KR19980066892A - Ferroelectric capacitors having electrodes of superlattice structure and manufacturing method thereof - Google Patents
Ferroelectric capacitors having electrodes of superlattice structure and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR19980066892A KR19980066892A KR1019970002667A KR19970002667A KR19980066892A KR 19980066892 A KR19980066892 A KR 19980066892A KR 1019970002667 A KR1019970002667 A KR 1019970002667A KR 19970002667 A KR19970002667 A KR 19970002667A KR 19980066892 A KR19980066892 A KR 19980066892A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- ferroelectric
- conductive oxide
- oxide film
- thin film
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 13
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 241000877463 Lanio Species 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910004121 SrRuO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002340 LaNiO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002353 SrRuO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/75—Electrodes comprising two or more layers, e.g. comprising a barrier layer and a metal layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
반도체 기판상에 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막을 번갈아 증착함으로써 초격자 구조를 갖는 하부 전극을 형성하고, 그 결과물상에 강유전막과 상부 전극을 차례로 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전체 커패시터의 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 우수한 누설 전류 특성과 피로 특성을 갖는 강유전체 커패시터를 얻을 수 있다.Disclosed is a method of manufacturing a ferroelectric capacitor, wherein a lower electrode having a superlattice structure is formed by alternately depositing an oxide-resistant metal thin film and a conductive oxide film on a semiconductor substrate, and subsequently forming a ferroelectric film and an upper electrode on the resultant. do. According to the present invention, a ferroelectric capacitor having excellent leakage current characteristics and fatigue characteristics can be obtained.
Description
본 발명은 강유전체 커패시터 특히, 내산화성 금속과 도전성 산화막의 초격자(superlattice) 구조로 이루어진 전극을 구비하는 강유전체 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ferroelectric capacitor, particularly a ferroelectric capacitor having an electrode made of a superlattice structure of an oxide resistant metal and a conductive oxide film, and a method of manufacturing the same.
강유전체가 갖는 여러 가지 우수한 전기적 특성들을 메모리 장치에서 이용하기 위해서 많은 연구가 행해지고 있다. 지금까지의 연구 결과를 토대로 분석하면, 강유전체 커패시터의 피로도, 보자력(retention), 임프린트(imprint), 누설 전류 특성, 시간 의존성 절연 파괴(time dependent dielectric breakdown) 특성 등은 커패시터 전극의 특성에 크게 의존하는 것으로 알려지고 있다.Many studies have been conducted to utilize various excellent electrical characteristics of ferroelectrics in memory devices. Based on the results of the research so far, fatigue, coercivity, imprint, leakage current characteristics, and time dependent dielectric breakdown characteristics of ferroelectric capacitors are highly dependent on the characteristics of capacitor electrodes. It is known.
가장 활발히 연구가 진행된 전극 물질은 백금(Pt)으로서 백금은 우수한 내산화성을 가지므로 강유전막과의 접촉시에도 산화되지 않고, 우수한 누설 전류 특성을 갖고 있어 강유전막의 전극 물질로서 주로 채용되고 있다. 그러나, 백금은 피로(fatigue) 특성이 나쁘다.The most actively studied electrode material is platinum (Pt), and since platinum has excellent oxidation resistance, it does not oxidize even when contacted with ferroelectric films, and has excellent leakage current characteristics, and thus is mainly used as an electrode material of ferroelectric films. However, platinum has poor fatigue characteristics.
한편, 도전성 산화막을 강유전체 커패시터의 전극으로 사용할 경우에는 우수한 피로 특성을 가지는 반면에, 누설 전류 특성이 떨어지는 단점이 있다.On the other hand, when the conductive oxide film is used as the electrode of the ferroelectric capacitor, while having excellent fatigue characteristics, the leakage current characteristics are inferior.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 강유전체 커패시터의 전극으로서 내산화성 금속과 도전성 산화막이 적층된 이중층 구조가 제안되었다.In order to solve this problem, a double layer structure in which an oxide-resistant metal and a conductive oxide film are laminated as an electrode of a ferroelectric capacitor has been proposed.
