KR100665263B1 - 복합금속산화물 유전체막 제조방법 및 복합금속산화물유전체막 - Google Patents
복합금속산화물 유전체막 제조방법 및 복합금속산화물유전체막 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100665263B1 KR100665263B1 KR1020050099536A KR20050099536A KR100665263B1 KR 100665263 B1 KR100665263 B1 KR 100665263B1 KR 1020050099536 A KR1020050099536 A KR 1020050099536A KR 20050099536 A KR20050099536 A KR 20050099536A KR 100665263 B1 KR100665263 B1 KR 100665263B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal oxide
- film
- foil
- composite metal
- dielectric film
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 85
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 125
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 41
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 41
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 229910020684 PbZr Inorganic materials 0.000 claims description 6
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 6
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 description 19
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
-
- 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
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02592—Microstructure amorphous
-
- 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
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
본 발명은 복합금속산화물 유전체막에 관한 것으로서, 기판위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속 산화물로 이루어진 유전체막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 적어도 2종의 금속원소 중 일부 금속원소를 포함한 비정질 박막을 형성하는 단계와, 상기 적어도 2종의 금속원소 중 나머지 다른 금속원소의 전구체가 혼합된 수열반응용액을 마련하는 단계와, 상기 수열반응용액에 상기 비정질 박막을 침지시키는 단계와, 상기 나머지 다른 금속이 상기 비정질 박막에 합성되어 결정화된 복합산화물막이 형성되도록, 상기 비정질 박막을 수열처리하는 단계를 포함하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법 및 복합금속산화물 유전체막을 제공한다.
복합금속산화물(complicated metal oxide), 유전체막(dielectric film), 수열합성(hydrothermal synthesis), 비정질 박막(amorphous thin film), 유전율(dielectric constant)
Description
도 1은 본 발명에 따른 복합금속산화물 유전체막 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도의 예이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 XRD 분석결과이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제 2 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표 면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제 4 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 복합금속산화물 유전체막에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통상의 성막공정과 수열합성법을 이용하여 티탄산 바륨(BaTiO3)과 같은 2종이상의 금속원소를 포함하는 유전체막을 제조하는 방법과 그로부터 제조된 유전체막에 관한 것이다.
일반적으로 전자장치의 소형화 경향에 따라, 반도체 능동소자가 점차 내장화되는 한편, 능동소자의 입출력단자수가 증가함에 따라, 그 주위에 보다 많은 수동소자의 확보공간이 요구되고 있다. 특히, 디커플링 캐패시터와 같은 수동소자는 운용주파수의 고주파화에 따라 인덕턴스를 감소시키기 위해 입력단자와 최근접 거리 에 배치될 필요가 있다.
이러한 요구를 충족시키기 위해, 최근에는 내장형 캐패시터 기술이 제안되어 활발히 연구되고 있다.
내장형 캐패시터는 메모리카드, PC 메인보드 및 각종 RF모듈에 사용되는 인쇄회로기판에 내장된 형태로서, 제품의 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 능동소자의 입력단자에 근접거리에 배치할 수 있으므로, 신호라인의 길이를 최소화하여 유도 인덕턴스를 크게 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
이러한 내장형 캐패시터를 구현하기 위해서는 인쇄회로기판의 적층구조로서 고유전율을 갖는 유전체막을 형성하는 기술이 요구된다. 하지만, 인쇄회로기판의 주재료인 폴리머계 복합체는 열에 취약하므로, 고유전율을 갖는 유전체막을 형성하는데 많은 제약이 있다.
즉, 스핀코팅과 같은 저온 성막공정에 의해 형성하더라도, 일반적으로 저온에서 성막된 유전체막은 완전한 결정성으로 인해 낮은 유전율(예, 5 이하)을 갖는다. 따라서, 성막 후에 유전율 향상을 위해 열처리에 의한 결정화과정이 추가적으로 요구된다. 하지만, 이러한 열처리공정은 통상적으로 400℃ 이상의 고온에서 이루어지므로, 통상적인 인쇄회로기판의 변형 및 손상을 야기할 수 있다.
