중의 기판의 온도, 열처리 온도 및, 전체 백금 박막의 두께에 대한 제1 백금 박막 부분의 두께의 비중 어느 한 가지 이상의 인자에 의해 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 아래에 배치된 기능성 중간막의 산화를 방지할 수 있고, 조절된 배향성을 갖는 무결함의, 즉 핀홀, 기공 및/또는 힐락이 없는 백금 박막으로 이루어진 하부 전극을 구비하는 전자 소자를 제조하는 것이 가능하다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따라 기판(100)상에 증착된 백금 박막을 구비한 전자 소자 제조 단계를 보여준다. 도 1a에서, 기판(100) 상면에는 기능성 중간막(104)(예; 확산 장벽층, 절연층, 도전성 플러그층, 접착층)이 형성되고, 그 기능성 중간막 위에는 아르곤과 같은 불활성 분위기중에서 백금 박막층(108)이 제1 두께까지 증착된다. 전술한 바와같이, 불활성 분위기 가스는 Ne, Kr, Xe 등에서도 선택할 수 있다. 첫번째로 증착된 백금 박막층(108)은 "제 1두께의 백금 박막 부분" 또는 "백금 박막의 제 1두께 부분"이라 칭하기로 한다.

이어서, 백금 박막의 제1 두께 부분(108)상에는, 도 1b에 도시된 바와같이, 산소 성분을 함유하는 분위기중에서 다른 한층의 백금 박막층(112)이 제2두께까지 직접 증착될 수 있다. 이 백금층은 "제2 두께의 백금 박막 부분" 또는 "백금 박막의 제2 두께 부분"이라 칭하기로 한다.

제2 두께의 백금 박막 부분의 증착후, 그 백금 박막의 제 1 및 제 2 두께 부분은 약 400℃ 내지 700℃의 온도에서 진공 열처리되어 산소 성분이 제거된다. 이 공정의 결과, 제 1 및 제 2 두께의 백금 박막 부분들(108,112)은 실질적으로 산소 성분이 없는 백금층(116)으로 바뀐다. 명확을 가하기 위하여, 백금층(116)은 "열처리된 백금 박막"이라고도 칭해질 것이다. 전술한 바로부터 이해하겠지만, 백금 박막의 제 1 두께 부분(108)과 제 2 두께 부분(112)은 열처리되어 전자 소자의 하부 전극으로서 작용할 백금 박막(116)을 형성하게 된다.

캐패시터와 같은 전자 소자를 제조함에 있어서, 하부 전극으로 열처리된 백금 박막(116)이 형성된 후, 그 백금 박막(116) 상면에 고유전 또는 강유전성 산화물 박막(120)을 형성하고, 그 산화물 박막(120)위에 전자 소자의 상부 전극으로서 작용할, 바람직하게는 백금 박막으로 이루어진 도전성 박막을 증착할 수 있다.

하부 전극으로 작용하는 백금 박막(116)에 있어서, 제 1 두께 부분(108)은 제 2 두께의 백금 박막 부분(112)을 증착하는 동안 도입될 수 있는 산소가 그 제 1 두께 부분을 통해서 기능성 중간막으로 확산하는 것을 방지할 수 있을 정도의 두께로 증착될 수 있다. 이와 관련하여, 제 1 두께의 백금 박막 부분(108)은 기능성 중간막으로의 산소의 확산을 적절히 봉쇄할 두께, 예를들면 백금 박막(116)의 전체 두께의 5% 정도로 매우 얇게 증착될 수 있다.

한편, 열처리된 백금 박막(116)은 (200), (111), (220) 또는 혼합된 {(200), (111) 및/또는 (220)} 우선 배향성을 가질 수 있다. 후술된 실험 데이터로 알 수 있겠지만, 그 우선 배향성은 백금 박막의 제2 두께 부분 증착 분위기중의 전체 분위기 가스에 대한 산소, 질소 및/또는 그 혼합물의 분압비, 증착 공정중의 기판의 온도, 열처리 온도 및 백금 박막의 전체 두께에 대한 제1 두께의 백금 박막 부분의 두께 비중 어느 하나 이상의 인자를 바꿈으로써 조절될 수 있다. 열처리된 백금 박막의 우선 배향성 조절과 관련하여, 제1 두께 부분(108)의 두께가 전체 백금 박막(116)의 두께의 50%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 2a 내지 2c는 도 1a 내지 1d의 방법에 대한 변형된 방법을 도시하고 있다. 도 1a에서와 유사하게, 기판(100)위에는 기능성 중간막(104)(예: 확산 장벽층, 절연층, 도전성 플러그층, 접착층)이 형성되고, 그 기능성 중간막(104)위에는 아르곤과 같은 불활성 가스 분위기중에서 제1 두께의 백금 박막 부분(108)이 증착된다. 전술된 바와 같이, 불활성 가스는 Ne, Kr, Xe 등으로부터도 선택될 수 있다.

도 1a의 단계에 이어서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 불활성 가스와 질소 가스를 함유하는 분위기중에서, 상기 제1 두께의 백금 박막 부분(108)위에 곧바로 제2 두께의 백금 박막 부분(124)이 증착된다. 선택적으로는, 도 1a의 단계 후에 도 2b에 도시된 바와같이, 불활성 가스와, 질소와 산소 가스와의 혼합물을 함유하는 분위기중에서 제1 두께의 백금 박막 부분(108)위에 곧바로 제2 두께의 백금 박막 부분(128)이 도포될 수도 있다. 그후, 두 부분의 백금 박막들(도 2a의 경우는 백금 박막 부분(108) 및 (124), 도 2b의 경우는 백금 박막 부분(108) 및 (128))을 열처리하여 그들 박막 부분으로부터 질소 및/또는 산소를 제거한다. 도 1c의 경우와 유사하게, 도면부호 116은 여러가지 실시예에 있어서의 열처리 후의 질소 및/또는 산소가 없는 열처리된 백금 박막을 나타낸다.