도 1은 이러한 이중층 구조의 전극을 채용한 커패시터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a capacitor employing such a double layer electrode.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)상에 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 절연막(11)이 있고, 그 상부에 티타늄 질화막(TiN)으로 이루어진 장벽층(13)이 형성되어 있다. 상기 결과물상에 백금(Pt)으로 이루어진 내산화성 금속막(15a)과 LaNiO3로 이루어진 도전성 산화막(15b)이 일정 두께만큼 적층되어 하부 전극(15)을 형성하고 있다. 또, 상기 결과물상에는 PZT(Pb(Zr, Ti)O3)와 백금(Pt)이 차례로 적층되어 강유전막(17)과 상부 전극(19)을 구성하고 있다.Referring to FIG. 1, an insulating film 11 made of silicon oxide film SiO 2 is formed on a semiconductor substrate 10, and a barrier layer 13 made of titanium nitride film TiN is formed thereon. On the resultant product, a resistive metal film 15a made of platinum (Pt) and a conductive oxide film 15b made of LaNiO3 are laminated to a predetermined thickness to form a lower electrode 15. On the resultant product, PZT (Pb (Zr, Ti) O 3) and platinum (Pt) are sequentially stacked to form a ferroelectric film 17 and an upper electrode 19.
그러나, 이러한 이중층 구조의 강유전체 커패시터는 우수한 누설 전류 특성과 우수한 피로 특성을 함께 나타내지는 못한다. 왜냐하면, 상기 강유전막(17)과 접촉하고 있는 물질의 특성에 따라 커패시터의 전기적 특성이 달라지기 때문이다. 따라서, 도 1에서 보여지는 강유전체 커패시터는 도전성 산화막(15b)이 강유전막(17)에 접해 있으므로 피로 특성은 우수하나 누설 전류 특성은 만족스럽지 못하다.마찬가지로, 내산화성 금속막이 강유전막과 접촉된 형태에서는 누설 전류 특성은 우수하나, 피로 특성은 불량하게 된다.However, such a double layer ferroelectric capacitor does not exhibit excellent leakage current characteristics and excellent fatigue characteristics. This is because the electrical characteristics of the capacitor vary according to the properties of the material in contact with the ferroelectric film 17. Therefore, the ferroelectric capacitor shown in FIG. 1 has excellent fatigue characteristics because the conductive oxide film 15b is in contact with the ferroelectric film 17, but the leakage current characteristics are not satisfactory. Similarly, in the form in which the oxidation-resistant metal film is in contact with the ferroelectric film The leakage current characteristics are excellent, but the fatigue characteristics are poor.
본 발명의 기술적 과제는 누설 전류 특성과 피로 특성이 모두 우수한 강유전체 커패시터의 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing a ferroelectric capacitor having excellent leakage current characteristics and fatigue characteristics.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는 누설 전류 특성과 피로 특성이 모두 우수한 강유전체 커패시터를 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a ferroelectric capacitor having excellent leakage current characteristics and fatigue characteristics.
도 1은 종래의 강유전체 커패시터를 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conventional ferroelectric capacitor.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 타겟의 구조도이다.2 is a structural diagram of a target according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 강유전체 커패시터의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a ferroelectric capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전체 커패시터의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전체 커패시터의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 반도체 기판상에 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막을 번갈아 증착함으로써 초격자 구조를 갖는 하부 전극을 형성하고, 그 결과물상에 강유전막과 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 강유전체 커패시터 제조 방법이 제공된다.In order to achieve the technical object of the present invention, forming a lower electrode having a superlattice structure by alternately depositing an oxide-resistant metal thin film and a conductive oxide film on a semiconductor substrate, and forming a ferroelectric film and an upper electrode on the resultant Provided is a method of manufacturing a ferroelectric capacitor comprising.