이와 같이, 저온에서 고유전율을 갖는 유전체막을 얻기는 매우 어려우며, 이러한 문제는 임베디드 캐패시터를 실용화하는데 큰 기술적 장애로 인식되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 통상의 저온성막공정을 통해 일부 금속원소의 막구조를 형성한 후에, 수열합성법을 통해 다른 금속의 합성과 결정화를 실현하는 복합산화물 유전체막의 제조방법 및 복합금속산화물 유전체막을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 실현하기 위해서, 본 발명은
기판위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속 산화물로 이루어진 유전체막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 적어도 2종의 금속원소 중 일부 금속원소를 포함한 비정질 박막을 형성하는 단계와, 상기 적어도 2종의 금속원소 중 나머지 다른 금속원소의 전구체가 혼합된 수열반응용액을 마련하는 단계와, 상기 수열반응용액에 상기 비정질 박막을 침지시키는 단계와, 상기 나머지 다른 금속이 상기 비정질 박막에 합성되어 결정화된 복합산화물막이 형성되도록, 상기 비정질 박막을 수열처리하는 단계를 포함하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법을 제공한다.
상기 기판은 호일(foil), 웨이퍼(wafer) 및 CCL(Copper Clad Laminates) 기판중 선택된 것일 수 있다. 또한, 상기 기판은 Ti 호일, Cu 호일 및 Al 호일로 구성된 그룹으로부터 선택된 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 기판은 Cu 호일일 수도 있다.
상기 복합금속 산화물은, BaTiO3, BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것일 수 있다. 이 경우에, 상기 비정질 산화물 박막은 Ti 또는 TiO2중 선택된 것일 수 있다.
바람직하게, 상기 복합금속 산화물은 티탄산바륨(BaTiO3)일 수 있으며, 이 경우에, 상기 비정질 산화물 박막은 Ti 또는 TiO2중 선택된 것일 수 있으며, 상기 나머지 다른 금속원소의 전구체는 BaCl2, Ba(NO3)2 및 Ba(OH)3로 구성된 그룹 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 일실시형태에서, 상기 비정질 박막 형성단계는 졸겔(sol-gel) 스핀코팅법으로 실시될 수 있다. 이와 달리, 상기 비정질 박막 형성단계는 약 400℃ 이하의 저온 스퍼터링공정으로 실시될 수 있다.
또한, 상기 수열처리 온도는, 바람직하게는 약 400℃이하이며, 보다 바람직하게는 약 150 ~ 약 280℃일 수 있다.
또한, 상기 비정질 박막을 수열처리하는 단계를, 하부에 일부 비정질 박막이 잔류하도록 실시함으로써, 그 잔류된 비정질 박막을 배리어층으로서 제공할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 복합산화물 유전체막을 제공하며, 이렇게 제조된 유전체막은 50 이상의 유전율을 가질 수 있다.
본 발명의 유전체막은 기판위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속 산화물로 이루어진 복합금속산화물 유전체막에 관한 것이다.
상기 기판은 호일(foil), 웨이퍼(wafer) 및 CCL(Copper Clad Laminates) 기판중 선택된 것일 수 있다. 또한, 상기 기판은 Ti 호일, Cu 호일 및 Al 호일로 구성된 그룹으로부터 선택된 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 기판은 Cu 호일일 수도 있다.
상기 복합금속산화물은, BaTiO3, BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것일 수 있으며, 바람직하게 상기 복합금속산화물은 티탄산바륨(BaTiO3)일 수 있다.
또한, 상기 복합금속산화물막 하부에 비정질 박막이 위치할 수 있으며, 상기 비정질 박막은 Ti 또는 TiO2 중 선택될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 특징은 저온성막공정을 이용하여 일부 금속원소를 함유한 비정질 금속산화막을 형성하고 수열합성법을 이용하여 나머지 다른 원소를 비정질 금속산화막에 합성하면서 결정화시킴으로써 전체 유전체막 형성공정을 저온에서 실현할 수 있는 새로운 제조방법을 제공할 수 있고, 또한 이와 같이 제조된 인쇄회로기판은 임베디드 캐패시터로 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합금속산화물 유전체막 제조방법을 설명하기 위한 공정순서도의 예이다.
