具有至少3层高-K介电层的模拟电容器和制造它的方法技术

提供一种具有至少３层高－ｋ介电层的模拟电容器和制造它的方法。该模拟电容器包含下电极、上电极、置于下电极与上电极之间的至少３层高－ｋ介电层。该至少３层高－ｋ介电层包含接触下电极的底介电层、接触上电极的顶介电层和置于底介电层与顶介电层之间的中介电层。而且，各底介电层和顶介电层是，与中介电层相比，ＶＣＣ的二次系数的绝对值相对低的高－ｋ介电层，中介电层是，与底介电层和顶介电层相比，漏电流相对低的高－ｋ介电层。因此，由于使用至少３层高－ｋ介电层，可以使模拟电容器的ＶＣＣ特性和漏电流特性最佳。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2003年9月19日申请的韩国专利申请号2003-65272的优先权，本文引入其全部内容作为参考。
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及一种模拟电容器和制造它的方法，更具体地，涉及一种具有至少3层高-k介电层的模拟电容器和制造它的方法。2.相关技术描述模拟电容器是在模数转换器(ADC)、RF设备、开关电容滤波器、CMOS图像传感器(CIS)等中使用的典型设备中的一种元件。模拟电容器是一种获得比特(bits)并基于以下事实运转的电容器，即贮存在位于介电层两端上的电极中的电荷量相应于外加电压的变化而不同。当将电压(V)施加在电容器上时，可以由方程1给出贮存在介电层两端上的电极中的电荷量(Q)。方程1Q＝C×V其中，C是电容器的电容。在电容(C)具有恒定值的情况下，电荷量(Q)与电压(V)成比例线性升高。当固定电压(V)时，储存在电容器中的电荷量(Q)是恒定的。因此，可以在电容器工作电压的范围内将电压分解，并使用对应于各分解电压的电荷量作为1比特。为了在模拟电容器中获得高的比特，相应于各分解电压的电荷量的差别应该是大且恒定的。为此，在模拟电容器中使用的介电层要求，其电容的电压系数(VCC)，即电容随电压的变化应该低，其电容应该大，且其漏电流应该低。随着半导体器件中集成度升高，电容器尺寸日益按比例缩小。因此，为了防止对应于电容器尺寸下降的容量下降，使用高-k介电层。将介电常数高于或等于8的介电层定义为高-k介电层。典型地，介电层的容量取决于电压。也就是说，可以用外加电压(V)的函数来给出电容((C(V))，并且该电容符合由方程2给出的二次函数。方程2C(V)＝C(0)×(a×V2+b×V+1)其中，C(0)是外加电压为0V时电容器的电容，a是VCC的二次系数，b是VCC的线性系数。因此，为了具有低的VCC值，a和b应该接近于0。已知二次系数与电容器的电极和介电层的界面特性有关。也就是说，如果当施加电压时，在电极中发生消耗，则二次系数具有负值。与此相反，如果电子渗入介电层中从而降低该介电层的有效厚度，则二次系数具有正值。因此，在模拟电容器中用作高-k介电层的介电层要求，其漏电流应该低，并且VCC的二次系数的绝对值应该低。然而，使用单层介电层难以同时满足漏电流特性和VCC特性。专利技术概述本专利技术的示范性实施方案提供了一种模拟电容器和制造该模拟电容器的方法，所述模拟电容器具有高-k介电层，能够使漏电流特性和VCC特性最佳。根据一个方面，本专利技术提供一种模拟电容器。该模拟电容器包含下电极、面对下电极的上电极和置于下电极与上电极之间的至少3层高-k介电层。该至少3层高-k介电层包含接触下电极的底介电层、接触上电极的顶介电层和置于底介电层与顶介电层之间的中介电层。并且，各底介电层和顶介电层是，与中介电层相比，VCC的二次系数的绝对值相对低的高-k介电层，中介电层是，与底介电层和顶介电层相比，漏电流相对低的高-k介电层。VCC的二次系数的绝对值低的高-k介电层接触电极，将漏电流低的高-k介电层置于电极之间。因此，可以使VCC特性和漏电流特性最佳。在一个实施方案中，底介电层和顶介电层是不同材料的层。各底介电层和顶介电层可以是选自Ta2O5、掺Ti的Ta2O5、掺Nb的Ta2O5、BST、PZT和TiO2层中的材料层。漏电流相对低的中介电层可以是选自Al2O3、HfO2、ZrO2和La2O3层中的材料层。模拟电容器还可以包含置于底介电层与中介电层之间的缓冲介电层；和置于中介电层与顶介电层之间的另一缓冲介电层。在一个实施方案中，底介电层和顶介电层中的一层介电层是Ta2O5层。