열처리에 이어서, 열처리된 백금 박막(116)상에는, 즉, 하부 백금 전극의 상면에는 도 1d와 유사하게 고유전 또는 강유전성 박막이 도포된다. 다른 한 가지 실시예에 따르면, 도 2c에서 볼 수 있는 바와 같이, 기판(100)과 기능성 중간막(104)을 절연시키기 위하여 기능성 중간막(104)의 도포전에 기판(100)상에 절연층(132)을 도포해도 좋다. 절연층(132)은 SiO₂, Si₃N₄, BPSG, MgO, CaO, CaF₂, Al₂O₃, B₂O₃, BSG, PSG등과 같은 전연물중 어느 하나로 형성될 수 있다.

예시적인 집적회로 소자의 설명

도 3a는 본 발명에 의해 제조될 수 있는 고 유전성 박막을 이용한 캐패시터를 구비한 DRAM 셀과 같은 집적 회로 소자의 모식도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 것과 같이, 기판(400)의 DRAM 셀 영역에는 게이트 전극(gate electrode:402)과 소스/드레인 영역(source/drain region:404)을 구비한 트랜지스터(transistor)가 형성된다. 도핑되거나 도핑되지 않은 폴리실리콘(doped or undoped polysilicon)으로 제조될 수 있는 게이트 전극(402)에는 측벽 산화물층(sidewall oxide layer:406)이 씌워져 있으며, 필드 산화물(field oxide:408)이 트랜지스터들을 서로 고립시킨다. 이 DRAM셀에는 고유전률을 갖는 캐패시터도 형성되어 있다. 이 캐패시터는 상부 전극(410), 하부 전극(412) 그리고 상부 전극(410)과 하부 전극(412) 사이에 형성된 고유전률 재료(414)로 구성되어 있다. 또한, 이 캐패시터는 절연층(418)을 관통하는 폴리실리콘 플러그층(polysilicon plug layer: 420)으로 연결된 부분을 제외하고는 절연층(418)에 의해 고립되어 있다. 여기에서, 절연층(418)은 SiO₂나 BPSG 등의 재료로 구성될 수 있다. 하부전극(412)과 폴리실리콘 플러그층(420) 사이에 확산 장벽층(416)이 형성된다. 위에서 설명된 것처럼, 본 발명은 하부 전극(412) 및/또는 상부 전극(410)으로 사용되기 위해서 배향성이 조절된 백금 박막을 형성하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, DRAM 메모리 셀의 폴리실리콘 플러그층(420)과 백금 전극(412)사이에 실리사이드가 형성되는 것을 방지하기 위하여, 폴리실리콘으로 이루어진 도전성 플러그층(420)상에 형성되는 확산 장벽층(416)의 상면에는 도3a에 예시된 바와 같이 백금 하부 전극(412)이 형성될 수 있다.

도 3b는 본 발명에 의해 제조될 수 있는 강 유전성 박막을 이용한 불휘발성 강유전성 메모리 소자와 같은 집적 회로 소자의 모식도이다. 이 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 기판(500)의 셀 영역에는 게이트 전극(502)와 소스/드레인 영역(504)을 구비한 트랜지스터가 형성되며, 또한 본 소자에는 강유전성 재료를 이용한 캐패시터가 형성된다. 이 캐패시터는 상부 전극(514), 하부 전극(512) 그리고 상부 및 하부 전극(510, 512) 사이에 형성된 강유전성 재료(514)(예:PZT)로 구성된다. 하부 전극(512)과 기판(500) 위에 형성된 절연층(518) 사이에는 TiO₂등의 재료로 구성된 버퍼층(buffer layer:516)이 형성된다. 이상에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 하부 전극(512) 및/또는 상부 전극(510)으로 사용될 수 있는 배향성이 조절된 백금 박막을 형성하기 위하여 사용될 수 있다.

도 3a와 도 3b는본 발명의 실시예에 의해 제조될 수 있는 대표적인 예일 뿐이며, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 다른 소자들도 제조될 수 있다.

예시적인 기판 처리 장치의 설명

본 발명에 따르면, 백금 박막을 증착하기 위하여 DC/RF 마그네트론 스퍼터링, DC/RF 스퍼터링, 유기금속화학증착법, 진공 증착법, 레이저 증착법, 부분 이온화 비임 증착법, 전기 도금법등의 증착법 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따라 사용될 수 있는 DC 스퍼터링 장치(600)와 같은 예시적인 기판 처리 장치를 설명하는 모식도이다. 본 도면에서 백금 타겟(602)은 100-200W의 DC 전원(606)의 음극 쪽에 연결되어 있는데, RF 스퍼터링 장치에서는 타겟(602)은 RF 전원에 연결되게 되며, 타겟(602)에 대향하고 있는 기판 홀더(substrate holder: 604)는 접지되고 기판 홀더(604) 하부에 장치된 가열 장치에 의해 가열될 수 있다. 본 실시예에서, 직경 2인치, 4인치, 6인치 기판에 대해 각각 직경 2인치, 4인치, 6인치 백금 타겟(602)이 사용될 수 있다. 또한 본 실시예에서 아르곤과 같은 불활성 가스는 아르곤 공급원(612)으로부터 가스 공급 라인(608)을 통해 공급되는데, 이때 공급되는 가스 양은 질량 유량 조절기(mass flow controller:610)에 의해 조절된다. 앞에서 언급된 바와 같이, 불활성 가스는 Ar, Ne, Kr 혹은 Xe 중에서 선택될 수 있다. 질소 가스 역시 질소 가스 공급원(614)으로부터 가스 라인(608)을 통해 공급되는데, 이 때 공급되는 가스량은 질량 유량 조절기(616)에 의해 조절된다. 본 실시예에서, 불활성 가스 공급원(612)과 질소 가스 공급원(614)에 조절 밸브(618)가 사용된다. 본 실시예에서 최초 진공은 10^-6Torr로 유지되고, 배기 밸브(exhaust valve;624)에 의해 방전이 시작되고 유지되도록 조절된다.