우선, 본 발명에 따른 유전체막 제조방법은 기판위에 원하는 복합금속산화물을 구성하는 금속 중 일부 원소만을 포함한 비정질 금속박막 형성공정(S12)으로 시작된다. 예를 들어, BaTiO3막을 제조하고자 하는 경우에, 통상의 저온성막공정을 이용하여 Ti 또는 TiO2막을 형성한다. 본 단계에서 사용가능한 저온성막공정은, 졸겔 스핀코팅(sol-gel spin coating), 저온(예, 400℃ 이하)에서 실시가능한 스퍼터링, 화학기상증착공정(CVD), 펄스레이저증착(PLD) 중 선택된 하나의 공정일 수 있다. 본 공정에서 얻어진 금속산화막은 저온성막공정으로부터 얻어지므로, 완전한 결정 성을 갖지 못한 비정질이지만, 원하는 크기와 두께의 막구조로 형성될 수 있다.
상기 비정질 박막이 형성되는 기판의 종류는 특별하게 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 호일(foil), 웨이퍼(wafer) 및 CCL(Copper Clad Laminates) 기판 등이 이용될 수 있다. 상기 기판중 호일을 사용하는 경우, Cu 호일을 사용하면 Ti 호일 또는 Al 호일을 사용하는 경우보다 제조비용을 절감할 수 있어 보다 바람직하다.
이어, 상기 성막공정에서 이용한 금속을 제외한 나머지 다른 금속원소의 전구체가 혼합된 수열반응용액을 마련한다(S14). 본 공정은 수열합성법을 위한 수열반응용액을 마련하는 공정으로 이해될 수 있다. 여기서 사용되는 금속원소의 전구체는 다양한 형태의 금속염 또는 금속 알콕시드일 수 있다. 예를 들어, 앞선 공정의 예와 같이 BaTiO3막을 제조하기 위해서 비정질 Ti 또는 TiO2막을 형성하는 경우에는, Ba전구체로서 BaCl2 및 Ba(NO3)2와 같은 금속염 또는 Ba(OH)3와 같은 금속알콕시드 중 적어도 하나를 이용하여 적절한 수열반응용액을 마련할 수 있다.
다음으로, 마련된 수열반응용액이 수용된 용기 내에 상기 비정질 금속박막을 배치한 후에, 상기 용기를 밀폐시킨다(S16). 본 공정은 수열합성법을 수용하기 위한 통상의 침지 및 밀폐과정으로 이해될 수 있다. 비정질 금속박막을 수열반응용액에 침지한 후에 밀폐시키는 것은 후속 열처리공정에서 결정화를 위한 가압조건을 얻기 위해서이다.
최종적으로, 상기 수열반응용액에 침지된 비정질 금속박막을 수열처리하는 공정을 실시한다. 본 공정에서는 수열반응용액 중 금속전구체로부터 나머지 다른 금속이온이 비정질 금속박막에 제공되어 합성되는 동시에, 합성된 비정질 금속산화물 박막부분이 결정화되는 수열합성과정이 진행된다.
그 결과로, 비정질 금속박막은 원하는 결정화된 복합금속 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 예시된 수열합성공정에서 침지된 Ti 또는 TiO2박막에 수열반응용액 중의 Ba+이 합성되면서 결정화되어, BaTiO3막이 형성될 수 있다. 이러한 수열합성과정은 단계(S12)에서 형성된 비정질 금속산화물의 기본 막구조를 유지하면서 이루어지므로, 원하는 막구조의 유전체로서 제공될 수 있다.
본 공정의 수열처리는 바람직하게는 400℃ 이하에서 실시되며, 보다 바람직하게는 150∼280℃범위에서 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 인쇄회로기판과 같은 폴리머재질 상에 유전체막을 형성하는 방법으로 적용될 수 있다.
