KR101100763B1 - 엠아이엠 캐패시터 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엠아이엠 캐패시터 제조 방법에 관한 것으로써, 특히, RF(Radio Frequency)/MS(Mixed Signal) 패시브(Passive) 소자에 적용되어 엠아이엠 캐패시터의 브레이크다운 전압(Breakdown voltage) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술을 개시한다. 이를 위해, 본 발명은 RF/MS 엠아이엠 캐패시터의 유전체막으로 SixNy를 사용할 경우, Si-H/N-H의 비율을 낮추어, 즉, N-H의 함량을 증가시킴으로써 엠아이엠 캐패시터의 브레이크다운 전압 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

엠아이엠 캐패시터 제조 방법{Method for manufacturing MIM capacitor}
도 1a는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터의 단면도.
도 1b는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터의 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3a는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 그래프.
도 3b는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터 제조 방법에 따른 브레이크다운 전압을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 엠아이엠 캐패시터 제조 방법에 관한 것으로써, 특히, RF(Radio Frequency)/MS(Mixed Signal) 패시브(Passive) 소자에 적용되어 엠아이엠 캐패시터의 브레이크다운 전압(Breakdown voltage) 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 기술이다.
일반적으로 캐패시터는 전하를 저장하고 반도체 소자의 동작에 필요한 전하를 공급하는 부분이다. 반도체 소자가 고집적화 되어짐에 따라 단위 셀의 크기는 작아지게 되고 소자의 동작에 필요한 정전용량(Capacitance)은 증가하고 있는 추세이다.
특히, 높은 정밀도를 요구하는 씨모스 아이씨 로직 소자(CMOS IC Logic device)에 적용되는 아날로그 캐패시터(Analog capacitor)는 어드벤스드 아날로그 모스 기술(Advanced Analog MOS Technology), 특히 A/D 컨버터나 스위칭 캐패시터 필터 분야의 핵심 요소이다.
이러한 아날로그 캐패시터의 구조로는 피아이피(PIP;Polysilicon-Insulator-Polysilicon), 피아이엠(PIM;Polysilicon-Insulator-Metal), 엠아이피(MIP;Metal-Insulator-Polysilicon) 및 엠아이엠(MIM;Metal-Insulator-Metal) 등 다양한 구조들이 이용되어 왔다.
이 중에서, 엠아이엠 구조의 캐패시터는 직렬 저항(Series resistance)이 낮아 높은 Q(Quality Factor) 값을 갖는 캐패시터를 구현할 수 있고, 낮은 써멀 버짓(Thermal Budget) 및 낮은 전원전압(Vcc), 작은 기생성분을 갖는 잇점 때문에 아날로그 캐패시터의 대표적 구조로 이용되고 있다.
또한, 엠아이엠 캐패시터는 반도체 회로에서 RF(Radio Frequency)회로, 아날로그 IC, 하이파워 MPU에서의 디커플링 캐패시터, 디램 셀 등으로 다양하게 응용되고 있다.
이러한 엠아이엠 캐패시터는 하부전극, 유전체막 및 상부전극이 차례로 증착되어 형성되는데, 이 중에서 유전체막은 SixNy로 이루어지며, 플라즈마 화학기상증착(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vaporization Deposition)법으로 하부전극의 상부에 증착된다.
특히, 엠아이엠 캐패시터가 RF(Radio Frequency)/MS(Mixed Signal) 패시브(Passive) 소자에 적용될 경우 메탈 배선 사이에 형성되어 공정 온도가 400도 이하로 조절되어야 한다.
이때, 종래의 엠아이엠 캐패시터는 상술된 플라즈마 화학기상증착 방식을 채택하여 공정 온도를 낮출 수 있게 된다. 하지만, 종래의 엠아이엠 캐패시터는 유전체막을 형성하는 Si 성분과 N 성분이 뚜렷이 구분되지 않는다.
이러한 경우 플라즈마 화학기상증착 방식을 채택하여 증착된 유전체막은 고온 CVD(Chemical Vaporization Deposition)에서 증착된 유전체막 보다 더 많은 결함(Defect)을 함유하게 된다. 이에 따라, 엠아이엠 캐패시터의 브레이크다운 전압(Breakdown voltage) 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히, 엠아이엠 캐패시터의 유전체막(SixNy)의 성분비를 조절함으로써 브레이크다운 전압 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엠아이엠 캐패시터 제조 방법은, 상부전극과 하부전극 사이에 SixNy으로 이루어진 유전체막이 형성된 엠아이엠 캐패시터 제조 방법에 있어서, SixNy 중 N 성분의 함량을 증가시켜 유전체막의 Si-H/N-H의 성분비를 특정값 이하로 조절하여 유전체막의 브레이크다운 전압을 조절하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터의 단면도 및 평면도이다.