불꽃 방전이 시작되면, 양이온이 타겟(602)을 때리게 되는데, 이 때 타겟(602)으로 부터 백금 원자들이 튀어나오게 된다. 그 후 슬라이딩 셔터(sliding shutter:620)를 제거하여 기판 홀더(604)를 노출시키면 기판 홀더(604) 위에 장착된 기판(622) 상에 백금 박막이 증착되어 백금 박막을 형성하게 된다. 본 실시예에서 타겟(602)과 기판 홀더(604)는 약 30°만큼 서로 기울어져 있다. 본 실시예에서 증착중에 기판 홀더(604)는 기판(622) 위에 균일한 백금 박막을 증착시키기 위하여 3rpm의 회전수로 회전된다. 증착전에, 기판(622)은 기판 홀더(604)가 장치되어 있는 반응실(main chamber)과 연결되어 있는 로드 록 챔버(load lock chamber; 본 도면상에는 나타내지 않았음)를 통해 자석 막대에 의해 본 시스템(600) 안으로 넣어진다. 본 시스템(600)의 반응실 내의 총 가스 압력은 진공 장치(도에는 나타나지 않음)에 연결되어 있는 배기 밸브(624)에 의해 지정된 값으로 조절된다. 또한 배기 밸브(624)는 본 시스템(600)으로 부터 배기되는 배기량을 조절한다. 본 실시예의 증착 장비(600)에는 실리콘 기판(622)위에 배향성이 조절된 백금 박막을 증착하기 위하여 아무런 보조 전극을 사용하지 않는다는 것을 주목하여야 한다. 경우에 따라서는, DC/RF 마그네트론 스퍼터링을 위하여 마그네트론 건(magnetron gun)을 사용할 수 있다.

예시적인 산화 방지 백금 증착 공정의 설명

바람직한 실시예에 있어서 아르곤과 같은 불활성 가스 및, 산소 및/또는 질소 증착 분위기를 이용한 본 발명에 따른 산화 방지 백금 박막 증착 공정 조건에 대하여 설명한다. 한가지 실시예에 있어서, 산화 방지 특성을 갖는 백금 박막은 두 단계로 증착될 수 있는 바, 즉 (i) 아르곤과 같은 불활성 가스 분위기중에서 백금 박막의 제 1 두께 부분을 증착하고, (ii) 산소 및/또는 질소와 혼합된 불활성 가스 분위기에서 백금 박막의 제2 두께 부분을 증착한다. 그후, 백금 박막의 제1 및 제2 두께 부분을 진공실 속에서 열처리하여, 그 백금 박막 아래에 형성된 기능성 중간막이 열처리중에 산화하는 것을 방지한다. 진공 분위기에서의 열처리후, 백금 박막은, 심지어 산화 분위기중의 적어도 약 650℃까지의 높은 온도에서도 그 백금 박막 아래에 있어서 기능성 중간막에 대한 산화 방지 장벽층으로서의 역활을 할 수 있을 만큼 충분히 치밀해 진다.

본 발명의 방법에 따라 형성된 백금 박막은 어떤 기공이나 힐락도 없는 치밀한 미세 구조를 가지고 있기 때문에, 산소 가스가 백금 박막을 통해서 기능성 중간막으로 확산할 수 없다. 그러므로, 기능성 중간막의 산화를 방지할 수 있다. 더욱이, 기능성 중간막이 TiN으로 형성된다 하더라도, TiN 박막이 산화될때 발생될 수 있는 질소 가스가 전혀 발생하지 않기 때문에 버클링 현상도 초래되지 않는다. 아무런 산화 절연막이 형성되지 않는다는 사실은 그 백금 박막을 합체하고 있는 전자 소자를 전자 현미경을 이용하여 관찰하거나 혹은 백금 박막의 접촉 저항을 측정함으로써 입증될 수 있다.

또한, 백금 박막의 제2 두께를 부분 증착시 사용된 분위기의 전체 가스 압력에 대한 산소, 질소 및/또는 그 혼합물의 분압비, 백금 증착 공정중의 기판의 온도 및 열처리 온도중 어느 한가지 이상을 바꿈으로써 백금 박막의 배향성{(111),(200), 및/또는(220)}을 쉽게 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 나아가, 우선 배향성은 백금 박막의 전체 두께에 대한 제1 두께 부분의 두께 비를 바꾸어도 우선 배향성이 바뀔 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 산화 방지 백금 박막 형성을 위한 바람직한 조건은, 백금 박막의 전체 두께에 대한 제1 두께 부분의 비가 약 5% 내지 50%이고, 증착중의 기판의 온도가 500℃ 이하, 보다 바람직하게는 실온에서 약 500℃ 사이이며, 제2 두께 부분의 증착중의 전체 압력에 대한 산소, 질소 및/또는 그 혼합물의 분압비가 약 3% 내지 약 30% 이며, 진공 분위기중의 열처리 온도가 700℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 250℃ 내지 700℃이다.

