KR100319915B1 - Fram의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 FRAM의 제조 방법에 관한 것이다. 반도체 기판 상에 제1 전극, 강유전체 박막 및 제2 전극을 순차적으로 형성시키는 단계 및 상기 단계에서 형성된 일전극에 10V 이하의 직류 전압을 인가하는 분극 전처리 공정을 반복하는 단계를 통하여 제조되는 FRAM은 그 커패시터의 강유전체에 흐르는 과도 전류가 매우 적다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 FRAM에 정보를 기록하면 노이즈의 발생의 문제가 크게 줄어드는 장점이 있다.

Description

FRAM의 제조 방법

본 발명은 FRAM의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전압 인가시 강유전체에 흐르는 과도전류가 크게 감소된 FRAM의 제조 방법에 관한 것이다.

FRAM(Ferroelectronic Random Access Memory)의 구현에 있어서 필수적인 소자는 강유전성 커패시터로서, 이는 양전압이나 음전압의 인가에 의하여 형성된 분극 상태가 전압이 제거된 상태에서도 유지되는 특성을 가지고 있다. 이러한 효과는 외부에서 전계가 인가될 때 쌍극자가 병렬로 배열된 다음, 전계가 제거된 후에도 그 배열이 유지되기 때문에 나타나는 현상이다. 즉, 강유전성 커패시터는 외부에서 인가되는 전계에 의하여 영구적으로 분극될 수 있는 물질로 이루어진 박막 필름이 양 전극 사이에 형성되어 있는 소자이다.

일반적으로, 강유전체에 직류 전압을 인가하면 누설전류가 흐르게 되는데, 이 누설 전류는 초기의 과도전류 성분과 참 누설 전류인 안정화 누설 전류 성분으로 대별된다. 즉, 강유전체에 전압이 인가될 경우 초기에는 높은 과도 전류가 흐르다가 점차 작아져 안정화된 누설 전류만이 흐르게 되는 것이다.

이중, 안정화 누설 전류는 DRAM의 구현시 리프레쉬 기간 동안 충전 전하에 영향을 미친다. 반면, 과도 전류는 FRAM 구현시 펄스 기간 동안의 분극에 영향을 미치는 성분으로서, 전기적 펄스를 이용하여 강유전체를 분극시킴으로써 정보를 저장하는 과정에서, 강유전체의 분극에 좋지 않은 영향을 미친다는 문제점이 있다.

좀더 상세히 언급하면, 과도 전류가 참 누설 전류 수준까지 감소해가는 기간인 소킹 기간 동안에 흐르는 전류 성분은 충전 전류 성분과 과도 전류 성분으로 세분된다. 여기에서, 일정한 전압을 인가할때 강유전체를 분극시키는 충전 전류에 비해 과도 전류 성분이 너무 크면, 노이즈(noise)가 증가하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 과도 전류를 줄임으로써 잡음 발생을 크게 줄일 수 있는 FRAM의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

반도체 기판 상에 제1 전극, 강유전체 박막 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 단계: 및

상기 단계에서 형성된 일전극에 10V 이하의 직류 전압을 인가하는 분극 전처리 공정을 반복 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FRAM 소자의 제조 방법이 제공된다.

본 발명자들의 연구 결과, 강유전체 커패시터에 펄스를 인가하는 과정이 반복될수록, 커패시터에 흐르는 과도 전류가 급격하게 감소된다는 사실을 발견하였다. 따라서, 본 발명에서는 커패시터 형성 과정에서 강유전체에 직류 전압을 인가하는 공정(이하, 분극 전처리 공정이라 칭함)을 추가함으로써, FRAM의 정보기록에 좋지 않은 영향을 미치는 강유전체의 과도 전류를 줄이는 방법을 제공하고 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 특징을 상세히 설명하기로 하되, 이는 예시적일 뿐 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.

우선, 통상적인 30㎛ × 30㎛ 크기의 두개의 전극과 그 사이에 형성되어 있는 2800Å 두께의 박막 필름을 갖는 Pt/PZT/Pt 커패시터를 제조하였다. 이어, 5V의 직류 전압을 1000초 동안 씩 5회 반복하여, 전압이 인가되는 기간 동안 커패시터에서 누설되는 전류를 측정하여 제1도에 나타냈다. 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 강유전체 커패시터는 전압을 인가하는 과정이 반복될수록 과도 전류의 양이 크게 감소된다.

본 발명에 따른 분극 전처리 공정에 있어서, 직류 전압치, 처리시간, 반복 회수 등은 부품의 설계와 전기적 특성 및 신뢰도를 고려하여 강유전체의 수명에 지장이 없는 한도 내에서 결정되어야 한다.

즉, 본 발명에 따르면, 10V 이하의 직류 전압을 매회당 30분 이하동안 10회 이하 인가하는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위를 벗어날 경우 강유전체의 절연이 파괴되어 메모리 기능에 있어서 오동작이 발생할수 있기 때문이다. 특히, FRAM은 DRAM에 비해 절연파괴의 문제가 심각하기 때문에 분극 전처리 공정에서 인가되는 전압이 너무 높지 않아야 한다. 또한, 제1도로부터 알 수 있는 바와 같이, 직류 전압을 인가하는 과정이 반복될수록 과도 전류가 급격하게 감소하여 과도 전류 감소효과는 미미한 반면, 절연파괴의 문제만 커지는 문제점이 있다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, FRAM의 제조 과정에서 커패시터에 직류 전압을 인가하는 분극 전처리 공정을 추가하면, FRAM의 정보기록에 좋지 않은 영향을 미치는 강유전체의 과도 전류가 크게 줄어들어든다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 FRAM에 정보를 기록하면 노이즈 발생의 문제가 크게 줄어드는 장점이 있다.

제1도는 소정의 시간 동안 강유전체 커패시터에 전압을 인가하는 과정을 반복하면서 과도 전류을 측정하여 나타낸 그래프이다.

Claims (2)

1. 반도체 기판 상에 제1 전극, 강유전체 박막 및 제2 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 및

   상기 단계에서 형성된 일전극에 10V 이하의 직류 전압을 인가하는 분극 전처리 공정을 반복 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 FRAM의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 분극 전처리 공정은 30분 이하 동안 10회 이하 반복되는 것을 특징으로 하는 FRAM의 제조 방법.