KR19980014897A - 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

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조윌렴
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구자홍
엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 커패시터 구조 및 제조방법에 관한 것으로 식각이 어렵고 전기적 특성이 저하된 문제점을 해결하기 위하여 커패시터를 기판상에 형성되는 폴리실리콘과, 폴리실리콘상에 형성되는 Ru막과 Ru막상에 형성되는 제 1 Pt막으로 이루어진 복합 하부전극과, 복합 하부전극상에 형성되는 유전체막과, 유전체막상에 형성되는 제 2 Pt막으로 이루어진 상부전극으로 구성하고 커패시터 제조방법을 기판상에 폴리실리콘을 형성하고, 폴리실리콘상에 Ru막을 형성하고 Ru막상에 제 1 Pt막을 형성하여 하부전극을 형성하며, 하부전극상에 유전체막을 형성하고, 유전체막상에 제 2 Pt막을 형성하여 상부전극을 형성함으로써 신뢰성이 향상되고 전기적 특성이 우수한 커패시터를 제조할 수 있다.

Description

커패시터 및 그 제조방법
본 발명은 커패시터에 관한 것으로, 특히 커패시터 구조 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 미세구조 제작기술의 발전 동향 중 주목할 만한 분야는 고유전체 커패시터를 채용한 마이크로 컴퓨터 분야이다.
고유전체 커패시터는 불필요한 복사 현상이나 전자기적 간섭현상을 줄이는데 효과가 있으며, 메모리의 집적도를 향상시키는데 있어서는 단위기억소자에 필요한 축전지의 크기를 효과적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
고유전체는 주로 금속산화물로 이루어지며 매우 반응성이 좋은 산소를 함유하게 된다.
이러한 고유전체로 커패시터를 만드는데 있어서는 전극으로 사용될 물질이 아주 반응성이 좋지 않은 물질이 사용되어야만 한다.
그러한 전극으로 주로 사용되는 물질이 백금(platinum)이다.
그러므로 기존의 전극 재료인 Al 대신에 산화가 잘 되지 않는 Pt를 이용한 커패시터를 고안하였다.
도 1은 Pt를 이용한 커패시터로서 도 1에 도시된 바와 같이 커패시터는 기판(1)상에 형성되는 폴리실리콘(2)과, 폴리실리콘(2)상에 하부전극으로 형성되는 제 1 Pt막(3)과, 제 1 Pt막(3)상에 형성되는 유전체막(4)과, 유전체막(4)상에 상부전극으로 형성되는 제 2 Pt막(5)으로 이루어진다.
그러나, 전극 재료로서 Pt를 사용하면 공정시 식각이 어렵고 Pt 계면에 결함(defact)이 발생되는 문제점이 있었다.
그러므로 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 Pt 대신 도전성이 양호한 RuO2등의 산화물 전극을 사용한 커패시터 구조가 제안되었다.
도 2는 RuO2를 이용한 커패시터로서, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(10)상에 형성되는 폴리실리콘(11)과, 폴리실리콘(11)상에 차례로 형성되는 TiSiX막(12), TiN막(13), Ru막(14)과, Ru막(14)상에 하부전극으로 형성되는 RuO2막(15)과, RuO2막(15)상에 형성되는 유전체막(16)과, 유전체막(16)상에 상부전극으로 형성되는 Al/Tin막(17)으로 이루어진다.
그러나, RuO2를 이용한 커패시터를 고집적소자에 사용하는 경우 RuO2막이 단순한 전극으로만 사용되지 않고 배선 재료의 역할을 수행해야 하므로 커패시터에 흐르는 누설전류가 증가하게 된다.
또한, 고집적소자에 사용하기 위해서는 고유전체막을 얇게 형성해야 하고 RuO2막을 전극으로 사용하는 경우에도 전극 표면은 평탄해야 한다.
그러나, RuO2를 사용하면 평탄한 전극표면을 얻기 어렵고 얇은 고유전체막의 성질도 나빠져서 고유전율을 얻기가 힘들다.
이와 같은 문제점의 해결을 위해 전극 재료로서 Ru를 사용한 커패시터가 제안되었다.
도 3은 Ru를 사용한 커패시터로서 도 3에 도시된 바와 같이 커패시터는 기판(20)상에 형성되는 폴리실리콘(21)과, 폴리실리콘(21)상에 하부전극으로 형성되는 제 1 Ru막(22)과, 제 1 Ru막(22)상에 형성되는 유전체막(23)과, 유전체막(23)상에 상부전극으로 형성되는 제 2 Ru막(24)으로 이루어진다.
그러나, 전극 재료로서 Ru를 사용하면 Ru 계면에 RuO2가 생성되기 쉬워 셀(cell)의 노화(degradation)가 일어나는 문제점이 발생한다.
이와 같은 종래 기술에 따른 커패시터의 구조에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 전극 재료로서 Pt를 사용하면 공정시 식각이 어렵고 Pt 계면에 결함(defact)이 발생한다.
둘째, RuO2를 이용한 커패시터를 고집적소자에 사용하는 경우 커패시터에 흐르는 누설전류가 증가하게 되고 고유전율을 얻기가 힘들다.
셋째, 전극 재료로서 Ru를 사용하면 Ru 계면에 RuO2가 생성되기 쉬워 셀(cell)의 노화(degradation)가 일어난다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 에칭이 잘되고 전기적 특성이 우수한 커패시터 구조 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 제 1 실시예의 커패시터를 보여주는 구조단면도
도 2는 종래 제 2 실시예의 커패시터를 보여주는 구조단면도
도 3은 종래 제 3 실시예의 커패시터를 보여주는 구조단면도
도 4는 본 발명에 따른 커패시터를 보여주는 구조단면도
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 커패시터를 보여주는 공정단면도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 기판31 : 폴리실리콘
32 : Ru막33 : 제 1 Pt막
34 : 유전체막35 : 제 2 Pt막
36 : 산화막
