KR20000045234A - 반도체 소자의 커패시터 형성방법 - Google Patents

반도체 소자의 커패시터 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 백금(Pt)전극의 산화력이 없음으로해서 유전체막 표면의 산소 결합력이 약해져서 생기는 환원성 분위기에서 열처리에 의한 커패시터 특성의 열화를 방지하도록 한 반도체 소자의 커패시터 형성방법에 관한 것으로서, 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 하부전극을 형성하는 단계와, 상기 하부전극상에 고유전율을 갖는 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 유전체막상에 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 상부전극을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자의 커패시터 형성방법
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 관한 것으로, 특히 커패시터(Capacitor) 특성의 열화를 방지하는데 적당한 반도체 소자의 커패시터 형성방법에 관한 것이다.
일반적으로 고집적 메모리 소자에서 사용되는 고유전율 산화물 세라믹을 적용한 커패시터에서 하부전극과 상부전극을 사용되는 백금(Pt) 금속은 환원성 분위기 열처리에 의한 유전 특성의 열화가 심하게 발생한다.
이러한 원인은 백금 금속이 전혀 산화가 되지 않기 때문에 상부전극 및 하부전극의 표면과 산화물 세라믹 유전체막의 표면이 만난 계면에서 산소 이온의 결합 상태가 약해져서 환원성 분위기 열처리에서 산소 결손이 생김으로써 숏트킷 베리어(Schottky Barrier)가 무너져 누설 전류가 크게 증가하기 때문이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(도면에는 도시되지 않음)상에 하부전극(11)을 형성하고, 상기 하부전극(11)상에 산화물 유전체막(12)을 형성하며, 상기 유전체막(12)상에 상부전극(13)을 형성한다.
여기서 상기 하부전극(11)과 상부전극(13)에 사용되는 물질은 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 백금-로듐(Pt-Rh), 백금-루테늄(Pt-Ru), 백금-이리듐(Pt-Ir) 등이다.
상기와 같은 종래의 커패시터 형성공정에서 하부전극(11) 및 상부전극(13)으로 백금(Pt) 금속을 사용할 때 커패시터 특성의 열화는 산화물 유전체막(12)의 전극으로 쓰인 하부전극(11) 및 상부전극(13)이 전혀 산소와 친화력이 없기 때문이다.
따라서 상기 하부전극(11) 및 상부전극(13)과 접하는 산화물 유전체막(12)의 위 아래 표면의 산소는 결합력이 매우 약해진다.
상기와 같은 결합력이 약한 산소들이 수소 분위기에서 열처리할 때 수소와 반응하여 결손이 생기게 되는데 이렇게 되면 계면에 형성되어 있던 숏트킷 베리어가 무너지게 되어 누설전류가 크게 증가한다.
그러나 상기와 같은 종래의 반도체 소자의 커패시터 형성방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 백금(Pt) 계열을 이용한 커패시터는 후속 공정에서 꼭 필요한 수소 분위기의 환원성 열처리를 하면 커패시터의 누설 전류가 크게 증가하여 비정상의 특성이 나타나기 때문에 수소 열처리 다음으로 이 열화된 특성을 복원시켜 주기 위해서 여러 가지 추가적인 공정들이 진행된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 백금(Pt)전극의 산화력이 없음으로해서 유전체막 표면의 산소 결합력이 약해져서 생기는 환원성 분위기에서 열처리에 의한 커패시터 특성의 열화를 방지하도록 한 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 나타낸 공정단면도
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 하부전극 22 : 유전체막
23 : 상부전극
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 커패시터 형성방법은 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 하부전극을 형성하는 단계와, 상기 하부전극상에 고유전율을 갖는 유전체막을 형성하는 단계와, 상기 유전체막상에 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 상부전극을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 커패시터 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(도면에는 도시되지 않음)상에 백금(Pt)과 고용(Solid Solution)을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금(Pt)에 첨가하여 하부전극(21)을 형성한다.
이어, 상기 하부전극(21)상에 BST((BaSr)TiO3), PZT(PbZrTiO3), STO(SrTiO3)등의 산화물 세라믹 유전체막(22)을 형성한다.
그리고 상기 유전체막(22)상에 백금(Pt)과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금(Pt)에 첨가하여 상부전극(23)을 형성한다.
여기서 상기 백금(Pt)과 고용을 이루는 금속은 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 니오뮴(Nb), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 등을 사용한다.
한편, 백금에 고용되는 금속의 고용범위는 백금(Pt)에 탄탈륨(Ta)은 약 16%, 티타늄(Ti)은 약 10%, 하프늄(Hf)은 약 11%, 니오뮴(Nb)은 약 20%, 지르코늄(Zr)은 약 18%, 알루미늄(Al)은 약 3% 이하로 첨가하여 하부전극(21)과 상부전극(23)으로 사용된다.
상기와 같이 본 발명의 백금(Pt)과 고용이 되면서도 또한 산화가 일어나는 금속들을 사용한 백금(Pt)합금은 백금-로듐(Pt-Rh), 백금-이리듐(Pt-Ir), 백금-루테늄(Pt-Ru)등의 합금과는 차이가 있다.
즉, 종래의 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등의 금속들은 산화물 세라믹 유전체막(22)과 도체로써 만나 계면을 형성한다.
그러나 본 발명에서 사용된 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 니오뮴(Nb), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al)들은 산화가 잘 되고, 상기 산화된 금속은 얇은 두께의 유전체막이 형성되며, 상기 얇은 두께의 유전체막과 실제 산화물 세락믹 유전체막(22)이 계면을 형성한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반도체 소자의 커패시터 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 백금(Pt)과 고용되는 금속을 백금에 첨가하여 하부전극과 상부전극을 형성함으로써 유전체막의 계면에 얇은 두께의 유전체막을 형성할 수 있기 때문에 유전체막과 하부전극 및 상부전극의 표면에서 산소 결합력이 약해져서 생기는 환원성 분위기 열처리에 의한 커패시터 특성의 열화를 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 하부전극상에 고유전율을 갖는 유전체막을 형성하는 단계;
    상기 유전체막상에 백금과 고용을 이루는 금속을 그 고용범위까지 백금에 첨가하여 상부전극을 형성하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체막은 BST, PZT, STO 등의 산화물 세라믹으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백금과 고용을 이루는 금속은 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 니오뮴(Nb), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al) 등을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 백금에 첨가되는 금속들의 각 고용범위에서 탄탈륨(Ta)은 약 16%, 티타늄(Ti)은 약 10%, 하프늄(Hf)은 약 11%, 니오뮴(Nb)은 약 20%, 지르코늄(Zr)은 약 18%, 알루미늄(Al)은 약 3% 이하로 첨가하여 하부전극과 상부전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100515179B1 (ko) * 2001-03-26 2005-09-16 샤프 가부시키가이샤 향상된 수소 노화 내성을 갖는 전극 및 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100515179B1 (ko) * 2001-03-26 2005-09-16 샤프 가부시키가이샤 향상된 수소 노화 내성을 갖는 전극 및 제조 방법

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