KR20010038590A - Capacitor endurable to subsequent steps under hydrogen atmosphere - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A capacitor is to prevent a deterioration of a dielectric in a subsequent process of a hydrogen atmosphere by interposing a reaction stopping layer between a dielectric and an upper electrode. CONSTITUTION: A contact plug(110) is formed in an insulating layer(100). The contact plug and the insulating layer are exposed by depositing and patterning an interlayer dielectric on the entire surface of the resultant structure. A lower electrode(130) is formed by depositing a platinum group metal on the entire surface of the resultant structure. A dielectric(140) is formed on the lower electrode. The dielectric consists of a ferroelectric material. A reaction stopping layer(150) is formed on the dielectric, thereby improving a height of an electrical interface barrier. An upper electrode(160) is formed on the reaction stopping layer. The upper electrode consists of a platinum group metal or a conductive metal compound. The reaction stopping layer consists of Ta2O5 or Al2O3.

Description

수소 분위기의 후속공정에 열화되지 않는 커패시터{Capacitor endurable to subsequent steps under hydrogen atmosphere}Capacitor endurable to subsequent steps under hydrogen atmosphere

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히 커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to capacitors.

반도체 메모리 소자의 집적도가 증가함에 따라 커패시터가 차지하는 면적이 줄어들게 되었고, 종래의 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 또는 이들의 복합막을 유전막으로 사용해서는 원하는 수준의 정전용량을 확보하기가 어렵게 되었다. 그에 따라, 원하는 정전용량을 확보하기 위해 커패시터의 전극을 입체화하거나 표면에 반구형 그레인(hemispherical grain)을 형성하여 전극의 유효면적을 넓히는 방법, 유전막의 두께를 감소하는 방법, 또는 탄탈륨 산화물(Ta2O5)이나 알루미늄 산화물(Al2O3), 타이타늄 산화물(TiO2) 등의 금속 산화물 계열의 유전막이나, BST((Ba,Sr)TiO3)나, ST(SrTiO3), SBT(SrBi2Ta2O9), PZT((Pb,Zr)TiO3) 등의 페로브스카이트(Perovskite) 계열의 유전막 등 유전율이 종래에 비해 수십 내지 수백배에 이르는 물질을 유전막으로 사용하는 방법 등이 제안되었다.As the degree of integration of semiconductor memory devices increases, the area occupied by capacitors is reduced, and it is difficult to secure a desired level of capacitance by using a conventional silicon oxide film, silicon nitride film, or a composite film thereof as a dielectric film. Therefore, to secure the desired capacitance, the electrode of the capacitor is made three-dimensional or hemispherical grains are formed on the surface to increase the effective area of the electrode, to reduce the thickness of the dielectric film, or to tantalum oxide (Ta 2 O). 5 ) metal oxide-based dielectric films such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium oxide (TiO 2 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), ST (SrTiO 3 ), SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), PZT ((Pb, Zr) TiO 3 ) and other perovskite-based dielectric films, such as a dielectric film of several tens to several hundred times compared to the conventional method has been proposed. .

이중 유전율이 높은 물질 특히, 페로브스카이트 구조의 강유전물질을 유전막으로 사용하는 커패시터의 경우, 유전막의 증착 또는 증착된 유전막의 결정화 열처리시 종래의 상하부전극 물질인 다결정 실리콘과 반응하거나 이를 산화시켜, 유전막과 상하부전극간 누설전류가 증가하고 유전율이 낮은 유전막인 실리콘 산화막을 형성하는 등의 문제가 있다. 따라서, 강유전물질을 유전막으로 사용하는 경우에는, 도 1과 같이, 전극물질로서 산화 저항성이 크며 유전막과 반응성이 적거나 산화가 되더라도 그 산화물이 도전체의 특성을 가지는 백금족 금속 즉, Pt, Ru, Ir, Rh 등의 금속이나 이들의 산화물을 커패시터의 상하부전극으로 사용하는 방안이 제시되었다.In the case of a capacitor having a high dielectric constant, particularly a ferroelectric material having a perovskite structure as a dielectric film, the capacitor reacts with or oxidizes polycrystalline silicon, which is a conventional upper and lower electrode material, during deposition of the dielectric film or crystallization heat treatment of the deposited dielectric film. The leakage current between the dielectric film and the upper and lower electrodes increases, and there is a problem of forming a silicon oxide film, which is a dielectric film having a low dielectric constant. Therefore, in the case of using a ferroelectric material as a dielectric film, as shown in FIG. 1, even if the oxide material has a high oxidation resistance as the electrode material and is less reactive with the dielectric film or is oxidized, the platinum group metal having the characteristics of a conductor, that is, Pt, Ru, The use of metals such as Ir and Rh or oxides thereof as upper and lower electrodes of a capacitor has been proposed.