전술한 공정 변수들이 보편적인 것은 아니며, 박막의 몇가지 특성을 얻기 위한 몇가지 변수값은 사용된 특정의 기판 처리 장치에 따라 변동할 수 있다. 예를 들면, 이들 변수는 증착 반응실의 기하학적 인자, 타겟과 기판간의 거리 및 다른 성질, 가령 마그네트로 스퍼터링 장치가 사용되는 경우 마그네트론 건의 자계 강도에 따라 다를 수 있다. 아울러, 불활성 가스와 질소 및/또는 산소 가스에 이용되는 압력 게이지가 유사하게 검교정되어 있는지, 예컨대 주어진 가스 압력에 대해 같은 값을 나타내는 지를 측정하기가 어려울 수 있기 때문에, 전체 가스 압력 값은 절대적이지 않다.

실험 결과

이하, 수행된 실험 과정 및 조건을 설명하는 몇가지 실례 및 선행 기술의 방법으로 얻어진 결과를 참고로 본 발명의 장점 및 효과를 상세히 설명한다.

예 1

실리콘 웨이퍼 위에 폴리실리콘을 형성한 후, 그 위에 확산 장벽층으로 TiN을 형성하고 백금 박막을 다음의 방법 및 조건으로 2단계로 2000Å로 증착하였다.

°증착 방법: DC 마그네트론 스퍼터링법

°기초 진공압력: 1×10^-6Torr

°웨이퍼 회전 속도:3.5rpm

°제1 증착단계

- 증착 분위기: Ar

- 기판 온도: 300℃

- 제1 증착 두께: 600Å(600/2000×100%=전체 백금 두께의 30%)

°제2 증착 단계

- 증착 분위기:Ar + O₂(O₂의 분압비:6%)

- 기판 온도:300℃

- 증착 두께: 1400Å(1400/2000×100%= 전체 백금 두께의 70%)

°열처리 조건:5×10^-6Torr 진공, 600℃에서 1시간

예 2

제2 단계 증착에서 O₂의 분압비를 10%로 상승시킨 것과 제1 단계의 증착 두께는 150Å(150/2000×100%=7.5%), 제2 단계의 증착 두께가 1850Å(1850/2000×100%=92.5%)인 것을 제외하고 예 1과 다른 조건은 동일하다.

예 3

제2 단계 증착에서 O₂의 분압비를 14%로 상승시킨 것을 제외하고 예 1과 다른 조건은 동일하다.

예 4

산소 대신 질소를 사용하고 질소의 분압비가 6%인 것을 제외하고 예 1과 다른 조건은 동일하다.

예 5

열처리 조건이 500℃로 변경된 것을 제외하고 예 4의 조건과 동일하다.

예 6

제2 단계 증착에서 산소 대신 산소와 질소 혼합 성분을 사용하고 이들의 분압비가 6% (N₂:3%, O₂:3%)인 것을 제외하고 예 1의 조건과 동일하다.

예 7

실리콘 웨이퍼 표면에 절연층으로 SiO₂를 형성하고, 접착층으로서 TiN을 형성한 후, 백금 박막을 2단계로 2000Å로 증착하였다. 증착 방법, 기초 진공 압력, 웨이퍼 회전 속도는 예 1과 동일하다.

°1단계

- 증착 분위기: Ar

- 기판 온도: 200℃

- 제1 증착 두께: 150Å(150/2000×100%= 전체 백금 두께의 7.5%)

°제2 단계

- 증착 분위기:Ar + O₂(O₂의 분압비:10%)

- 기판 온도:300℃

- 제2 증착 두께:1850Å(1850/2000×100%= 전체 백금 두께의 92.5%)

°열처리 조건:5×10^-6Torr, 650℃에서 1시간

예 8

아래의 조건을 제외하고는 예 1과 모든 조건이 동일하다. 증착 조건은 다음과 같다.

° 증착 방법 : DC/RF 마그네트론 스퍼터링

°기초 진공 압력 : 1×10^-6Torr

°웨이퍼 회전 속도 : 3.5rpm

- 제1 단계

- 분위기 : Ar

- 기판온도 : 200℃

- 제1 증착 두께 : 400Å (400/2000×100%= 전체 백금 두께의 20 %)

°제2단계

- 분위기 : Ar + O₂

- 기판온도 : 200℃

- 두께 : 1600Å (1600/2000×100%= 전체 백금 두께의 80 %)

°열처리 조건 : 5×10^-6Torr, 600℃에서 1 시간

도 5a와, 도 5b 및 도5c는 종래의 방법 및 본 발명의 예 2에 따라 형성된 백금 박막의 투과 전자 현미경 사진으로서, 특히 백금 박막과 TiN층 사이에 TiO₂층의 형성 유무를 보여주는 투과 전자 현미경 사진이다. 도 5a에서는 TiN층 상면에 TiO₂층이 나타난 반면, 도 5b의 TiN층 위에 어떤 산화 절연층도 없이 바로 백금 박막이 형성되어 있다. 도 5c는 TiN층 위에 형성된 백금 박막이 치밀한 결정립 구조를 가지고 있음을 보여주고 있다. 예 2 이외의 나머지의 예에서 얻어진 백금 박막의 단면에 대한 전자 현미경 사진을 제시하지는 않았자만, 예 2의 것과 같은 결과를 보여주었다.