본 발명의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막의 초격자로 이루어져 있으며 반도체 기판상에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극상에 형성된 강유전막 및 상기 강유전막상에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 커패시터가 제공된다.In order to achieve another technical problem of the present invention, a lower electrode formed on a semiconductor substrate, a superlattice of an oxide-resistant metal thin film and a conductive oxide film, a ferroelectric film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the ferroelectric film A ferroelectric capacitor is provided, which includes.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
강유전체 커패시터의 우수한 누설 전류 특성은 계면의 안정성과 쇼트키 장벽(Schottky barrier)의 존재 여부에 따라 달라진다. 백금(Pt), 금(Au), 이리듐(Ir)등의 내산화성 금속은 BST(Ba(Sr, Ti)O3), SrTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3)과 같은 강유전 물질들에 비해 일함수(work function)가 커서 강유전막과 접촉할 경우에 그 계면에 쇼트키 장벽(schottky barrier)이 형성되므로 우수한 누설 전류 특성을 보인다. 반면에, 도전성 산화막은 강유전막에 대한 일함수의 차이가 크지 않아 쇼트키 장벽이 형성되지 않으므로 누설 전류 특성이 나쁘다.Good leakage current characteristics of ferroelectric capacitors depend on the stability of the interface and the presence of a Schottky barrier. Oxidation resistant metals such as platinum (Pt), gold (Au), and iridium (Ir) are compared to ferroelectric materials such as BST (Ba (Sr, Ti) O3), SrTiO3, and PZT (Pb (Zr, Ti) O3). When the work function is large, the Schottky barrier is formed at the interface when it comes into contact with the ferroelectric film, thereby showing excellent leakage current characteristics. On the other hand, the conductive oxide film does not have a large difference in work function for the ferroelectric film, so that a Schottky barrier is not formed, and thus the leakage current characteristic is poor.
또, 보다 나은 누설 전류 특성을 얻기 위해서는 계면을 안정화시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 내산화성 금속 증착후의 열처리 공정을 통해 표면을 안정화시키면 보다 우수한 누설 전류 특성이 얻어진다.In addition, in order to obtain better leakage current characteristics, it is necessary to stabilize the interface. Therefore, when the surface is stabilized through the heat treatment process after the oxidation resistant metal deposition, better leakage current characteristics are obtained.
한편, 비휘발성(nonvolatile) 메모리 소자는 피로 특성이 뛰어난 강유전체 커패시터를 필요로 한다. 지금까지의 많은 연구 결과에 따르면 커패시터의 피로에 가장 직접적인 이유는 강유전막과 커패시터 전극의 계면에 존재하는 산소 공동(oxygen vacancy)때문인 것으로 여겨진다. 그런데, 도전성 산화막은 계면에 산소를 공급하는 산소 확산 기능을 갖는다. 즉, 도전성 산화막을 강유전체 커패시터 전극으로 사용하면 계면에서 발생되는 산소 공동(oxygen vacancy)은 도전성 산화막내에 산소와 교환되어 계면에 존재하는 산소 공동이 감소하므로 피로 특성이 우수한 커패시터가 얻어진다. 그러나, 내산화성 금속은 이러한 산소 확산 기능을 수행하지 못하므로 불량한 피로 특성을 갖는다.On the other hand, nonvolatile memory devices require ferroelectric capacitors having excellent fatigue characteristics. Many studies to date suggest that the most direct reason for capacitor fatigue is the oxygen vacancy at the interface between the ferroelectric film and the capacitor electrode. By the way, the conductive oxide film has an oxygen diffusion function of supplying oxygen to the interface. That is, when the conductive oxide film is used as the ferroelectric capacitor electrode, oxygen vacancy generated at the interface is exchanged with oxygen in the conductive oxide film to reduce the oxygen cavity present at the interface, thereby obtaining a capacitor having excellent fatigue characteristics. However, the oxidation resistant metal does not perform this oxygen diffusion function and thus has poor fatigue characteristics.
이상에서와 같이 내산화성 금속과 도전성 산화막은 나름대로의 장점을 가지고 있으므로, 본 발명에서는 이들의 초격자 구조로 이루어진 커패시터 전극을 형성하여 두 물질의 전기적 장점을 모두 구비하는 강유전막 커패시터 전극을 제조한다.As described above, since the oxidation-resistant metal and the conductive oxide film have their advantages, the present invention forms a capacitor electrode composed of their superlattice structure to manufacture a ferroelectric film capacitor electrode having both electrical advantages of both materials.