이와 같이, 종래의 수열합성법은 2종 이상의 금속염 또는 금속알콕시드를 이용하여 공침전물을 얻고, 상기 공침전물을 수열합성처리하여 분말상인 유전체를 제조하는 방법으로 사용되어 왔으나, 본 발명에서 채용된 수열합성법은 저온성막공정을 통해 일부금속으로 형성된 비정질 금속산화막과 나머지 다른 금속염 또는 금속 알콕시드를 이용한 수열반응용액을 이용하여 수열합성처리함으로써, 비정질 금속산화막을 결정화된 복합금속산화물 유전체막으로 전환시키는 방법으로 응용한다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 유전체막은 수열합성과정에서 결정화되므로, 통상 50 이상의 유전율을 가질 수 있으며, 공정에 따라 1000 이상의 강유전성을 갖는 것도 가능하다.
본 발명의 복합금속산화물 유전체막은 기판위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속산화물로 이루어진다.
상기 기판은 호일, 웨이퍼 및 CCL 기판중 선택될 수 있으며, 상기 호일은 Ti 호일, Cu 호일 및 Al 호일중 선택될 수 있으며, 바람직하게는 Cu 호일일 수 있다.
또한, 복합금속산화물은, BaTiO3, BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)중 선택될 수 있으며, 바람직하게는 티탄산바륨(BaTiO3)일 수 있다.
또한, 본 발명의 복합금속산화물 유전체막은 상기 복합금속산화물막 하부에 배리어층으로서 비정질 박막이 위치될 수 있고, 바람직하게 상기 비정질 박막은 Ti 또는 TiO2중 선택될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
아래의 4가지 실시예는 모두 복합금속산화물 유전체막으로서 BaTiO3를 형성하는 예이지만, 기판의 종류 및 비정질 금속 산화막 형성공정을 달리 사용하였다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 졸겔법을 이용하여 약 200㎚두께의 비정질 금속산화막인 TiO2를 형성하였다. Pt/Ti/SiO2/Si 웨이퍼기판 상에 Ti-알콕시드 모노머 전구체를 사용하였다. 또한, 스핀코팅과정에서 저온 안정화제로서 β-디케톤과 CH3COOH를 적정량 사용하였다. TiO2막형성을 위한 스핀코팅공정은 4000rpm의 회전속도로 20초간 3회 반복 실시하였으며, 이어 코팅된 막을 핫플레이트를 이용한 베이킹공정을 통해 200℃에서 30분간 건조시켰다.
다음으로, 1M의 Ba(OH)2의 수열합성반응용액을 50㎖ 마련하여, 1ℓ용량의 오토클래브(autoclave)에 넣고, 상기 TiO2막을 침지시켰다. 침지된 상태에서 오토클래브를 밀폐시킨 후에, 약 250℃에서 5시간동안 수열합성을 실시하였다.
이렇게 얻어진 복합금속산화물막에 대해서 XRD 분석을 실시하였다. 그 분석결과는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 약 30°부근에서 나타난 피크를 볼 때에 결정화된 BaTiO3막이 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 3a를 참조하면, BaTiO3막의 표면은 약 100㎚의 그레인으로 형성되었음을 확인할 수 있다. 또한, 도 3b에 나타난 바와 같이, 약 215㎚두께의 결정화된 BaTiO3막이 형성되었다(하부층은 Pt전극을 나타냄).
도 4a 및 도 4b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 4a에 나타난 결과와 같이, 본 실시예에서 얻어진 BaTiO3막이 0.1∼1㎒대역에서 약 0.11의 낮은 유전손실을 가지며, 도 4b와 같이 동일한 주파수대역에서 유전율이 60 이상으로 비교적 높은 유전율을 갖는 양질의 유전체막으로 형성되었음을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 스퍼터링공정을 이용하여 Pt/Ti/SiO2/Si 웨이퍼기판 상에 약 650㎚두께의 금속산화막인 TiO2를 형성하였다. 본 스퍼터링공정은 상온에서 실시되었으며, 그 결과 얻어진 TiO2은 비정질 금속산화막이었다.