그러나, 이러한 백금족 금속 또는 그 산화물은 커패시터 상부전극으로 사용하기가 힘들다. 그 이유는, 상부전극 형성 이후에 수행되는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막의 층간절연막 형성 공정이나 게이트 산화막의 Si-O2결합을 수소로 마감하는 공정 들은 수소가 다량 함유된 분위기에서 수행되는데, 백금족 금속은 수소 분자를 수소 단원자로 분해하는 일종의 촉매역할을 하고, 수소 단원자는 상부전극을 통하여 유전막에 직접적인 영향을 주기 때문이다. 즉, 수소는 환원성이 강하고 BST나 PZT와 같은 유전물질들은 수소 분위기에서 쉽게 치환되며 특히 수소 단원자에 의한 열화가 매우 심각하다.However, such platinum group metals or oxides thereof are difficult to use as capacitor upper electrodes. The reason is that the interlayer insulating film forming process of the silicon oxide film or silicon nitride film after the upper electrode is formed or the processes of finishing the Si-O 2 bond of the gate oxide film with hydrogen are performed in an atmosphere containing a large amount of hydrogen. This is because it acts as a kind of catalyst that decomposes hydrogen molecules into hydrogen atoms, and the hydrogen atoms directly affect the dielectric film through the upper electrode. In other words, hydrogen is highly reducible, and dielectric materials such as BST and PZT are easily replaced in a hydrogen atmosphere, and deterioration by hydrogen monoatoms is particularly severe.

이러한 문제들은 Y. Tsunemine 등에 의한 "A manufacturable integration technology of sputter-BST capacitor with a newly proposed thick Pt electrode", IEDM, 1998, pp.811-814의 논문에도 나타나 있다. 이 논문에서는 백금 전극을 스퍼터링 방식으로 증착할 때 Ar과 O2를 적절한 비율로 섞어 백금 전극에 산소를 도핑하여 보충해 줌으로써 후속하는 수소 분위기의 공정에서의 문제를 해결할 수 있다고 밝히고 있다. 그러나, 본 발명의 발명자들의 연구결과로는, 이러한 산소가 도핑된 백금 전극은 스트레스에 매우 약하고, 특히 산소가 백금과 약하게 결합되어 후속 열처리시 수소에 의해 쉽게 치환됨으로써 큰 효과가 없는 것으로 나타났다. 그나마, 이 논문에서 산소 도핑의 효과가 있다고 주장하는 커패시터의 유전막인 BST막의 증착두께는 600Å이나 되어 현재의 디자인 룰(design rule)을 감안하면 실제 소자에 적용하기 어렵다.These problems are also presented in a paper by Y. Tsunemine et al. "A manufacturable integration technology of sputter-BST capacitor with a newly proposed thick Pt electrode", IEDM, 1998, pp. 811-814. In this paper, when sputtering the platinum electrode, Ar and O 2 are mixed in an appropriate ratio to supplement the platinum electrode with oxygen to solve the problem of the subsequent hydrogen atmosphere process. However, the results of the inventors of the present invention, such an oxygen-doped platinum electrode is very weak to stress, in particular, oxygen is weakly bonded to the platinum and is easily replaced by hydrogen during the subsequent heat treatment has not shown a great effect. However, in this paper, the deposition thickness of the BST film, which is the dielectric film of the capacitor, which is claimed to have the effect of oxygen doping, is 600Å, which is difficult to apply to the actual device considering the current design rule.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수소 분위기의 후속 공정에 의해 유전막이 열화되지 않는 구조의 커패시터를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a capacitor having a structure in which the dielectric film is not degraded by a subsequent process of hydrogen atmosphere.