두 개의 상이한 물질을 인위적으로 조합하여 에피택셜 혼합구조(epitaxial heterostructure)의 초격자(superlattice)로 이루어진 막을 형성하면, 그 막은 두 물질이 형성된 주기(modulation wavelength)에 따라 구성 물질이 갖는 특징을 모두 나타내기도 하고 구성 물질의 특성과는 전혀 다른 제3의 특징을 나타내기도 한다. 따라서, 두 물질의 특징을 모두 갖는 내산화성 금속과 도전성 산화막의 초격자로 이루어진 커패시터 전극을 형성하면 전기적 특성이 우수한 강유전체 커패시터가 얻어진다. 더구나, 초격자로 이루어진 단일막은 특유의 매끄러운 표면을 가지므로 계면을 안정화시켜 보다 향상된 누설 전류 특성을 얻을 수 있다.By artificially combining two different materials to form a film of superlattice of epitaxial heterostructure, the film exhibits all the characteristics of the constituent material depending on the modulation wavelength at which the two materials are formed. They may also exhibit third characteristics that are completely different from the properties of the constituent material. Therefore, forming a capacitor electrode made of a superlattice of an oxide-resistant metal and a conductive oxide film having characteristics of both materials yields a ferroelectric capacitor having excellent electrical characteristics. In addition, since a single layer made of superlattice has a unique smooth surface, it is possible to stabilize the interface to obtain more improved leakage current characteristics.
흔히 사용되고 있는 BST(Ba(Sr, Ti)O3), SrTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3, PLT(Pb(La, Ti)O3)등의 강유전 물질은 페로브스카이트 구조를 가지고 있는데, Nb-doped SrTiO3, LaNiO3, SrRuO3, CaRuO3, (Sr, Ca)RuO3 등의 도전성 산화막 역시 페로브스카이트(perovskite) 구조를 가지고 있으며 Cu-based 초전도체(Cu-based superconductor) 또한 적층 구조(layered structure)에서 동일한 효과를 갖는다. 따라서, 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 도전성 산화막을 이용하여 초격자 구조의 전극을 형성하면, 계면 분극(interfacial polarization)의 영향이 최소화되어 보다 우수한 누설 전류 특성이 얻어진다. 또, 이러한 도전성 산화물상에서는 에피택셜 강유전막이 쉽게 증착될 수 있으므로 결정화가 쉽게 진행될 수 있다.Commonly Used BST (Ba (Sr, Ti) O3), SrTiO3, PZT (Pb (Zr, Ti) O3), PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O3, PLT (Pb (La, Ti) O3 Ferroelectric materials have a perovskite structure, and conductive oxide films such as Nb-doped SrTiO3, LaNiO3, SrRuO3, CaRuO3, and (Sr, Ca) RuO3 also have a perovskite structure and Cu- The Cu-based superconductor also has the same effect in the layered structure, and thus, when the electrode of the superlattice structure is formed using a conductive oxide film having a perovskite structure, the interfacial polarization ( The influence of interfacial polarization is minimized to obtain better leakage current characteristics, and crystallization can be easily proceeded since the epitaxial ferroelectric film can be easily deposited on the conductive oxide.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 백금과 LaNiO3의 초격자로 이루어진 전극을 구비한 강유전막 커패시터의 형성 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of forming a ferroelectric film capacitor having an electrode made of a superlattice of platinum and LaNiO 3 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 타겟(target)의 구조를 도시한다.2 illustrates a structure of a target according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 반도체 기판(100)상에 제1 내산화성 금속 박막(105a)을 증착한 결과를 도시한다.3A illustrates a result of depositing the first oxide-resistant metal thin film 105a on the semiconductor substrate 100.
