KR102590166B1 - 강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법 - Google Patents

강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법 Download PDF

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김민혁
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김두호
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극; 및 상기 제1전극 상에 형성되고, 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층을 포함하는 강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법에 관한 것이다.

Description

강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법{Ferroelectric Capacitor and Method for Manufacturing Ferroelectric Capacitor}
본 발명은 강유전성(Ferroelectricity)을 갖는 물질을 이용한 강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 디스플레이장치, 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 기판 상에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 한다. 이를 위해, 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 증착공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각공정 등과 같은 기판에 대한 처리공정이 이루어진다.
이러한 처리공정을 통해 강유전체(Ferroelectrics)를 이용한 강유전성 커패시터가 제조될 수 있다. 강유전체는 외부에서 전기장이 가해지지 않아도 내부의 전기 쌍극자 모멘트가 정렬하여 자발적인 분극(Polarization)을 유지하는 강유전성을 갖는 물질이다.
한편, 강유전체를 이용한 강유전성 커패시터에 있어서, 강유전체를 이용하여 형성된 강유전체층의 막질을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 강유전체층의 막질을 향상시킬 수 있는 강유전성 커패시터 및 강유전성 커패시터 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강유전성 커패시터는 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극; 상기 제1전극 상에 형성되고, 하프늄(Hf) 산화물을 포함하는 강유전체층; 및 상기 강유전체층과 상기 제1전극 사이에 배치된 계면층을 포함할 수 있다. 상기 계면층은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강유전성 커패시터는 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극; 및 상기 제1전극 상에 형성되고, 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 제1전극을 오존(O3)으로 트리트먼트하여 상기 제1전극 상에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층을 형성하는 단계; 및 상기 계면층 상에 하프늄(Hf) 산화물을 포함하는 강유전체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계; 및 상기 제1전극에 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)을 동시에 공급하여 상기 제1전극 상에 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 제1전극과 강유전체층 사이에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층이 배치되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 본 발명은 계면층을 이용하여 강유전체층이 형성되는 과정에서 산소 공극(Oxygen Vacancy) 형성을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명은 강유전체층이 갖는 강유전성을 더 강화시킬 수 있고, 강유전체층의 잔류 분극(Polarization) 값을 높임으로써 더 낮은 전압에서 구동하는 것이 가능하게 구현될 수 있다.
본 발명은 하프늄과 지르코늄을 동시에 공급하여 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층을 형성하도록 구현될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 하프늄 지르코늄 산화물을 이용하여 강유전체층의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 하프늄과 지르코늄을 동시에 공급하여 강유전체층을 형성하므로, 강유전체층을 형성하기 위한 공정시간을 단축시키는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 강유전성 커패시터를 제조하기 위한 기판처리장치의 일례에 대한 개략적인 구성도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 강유전성 커패시터를 제조하기 위한 기판처리장치의 일례에 있어서 가스를 분사하는 분사부의 개략적인 측단면도
도 4는 본 발명에 따른 강유전성 커패시터의 개략적인 측단면도
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 강유전성 커패시터가 제조되는 과정을 나타낸 개략적인 측단면도
도 8은 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법의 개략적인 순서도
이하에서는 본 발명에 따른 강유전성 커패시터의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상에" 또는 "아래에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고, 이들 구조물 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 기판(210)에 대한 처리공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 기판(210)은 실리콘기판, 유리기판, 메탈기판 등일 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 강유전성(Ferroelectricity)을 갖는 강유전체를 이용하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 기판처리장치(1)에 의한 처리공정을 통해 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)의 실시예를 설명하기에 앞서, 상기 기판처리장치(1)의 일례를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 기판처리장치(1)는 챔버(2), 기판지지부(3), 및 분사부(4)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 챔버(2)는 처리공간(100)을 제공하는 것이다. 상기 처리공간(100)에서는 상기 기판(210)에 대한 처리공정이 이루어질 수 있다. 상기 처리공간(100)은 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 챔버(2)에는 상기 처리공간(100)으로부터 가스를 배기시키는 배기구(미도시)가 결합될 수 있다. 상기 챔버(2)의 내부에는 상기 기판지지부(3)와 상기 분사부(4)가 배치될 수 있다.