도 1은 상하부전극을 백금족 금속이나 그 산화물로 형성한 종래의 커패시터의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a conventional capacitor in which the upper and lower electrodes are formed of a platinum group metal or an oxide thereof.

도 2는 하부전극만을 백금족 금속이나 그 산화물로 형성한 커패시터의 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the structure of a capacitor in which only the lower electrode is formed of a platinum group metal or an oxide thereof.

도 3은 도 2에 도시된 커패시터의 누설전류 특성을 도시한 그래프이다.3 is a graph illustrating leakage current characteristics of the capacitor illustrated in FIG. 2.

도 4는 본 발명에 따른 커패시터의 구조를 도시한 도면이다.4 is a view showing the structure of a capacitor according to the present invention.

도 5는 도 4에 도시된 구조의 커패시터의 구현예를 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing an embodiment of a capacitor of the structure shown in FIG.

도 6 및 도 7은 도 4에 도시된 커패시터에서 유전막을 제외하고 측정한 누설전류 특성을 도시한 그래프이다.6 and 7 are graphs illustrating leakage current characteristics measured except for a dielectric film in the capacitor illustrated in FIG. 4.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 커패시터는, 강유전물질을 유전막으로 사용하는 커패시터로서, 그 하부전극은 백금족 금속 또는 그 산화물로 이루어지고, 상부전극은 백금족 금속 및 그 산화물을 제외한 금속 또는 도전성 금속 화합물로 이루어진다. 또한, 유전막과 상부전극 사이에 유전막과 상부전극 간의 반응을 막고 전기적 계면장벽의 높이를 향상시키는 반응방지막을 구비한다.Capacitor according to the present invention for achieving the above technical problem, a capacitor using a ferroelectric material as a dielectric film, the lower electrode is made of a platinum group metal or its oxide, the upper electrode is a metal other than the platinum group metal and its oxide or It consists of a conductive metal compound. In addition, a reaction prevention film is provided between the dielectric film and the upper electrode to prevent the reaction between the dielectric film and the upper electrode and improve the height of the electrical interface barrier.

여기서, 상기 반응방지막은 Ta2O5또는 Al2O3인 것이 바람직하다.Here, the reaction prevention film is preferably Ta 2 O 5 or Al 2 O 3 .

또한, 상기 상부전극을 이루는 금속 또는 도전성 금속 화합물로는 W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN 또는 TaSiN이 될 수 있다.In addition, the metal or conductive metal compound forming the upper electrode may be W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN or TaSiN.

또한, 상기 하부전극은 상기 백금족 금속 또는 그 산화물 아래에 불순물이 도핑된 다결정 실리콘을 더 포함할 수 있으며, 상기 상부전극 위에도 불순물이 도핑된 다결정 실리콘을 더 포함할 수 있다.The lower electrode may further include polycrystalline silicon doped with impurities under the platinum group metal or an oxide thereof, and may further include polycrystalline silicon doped with impurities on the upper electrode.

이와 같이 본 발명에 따르면, 상부전극을 백금족 금속이나 그 산화물을 사용하지 않음으로써 전술한 수소 분위기의 후속 공정에 의한 영향을 받지 않게 되고, 유전막과 상부전극 사이에 반응방지막을 구비함으로써 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 상부전극에 의한 누설전류 문제를 해결할 수 있다.Thus, according to the present invention, by not using the platinum group metal or the oxide thereof, the upper electrode is not affected by the subsequent process of the above-described hydrogen atmosphere, and by providing a reaction prevention film between the dielectric film and the upper electrode, the platinum group metal or the The leakage current problem caused by the upper electrode rather than the oxide can be solved.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 수소 분위기의 후속 공정에 의한 문제를 회피하기 위해, 도 2와 같이, 단순히 상부전극을 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속이나 도전성 금속 화합물로 대치한 경우를 살펴보았다. 즉, 상부전극을 금속 질화물인 타이타늄 질화막(TiN)으로 하고, 하부전극은 Pt로 하며, 유전막은 BST를 400Å 두께로 형성하고 수소 분위기의 후속 열처리를 수행하기 전의 누설전류 특성을 고찰하였다.First, in order to avoid the problem caused by the subsequent process of the hydrogen atmosphere, as shown in FIG. 2, the case where the upper electrode was replaced with a metal or a conductive metal compound instead of a platinum group metal or an oxide thereof was described. That is, the upper electrode was made of a titanium nitride film (TiN), which is a metal nitride, the lower electrode was made of Pt, and the dielectric film was formed to have a thickness of 400 kV BST, and the leakage current characteristics before subsequent heat treatment in a hydrogen atmosphere were discussed.