초격자의 형성 공정은 RF-마그네트론 스퍼터링(radio frequency magnetron sputtering)으로 수행된다. 이때, 반도체 기판(100)과 타겟의 거리는 3-8cm이며 RF파워는 2.5W/cm2로 하고 챔버내의 압력은 5-15mTorr로 한다. 또, 상기 반도체 기판(100)의 온도는 250∼400℃로 한다.The formation process of the superlattice is performed by radio frequency magnetron sputtering. At this time, the distance between the semiconductor substrate 100 and the target is 3-8cm, the RF power is 2.5W / cm2 and the pressure in the chamber is 5-15mTorr. Moreover, the temperature of the said semiconductor substrate 100 shall be 250-400 degreeC.
먼저, 절연막(103)이 형성된 반도체 기판(100)상에 제1 내산화성 금속 박막(105a)을 형성하기 위해서, 상기 반도체 기판(100)을 도 2에 도시된 백금 타겟의 하부에 위치시킨다. 이어서, 산소와 아르곤의 혼합 가스를 주입하면서 RF 마그네트론 스퍼터링으로 상기 절연막(103)상에 백금 박막을 증착하여 제1 내산화성 금속 박막(105a)을 형성한다. 이때, 상기 제1 내산화성 금속 박막은 후속 공정에서 초격자를 형성할 수 있을 정도의 두께로 형성되어야 한다. 혼합 가스중에 포함된 아르곤 가스의 비율은 65∼100%인 것이 바람직하며 상기 제1 내산화성 금속은 금(Au) 또는 이리듐(Ir)으로 형성할 수도 있다.First, in order to form the first oxide-resistant metal thin film 105a on the semiconductor substrate 100 on which the insulating film 103 is formed, the semiconductor substrate 100 is positioned below the platinum target shown in FIG. 2. Subsequently, a platinum thin film is deposited on the insulating layer 103 by RF magnetron sputtering while injecting a mixed gas of oxygen and argon to form a first oxide-resistant metal thin film 105a. In this case, the first oxidation-resistant metal thin film should be formed to a thickness sufficient to form a superlattice in a subsequent process. The ratio of argon gas contained in the mixed gas is preferably 65 to 100%, and the first oxidation resistant metal may be formed of gold (Au) or iridium (Ir).
도 3b는 상기 결과물상에 제1 도전성 산화막(107a)을 형성한 결과를 도시한다.3B shows the result of forming the first conductive oxide film 107a on the resultant product.
상기 반도체 기판(100)은 90℃만큼 회전 이동하여 도 2에 도시된 LaNiO3타겟의 하부에 위치된다. 이어서, 아르곤(Ar) 가스를 주입하면서 상기 제1 내산화성 금속 박막(105a)의 상부에 LaNiO3을 증착하여 제1 도전성 산화막(107a)을 형성한다. 이로써 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막의 이중층이 형성된다. 여기서, 상기 제1 도전성 산화막(107a)은 Nb-doped SrTiO3, SrRuO3, CaRuO3 또는 (Sr, Ca)RuO3 으로 형성할 수도 있다. 상기 제1 내산화성 금속 박막(105a)과 상기 제1 도전성 산화막(107a)의 증착 공정은 이들이 번갈아 가면서 적층되는 한 순서가 바뀌어도 무방하다.The semiconductor substrate 100 is rotated by 90 ° C. and positioned under the LaNiO 3 target shown in FIG. 2. Subsequently, LaNiO 3 is deposited on the first oxidized metal thin film 105a while argon (Ar) gas is injected to form a first conductive oxide film 107a. As a result, a double layer of the oxidation resistant metal thin film and the conductive oxide film is formed. The first conductive oxide film 107a may be formed of Nb-doped SrTiO 3, SrRuO 3, CaRuO 3, or (Sr, Ca) RuO 3. The deposition process of the first oxidation-resistant metal thin film 105a and the first conductive oxide film 107a may be reversed as long as they are alternately stacked.
도 3c는 상기 결과물상에 제2 내산화성 금속 박막(105b)을 형성한 결과를 도시한다.FIG. 3C shows the result of forming the second oxide-resistant metal thin film 105b on the resultant product.