다음으로, 제 1 실시예와 유사하게 수열합성법을 실시하였다. 즉, 1M의 Ba(OH)2의 수열합성반응용액을 50㎖ 마련하여, 1ℓ용량의 오토클래브에 넣고, 상기 TiO2막을 침지시켰으며, 침지된 상태에서 오토클래브를 밀폐시킨 후에, 약 250℃에서 5시간동안 수열합성을 실시하였다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 5a를 참조하면, BaTiO3막의 표면은 약 100㎚의 그레인으로 형성되어 외형상 결정상으로 형성되었으며, 도 5b에 나타난 막단면구조를 참조하면, 기판 표면부근에는 일부 비정질 TiO2이 잔류하였으나, 상부표면부분으로부터 약 625㎚두께의 결정화된 BaTiO3막이 형성되었음을 확인할 수 있다. 본 결과는 스퍼터링공정에서 얻어진 비정질 산화막에서 제 1 실시예에 비해 보다 효과적으로 수열합성과정이 진행되었음을 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a에 나타난 결과와 같이, 본 실시예에서 얻어진 BaTiO3막이 0.1∼1㎒대역에서 약 0.07의 낮은 유전손실을 가지며, 도 4b와 같이 동일한 주파수대역에서 유전율이 1700으로 높은 유전율을 갖는 강유전성의 유전체막으로 형성되었음을 확 인할 수 있었다. 본 결과 역시 제 1 실시예와 비교할 때에, 스퍼터링공정에서 얻어진 비정질산화막을 이용할 때에 보다 우수한 유전특성을 갖는 유전체막이 형성되었음을 확인시켜준다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 스퍼터링공정을 이용하여 Si 웨이퍼기판 상에 약 100㎚두께의 Ti 금속박막을 형성하였다. 본 스퍼터링공정은 상온에서 실시되었으며, 그 결과 얻어진 Ti은 비정질 금속박막이었다.
다음으로, 제 1 실시예와 유사하게 수열합성법을 실시하였다. 즉, 1M의 Ba(OH)2의 수열합성반응용액을 50㎖ 마련하여, 1ℓ용량의 오토클래브에 넣고, 상기 Ti박막을 침지시켰으며, 침지된 상태에서 오토클래브를 밀폐시킨 후에, 약 250℃에서 5시간동안 수열합성을 실시하였다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 7a를 참조하면, BaTiO3막의 표면은 약 100㎚의 그레인으로 형성되어 외형상 결정상으로 형성되었으며, 도 7b에 나타난 막단면구조를 참조하면, 기판 표면부근에는 약 176nm의 비정질 Ti이 잔류하였으며, 상부표면부분으로부터 약 164㎚두께의 결정화된 BaTiO3막이 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 8a에 나타난 결과와 같이, 본 실시예에서 얻어진 BaTiO3막이 0.1∼1㎒대역에서 약 15의 낮은 유전손실을 가지며, 도 4b와 같이 동일한 주파수대역에서 유전율이 550으로 높은 유전율을 갖는 강유전성의 유전체막으로 형성되었음을 확인할 수 있었다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 스퍼터링공정을 이용하여 Pt/Cu/SiO2/Si 웨이퍼기판 상에 약 400㎚두께의 금속산화막인 TiO2를 형성하였다. 본 스퍼터링공정은 상온에서 실시되었으며, 그 결과 얻어진 TiO2은 비정질 금속산화막이었다.
다음으로, 제 1 실시예와 유사하게 수열합성법을 실시하였다. 즉, 1M의 Ba(OH)2의 수열합성반응용액을 50㎖ 마련하여, 1ℓ용량의 오토클래브에 넣고, 상기 TiO2막을 침지시켰으며, 침지된 상태에서 오토클래브를 밀폐시킨 후에, 약 250℃에서 5시간동안 수열합성을 실시하였다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 표면 및 단면을 촬영한 SEM사진이다.
