DRAM 커패시터용 $Ta_2O_5$ 박막의 전기적 특성에 미치는 전극의존성 = The Effects of Electrode Materials on the Electrical Properties of $Ta_2O_5$ Thin Film for DRAM Capacitor

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A new electrode material for $Ta_2O_5$ capacitor was developed to obtain both high dielectric constant and improved electrical properties for use in DRAM. High leakage current and low breakdown field of as-deposited $Ta_2O_5$ film on Si is due to the reduction of $Ta_2O_5$ by silicon at $Ta_2O_5$/electrode interface. $Dry-O_2$ anneal improves the electrical properties of $Ta_2O_5$ capacitor with Si electrode, but it thickens the interfacial oxide and lowers the dielectric constant, subsequently. $Ta_2O_5$ capacitor with TiN exectrode shows better electrical properties and higher dielectric constant than post heat treated $Ta_2O_5$ film on Si. No interfacial oxide layer at $Ta_2O_5$/TiN interface suggests that there\`s no Interaction between $Ta_2O_5$ and electrode. TiN is a adequate electrode material for $Ta_2O_5$ capacitor.

국문 초록 (Abstract)

$Ta_2O_5$ 박막은 실리콘산화막, 실리콘질화막 박막에 비해 유전율은 높으나 누설전류밀도가 높고, 절연파괴강도가 낮아 DRAM의 커패시터용 재료로서 실용화가 되지 못하고 있다. 본 연구에서는 LPCVD법으로 형성시킨 $300{\AA}$ 두께의 $Ta_2O_5$ 유전체박막에 대해 후속열처리 또는 전극재료를 변화시켜 열악한 전기적 특성의 원인을 규명하고자 하였다. 그 결과 다결정 실리콘 전극의 경우 성막상태의 $Ta_2O_5$ 박막은 전극에 의한 환원반응에 의해 전기적 특성이 열화됨을 알 수 있었고, 이를 TiN 전극의 사용으로 억제시킬 수 있었다. 다결정 실리콘 전극의 경우 성막상태의 $Ta_2O_5$ 유전체는 누설정류밀도가 $10^{-1}A/cm^2$, 절연파괴강도가 1.5MV/cm 정도였으며, $800^{\circ}C$에서 $O_2$열처리를 하면 전기적 특성은 개선되나, 유전율이 낮아진다 TiN 전극을 채용할 경우 누설전류밀도 $10^{-6}~10^{-7}A/cm^2$, 절연파괴강도 7~12MV/cm 로 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막과 비슷한 $Ta_2O_5$ 고유전막을 얻을 수 있었다.