상기 반도체 기판(100)은 다시 90℃만큼 회전 이동하여 도 2에 보여진 백금 타겟의 하부에 놓여진다. 이어서, 제1 내산화성 금속 박막(105a)의 형성시와 동일하게 산소와 아르곤의 혼합 가스를 주입하면서 스퍼터링으로 상기 제1 도전성 산화막(107a)상에 백금 박막을 증착하여 제2 내산화성 금속 박막(105b)을 형성한다. 이때, 상기 제2 내산화성 금속 박막(105b)은 반드시 상기 제1 내산화성 금속 박막(105b)과 같은 물질로 형성할 필요는 없으며 금(Au) 또는 이리듐(Ir)으로 형성할 수도 있다.The semiconductor substrate 100 is again rotated by 90 ° C. and placed under the platinum target shown in FIG. 2. Subsequently, a platinum thin film is deposited on the first conductive oxide film 107a by sputtering while injecting a mixed gas of oxygen and argon in the same manner as in the formation of the first oxidation resistant metal thin film 105a. 105b). In this case, the second oxidizing metal thin film 105b is not necessarily formed of the same material as the first oxidizing metal thin film 105b and may be formed of gold (Au) or iridium (Ir).
도 3d는 하부 전극(109)이 형성된 결과를 도시한다.3D shows the result of the lower electrode 109 being formed.
상기 반도체 기판(100)을 90℃만큼씩 회전시키면서 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막의 증착 공정을 반복적으로 수행하여 복수의 이중층으로 이루어진 하부 전극(109)을 형성한다. 이때, 상기 하부 전극은 백금과 LaNiO3의 초격자 구조를 가지므로 내산화성 금속 박막과 도전성 산화막의 전기적 특성이 모두 나타난다.While rotating the semiconductor substrate 100 by 90 ° C., the deposition process of the oxide resistant metal thin film and the conductive oxide film is repeatedly performed to form the lower electrode 109 formed of a plurality of double layers. In this case, since the lower electrode has a superlattice structure of platinum and LaNiO3, both electrical characteristics of the oxidized metal thin film and the conductive oxide film are exhibited.
도 3e는 강유전막(111)과 상부 전극(113)이 형성된 결과를 도시한다.3E shows the result of the ferroelectric film 111 and the upper electrode 113 formed.
상기 결과물상에 PZT를 증착하여 강유전막(111)을 형성한다. 이때, 상기 강유전막(111)은 BST(Ba(Sr, Ti)O3), SrTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3), PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3, PLT(Pd(La, Ti)O3)로 형성될 수도 있다.PZT is deposited on the resultant to form a ferroelectric film 111. In this case, the ferroelectric film 111 may include BST (Ba (Sr, Ti) O3), SrTiO3, PZT (Pb (Zr, Ti) O3), PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O3, PLT (Pd (La, Ti) O3).
이어서, 상기 결과물상에 상기 하부 전극(109)과 마찬가지의 방법으로 상부 전극(113)을 형성한다.Subsequently, the upper electrode 113 is formed on the resultant in the same manner as the lower electrode 109.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 강유전체 커패시터의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to another embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3e에서 사용된 것과 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 표시한다. 도 4에 나타난 상부 전극(113')은 초격자 구조가 아니며 내산화성 금속 또는 도전성 산화막중의 하나 또는 이들의 이중층으로 구성될 수 있다. 이와같이, 하부 전극만 초격자 구조를 갖게 할 수도 있으며, 반대로, 상부 전극만 초격자 구조를 갖도록 할 수도 있다.The same reference numerals as used in FIGS. 3A-3E denote the same elements. The upper electrode 113 ′ shown in FIG. 4 is not a superlattice structure and may be formed of one or a double layer of an oxide resistant metal or a conductive oxide film. As such, only the lower electrode may have a superlattice structure, and conversely, only the upper electrode may have a superlattice structure.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 강유전체 커패시터의 단면도이다. 도 3a 내지 도 3e에서 사용된 것과 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 표시한다. 도 5에 나타난 강유전체 커패시터는 하부 전극(109'')과 상부 전극(113'')의 일부에만 초격자 구조가 형성되어 있다. 또, 하부 전극이나 상부 전극의 어느 하나는 전체적으로 초격자 구조를 갖고, 다른 하나는 부분적으로 초격자 구조를 갖도록 할 수도 있다.5 is a cross-sectional view of a ferroelectric capacitor according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals as used in FIGS. 3A-3E denote the same elements. In the ferroelectric capacitor shown in FIG. 5, only a part of the lower electrode 109 ″ and the upper electrode 113 ″ has a superlattice structure. In addition, either the lower electrode or the upper electrode may have a superlattice structure as a whole, and the other may have a partially superlattice structure.