도 6a와 도 6b는 Ti/SiO₂/Si 기판 위에 종래의 기술에 의해 백금 박막을 형성하여 상업적으로 판매되고 있는 것을 공기중에서 600℃의 온도로 1시간 동안 열처리한 후에 표면 및 단면을 촬영한 전자 현미경 사진이다. 도 6a에서는 직경 0. 3㎛의 하얀 반점들이 넓게 분포 되어 있고, 도 6b의 단면도에서는 필름의 표면이 돌출되어 있음을 볼 수 있다. 이들 반점 및 돌출부들은 힐락이라 불린다. 힐락은 금속 박막이 가열될 때 발생하는 압축응력에 의한 것으로 알려져 있다. 힐락의 직경은 0.1 내지 0.4㎛ 범위로서 이러한 힐락에 의하여 전자소자에서 산화 절연막을 매개로 한 상하부 전극 사이의 전기적 단락 현상이 발생하는 것으로 보고되고 있다.

도 7a와 도 7b는 TiN/폴리실리콘/Si 기판 위에 종래의 기술에 의해 백금 박막을 형성하여 산소와 질소의 혼합 가스 분위기에서 600 ℃, 1시간 후열처리한 후에 백금 박막의 평면과 단면을 촬영한 전자 현미경 사진이다. 도 7a에서는 많은 반구형의 돌출 부위와 직경 0.1 내지 0.4㎛의 불규칙한 형상의 검은 점 들을 볼 수 있다. 이 검은 점들은 인장 응력에 의해 형성된 핀홀(pinholes)들이다. 단면 사진인 도 7b에서는 반구형의 돌출 부위가 백금박막과 TiN 박막으로 구성되고, 이들 박막 층들이 기판에서 분리된 것을 볼 수 있다. 이는 버클링 현상이 발생하였음을 나타낸다. 버클링 현상은 백금 박막 아래의 TiN 박막의 산화중에 생성된 질소 가스에 의하여 형성되는 것으로 알려져 있다.

도 8a 와 8b 및 도 8c는 전술한 예 2에서 얻어진 백금 박막의 평면 및 단면의 전자 현미경 사진이다. 백금 박막은 스퍼터링에 의해 TiN/폴리실리콘/Si기판상에 증착된 후 진공 분위기 하에서 600℃로 1시간 동안 열처리 하고 다시 공기중에서 650℃로 30분간 열처리되었다. 도 8a에서, 백금 박막이 비교적 큰 결정립으로 이루어져 있으며 핀홀 및 힐락과 같은 돌출부가 없고, 버클링 현상도 없음을 발견할 수 있다. 도 8a 보다 더 큰 배율의 확대 사진인 도 8b에서, 과립형의 결정립를 볼 수 있으며, 아무런 핀홀도 보이지 않는다. 도 8c 의 단면 사진에서, 백금 박막의 표면이 매끄럽고 깨끗하며, 그 백금 박막에는 힐록이나 버클링에 의한 돌출부분이 없음을 볼 수 있다. 이러한 관찰로, 본 발명에 따른 백금 박막은 치밀하고, 기공, 핀홀, 힐록 및 버클링과 같은 결함이 없다는 결론을 내릴 수 있다. 물론, 전술한 다른 예들에서 얻어진 박막들도, 비록 중복을 피하기 위하여 현미경 사진을 여기에 제시하지 않았지만, 동일한 결과를 나타냈음을 주지해야 한다.

도9a 내지 도9b 는 전술한 예 1 내지 예 4 에서 얻어진 백금 박막의 XRD 패턴으로서, 백금 박막이 각기 (111) 우선 배향성, (200) 우선 배향성, (111)과 (200)의 혼합된 배향성 및, (111) 배향성을 가짐을 보여준다. 비록 예 5 의 XRD 패턴은 도시되지 않았지만, 예 5 에서 얻어진 백금 박막은(111) 우선 배향성을 가졌다. 도9a 내지 9d는 2θ(도)에 관한 임의 단위(a.u)의 XRD강도를 보여주며, 특정 평면으로 배향된 백금 박막 결정립을 조사하기 위하여 X-레이 회절계의 CuK_α방사를 이용하여 수행된 백금 박막의 전형적인 θ-2θ 스캔(scans)이다. 그러므로, 산소, 질소 및/또는 그 혼합물의 분압비, 기판의 용도, 후처리(열처리)조건 및, 백금 박막의 전체 두께에 대한 첫번째로 증착된 부분의 두께비중 한가지 이상을 바꾸면 백금 박막의 우선 배향성이 조절될 수 있다는 결론이 난다.

본 발명에 따른 백금 박막이 DRAM 셀에 이용될 수 있는 폴리실리콘 플러그층 및 비휘발성 메모리셀에 채용될 수 있는 접착층과 같은 기능성 중간막이 위에 캐패시터용 하부 전극으로 도포되는 경우, 그 기능성 중간막의 산화가 방지되 수 있다. 심지어, TiN이 확산 장벽층 또는 접착층으로 이용되더라도, 백금 박막 하부 전극상에 고유전성 산화물 박막을 도포하는 것을 포함한 후처리 공정중에 TiN층이 산화되지 않아서 N₂가스가 발생하지 않기 때문에 버클링 현상이 전혀 발생하지 않음은 명백하다.

또한, 본 발명에 따라 얻어진 백금 박막에는 아무런 기공이나, 힐락, 혹은 핀홀도 발생하지 않으며, 백금 박막의 우선 배향성이 조절될 수 있기 때문에, 산화 방지 작용을 하는 이러한 백금 박막을 그 백금 박막이 하부 전극으로 채용될 전자 소자의 특성에 맞출 수 있다.