상기 기판지지부(3)는 상기 기판(210)을 지지하는 것이다. 상기 기판지지부(3)는 하나의 기판(210)을 지지할 수도 있고, 복수개의 기판(210)을 지지할 수도 있다. 상기 기판지지부(3)에 복수개의 기판(210)이 지지된 경우, 한번에 복수개의 기판(210)에 대한 처리공정이 수행되어서 상기 기판(210)들 각각에 강유전성 커패시터(200)를 제조하는 공정이 이루어질 수 있다. 상기 기판지지부(3)는 상기 챔버(2)에 결합될 수 있다. 상기 기판지지부(3)는 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다.
상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)를 향해 가스를 분사하는 것이다. 상기 분사부(4)는 공급부(미도시)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 분사부(4)는 상기 공급부로부터 공급된 가스를 상기 기판지지부(3)를 향해 분사할 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 챔버(2)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)에 대향되게 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 상기 기판지지부(3)의 상측에 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)와 상기 기판지지부(3)의 사이에는 상기 처리공간(100)이 배치될 수 있다. 상기 분사부(4)는 리드(미도시)에 결합될 수 있다. 상기 리드는 상기 챔버(2)의 상부를 덮도록 상기 챔버(2)에 결합될 수 있다.
상기 분사부(4)는 제1가스유로(4a), 및 제2가스유로(4b)를 포함할 수 있다.
상기 제1가스유로(4a)는 제1가스를 분사하기 위한 것이다. 상기 제1가스유로(4a)는 일측이 배관, 호스 등을 통해 상기 공급부에 연결될 수 있다. 상기 제1가스유로(4a)는 타측이 상기 처리공간(100)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 공급부로부터 공급된 제1가스는, 상기 제1가스유로(4a)를 따라 유동한 후에 상기 제1가스유로(4a)를 통해 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 제1가스유로(4a)는 제1가스가 유동하기 위한 유로로 기능함과 아울러 상기 처리공간(100)에 제1가스를 분사하기 위한 분사구로 기능할 수 있다.
상기 제2가스유로(4b)는 제2가스를 분사하기 위한 것이다. 상기 제2가스와 상기 제1가스는 서로 다른 가스일 수 있다. 예컨대, 상기 제1가스가 소스가스(Source Gas)인 경우, 상기 제2가스는 리액턴트가스(Reactant Gas)일 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 일측이 배관, 호스 등을 통해 상기 공급부에 연결될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 타측이 상기 처리공간(100)에 연통될 수 있다. 이에 따라, 상기 공급부로부터 공급된 상기 제2가스는, 상기 제2가스유로(4b)를 따라 유동한 후에 상기 제2가스유로(4b)를 통해 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)는 상기 제2가스가 유동하기 위한 유로로 기능함과 아룰러 상기 처리공간(100)에 상기 제2가스를 분사하기 위한 분사구로 기능할 수 있다.
상기 제2가스유로(4b)와 상기 제1가스유로(4a)는 서로 공간적으로 분리되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 공급부로부터 상기 제2가스유로(4b)로 공급된 상기 제2가스는, 상기 제1가스유로(4a)를 거치지 않고 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 공급부로부터 상기 제1가스유로(4a)로 공급된 상기 제1가스는, 상기 제2가스유로(4b)를 거치지 않고 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)와 상기 제1가스유로(4a)는 상기 처리공간(100)에서 서로 다른 부분을 향해 가스를 분사하도록 배치될 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분사부(4)는 제1플레이트(41), 및 제2플레이트(42)를 포함할 수 있다.