底介电层和顶介电层中的另一层介电层可以是选自BST、PZT和TiO2层中的高-k介电层。在一个实施方案中，漏电流相对低的中介电层是选自Al2O3、HfO2、ZrO2和La2O3层中的高-k介电层。模拟电容器还可以包含置于底介电层与中介电层之间的缓冲介电层；和置于中介电层与顶介电层之间的另一缓冲介电层。在一个实施方案中，底介电层和顶介电层是相同的材料。该相同的材料层是Ta2O5层。漏电流相对低的中介电层可以是选自Al2O3、HfO2、ZrO2和La2O3层中的高-k介电层。在一个实施方案中，漏电流相对低的中介电层是Al2O3层或HfO2层。模拟电容器还可以包含置于底介电层与中介电层之间的缓冲介电层；和置于中介电层与顶介电层之间的另一缓冲介电层。根据另一个方面，本专利技术提供一种模拟电容器，该模拟电容器包含下电极；面对下电极的上电极；置于下电极与上电极之间从而与下电极接触、由Ta2O5层形成的底介电层；置于下电极与上电极之间从而与上电极接触、由Ta2O5层形成的顶介电层；和置于底介电层与顶介电层之间、由Al2O3层形成的中介电层。在一个实施方案中，模拟电容器还包含置于底介电层与中介电层之间的缓冲介电层；和置于中介电层与顶介电层之间的另一缓冲介电层。根据另一个方面，本专利技术提供一种模拟电容器，该模拟电容器包含下电极；面对下电极的上电极；置于下电极与上电极之间从而与下电极接触、由Ta2O5层形成的底介电层；置于下电极与上电极之间从而与上电极接触、由Ta2O5层形成的顶介电层；和置于底介电层与顶介电层之间、由HfO2层形成的中介电层。在一个实施方案中，模拟电容器还包含置于底介电层与中介电层之间的缓冲介电层；和置于中介电层与顶介电层之间的另一缓冲介电层。根据另一个方面，本专利技术提供一种制造模拟电容器的方法。该方法包括在半导体基片上形成下绝缘层。在下绝缘层上形成下电极层。在具有下电极层的半导体基片上顺序形成至少3层高-k介电层。该至少3层高-k介电层包含底介电层、中介电层和顶介电层。各底介电层和顶介电层是，与中介电层的值相比，VCC的二次系数的绝对值相对低的高-k介电层，中介电层是，与底介电层和顶介电层的值相比，漏电流相对低的高-k介电层。在该至少3层高-k介电层上形成上电极层以与顶介电层接触。在一个实施方案中，由与底介电层不同的材料层形成顶介电层。在一个实施方案中，各底介电层和顶介电层可以是选自Ta2O5、掺Ti的Ta2O5、掺Nb的Ta2O5、BST、PZT和TiO2层中的材料层。漏电流相对低的中介电层可以是选自Al2O3、HfO2、ZrO2和La2O3层中的材料层。在一个实施方案中，该方法还包括在形成中介电层之前形成缓冲介电层；和在形成顶介电层之前形成另一缓冲介电层。可以使用CVD法或ALD法形成各底介电层、中介电层和顶介电层。可以在200-500℃的温度下形成使用CVD法或ALD法形成的各介电层。在一个实施方案中，该方法还包括在含氧的气氛中退火用CVD法形成的介电层。在一个实施方案中，含氧的气氛是含选自O3、O2等离子体和N2O等离子体气体中至少一种气体的气氛。底介电层和顶介电层中的一层介电层可以是Ta2O5层。底介电层和顶介电层中的另一层介电层可以是选自BST、PZT和TiO2层中的高-k介电层。漏电流相对低的中介电层可以是选自Al2O3、HfO2、ZrO2和La2O3层中的高-k介电层。该方法还可以包括在形成中介电层之前形成缓冲介电层；和在形成顶介电层之前形成另一缓冲介电层。可以使用CVD法或ALD法形成各底介电层、中介电层和顶介电层。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟电容器，包含：ａ）下电极；ｂ）面对下电极的上电极；和ｃ）置于下电极与上电极之间的至少３层高－ｋ介电层，该至少３层高－ｋ介电层包含：ｉ）接触下电极的底介电层；ｉｉ）接触上电极的顶介电层；和　 　ｉｉｉ）置于底介电层与顶介电层之间的中介电层，其中各底介电层和顶介电层是，与中介电层相比，电容电压系数（ＶＣＣ）的二次系数的绝对值相对低的高－ｋ介电层，并且中介电层是，与底介电层和顶介电层相比，漏电流相对低的高－ｋ介电层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑镛国，元皙俊，权大振，金元洪，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]