도 3은 이러한 커패시터의 누설전류를 측정하여 도시한 그래프로서, 도 3을 보면, 커패시터 상부전극에 양의 전압을 인가했을 때에 비해 음의 전압을 인가했을 때의 누설전류 특성이 매우 나쁨을 알 수 있다. 이는, 두 가지 원인에 기인하는 것으로 생각되는데, 첫째는 백금족 금속에 비하여 타이타늄 질화막의 일함수(work function)가 작아 양의 전기적 계면장벽에 비하여 음의 전기적 계면장벽이 낮기 때문이다. 둘째는 타이타늄 질화막은 유전막인 BST와 어느 정도 반응성이 있기 때문이다. 이는 결과적으로 전기적 계면을 취약하게 한다.3 is a graph illustrating measurement of the leakage current of such a capacitor. Referring to FIG. 3, it can be seen that the leakage current characteristics are very poor when a negative voltage is applied to the capacitor upper electrode. have. This is thought to be due to two reasons. First, since the work function of the titanium nitride film is smaller than that of the platinum group metal, the negative electrical interface barrier is lower than the positive electrical interface barrier. Second, the titanium nitride film is somewhat reactive with BST, a dielectric film. This results in a weak electrical interface.

따라서, 이와 같이 상부전극을 단순히 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속 또는 도전성 금속 화합물로 대치한 경우는 전술한 다결정 실리콘을 전극으로 사용한 경우와 마찬가지로 누설전류 특성이 나빠 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 그대로 사용하기는 힘들다.Therefore, when the upper electrode is simply replaced with a platinum group metal, a metal other than the oxide, or a conductive metal compound, the leakage current characteristics are poor as in the case where the polycrystalline silicon is used as the electrode. It is hard to use it as it is.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 구조를 도시한 것으로서, 도 2에 도시된 구조와 다른 점은, 금속 산화물 계열의 유전물질 또는 강유전물질의 유전막과 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속 또는 도전성 금속 화합물로 이루어진 상부전극의 사이에 유전막과 상부전극 금속간의 반응을 막고 그 전기적 계면장벽의 높이를 향상시킬 수 있는 반응방지막을 개재한 점이다. 즉, 본 실시예의 커패시터는 주유전막으로서 강유전물질이나 금속 산화물 계열의 유전물질을 사용하고 상부전극을 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속으로 형성함으로써 나타나는 누설전류 증가 문제를 반응방지막을 사용함으로써 해결한다.4 illustrates a structure of a capacitor according to an embodiment of the present invention, which is different from the structure illustrated in FIG. 2, in which a dielectric film of a metal oxide-based dielectric material or a ferroelectric material, a platinum group metal, or a metal other than the oxide thereof, or The interposition of the upper electrode made of a conductive metal compound prevents the reaction between the dielectric film and the upper electrode metal and prevents the reaction film from being able to improve the height of the electrical interface barrier. That is, the capacitor of the present embodiment solves the problem of increased leakage current by using a ferroelectric material or a metal oxide-based dielectric material as the main dielectric film and forming the upper electrode from a platinum group metal or a metal other than the oxide by using a reaction prevention film.

반응방지막으로는 특히 BST나 PZT 등의 강유전물질과 반응하지 않는 물질로서 실리콘 산화막(SiO2)이나 실리콘 질화막(Si3N4), 탄탈륨 산화막(Ta2O5), 알루미늄 산화막(Al2O3) 등이 될 수 있다. 여기서, 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막은 그 유전율이 다른 막에 비해 낮으므로 탄탈륨 산화막이나 알루미늄 산화막을 사용하는 것이 더 바람직하다.As the reaction prevention film, a material that does not react with ferroelectric materials such as BST or PZT, in particular, is a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a tantalum oxide film (Ta 2 O 5 ), or an aluminum oxide film (Al 2 O 3). ), Etc. Here, since the dielectric constant of the silicon oxide film or silicon nitride film is lower than that of other films, it is more preferable to use a tantalum oxide film or an aluminum oxide film.