도 9a를 참조하면, BaTiO3막의 표면은 약 10㎚ 미만의 그레인으로 형성되어 외형상 결정상으로 형성되었으며, 도 9b에 나타난 막단면구조를 참조하면, 기판 표면부근에는 일부 비정질 TiO2이 잔류하였으나, 상부표면부분으로부터 약 479㎚두께의 결정화된 BaTiO3막이 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 실시예에 따라 제조된 BaTiO3막의 유전특성을 나타내는 그래프이다.
도 10a에 나타난 결과와 같이, 본 실시예에서 얻어진 BaTiO3막이 0.1∼1㎒대역에서 약 0.019의 낮은 유전손실을 가지며, 도 4b와 같이 동일한 주파수대역에서 유전율이 24000으로 높은 유전율을 갖는 강유전성의 유전체막으로 형성되었음을 확인할 수 있었다.
상술한 실시예들에서는 복합 금속산화물 유전체막으로서 BaTiO3을 예시하여 설명하였으나, 본 발명은 적어도 2종이상의 금속원소를 포함한 다른 복합금속산화물 유전체막의 제조방법으로서 적용될 수 있다.
예를 들어, 3종의 금속원소를 포함한 유전체막인 BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)에도 적용될 수 있다. 이 경우에, 비정질 Ti 또는 TiO2를 저온성막공정을 통해 형성하고, 이어 Ba 및 Sr의 전구체 또는 Pb 및 Zr의 전구체를 함유한 수열반응용액을 이용한 수열합성공정을 통해 원하는 복합금속산화물 유전체막을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 수열합성과정이 비정질 Ti 또는 TiO2막의 노출된 상부표면으로부터 진행되므로, 수열합성공정시간 등의 조건에 따라 전체 BaTiO3로 형성할 수 있으나, 고의적으로 하부에 비정질 Ti 또는 TiO2의 일부를 잔류시킬 수도 있다. 이 경우에 잔류된 층은 이종의 유전체층으로서 누설전류를 저감시키는 배리어층의 기능을 기대할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저온성막공정을 이용하여 일부 금속원소를 함유한 비정질 금속박막을 형성하고 수열합성법을 이용하여 나머지 다른 원소를 비정질 금속박막에 합성하면서 결정화시킴으로써 전체 공정을 저온에서 실현하 면서, 우수한 유전특성을 갖는 유전체를 막구조로 용이하게 형성할 수 있다. 이러한 양질의 유전체막의 저온형성공정은 인쇄회로기판의 임베디드 캐패시터 제조방법으로 매우 유용하게 응용될 수 있다.
Claims (22)
- 기판위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속 산화물로 이루어진 유전체막을 제조하는 방법에 있어서,상기 적어도 2종의 금속원소 중 일부 금속원소를 포함한 비정질 박막을 형성하는 단계;상기 적어도 2종의 금속원소 중 나머지 다른 금속원소의 전구체가 혼합된 수열반응용액을 마련하는 단계;상기 수열반응용액에 상기 비정질 박막을 침지시키는 단계; 및상기 나머지 다른 금속이 상기 비정질 박막에 합성되어 결정화된 복합산화물막이 형성되도록, 상기 비정질 박막을 수열처리하는 단계를 포함하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 기판이 호일(foil), 웨이퍼(wafer) 및 CCL(Copper Clad Laminates) 기판중 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 호일(foil)이 Ti 호일, Cu 호일 및 Al 호일로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 호일(foil)이 Cu 호일인 것을 특징을 하는 복합금속 산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 복합금속 산화물은, BaTiO3, BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 5항에 있어서,상기 비정질 박막이 Ti 또는 TiO2중 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 5항에 있어서,상기 복합금속 산화물이 티탄산바륨(BaTiO3)인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 비정질 박막이 Ti 또는 TiO2중 선택된 것이며, 상기 나머지 다른 금속원소의 전구체가 BaCl2, Ba(NO3)2 및 Ba(OH)3로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 비정질 박막을 형성하는 단계가, 졸겔(sol-gel) 스핀코팅법으로 실시되는 것을 특징으로 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 비정질 박막을 형성하는 단계가, 약 400℃ 이하의 저온 스퍼터링공정으로 실시되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 수열처리 온도가, 약 400℃이하인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 11항에 있어서,상기 수열처리 온도가, 약 150 ~ 약 280℃인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 비정질 박막을 수열처리하는 단계가, 복합금속산화물막 하부에 일부 비정질 박막이 잔류하도록 실시되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막 제조방법.
