Electrical Characteristics of PECVD $Ta_2O_5$ Dielectic Thin Films on HSG and Rugged Polysilicon Electrodes

입체표면 폴리실리콘 전극에서 PECVD $Ta_2O_5$ 유전박막의 전기적 특성

In order to increase the capacitance of storage electrode in the DRAM capacitor, two approaches were performed. First, hemispherical and rugged poly silicon films were made by LPCVD to increase the effective surface area of storage electrode. The even surface morphology of conventional poly silicon electrode was changed into the uneven surface of hemispherical of rugged poly silicon films. Second, PECVD $Ta_2O_5$ dielectric films were deposited and thermally treated to study the dielectrical characteristics of $Ta_2O_5$ film on each electrode. MIS capacitors with $Ta_2O_5$ films were electrically characterized by I-V, C-V and TDDB measurements. As a result, the capacitance of the electrode with uneven surface were increased by a factor of 1.2~1.5 and leakage current was increased compared with those of even surface. TDDB result indicates that the electrode with uneven surface has dielectrically more degraded than that of even surface. These results can be helpful as a basic research to develop new generation DRAM capacitors with $Ta_2O_5$ films.

DRAM 커패시터에서 축정용량을 증대시키기 위한 기초연구로서 2가지 방법을 시도하였다. 첫째로, 커패시터의 유효 표면적을 증대시키기 위해 HSG(hemispherical grain)와 rugged 형태의 표면형상을 갖는 폴리실리콘 전극을 저압 화학기상증착법을 이용하여 제잘하였다. 그 결과 기존의 평평한 폴리실리콘 전극에 비하여 유효면적이 증대된 폴리실리콘 전극이 형성되었다. 둘째로, 고유 전상수를 갖는 $Ta_2O_5$ 박막을 각각의 전극에 플라즈마 화학기상증착법으로 증착시키고 후열처리한 후 전기적 특성변화를 조사하였다. MIS(metal-insulator-semiconductor) 구조의 커패시터를 제작하여 전기적 특성을 측정한 결과, HSG와 rugged 형상의 표면을 갖는 전극에서 기존의 평평한 표면을 갖는 전극에 비하여 축전용량은 1.2~1.5배까지 증대하였으나, 주설전류는 표면적의 증가에 따라 함께 증가함을 보였다. TDDB 특성에서도 HSG와 rugged 형상의 표면을 갖는 전극들이 평평한 표면형상에 비하여 더 열화되었음을 보여주었다. 이상과 같은 결과는 $Ta_2O_5$ 유전박막을 이용한 차세대 DRAB 커패시터 연구에 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 본다.