전술한 설명은 예시적인 것이지 한정적인 것이 아님을 이해해야 한다. 당업자에게는, 전술한 설명을 읽으면 많은 실시예들이 명백해질 것이다. 예컨대, 본 발명은 2단계로 형성된 백금 박막의 예들에 대한 특별한 실험과 관련하여 주로 설명되었으나, 이들 백금 박막은 2단계 이상의 단계로 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 백금 박막의 제 2 두께 부분은 2 이상의 분리된 공정으로서 형성될 수 있다.

나아가, 본 발명은 기능성 중간막의 형태에 의해 한정되지 않으며, 백금 박막이 2 이상의 공정으로 증착되고 제1 두께 부분이 불활성 가스 분위기에서 증착된 후 산소 및/또는 질소를 함유하는 분위기에서 제2 두께 부분이 증착된데 이어 열처리 공정이 수행된다면, 그러한 모든 변형례를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 백금 박막 증착후 수행되는 열처리 공정은, 그 위치에서 수행되거나 혹은 증착실과 다른 반응실에서 수행되어도 좋다. 당업자라면, 본 발명의 청구범위내에서 배향성이 조절된 백금 박막을 증착하는 다른 균등 또는 변형 방법을 인식하게 될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명을 기준으로 할것이 아니라 첨부된 특허 청구 범위 및 그 청구범위의 사상이 실재하는 모든 균등물이 범위를 기준으로 결정되어야 한다.

Claims (45)

1. 고집적 DRAM 및 비휘발성 메모리(FRAM) 소자의 캐패시터용 하부 전극으로 백금 전극을 형성하는 방법에 있어서,

   기판을 제공하는 단계,

   기판 위에 기능성 중간막을 형성하는 단계,

   상기 기능성 중간막 위에 백금을 2단계로 증착하되, 불활성 가스 분위기에서 제1 두께 부분을 우선 증착하고, 불활성 가스와 함께 산소, 오존, 질소,N2O 중 어느 하나 이상을 포함하고 있는 질소 및/또는 산소 함유 분위기에서 제2 두께 부분을 증착하는 것으로 이루어지는 백금 박막 증착 단계 및,