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커패시터는 기판상에 형성되는 폴리실리콘과, 폴리실리콘상에 형성되는 Ru막과 Ru막상에 형성되는 제 1 Pt막으로 이루어진 복합 하부전극과, 복합 하부전극상에 형성되는 유전체막과, 유전체막상에 형성되는 제 2 Pt막으로 이루어진 상부전극으로 구성됨을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 커패시터 제조방법은 기판상에 폴리실리콘을 형성하고, 폴리실리콘상에 Ru막을 형성하고 Ru막상에 제 1 Pt막을 형성하여 하부전극을 형성하며, 하부전극상에 유전체막을 형성하고, 유전체막상에 제 2 Pt막을 형성하여 상부전극을 형성함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은 제 1 Pt막은 100Å~1000Å의 두께로 형성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 하부전극 형성시 Ru막은 스퍼터링 공정으로 형성하고 제 1 Pt막은 CVD 공정으로 형성하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 Ru막은 Ir로 대체하여 사용가능함에 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 커패시터 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 커패시터를 보여주는 구조단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 반도체 기판(30)상에 형성되는 폴리실리콘(31)과, 폴리실리콘(31)상에 형성되는 Ru막(32)과 Ru막(32)상에 형성되는 제 1 Pt막(33)으로 이루어진 복합 하부전극과, 복합 하부전극상에 형성되는 유전체막(34)과, 유전체막(34)상에 형성되는 제 2 Pt막(35)으로 이루어지는 상부전극으로 구성된다.
이때, 복합 하부전극의 Ru막(32)은 Ir(Iridium)으로 대체가 가능하다.
그리고 유전체막(34)은 Ba1-XSrXTiO3(0≤X≤1)로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 커패시터를 보여주는 공정단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(30)상에 산화막(36)을 형성하고 패터닝하여 노드 콘택홀을 형성한다.
그리고 노드 콘택홀내에 폴리실리콘(31)을 형성한다.
그리고 도 5b에 도시된 바와 같이 폴리실리콘(31)을 포함한 기판(30) 전면에 Ru막(32)을 약 2000Å의 두께로 형성하고 Ru막(32)을 선택적으로 식각하여 제 1 하부전극을 형성한다.
이때, Ru막(32)은 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성한다.
그리고 제 1 하부전극인 Ru막(32) 대신에 Ir(Iridium)을 사용할 수도 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이 Ru막(32)을 포함한 전면에 제 1 Pt막(33)을 100Å~1000Å의 두께로 형성하여 제 2 하부전극을 형성한다.
이때, 제 1 Pt막(33)은 CVD(화학 기상 증착) 공정으로 형성한다.
도 5d에 도시된 바와 같이 제 1 Pt막(33)상에 Ba1-XSrXTiO3(0≤X≤1)인 유전체막(34)을 형성하고 유전체막(34)상에 상부전극으로 제 2 Pt막(35)을 형성하여 커패시터를 완성한다.
이때, 유전체막(34)과 제 2 Pt막(35)은 CVD 공정으로 형성한다.
이와 같이 커패시터의 전극으로 Ru 또는 Ir을 사용하는 이유는 다음과 같다.
Ru 또는 Ir은 RuO2, IrO2와 같은 금속성 산화물을 만드는 물질이므로 Pt에 비해 식각이 매우 잘된다.
물론, Al이나 Ti도 식각이 잘되는 금속 중 하나이나 유전체막에서 빠져나온 산소가 제 1 Pt의 그레인 바운더리(grain boundary)를 통과하여 Al이나 Ti를 산화시키면 이들 금속은 부도체가 되는 단점이 있다.
본 발명에 따른 커패시터 및 그 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
커패시터의 하부전극을 Pt/Ru(또는 Ir)과 같은 복합전극으로 구성하여 식각이 잘되는 Ru의 장점과 전기적 특성이 우수한 Pt의 장점을 이용하여 신뢰성이 향상되고 전기적 특성이 우수한 커패시터를 제조할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판상에 형성되는 폴리실리콘;
    상기 폴리실리콘상에 형성되는 Ru막과 상기 Ru막상에 형성되는 제 1 Pt막으로 이루어진 복합 하부전극;
    상기 복합 하부전극상에 형성되는 유전체막; 그리고
    상기 유전체막상에 형성되는 제 2 Pt막으로 이루어지는 상부전극을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 커패시터.
  2. 제 1 항에 있어서, Ru막은 Ir로 대체됨을 특징으로 하는 커패시터.
  3. 기판상에 폴리실리콘을 형성하는 스텝;
    상기 폴리실리콘상에 Ru막을 형성하고 Ru막상에 제 1 Pt막을 형성하여 복합 하부전극을 형성하는 스텝;
    상기 하부전극상에 유전체막을 형성하는 스텝; 그리고
    상기 유전체막상에 제 2 Pt막을 형성하여 상부전극을 형성하는 스텝을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 커패시터 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 1 Pt막은 100Å~1000Å의 두께로 형성함을 특징으로 하는 커패시터 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 하부전극 형성시 Ru막은 스퍼터링 공정으로 형성하고 제 1 Pt막은 CVD 공정으로 형성함을 특징으로 하는 커패시터 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서, Ru막은 Ir로 대체하여 사용가능함을 특징으로 하는 커패시터 제조방법.
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