도 5는 도 4에 도시된 구조를 가지는 커패시터의 실제 구현예를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같은 커패시터를 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.FIG. 5 is a diagram illustrating an actual implementation of a capacitor having the structure shown in FIG. 4. A method of forming a capacitor as shown in FIG. 5 will be described below.

먼저, 하부에 트랜지스터 등의 소자가 형성된 절연막(100)에 불순물이 도핑된 다결정 실리콘이나 타이타늄 질화막, 텅스텐(W) 또는 이들의 조합으로 커패시터 하부전극용 컨택 플러그(110)를 형성하고, 전면에 층간절연막(120)을 적층하고 패터닝하여 하부전극이 형성될 영역의 컨택 플러그(110)와 그 주위의 절연막(100)을 노출한다. 이어서, 전면에 백금족 금속 또는 그 산화물을 증착하여 하부전극층을 형성하고, 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP)나 에치 백(etch back)으로 층간절연막(120) 상부에 증착된 하부전극 물질을 제거하여 하부전극(130)들을 분리한다. 이때, 하부전극(130)들을 분리할 때 하부전극층 위에 단차도포성이 좋은 포토레지스트(photoresist)나 실리콘 산화막을 채워 넣은 후 CMP나 에치 백으로 층간절연막(120) 상부에 증착된 하부전극층을 제거하고, 분리된 하부전극(130)들 내부에 채워진 포토레지스트나 실리콘 산화막을 제거하면 된다. 또한, 이때 하부전극(130) 내부에 채워진 물질과 층간절연막(120)의 식각선택비가 없는 식각가스나 식각용액을 사용하면 층간절연막(120)도 함께 제거되어 실린더형 하부전극(130)의 외면도 커패시터의 유효전극으로 활용할 수 있다.First, a contact plug 110 for a capacitor lower electrode is formed of polycrystalline silicon, a titanium nitride film, tungsten (W), or a combination of impurities doped in the insulating film 100 having a device such as a transistor formed thereon, and an interlayer on the front surface. The insulating layer 120 is stacked and patterned to expose the contact plug 110 in the region where the lower electrode is to be formed and the insulating layer 100 around the contact plug 110. Subsequently, a platinum group metal or an oxide thereof is deposited on the entire surface to form a lower electrode layer, and the lower electrode material deposited on the interlayer insulating layer 120 is removed by chemical mechanical polishing (CMP) or etch back. The lower electrode 130 is separated. In this case, when the lower electrodes 130 are separated, a photoresist or silicon oxide film having a high level coating property is filled on the lower electrode layer, and then the lower electrode layer deposited on the interlayer insulating layer 120 is removed by CMP or etch back. The photoresist or the silicon oxide film filled in the separated lower electrodes 130 may be removed. In addition, when an etching gas or an etching solution having no etch selectivity of the interlayer insulating layer 120 and the material filled in the lower electrode 130 is used, the interlayer insulating layer 120 is also removed, and the outer surface of the cylindrical lower electrode 130 is also removed. It can be used as an effective electrode of a capacitor.

이어서, 전면에 주유전막(140)인 BST나 PZT를 증착하고, 그 위에 반응방지막(150)으로서 탄탈륨 산화막이나 알루미늄 산화막을 증착한다. 그리고, 그 위에 상부전극(160)으로서 W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN 또는 TaSiN을 증착하여 커패시터를 완성한다. 한편, 주유전막(140)과 반응방지막(150)의 증착 전후에 오존이나 산소 분위기의 열처리, 산소 플라즈마 처리, 자외선을 이용한 오존 열처리 등을 1∼수회 수행하고 유전막의 결정화 열처리를 수행함으로써 유전막의 유전율을 높일 수 있다.Subsequently, BST or PZT which is the main dielectric film 140 is deposited on the entire surface, and a tantalum oxide film or an aluminum oxide film is deposited thereon as the reaction prevention film 150 thereon. Then, W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN or TaSiN is deposited on the upper electrode 160 to complete the capacitor. On the other hand, before and after the deposition of the main dielectric film 140 and the reaction prevention film 150, the heat treatment of ozone or oxygen atmosphere, oxygen plasma treatment, ozone heat treatment using ultraviolet light, etc. are performed one to several times, and the dielectric film is subjected to crystallization heat treatment to permit dielectric constant of dielectric film Can increase.