- 제 1항 내지 제 13항 중 어느 하나의 항의 방법으로 제조되며, 유전율이 50이상인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 기판 위에 적어도 2종의 금속원소를 포함한 복합금속 산화물을 포함하며,상기 기판과 상기 복합금속산화물막 사이에 상기 적어도 2종의 금속원소 중 일부 금속원소를 포함한 비정질 박막이 위치한 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 제 15항에 있어서,상기 기판이 호일(foil), 웨이퍼(wafer) 및 CCL(Copper Clad Laminates) 기판중 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 제 16항에 있어서,상기 호일(foil)이 Ti 호일, Cu 호일 및 Al 호일로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 제 17항에 있어서,상기 호일(foil)이 Cu 호일인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 제 15항에 있어서,상기 복합금속산화물은, BaTiO3, BaxSr1-xTiO3(0<x<1) 및 PbZrxTi1-xO3(0<x<1)으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 제 19항에 있어서,상기 복합금속산화물이 티탄산바륨(BaTiO3)인 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
- 삭제
- 제 15항에 있어서,상기 비정질 박막이 Ti 또는 TiO2 중 선택되는 것을 특징으로 하는 복합금속산화물 유전체막.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/490,230 US20070020955A1 (en) | 2005-07-22 | 2006-07-21 | Fabrication method of composite metal oxide dielectric film, and composite metal oxide dielectric film fabricated thereby |
| JP2006199877A JP2007036237A (ja) | 2005-07-22 | 2006-07-21 | 複合金属酸化物誘電体膜の製造方法及び複合金属酸化物誘電体膜 |
| US12/432,221 US20090208640A1 (en) | 2005-07-22 | 2009-04-29 | Fabrication method of composite metal oxide dielectric film, and composite metal oxide dielectric film fabricated thereby |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20050066943 | 2005-07-22 | ||
| KR1020050066943 | 2005-07-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100665263B1 true KR100665263B1 (ko) | 2007-01-09 |
Family
ID=37867039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050099536A KR100665263B1 (ko) | 2005-07-22 | 2005-10-21 | 복합금속산화물 유전체막 제조방법 및 복합금속산화물유전체막 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100665263B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100861959B1 (ko) | 2005-04-28 | 2008-10-09 | 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤 | 산화물 유전층의 형성 방법 및 그 형성 방법으로 얻어진산화물 유전층을 구비한 커패시터층 형성재 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08264485A (ja) * | 1995-03-13 | 1996-10-11 | Texas Instr Inc <Ti> | 半導体基板上に化学気相成長によって酸化金属薄膜を堆積する方法 |
| KR0156044B1 (ko) * | 1994-09-02 | 1999-02-18 | 쯔지 하루오 | 층상구조 산화물의 화학용액 처리방법 |
| JPH11193472A (ja) | 1997-12-29 | 1999-07-21 | Kansai Shingijutsu Kenkyusho:Kk | 金属酸化物薄膜の製造方法 |
| KR19990077817A (ko) * | 1998-03-13 | 1999-10-25 | 뮐러 르네 | 금속산화물(들)을 기초로 한층을 증착하기 위한 방법 |
| JP2005217104A (ja) | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Seiko Epson Corp | キャパシタとその製造方法、及び半導体装置 |
-
2005
- 2005-10-21 KR KR1020050099536A patent/KR100665263B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0156044B1 (ko) * | 1994-09-02 | 1999-02-18 | 쯔지 하루오 | 층상구조 산화물의 화학용액 처리방법 |
| JPH08264485A (ja) * | 1995-03-13 | 1996-10-11 | Texas Instr Inc <Ti> | 半導体基板上に化学気相成長によって酸化金属薄膜を堆積する方法 |