   상기 백금 박막을 진공 열처리하여 상기 제2두께 부분 증착시 백금 박막에 포함된 질소 및/또는 산소를 제거하는 단계를 포함하며,

   상기 백금 박막은 상기 열처리후에 조절된 우선 배향성을 갖는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 기능성 중간막은 확산 장벽층, 도전성 플러그층, 접착층 및 절연층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 도전성 플러그층으로서, TiN, 지르코늄 질화물, 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브데늄 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 탄탈륨 카바이드, 탄탈륨 붕화물, 폴리실리콘, 게르마늄, W, Ta, Ti, Mo, TiW, 붕소 카바이드, Cu 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 확산 장벽층으로서, 삼성분계의 비정질(Ti-Si-N, Ta-B-N, Ti-B-N) 및, 전도성 질화물(티타늄 알루미늄 질화물, Zr 질화물, Hf 질화물, Y 질화물, Se 질화물, La 질화물, 희토류 질화물, N 공핍 Al 질화물, 도핑된 Al 질화물, Mg 질화물, Ca 질화물, Sr 질화물, Ba 질화물, TiN, GaN, Ni 질화물, Ta 질화물, Co 질화물, W 질화물) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 접착층으로서, TiN, W, Ta, Ti, Sn, Ru, In,Ir, Os, Rh 및, 실리사이드 화합물(Ni 실리사이드, Co 실리사이드, W 실리사이드) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 백금 박막의 제1 두께 부분은 상기 백금 박막의 제2 두께 부분 증착중에 증착 분위기에 포함된 산소 성분이 확산되는 것을 막을 수 있는 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1두께 부분의 두께는 상기 제1 두께 부분과 상기 제2 두께 부분의 두께를 합한 전체 두께의 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 백금 박막의 우선 배향성은 백금박막의 제2 두께 부분 증착시 사용되는 전체 분위기 가스에 대한 산소, 질소 및 그 혼합물의 분압비, 증착시의 기판 온도, 열처리 온도, 전체 백금박막 두께에 대한 제1 두께 부분의 두께 비중 하나 이상을 바꿈으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스가 Ar, Ne, Kr, Xe 중 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
10. 제1항에 있어서, 증착시의 기판 온도는 500℃ 이하인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
11. 제1항에 있어서, 열처리 온도는 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 백금 박막의 증착 방법은 DC/RF 스퍼터링, DC/RF 마그네트론 스퍼터링,유기금속화학증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 진공 증착법(Vacuum evaporation), 레이저 증착법(laser ablation), 부분 이온화 비임 증착법(Partially ionized beam deposition), 전기 도금법(electroplating)으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘(Si),게르마늄(Ge), 다이아몬드(C) ; 갈륨알시나이드(GaAs), 인듐 포스파이드(InP), 실리콘 게르마늄(Si/Ge), 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 화합물; 세라믹 단결정(SrTiO₃, LaAlO₃, Al₂O₃, MgO, KBr, NaCl, ZrO₂, Si₃N₄, TiO_2,Ta₂O₅, AlN) 혹은 이들의 세라믹 다결정; 금속(Au, Ag, Al, Ir, Pt, Cu, Pd, Ru, W) 및; 비정질/유리질 재료(BSG, PSG, BPSG, Si)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
14. 제1항에 있어서, 백금 박막 상면에 고유전성 또는 강유전성 박막을 형성하는 단계를 또한 포함하며, 우선 배향성이 조절된 상기 백금 박막은 기능성 중간막의 산화를 방지하는 것을 특징으로 하는 백금 박막 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 기능성 중간막은 확산 장벽층 도전성 플러그층, 접착층, 절연층중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 도전성 플러그층으로서, TiN, 지르코늄 질화물, 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브데늄 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 탄탈륨 카바이드, 탄탈륨 붕화물, 폴리실리콘, 게르마늄, W, Ta, Ti, Mo, TiW, 붕소 카바이드, Cu 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 확산 장벽층으로서, 삼성분계의 비정질 재료(Ti-Si-N, Ta-B-N, Ti-B-N) 및, 전도성 질화물(티타늄 알루미늄 질화물, Zr 질화물, Hf 질화물, Y 질화물, Se 질화물, La 질화물, 희토류 질화물, N 공핍 Al 질화물, 도핑된 Al 질화물, Mg 질화물, Ca 질화물, Sr 질화물, Ba 질화물, TiN, GaN, Ni 질화물, Ta 질화물, Co 질화물, W 질화물) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 접착층으로서, TiN, W, Ta, Ti, Sn, Ru, In,Ir, Os, Rh 및, 실리사이드 화합물(Ni 실리사이드, Co 실리사이드, W 실리사이드) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
19. 제14항에 있어서, 상기 백금 박막의 제1 두께 부분은 상기 백금 박막의 제2 두께 부분 증착중에 증착 분위기에 포함된 산소 성분이 확산되는 것을 막을 수 있는 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 제1 두께 부분의 두께는 상기 제1 두께 부분과 상기 제2 두께 부분의 두께를 합한 전체 두께의 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
21. 제14항에 있어서, 상기 백금 박막의 우선 배향성은 백금 박막의 제2 두께 부분 증착시 사용되는 전체 분위기 가스에 대한 산소, 질소 및 그 혼합물의 분압비, 증착시의 기판 온도, 열처리 온도, 전체 백금 박막 두께에 대한 제1 두께 부분의 두께 비중 하나 이상을 바꿈으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
22. 제14항에 있어서, 상기 불활성 가스가 Ar, Ne, Kr, Xe 중 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
23. 제14항에 있어서, 증착 시의 기판 온도는 500℃ 이하인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
24. 제14항에 있어서, 열처리 온도는 700℃이하인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
25. 제14항에 있어, 상기 백금 박막의 증착 방법은 DC/RF 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 유기금속화학증착법, 진공 증착법, 레이저 증착법, 부분 이온화 비임 증착법, 전기 도금법으로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백금 박막의 제조 방법.
26. 제14항에 있어서, 상기 기판은 실리콘(Si),게르마늄(Ge), 다이아몬드(C) ; 갈륨알시나이드(GaAs), 인듐 포스파이드(InP), 실리콘 게르마늄(Si/Ge), 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 화합물; 세라믹 단결정(SrTiO₃, LaAlO₃, Al₂O₃, MgO, KBr, NaCl, ZrO₂, Si₃N₄, TiO_2,Ta₂O₅, AlN) 혹은 이들의 세라믹 다결정; 금속(Au, Ag, Al, Ir, Pt, Cu, Pd, Ru, W) 및; 비정질/유리질 재료(BSG, PSG, BPSG, Si)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