상기 제1플레이트(41)는 상기 제2플레이트(42)의 상측에 배치된 것이다. 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 제1가스홀(411)이 형성될 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들은 각각 상기 제1가스가 유동하기 위한 통로로 기능할 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들은 상기 제1가스유로(4a)에 속할 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 제2가스홀(412)이 형성될 수 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 각각 상기 제2가스가 유동하기 위한 통로로 기능할 수 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 상기 제2가스유로(4b)에 속할 수 있다. 상기 제1플레이트(41)에는 복수개의 돌출부재(413)가 결합될 수 있다. 상기 돌출부재(413)들은 상기 제1플레이트(41)의 하면(下面)으로부터 상기 제2플레이트(42) 쪽으로 돌출될 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들 각각은 상기 제1플레이트(41)와 상기 돌출부재(413)를 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제2플레이트(42)에는 복수개의 개구(421)가 형성될 수 있다. 상기 개구(421)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 개구(421)들은 상기 돌출부재(413)들 각각에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 돌출부재(413)들은 상기 개구(421)들 각각에 삽입되게 배치되는 길이로 형성될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 돌출부재(413)들은 상기 개구(421)들 각각의 상측에 배치되는 길이로 형성될 수도 있다. 상기 돌출부재(413)들은 상기 제2플레이트(42)의 하측으로 돌출되는 길이로 형성될 수도 있다. 상기 제2가스홀(412)들은 상기 제2플레이트(42)의 상면을 향해 가스를 분사하도록 배치될 수 있다.
상기 분사부(4)는 상기 제2플레이트(42)와 상기 제1플레이트(41)를 이용하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 제1플레이트(41)에 RF전력 등과 같은 플라즈마전원이 인가되고, 상기 제2플레이트(42)가 접지될 수 있다. 상기 제1플레이트(41)가 접지되고, 상기 제2플레이트(42)에 플라즈마전원이 인가될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2플레이트(42)에는 복수개의 제1개구(422)와 복수개의 제2개구(423)가 형성될 수도 있다.
상기 제1개구(422)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제1개구(422)들은 상기 제1가스홀(411)들 각각에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 돌출부재(413)들은 상기 제2플레이트(42)의 상면(上面)에 접촉되게 배치될 수 있다. 상기 제1가스는 상기 제1가스홀(411)들과 상기 제1개구(422)들을 거쳐 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 제1가스홀(411)들과 상기 제1개구(422)들은 상기 제1가스유로(4a)에 속할 수 있다.
상기 제2개구(423)들은 상기 제2플레이트(42)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 제2개구(423)들은 상기 제1플레이트(41)와 상기 제2플레이트(42)의 사이에 배치된 버퍼공간(43)에 연결될 수 있다. 상기 제2가스는 상기 제2가스홀(412)들, 상기 버퍼공간(43), 및 상기 제2개구(423)들을 거쳐 상기 처리공간(100)으로 분사될 수 있다. 상기 제2가스홀(412)들, 상기 버퍼공간(43), 및 상기 제2개구(423)들은 상기 제2가스유로(4b)에 속할 수 있다.
이와 같은 기판처리장치(1)를 이용한 처리공정을 통해, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)가 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 제1전극(220), 및 강유전체층(230)을 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 상기 제1전극(220)은 상기 기판(210) 상에 형성된 것이다. 상기 제1전극(220)은 질화티타늄(TiN)을 포함할 수 있다. 상기 제1전극(220)은 상기 기판(210)과 상기 강유전체층(230)의 사이에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)에 있어서, 상기 제1전극(220)은 하부전극으로 기능할 수 있다. 상기 제1전극(220)은 상기 기판처리장치(1)를 이용하여 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 티타늄을 포함하는 소스가스가 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)를 통해 질소를 포함하는 리액턴트가스가 분사될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 상기 강유전체층(230)은 상기 제1전극(220) 상에 형성된 것이다. 상기 강유전체층(230)은 강유전성을 갖는 강유전체를 이용하여 제조될 수 있다. 상기 강유전체층(230)은 하프늄(Hf) 산화물을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 하프늄을 포함하는 소스가스가 분사될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)를 통해 산소를 포함하는 리액턴트가스가 분사될 수 있다. 이에 따라, 원자층 증착(ALD, Atomic Layer Depostion) 방식으로 상기 강유전체층(230)이 형성될 수 있다.