한편, 도 5에 도시된 구현예에서는 그 내부 표면만을 유효전극으로 사용하는 실린더형 하부전극을 형성했지만, 본 발명의 커패시터가 실린더형에 한정되는 것은 아니다. 즉, 단순 스택형으로도 구현가능하고, 외부 표면도 유효전극으로 사용하는 실린더형, 핀(fin)형 등 다양한 변형이 가능하다.On the other hand, in the embodiment shown in Figure 5 formed a cylindrical lower electrode using only its inner surface as an effective electrode, the capacitor of the present invention is not limited to the cylindrical. That is, it is possible to implement a simple stack type, and various modifications such as a cylinder type and a fin type that use the outer surface as an effective electrode are possible.

한편, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 커패시터의 누설전류 특성을 확인하기 위하여 실험한 결과를 도시한 그래프이다. 본 실험예에서는, Ru 하부전극 상에 반응방지막으로서 탄탈륨 산화막을 120Å 두께로 증착하고 그 위에 상부전극으로서 타이타늄 질화막을 형성한 후 누설전류를 측정하였다. 즉, 본 실험예에서는 실험의 단순화를 위해 주유전막을 생략하였는데, 이는 커패시턴스 특성이 아닌 누설전류 특성에서는 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속 또는 도전성 금속 화합물로 이루어진 상부전극과 접하는 반응방지막의 역할이 주유전막의 역할보다 중요하기 때문에 주유전막의 생략이 결과에 있어서 큰 차이를 나타내지 않을 것이란 가정에서였다.6 and 7 are graphs showing the results of experiments to confirm the leakage current characteristics of the capacitor according to the present invention. In the present experimental example, a tantalum oxide film was deposited to a thickness of 120 Å as a reaction prevention film on a Ru lower electrode, and a titanium nitride film was formed as an upper electrode thereon, and then leakage current was measured. That is, in the present experimental example, the main dielectric film was omitted to simplify the experiment. In the leakage current property, not the capacitance property, the main role of the reaction prevention film in contact with the upper electrode made of a platinum group metal, a metal other than its oxide, or a conductive metal compound was mainly used. It was assumed that omission of the lubrication layer would not show much difference in the results because it is more important than the role of the dielectric layer.

이러한 구조의 커패시터의 누설전류를 측정하여 도시한 도 6을 보면, 단순히 상부전극만을 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 타이타늄 질화막으로 대치하고 반응방지막을 형성하지 않은 경우의 누설전류를 나타낸 도 3에 비하여, 특히 음의 전압을 인가했을 때의 누설전류 특성이 훨씬 좋아졌음을 알 수 있다. 이는 상술한 바와 같이, 타이타늄 질화막으로 이루어진 상부전극과 반응하지 않는 탄탈륨 산화막막이 결과적으로 음의 전기적 계면장벽을 증가시켰기 때문이다.Referring to FIG. 6, which shows the leakage current of a capacitor having such a structure, the leakage current when the upper electrode is replaced with a titanium nitride film instead of a platinum group metal or an oxide thereof and a reaction prevention film is not formed, is shown. In particular, it can be seen that leakage current characteristics are much improved when a negative voltage is applied. This is because, as described above, the tantalum oxide film that does not react with the upper electrode made of the titanium nitride film has increased the negative electrical interface barrier as a result.