27. 제14항에 있어서, 기능성 중간막과 기판 사이에 절연층이 형성되며, 그 절연층은 SiO₂, Si₃N₄, BPSG, MgO, CaO, CaF₂, Al₂O₃, B₂O₃, BSG, PSG 및 기타 유전체로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
28. 제14항에 있어서, 고유전 혹은 강유전성 박막은 페로브스카이트 구조 산화물{BT(BaTiO₃), BST(Ba_(1-x)Sr_xTiO₃), ST(SrTiO₃), PT(PbTiO₃), PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), PLT(Pb_(1-x)La_xTiO₃), PLZT(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yTi_z)_(1-x/4)O₃), PMN(PbMg_1/3Nb_2/3O₃), LiNbO₃, LiTaO₃, KNbO₃, K(Ta, Nb)O₃, CaTiO₃, SrSnO₃, NaNbO₃, LaAlO₃, YAlO₃}, 비스무스 층상 페로브스카이트 구조 산화물 {SrBi₂Nb₂O₉, SrBi₂Ti₂O₉, SrBi₂Ta₂O₉, SrBi₂(Ta_xNb_(1-x))₂O₉, Bi₄Ti₃O₁₂}, 텅스텐-브론즈형 구조 산화물 {Sr_(1-x)Ba_xNb₂O₆, (Sr,Ba)_0.8R_xNa_0.4Nb₂O₆(R; Cr, Zn, Y), (Pb,Ba)Nb₂O₆, (K,Sr)Nb₂O₆, (Pb,K)Nb₂O₆, Pb₂KNb₅O₁₅, K₃Li₂Nb₅O₁₅, (K,Na)₃Li₂Nb₅O₁₅, K₂BiNb₅O₁₅}, ReMnO₃(Re는 희토류 원소), BaMF₄(M은 Mn, Co, Ni, Mg, Zn) 및 KMgF₃등으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
29. 기능성 중간막과 배향성이 조절되어 있고 치밀한 과립형 입자 구조를 갖는 백금 박막 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
30. 제29항에 있어서, 상기 백금 박막 위에는 고유전성 혹은 강유전성 박막이 형성되고, 그 고유전성 혹은 강유전성 박막은 대부분 하나의 결정학적 방향으로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
31. 제29항에 있어서, 기능성 중간막과 기판사이에 절연층을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
32. 제29항에 있어서, 기능성 중간막은 확산 장벽층, 도전성 플러그층, 접착층 및 절연층 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
33. 제32항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 도전성 플러그층으로서, TiN, 지르코늄 질화물, 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브데늄 실리사이드, 니켈 실리사이드, 코발트 실리사이드, 탄탈륨 카바이드, 탄탈륨 붕화물, 폴리실리콘, 게르마늄, W, Ta, Ti, Mo, TiW, 붕소 카바이드, Cu 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
34. 제32항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 확산 장벽층으로서, 삼성분계의 비정질 재료(Ti-Si-N, Ta-B-N, Ti-B-N) 및, 전도성 질화물(티타늄 알루미늄 질화물, Zr 질화물, Hf 질화물, Y 질화물, Se 질화물, La 질화물, 희토류 질화물, N 공핍 Al 질화물, 도핑된 Al 질화물, Mg 질화물, Ca 질화물, Sr 질화물, Ba 질화물, TiN, GaN, Ni 질화물, Ta 질화물, Co 질화물, W 질화물) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
35. 제32항에 있어서, 상기 기능성 중간막은 접착층으로서, TiN, W, Ta, Ti, Sn, Ru, In,Ir, Os, Rh 및, 실리사이드 화합물(Ni 실리사이드, Co 실리사이드, W 실리사이드) 등으로 구성된 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
36. 제29항에 있어서, 상기 백금 박막의 제1 두께 부분은 상기 백금 박막의 제2두께 부분 증착중의 증착 분위기에 포함된 산소 성분이 확산되는 것을 막을 수 있는 두께로 증착되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
37. 제36항에 있어서, 상기 제1 두께 부분의 두께는 상기 제1 두께 부분과 상기 제2 두께 부분의 두께를 합한 전체 두께의 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
38. 제29항에 있어서, 상기 백금 박막의 우선 배향성은 백금 박막의 제2 두께 부분 증착시 사용되는 전체 분위기 가스에 대한 산소, 질소 및 그 혼합물의 분압비, 증착시의 기판 온도, 열처리 온도, 전체 백금박막 두께에 대한 제1 두께 부분의 두께 비중 하나 이상을 바꿈으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
39. 제29항에 있어서, 상기 불활성 가스가 Ar, Ne, Kr, Xe 중 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
40. 제29항에 있어서, 증착 시의 기판온도는 500℃ 이하인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
41. 제29항에 있어서, 열처리 온도는 700℃ 이하인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
42. 제29항에 있어서, 상기 백금 박막은 DC/RF 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링, 유기금속화학증착법, 진공 증착법, 레이저 증착법, 부분 이온화 비임 증착법, 전기 도금법중 어느 한가지 방법에 의해 증착되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
43. 제29항에 있어서, 상기 기판은 실리콘(Si),게르마늄(Ge), 다이아몬드(C)와 같은 단일 성분 반도체 재료 ; 갈륨알시나이드(GaAs), 인듐 포스파이드(InP), 실리콘 게르마늄(Si/Ge), 실리콘 카바이드(SiC)와 같은 화합물; 세라믹 단결정(SrTiO₃, LaAlO₃, Al₂O₃, MgO, KBr, NaCl, ZrO2, Si₃N₄, TiO₂Ta₂O₅, AlN) 혹은 이들의 세라믹 다결정; 금속(Au, Ag, Al, Ir, Pt, Cu, Pd, Ru, W); 비정질/유리질 재료(BSG, PSG, BPSG, Si)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
44. 제29항에 있어서, 기능성 중간막과 기판 사이에 절연층이 형성되며, 그 절연층은 SiO₂, Si₃N₄, BPSG, MgO, CaO, CaF₂, Al₂O₃, B₂O₃, BSG, PSG 및 기타 유전체로 구성되는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 백금 박막 형성 방법.
45. 제29항에 있어서, 고유전 혹은 강유전성 박막은 페로브스카이트 구조 산화물{BT(BaTiO₃), BST(Ba_(1-x)Sr_xTiO₃), ST(SrTiO₃), PT(PbTiO₃), PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), PLT(Pb_(1-x)La_xTiO₃), PLZT(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yTi_z)_(1-x/4)O₃), PMN(PbMg_1/3Nb_2/3O₃), LiNbO₃, LiTaO₃, KNbO₃, K(Ta, Nb)O₃, CaTiO₃, SrSnO₃, NaNbO₃, LaAlO₃, YAlO₃}, 비스무스 층상 페로브스카이트 구조 산화물 {SrBi₂Nb₂O₉, SrBi₂Ti₂O₉, SrBi₂Ta₂O₉, SrBi₂(Ta_xNb_(1-x))₂O₉, Bi₄Ti₃O₁₂}, 텅스텐-브론즈형 구조 산화물 {Sr_(1-x)Ba_xNb₂O₆, (Sr,Ba)_0.8R_xNa_0.4Nb₂O₆(R; Cr, Zn, Y), (Pb,Ba)Nb₂O₆, (K,Sr)Nb₂O₆, (Pb,K)Nb₂O₆, Pb₂KNb₅O₁₅, K₃Li₂Nb₅O₁₅, (K,Na)₃Li₂Nb₅O₁₅, K₂BiNb₅O₁₅)}, ReMnO₃(Re는 희토류 원소), BaMF₄(M은 Mn, Co, Ni, Mg, Zn) 및 KMgF₃등으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.