본 발명은 반도체 기판 상에 하부전극(10)이 형성되고, 하부전극(10)의 상부일영역상에 플라즈마 화학기상증착(PECVD;Plasma Enhanced Chemical Vaporization Deposition)법으로 유전체막(20)이 적층되며, 유전체막(20)의 상부에 상부전극(30)이 적층된다. 그리고, 반도체 기판의 전면에 유전상수가 작은(Low-k) 물질인 IMD(Inter Metal Dielectric)막(1)이 형성된다.
여기서, 하부전극(10)은 메탈 배선을 사용하며, 유전체막(20)은 100Å~650Å의 두께(예를 들어, 500Å)를 갖는 SixNy를 사용한다. 그리고, 상부전극(30)과 하부전극(10)은 TiN 또는 TaN으로 이루어질 수도 있다.
이러한 구조를 갖는 본 발명의 엠아이엠 캐패시터는 도 1b의 평면도에서 보는 바와 같이 25×25㎛2의 크기를 갖는다.
도 2는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 보면, 유전체막(20)의 SixNy 증착 레서피(Recipe)는 A,B,C의 경우로 튜닝(Tuning)하여 구분할 수 있다.
A 레서피의 경우 Si-H/N-H의 성분 함량이 0.036이고, B 레서피의 경우 Si-H/N-H의 성분 함량이 0.695이며, C 레서피의 경우 Si-H/N-H의 성분 함량이 3.36이다.
여기서, Si-Si 결합은 약하기 때문에 N 성분이 추가될 경우 Si-Si 결합이 깨지면서 Si-N 결합을 형성한다. 따라서, 본 발명은 SixNy에서 N의 성분을 추가하여 유전체막의 성분비를 조절할 수 있게 된다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 엠아이엠 캐패시터 제조 방법을 설명하기 위한 브레이크다운(Breakdown) 그래프와 브레이크다운 전압의 값을 나타낸 테이블이다.
도 3a의 그래프에서 보는 바와 같이 스윕(Sweep) 전압은 0V에서 40V의 범위이며, 브레이크다운 전압은 누설전류(Leakage current)가 1㎁일 때를 가정하여 체크한다.
그 결과, 도 3b에서와 같이 SixNy의 증착 레서피에 따라 브레이크다운 전압의 값이 달라짐을 알수 있다. 즉, A 레서피의 경우 브레이크다운 전압이 30.8V이고, B 레서피의 경우 브레이크다운 전압이 21.4V이며, C레서피의 경우 브레이크다운 전압이 8.2V로 나타남을 알수 있다.
이러한 레서피 결과에서 나타나듯이, Si-H/N-H의 비율을 낮출수록, 즉, N의 함량이 증가할수록 브레이크다운 전압의 값이 증가하는 경향을 나타낸다. 따라서, 본 발명은 유전체막(20)의 결함(Defect)으로 작용할 수 있는 Si 댄글링(Dangling) 결합이 다량으로 함유된 N과 반응하여 Si-N을 형성함으로써 결함 밀도를 낮추게 된 다.
이에 따라, RF/MS 엠아이엠 캐패시터의 유전체막(20)으로 SixNy를 사용할 경우, N-H의 함량을 증가시킴으로써 엠아이엠 캐패시터의 브레이크다운 전압 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 RF(Radio Frequency)/MS(Mixed Signal) 소자 또는 3D(Dimension)에 적용되는 적층형 엠아이엠 캐패시터에서 브레이크다운 전압의 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (7)

  1. TiN으로 각각 이루어진 상부전극과 하부전극 사이에 SixNy으로 이루어진 유전체막이 형성된 엠아이엠 캐패시터 제조 방법에 있어서,
    상기 SixNy 중 N 성분의 함량을 증가시켜 상기 유전체막의 Si-H/N-H의 성분비를 0.7 이하로 조절하여 상기 유전체막의 브레이크다운 전압을 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 유전체막은 100Å~650Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 엠아이엠 캐패시터 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유전체막의 Si-H/N-H의 성분비를 0.036으로 설정함을 특징으로 하는 엠아이엠 캐패시터 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유전체막의 Si-H/N-H의 성분비를 0.695으로 설정함을 특징으로 하는 엠아이엠 캐패시터 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유전체막은 플라즈마 화학기상증착 공정으로 증착함을 특징으로 하는 엠아이엠 캐패시터 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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