한편, 도 7은 이러한 구조의 커패시터에 대하여 상부전극 형성후의 수소 분위기의 열저리 공정을 수행하기 전과 수행한 후의 누설전류 특성을 비교한 결과를 도시한 그래프이다. 도 7에서 수소 열처리전의 누설전류 특성은 도 6의 누설전류 특성과 동일한 것이다. 도 7을 보면, 본 실험예의 구조를 가지는 커패시터는 수소 분위기의 열처리 전후에 있어서 누설전류 특성이 별로 달라지지 않은 것을 알 수 있다. 이는, 본 실험예의 구조의 커패시터가 상부전극으로서 백금족 금속이나 그 산화물을 사용하지 않음으로 인해, 수소 분위기하의 후속 공정에 의해 유전막의 열화현상이 나타나지 않았기 때문이다.On the other hand, Figure 7 is a graph showing the result of comparing the leakage current characteristics before and after the heat conduction process of the hydrogen atmosphere after the formation of the upper electrode for the capacitor of this structure. In FIG. 7, the leakage current characteristic before hydrogen heat treatment is the same as the leakage current characteristic of FIG. 6. Referring to FIG. 7, it can be seen that the leakage current characteristics of the capacitor having the structure of the present experimental example did not change much before and after the heat treatment in the hydrogen atmosphere. This is because the capacitor of the structure of the present experiment did not use a platinum group metal or its oxide as the upper electrode, so that the deterioration of the dielectric film did not appear by a subsequent process under a hydrogen atmosphere.

본 실험예의 결과를 종합하면, 상부전극을 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 다른 금속이나 도전성 금속 화합물로 형성하고 강유전물질로 이루어진 주유전막과 상부전극 사이에 반응방지막을 개재함으로써 수소 분위기의 후속 공정에 의한 영향을 근원적으로 배제할 수 있고, 또한, 백금족 금속이 아닌 금속을 사용함에 따른 누설전류 증가 문제도 해결가능함을 시사한다.According to the results of this experimental example, the upper electrode was formed of a platinum group metal or a metal other than the oxide thereof, or a conductive metal compound, and interposed between the main electrode film made of ferroelectric material and the upper electrode by means of a reaction prevention film, followed by a hydrogen atmosphere. It is suggested that the influence can be fundamentally eliminated, and that the problem of increased leakage current by using a metal other than the platinum group metal can also be solved.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 강유전물질을 유전막으로 사용하는 커패시터에서 상부전극을 백금족 금속이나 그 산화물이 아닌 금속 또는 도전성 금속 화합물로 형성하고 유전막과 상부전극 사이에 반응방지막을 개재함으로써, 수소 분위기의 후속 공정에 의한 유전막 열화현상을 막을 수 있고, 누설전류의 증가도 억제할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the capacitor using the ferroelectric material as the dielectric film, the upper electrode is formed of a platinum group metal or a metal other than its oxide or a conductive metal compound, and the hydrogen is prevented by interposing a reaction prevention film between the dielectric film and the upper electrode. Deterioration of the dielectric film by the subsequent process of the atmosphere can be prevented, and an increase in the leakage current can also be suppressed.

Claims (3)

백금족 금속 또는 그 산화물로 이루어진 하부전극;A lower electrode made of a platinum group metal or an oxide thereof; 상기 하부전극 상에 형성된 강유전물질로 이루어진 유전막;A dielectric film made of a ferroelectric material formed on the lower electrode; 상기 유전막 상에 형성되어 상기 유전막과 상부전극 간의 반응을 막고 전기적 계면장벽의 높이를 향상시키는 반응방지막;A reaction prevention layer formed on the dielectric layer to prevent a reaction between the dielectric layer and the upper electrode and to improve a height of an electrical interface barrier; 상기 반응방지막 상에 형성되고 백금족 금속 및 그 산화물을 제외한 금속 또는 도전성 금속 화합물로 이루어진 상부전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 커패시터.And an upper electrode formed on the reaction prevention film and made of a metal or a conductive metal compound other than a platinum group metal and an oxide thereof. 제1항에 있어서, 상기 반응방지막은 Ta2O5또는 Al2O3로 이루어진 것을 특징으로 하는 커패시터.The capacitor of claim 1, wherein the reaction prevention film is made of Ta 2 O 5 or Al 2 O 3 . 제1항에 있어서, 상기 상부전극을 이루는 금속 또는 도전성 금속 화합물은 W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN 또는 TaSiN인 것을 특징으로 하는 커패시터.The capacitor of claim 1, wherein the metal or conductive metal compound forming the upper electrode is W, TiN, WN, TaN, TiAlN, TiSiN, or TaSiN.
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