본 발명에 의하면, 우수한 누설 전류 특성과 피로 특성을 갖는 강유전막 커패시터를 얻을 수 있다.According to the present invention, a ferroelectric film capacitor having excellent leakage current characteristics and fatigue characteristics can be obtained.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 범위내에서 당업자에 의해 다양하게 변형될 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and may be variously modified by those skilled in the art within the technical scope of the present invention.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970002667A KR100219525B1 (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Ferroelectric capacitor employing super lattice electrode and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970002667A KR100219525B1 (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Ferroelectric capacitor employing super lattice electrode and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980066892A true KR19980066892A (en) | 1998-10-15 |
| KR100219525B1 KR100219525B1 (en) | 1999-09-01 |
Family
ID=19495867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970002667A KR100219525B1 (en) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | Ferroelectric capacitor employing super lattice electrode and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100219525B1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010016808A (en) * | 1999-08-04 | 2001-03-05 | 박종섭 | Capacitor in a semiconductor device and method of manufacturing thereof |
| KR100498608B1 (en) * | 2000-12-30 | 2005-07-01 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming ferroelectric capacitor |
-
1997
- 1997-01-29 KR KR1019970002667A patent/KR100219525B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010016808A (en) * | 1999-08-04 | 2001-03-05 | 박종섭 | Capacitor in a semiconductor device and method of manufacturing thereof |
| KR100498608B1 (en) * | 2000-12-30 | 2005-07-01 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming ferroelectric capacitor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100219525B1 (en) | 1999-09-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6693791B2 (en) | Ferroelectric capacitor and a method for manufacturing thereof | |
| KR100420121B1 (en) | Ferroelectric device using ferroelectric layer as planarization layer and method of forming the same | |
| JP3343356B2 (en) | Electrode structure and method of making ferroelectric capacitors integrated on silicon | |
| KR100856661B1 (en) | Ferroelectric capacitor having upper electrode lamination and manufacture thereof | |
| US6144060A (en) | Integrated circuit devices having buffer layers therein which contain metal oxide stabilized by heat treatment under low temperature | |
| KR100430324B1 (en) | Capacitor electrode structure | |
| JPH10150155A (en) | Capacitor of semiconductor device equipped with selective protecting film pattern formed on lower electrode and its manufacture | |
| JPH09260600A (en) | Manufacture of semiconductor memory device | |
| KR100662829B1 (en) | Semiconductor device | |
| CN100362626C (en) | Barrier for capacitor over plug structures | |
| JPH08335676A (en) | Manufacture of crystalline thin film of composite oxide | |
| KR100219525B1 (en) | Ferroelectric capacitor employing super lattice electrode and manufacturing method thereof | |
| JP3981142B2 (en) | Ferroelectric capacitor and manufacturing method thereof | |
| KR100288688B1 (en) | Manufacturing Method of Semiconductor Memory Device | |
| KR20010080742A (en) | Microelectronic structure | |
| JP3886907B2 (en) | Ferroelectric capacitor and integrated semiconductor memory chip manufacturing method | |
| JPH0620866A (en) | Dielectric element | |
| US6498044B1 (en) | Capacitor having perovskite series dielectric film containing copper and manufacturing method thereof | |
| KR100443362B1 (en) | Method for fabricating capacitor with 2 step annealing in semiconductor device | |
| JP3021165B2 (en) | Capacitor | |
| KR20000029860A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
| KR100687433B1 (en) | Method for forming a bottom electrode of a capacitor | |
| KR19980069763A (en) | Platinum thin film whose orientation is controlled and a method for manufacturing an electronic device having such a platinum thin film and an electronic device provided with a platinum thin film and a platinum thin film formed by the method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20070514 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |