KR100325967B1 - 유전체 물질에의 전기 접속부 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 주가되는 구조는 유전체 물질 [예를 들어 바륨 스트론튬 티타네이트(22)] 및 유전체 [예를 들어 루테니엄 질화물(20 및 24)]에 만들어지는 전기 접속을 포함한다. 접속은 전기적으로 전도성인 루테니엄 질화물, 루테니엄 이산화물, 주석 질화물, 주석 산화물, 티타늄 질화물 및 티타늄 일산화물과 같은 비금속을 함유하는 화합물(즉 하나 이상의 비금속이 있는 금속 화합물)로 되어 있다.
이와 같은 구조의 장점은 금속 화합물이 확산 배리어로 작용함으로써 외연하는 물질과 유전체 사이의 오염을 감소시키는 것을 포함한다. 반응된 금속에 의해 더 이상의 반응이 최소화되어 접속 물질의 층간 분리를 방지한다. 접속은 단일층이므로 제조 환경에서 더욱 쉽게 경제적으로 제조될 수 있다. 비전도 상호 접속 산화물에 의해 야기되는 부유 저항이 대체로 이들 구조에 의해 방지된다.
Description
본 발명은 일반적으로 커패시터의 구성에서와 같이 고유전율을 갖는 물질에 전기 접속부(electrical connection)를 제공하는 것에 관한 것이다.
예를 들면, 고유전율 물질에 전기 접속부를 형성하기 위한 현재의 방법에 관련하여 본 발명의 배경을 설명하지만, 이 설명은 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
고유전율 물질(이하, HDC 물질로 약칭함)은 (일반적으로 20보다 큰) 고유전율을 나타내고, 이 때문에 이들 물질은 다수의 전기 디바이스, 예를 들면 커패시터의 제조에 유용하다. 이들 HDC 물질의 예로서는, 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate) 및 납 지르코늄 티타네이트(lead zirconium titanate)등의 티타네이트(titanate)와, 알칼리 토금속(alkaline earth metal)(즉, ⅡA족 원소)등의 하나 이상의 억셉터(acceptor)으로 도핑된 티타네이트, 및 희토류(즉, 란탄 계열의 원소 및 이트륨) 등의 하나 이상의 도너(donor)로 도핑된 티타네이트가 있다. 많은 강 유전체와 전이 금속 산화물(즉, 원자 번호 21∼29, 39∼47, 57∼79 및 89이상의 원소의 산화물)도 고유전율을 나타낸다. 그러나, 전기 접속부가 전자 디바이스내에서 유용하기 위해서는, 이들 HDC 물질의 유익한 특성을 저하시키기 않는 신뢰성있는 전기 접속부를 제조하여야 한다.
지금까지 이 분야에서는 단일 및 다수의 금속층을 사용하여 HDC 물질에의 전기 접점(electrical contact)을 형성해 온 것이 일반적이었다. 예를 들면, 반도체 기판의 표면상에 커패시터를 형성하는 HDC 물질에 전기 접속부를 설치하기 위해, 특히 다음의 기술들이 이용되고 있다; (a) 유전체/백금(platium)/기판, (b) 유전체/백금/탄탈(tantalum)/기판, (c) 유전체/금(gold)/기판, (d) 유전체/금 팔라듐(gold palladium)/기판, (e) 유전체/금 팔라듐/텅스텐/기판. 이들 예에서 층의 순서는 상부로부터 기판(예를 들면, 실리콘)쪽으로의 순(順)이다. 커패시터 구조물(capacitor structurc)을 완성하기 위해서는, 유전체막의 상부에 유사한 금속화 (metallization)가 필요하다. 일반적으로 현재의 방법에서는, 접착층으로서 역할을 하는 다른 금속과 함께 귀금속을 사용하여 유전체에 접촉시키고 있다.
유전체 계면에서의 직렬 부유 용량(series stray capacitance)을 없애고, 유전체 물질의 성분에 의한 기판의 오염을 방지하고, 접속 물질에 의한 유전체 물질의 오염을 방지하며, 접속 물질의 층박리(delamination)를 방지함으로써, 유전체 물질의 벌크 유전율을 유지하면서 저저항율로 유전체 물질에 전기 접속부를 형성하는 기술을 일반적으로 실시해야만 한다. 게다가, 제조 방법을 간략히 하기 위해 증착층(deposited layer)의 수는 일반적으로 최소화할 필요가 있다.
HDC 물질에 전기 접속부를 설치하기 위한 현재의 방법은 다음과 같은 바람직하지 못한 결과를 야기시킨다는 것을 발견하였다. 즉, 접촉 금속과 유전체와의 사이의 계면 산화물에 의해 형성되는 직렬 부유 용량에 의해 유효 유전율이 저하하는 것, 접착층이 산화하는 결과 접촉 저항이 크게 되는 것, 유전체 물질을 구성하는 원소에 의해 (예를 들면) 실리콘을 베이스로 하는 부품(silicon-based component)이 오염되는 것, 접촉 금속층에 의해 유전체가 오염되는 것, 접촉 금속층이 박리하는 것, 다수의 층(귀금속 접촉층과 부가의 금속 접착층)이 필요하기 때문에 제조 프로세스가 곤란하게 되는 것 등의 바람직하지 않은 결과가 생긴다.
본 발명의 요지인 구조물은 유전체 물질(예를 들면, 강유전체)과 유전체에 형성되는 적어도 하나의 전기 접속부로 이루어진다. 이 접속 물질은 전기 도전성의 비금속 함유 화합물(non-metal containing compound)(비금속 함유 화합물이라는 것은 금속이 아닌 적어도 하나의 성분을 갖는 화합물임)이다. 이러한 화합물의 예로서는, 루테늄 질화물(ruthenium nitride), 루테늄 이산화물(ruthenium dioxide), 주석 질화물(tin nitride), 주석 산화물(tin oxide), 티타늄 질화물(titanium nitride)및 티타늄 일산화물(titanium monoxide)가 있다. 전기 접속부로서, 전기 전도율을 향상시키기 위해 도핑된 화합물도 사용될 수 있다. 제공되는 새로운 구조물의 예로서는, 2개의 루테늄 질화물의 층 사이에 설치된 바륨 스트론튬 티타네이트의 층으로 이루어진 커패시터가 있다.
이들이 전기 전도성인 금속 화합물이 고유전율 물질에 대한 전기 접속부를 형성하는 제1 구조물이라는 것은 명백하다. 개시된 구조물은 현재 구조물의 결점이 없이 HDC 물질에 전기 접속부를 설치하는 목적 전부를 일반적으로 달성한 것이다. 접속층이 반응을 한 금속(reacted metal)이기 때문에, 접속층은 유전체 또는 주변 물질의 확산 및 오염에 대해 보다 비활성이다. 이 반응을 한 금속 화합물은 HDC 물질과 그 주변 물질과의 사이의 확산 배리어로서도 작용할 수 있기 때문에, 주변 물질에 의한 HDC 물질(및 그 역)의 오염을 방지한다. 반응을 한 금속으로 함으로써, 더 이상의 반응이 최소화되고, 이에 의해 층의 박리가 방지된다. 접속부는 제조 환경중에서 보다 용이하고 또한 경제적으로 처리할 수 있도록 단일층으로 되어 있다.
HDC 물질의 대부분은 산화 분위기 중에서 형성 또는 증착되기 때문에, 그 산화물이 전기 전도성으로 되도록 전기 접속부를 구성하는 물질 또는 물질들이 선택된다. 이것에 의해 현재의 방법의 결과 생길 수 있는 비도전성의 계면 산화물에 의한 직렬 부유 용량이 제거된다.
본 발명의 신규한 사항이라고 생각되는 특징은 첨부된 특허청구의 범위에 기재되어 있다. 그렇지만, 발명 자체 및 그의 다른 특징과 이점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽어가면 쉽게 이해될 것이다.
제1도에 도시된 본 발명의 양호한 실시예는 커패시터로서, 이 커패시터는 3개의 층, 즉 루테늄 질화물로 이루어진 제1 접속층(20), 바륨 스트론튬 티타네이트로 이루어진 유전체층(22), 또한 루테늄 질화물로 이루어진 제2 접속층(24)으로 이루어져 있다.
제2도에 도시된 다른 실시예에서는, 반도체 보디(26)의 표면상에 이러한 커패시터 구조물을 형성할 수 있다. 반도체 표면의 일부상에 루테늄 질화물 층(28)이 증착되고, 그 다음에 바륨 스트론튬 티타네이트의 유전체층(30)이 증착되며, 그 다음에 루테늄 질화물의 제2 접속층(32)이 증착된다. 반도체 상 또는 그 내부에 설치된 다른 디바이스로의 전기 접속부에는, 대표적으로는 알루미늄으로 이루어진 금속접점(metal contact, 34)을 설치할 수 있다. 제2도는 커패시터의 요소 모두를 평면형상으로서 나타내고 있지만, 본 발명은 반도체 표면의 오목부에 형성된 커패시터를 포함하는 보다 복잡한 형상을 갖는 커패시터 구조물의 제조에도 똑같이 적용될 수 있다.
그러나, 제3도에 도시한 또다른 실시예에서는, 이와 같은 커패시터 구조물은 HDC 물질(30)에의 전기 접점을 제공하기 위해 2가지 화합물을 사용하여 형성될 수 있다: (a) 전도성 금속 질화물(28) 및 이들 각각의 전도성 금속 산화물(36). 금속 질화물층(28)은 확산 배리어로 작용하고, 금속 산화물층(36)은 HDC(30)와의 안정된전도성 접점으로 작용한다. 이들 이중층을 형성하는 데는 적어도 2가지 방법이 있다. 제1 방법은 금속 질화물을 증착한 다음에 HDC와 접촉하도록 금속 산화물을 증착하는 것이다. 또하나의 방법은 금속 질화물층을 증착한 다음에 이 금속 질화물층을 HDC 물질의 증착시에 전도성 금속 산화물층으로 부분적으로 변환시키는 것이다. 전도성 질화물 및 산화물을 형성하는 금속의 예로서는, 루테늄(루테늄 질화물/루테늄 산화물) 및 주석(주석 질화물/주석 산화물)이 있다.
커패시터 유전체층(22 및 30)을 위한 다른 물질로서는, 납 지르코늄 티타네이트 등의 티타네이트, 하나 이상의 희토류 원소로 도핑된 티타네이트, 하나 이상의 알칼리 토금속으로 도핑된 티타네이트, 탄탈 오산화물과 니오븀 오산화물 같은 전이 금속 산화물 및 강자성체 물질이 있다.
전기 접속층(20, 24, 28 및 32)를 위한 다른 물질로서는, 주석 질화물 및 주석 산화물, 티타늄 질화물 및 티타늄 일산화물, 주석 질화물 및 주석 산화물이 있다. 이들 화합물은 전기 전도성을 향상시키기 위해 도핑한 것, 예를 들면 인듐 도핑된 주석 질화물, 알루미늄 도핑된 아연 질화물, 인듐 도핑된 주석 산화물 및 알루미늄 도핑된 아연 산화물으로 할 수도 있다.
갈륨 비소(gallium arsenide) 및 인듐 인화물(indium phosphide) 같은 화합물 반도체를 포함하는 다른 대부분의 반도체 기판도 사용할 수 있다. 화합물 반도체는 특히 오염되기 쉬운 경우가 많고, 이 오염은 이들 신규한 구조물에 의해 일반적으로 저지되기 때문에, 화합물 반도체상에 제조된 커패시터는 이들 신규한 구조물로부터 최대의 잇점을 얻을 수 있다.
아래의 표는 몇가지 실시예 및 도면의 개요를 나타낸 것이다.
이상에서 몇가지의 양호한 실시예에 대해 상세히 서술하였다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위내에서 상기한 실시예와 다른 예도 포함한다는 것을 알아야 한다. 상기 구조물을 참조하면, 이러한 구조물에의 전기 접속부는, 저항성(ohmic), 정류성(rectifying), 용량성(capacitive), 개입 회로(intervening circuit)를 거치거나 개입 회로를 거치지 않는 직접 또는 간접적인 것이다. 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소 또는 다른 전자 재료 패밀리의 개별 부품 또는 완전 집적 회로에서 실시하는 것도 의도되어 있다.
도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 이 설명은 본 발명을 한정하는 것으로 해석되도록 하려는 것은 아니다. 당업자가 본 발명의 설명을 읽으면, 본 발명의 다른 실시예 뿐만 아니라 각종 변형례 및 도시한 실시예의 조합이 명백하게 될 것이다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 이러한 변형례 또는 실시예를 포함한다.