상기 강유전체층(230)은 하프늄과 지르코늄을 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 강유전체층(230)은 상기 제1전극(220)에 하프늄과 지르코늄(Zr)이 동시에 공급됨으로서 형성될 수 있다. 상기 강유전체층(230)이 하프늄과 지르코늄을 포함하는 경우, 상기 강유전체층(230)은 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하도록 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 하프늄 지르코늄 산화물을 이용하여 상기 강유전체층(230)의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 하프늄과 지르코늄을 순차적으로 공급하여 상기 강유전체층(230)이 형성되는 비교예와 대비할 때, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 하프늄과 지르코늄을 동시에 공급하여 상기 강유전체층(230)이 형성됨으로써, 상기 강유전체층(230)이 형성되기 위한 공정시간을 단축시키는데 기여할 수 있다. 이 경우, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 하프늄과 지르코늄이 혼합된 소스가스가 분사될 수 있다. 즉, 하프늄과 지르코늄은 코플로우(Co-Flow) 방식으로 공급될 수 있다. 상기 제2가스유로(4b)를 통해 산소를 포함하는 리액턴트가스가 분사될 수 있다. 이에 따라, 원자층 증착(ALD) 방식으로 하프늄 지르코늄 산화물을 포함하는 강유전체층(230)이 형성될 수 있다.
상기 강유전체층(230)은 상기 제1전극(220) 상에 형성된 후에, 질소를 포함하는 가스로 열처리(Annealing)되어 구현될 수 있다. 이러한 열처리를 통해 상기 강유전체층(230)이 결정화됨으로써, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 더 향상된 막질을 갖춘 강유전체층(230)을 포함하도록 구현될 수 있다. 상기 강유전체층(230)이 하프늄 지르코늄 산화물을 포함하는 경우, 열처리를 통해 하프늄 지르코늄 산화물이 결정화될 수 있다. 한편, 상기 강유전체층(230)은 질소를 포함하는 가스에 의한 500℃ ~ 550℃ 분위기에서 10초 ~ 20초 동안 PMA(Post Metallization Annealing) 공정이 수행됨으로써 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 계면층(240)을 더 포함할 수 있다.
상기 계면층(240)은 상기 강유전체층(230)과 상기 제1전극(220) 사이에 배치된 것이다. 상기 계면층(240)은 상기 제1전극(220) 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 강유전체층(230)은 상기 계면층(240) 상에 형성될 수 있다. 상기 계면층(240)은 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 계면층(240)은 티타늄 산화물의 산소 소거 효과(Oxygen Scavenging Effect)를 이용하여 상기 강유전체층(230)이 형성되는 과정에서 산소 공극(Oxygen Vacancy) 형성을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 계면층(240)은 상기 강유전체층(230)이 갖는 강유전성을 더 강화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)는 상기 강유전체층(230)의 잔류 분극(Polarization) 값을 높임으로써 더 낮은 전압에서 구동하는 것이 가능하게 구현될 수 있다. 상기 계면층(240)은 상기 강유전체층(230)을 열처리하는 공정이 수행될 때 또는 원자층 증착(ALD)을 통한 상기 강유전체층(230)의 성장 초기에 산소 공극 형성을 억제하는 역할을 할 수 있다.
상기 계면층(240)은 상기 제1전극(220)이 오존(O3)으로 트리트먼트(Treatment)됨으로써 구현될 수도 있다. 이 경우, 상기 계면층(240)은 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 질화티타늄을 포함하는 제1전극(220)을 오존으로 트리트먼트함에 따라 상기 제1전극(220) 상에 TiNxOy와 이산화티타늄 박막이 형성되는데, 오존으로 트리트먼트함에 따른 높은 오존 농도에 의해 낮은 농도의 산소 공극이 형성될 수 있다. 이에 따라, 산소 공극의 농도가 높은 경우에 상기 강유전체층(230)을 형성하는 과정에서 높은 농도의 산소 공극이 강유전체의 안정화를 방해함에 따라 상기 강유전체층(230)의 강유전성을 약화시키는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 오존으로 트리트먼트함에 따른 낮은 농도의 산소 공극은 강유전체의 안정적인 초기 성장을 유도하게 됨으로써, 상기 강유전체층(230)의 강유전성을 강화시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제1전극(220) 상에 증착을 통해 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 계면층(240)을 형성하는 비교예와 대비할 때, 실시예는 상기 제1전극(220)을 오존으로 트리트먼트하여 성장 초기에 높은 오존 농도에 의해 낮은 농도의 산소 공극을 달성할 수 있으므로, 강유전체의 더 안정적인 성장에 의한 강유전성을 더 강화시킬 수 있다. 상기 제1전극(220)을 오존으로 트리트먼트하는 공정은, 상기 기판처리장치(1)의 분사부(4)가 오존 분사와 플라즈마 생성을 수행함으로써 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 상기 강유전성 커패시터(200)는 제2전극(250)을 포함할 수 있다.