| JPH11193472A (ja) | 1997-12-29 | 1999-07-21 | Kansai Shingijutsu Kenkyusho:Kk | 金属酸化物薄膜の製造方法 |
| KR19990077817A (ko) * | 1998-03-13 | 1999-10-25 | 뮐러 르네 | 금속산화물(들)을 기초로 한층을 증착하기 위한 방법 |
| JP2005217104A (ja) | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Seiko Epson Corp | キャパシタとその製造方法、及び半導体装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 08264485 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100861959B1 (ko) | 2005-04-28 | 2008-10-09 | 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤 | 산화물 유전층의 형성 방법 및 그 형성 방법으로 얻어진산화물 유전층을 구비한 커패시터층 형성재 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090208640A1 (en) | Fabrication method of composite metal oxide dielectric film, and composite metal oxide dielectric film fabricated thereby | |
| JP4347853B2 (ja) | 内蔵型薄膜キャパシター、積層構造物及びそれらの製造方法 | |
| JP4522774B2 (ja) | コンデンサ用薄膜誘電体およびその製造方法 | |
| CN1974472B (zh) | 薄膜电容元件用组合物、绝缘膜、薄膜电容元件和电容器 | |
| KR100949254B1 (ko) | 망간 도핑된 바륨 티타네이트 박막 조성물, 커패시터, 및그의 제조 방법 | |
| JP3986859B2 (ja) | 薄膜キャパシタ及びその製造方法 | |
| US20040175585A1 (en) | Barium strontium titanate containing multilayer structures on metal foils | |
| JP2016029708A (ja) | 薄膜誘電体及び薄膜コンデンサ素子 | |
| US20060269762A1 (en) | Reactively formed integrated capacitors on organic substrates and fabrication methods | |
| US20070131142A1 (en) | Barium Titanate Thin Films with Titanium Partially Substituted by Zirconium, Tin or Hafnium | |
| KR100665263B1 (ko) | 복합금속산화물 유전체막 제조방법 및 복합금속산화물유전체막 | |
| US7887879B2 (en) | Coating solution for forming high dielectric constant thin film and method for forming dielectric thin film using the same | |
| JP5143408B2 (ja) | 複合酸化物膜形成用塗布剤 | |
| Gao et al. | Hydrothermal syntheses of barium strontium titanate thin films | |
| KR100703077B1 (ko) | 결정질 유전체 박막의 제조 방법과 이에 의해 제조된결정질 유전체 박막 및 이를 구비하는 박막 커패시터 | |
| KR100714625B1 (ko) | 박막 캐패시터 내장형 인쇄회로기판의 제조방법 | |
| KR20190106726A (ko) | 세라믹 유전체 및 그 제조 방법, 세라믹 전자 부품 및 전자장치 | |
| US20230027057A1 (en) | Amorphous dielectric, capacitor element, and electronic device | |
| KR101303853B1 (ko) | 강유전체 박막의 형성방법 및 평면 구조 소자의 제조방법 | |
| Mizutani et al. | Dielectric properties of highly (001)-plane oriented SrBi4Ti4O15 thin films | |
| Mizutani et al. | One-axis Oriented CaBi4Ti4O15 and SrBi4Ti4O15 Films Prepared on Silicon Wafer by Chemical Solution Deposition Technique | |
| JP2001006965A (ja) | セラミックコンデンサ及びその製造方法 | |
| JP2008143761A (ja) | ペロブスカイト型チタン含有複合酸化物膜の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121002 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130916 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141001 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160803 Year of fee payment: 10 |
|
| R401 | Registration of restoration | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161004 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171011 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181002 Year of fee payment: 13 |