제1도는 커패시터의 단면도.
제2도는 반도체 기판의 표면상에 형성된 커패시터의 미세 단면도.
제3도는 반도체 기판의 표면상에 형성된 커패시터의 미세 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 제1 접속층
22 : 유전체층
24, 32 : 제2 접속층
26 : 반도체 보디
28 : 루테늄 질화물층(전도성 금속 질화물층)
34 : 전기 접점
Claims (13)
- 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성되고 전도성의 제1 금속의 질화물을 포함하는 제1 층;상기 제1층과 접촉하고 전도성의 상기 제1 금속의 산화물을 포함하는 제2층;상기 제2층과 접촉하고 유전체 물질을 포함하는 제3층; 및상기 제3층상에 형성된 전기 접속부를 포함하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 금속은 루테늄(ruthenium), 주석(tin), 아연 (zinc) 및 티타늄(tantanium)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 제1층은 상기 반도체 기판과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체 물질은 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate), 납 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate), 납 티타네이트(lead titanate), 칼륨 니오베이트(potassium niobate), 칼륨 탄탈레이트(potassium tantalate), 납 니오베이트(lead niobate), 납 마그네슘 니오베이트 (lead magnesium niobate), 마그네슘 니오베이트(magnesium niobate), 비스무트 티타네이트(bismuth titanate), 탄탈 오산화물(tantalum pentoxide), 니오븀 오산화물(niobium pentoxide), 티타늄 이산화물(titanium dioxide), 이트륨 삼산화물 (yttrium trioxide), 스트론튬 티타네이트(strontium titanate), 티타늄 삼산화물 (titanium trioxide), 란탄 도핑된 (Ba,Sr,Pb)(Ti,Zr)O3, 및 니오븀-도핑된 (Ba,Sr,Pb)(Ti,Zr)O3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 산화물은 도핑되어 도핑된 금속 산화물(doped metal oxide)을 형성하게 됨으로써 상기 도핑된 금속 산화물의 전기 전도성은 상기 전도성 산화물의 전기 전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제5항에 있어서, 상기 도핑된 금속 산화물은 인듐 도핑된 주석 산화물 (indium doped tin oxide)인 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 질화물은 도핑되어 도핑된 금속 질화물(doped metal nitride)을 형성하게 됨으로써 상기 도핑된 금속 질화물의 전기 전도성은 상기 전도성 질화물의 전기 전도성보다 큰 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제7항에 있어서, 상기 도핑된 금속 질화물은 인듐 도핑된 주석 질화물 (indium doped tin nitride) 또는 알루미늄 도핑된 아연 질화물(aluminum doped zinc nitride)인 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제1항에 있어서, 상기 전기 접속부는,상기 제3층과 접촉하고 있으며 제2 금속의 전도성 산화물을 포함하는 제4층; 및상기 제4층과 접촉하고 있으며 상기 제2 금속의 전도성 질화물을 포함하는 제5층을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속은 동일한 금속인 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제9항에 있어서, 상기 제1 금속 및 상기 제2 금속은 루테늄, 주석, 아연 및 티타늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제9항에 있어서, 상기 제1층은 상기 반도체 기판과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 구조물.
- 제9항에 있어서, 상기 유전체 물질은 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate), 납 지르코네이트 티타네이트(lead zirconate titanate), 납 티타네이트(lead titanate), 칼륨 니오베이트(potassium niobate), 칼륨 탄탈레이트(potassium tantalate), 납 니오베이트(lead niobate), 납 마그네슘 니오베이트 (lead magnesium niobate), 마그네슘 니오베이트(magnesium niobate), 비스무트 티타네이트(bismuth titanate), 탄탈 오산화물(tantalum pentoxide), 니오븀 오산화물(niobium pentoxide), 티타늄 이산화물(titanium dioxide), 이트륨 삼산화물 (yttrium trioxide), 스트론튬 티타네이트(strontium titanate), 티타늄 삼산화물 (titanium trioxide), 란탄 도핑된 (Ba,Sr,Pb)(Ti,Zr)O3, 및 니오븀-도핑된 (Ba,Sr,Pb)(Ti,Zr)O3로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 구조물.
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