상기 제2전극(250)은 상기 강유전체층(230) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2전극(250)은 질화티타늄을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)에 있어서, 상기 제2전극(250)은 상부전극으로 기능할 수 있다. 상기 제2전극(250)과 상기 제1전극(220)은 서로 상이한 물질을 포함하도록 형성될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 상술한 본 발명에 따른 강유전성 커패시터(200)를 제조하기 위한 것일 수 있다. 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.
우선, 제1전극(220)이 형성된 기판을 준비한다(S10). 이러한 단계(S10)는 질화티타늄을 포함하는 제1전극(220)이 형성된 기판을 준비함으로써 이루어질 수 있다. 상기 기판을 준비하는 단계(S10)는 질화티타늄을 포함하는 제1전극(220)이 형성된 기판(210)이 상기 기판처리장치(1)의 기판지지부(3)에 안착됨으로써 이루어질 수도 있다.
다음, 상기 제1전극(220) 상에 강유전체층(230)을 형성한다(S20). 이러한 단계(S20)는 강유전성을 갖는 강유전체를 이용하여 상기 제1전극(220) 상에 상기 강유전체층(230)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)는 하프늄 산화물을 포함하는 강유전체층(230)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 기판처리장치(1)를 이용하여 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)가 수행되는 경우, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 하프늄을 포함하는 소스가스가 분사된 후에 상기 제2가스유로(4b)를 통해 산소를 포함하는 리액턴트가스가 분사됨으로써, 상기 강유전체층(230)이 형성될 수 있다. 이 경우, 원자층 증착(ALD) 방식으로 상기 강유전체층(230)이 형성될 수 있다.
상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)는 지르코늄을 더 포함하는 강유전체층(230)을 형성할 수도 있다. 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)는 상기 제1전극(220)에 하프늄과 지르코늄을 동시에 공급하여 상기 제1전극(220) 상에 하프늄 지르코늄 산화물을 포함하는 강유전체층(230)을 형성함으로써 이루어질 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 하프늄 지르코늄 산화물을 이용하여 상기 강유전체층(230)의 막질을 향상시킬 수 있다. 또한, 하프늄과 지르코늄을 순차적으로 공급하여 상기 강유전체층(230)을 형성하는 비교예와 대비할 때, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 하프늄과 지르코늄을 동시에 공급하여 상기 강유전체층(230)을 형성함으로써, 상기 강유전체층(230)을 형성하기 위한 공정시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 상기 강유전성 커패시터(200)에 대한 생산량을 증대시키는데 기여할 수 있다. 상기 기판처리장치(1)를 이용하여 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)가 수행되는 경우, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 하프늄과 지르코늄이 혼합된 소스가스가 분사될 수 있다. 즉, 하프늄과 지르코늄은 코플로우(Co-Flow) 방식으로 공급될 수 있다. 한편, 상기 제1가스유로(4a)를 통해 하프늄과 지르코늄이 혼합된 소스가스가 분사된 후에 상기 제2가스유로(4b)를 통해 산소를 포함하는 리액턴트가스가 분사될 수 있다. 이에 따라, 원자층 증착(ALD) 방식으로 하프늄 지르코늄 산화물을 포함하는 강유전체층(230)을 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 계면층을 형성하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
상기 계면층을 형성하는 단계(S30)는 상기 제1전극(220) 상에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층(240)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 계면층을 형성하는 단계(S30)가 수행된 이후에, 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)가 수행될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 상기 계면층을 형성하는 단계(S30)를 통해 형성된 티타늄 산화물의 산소 소거 효과를 이용하여 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)에서 상기 강유전체층(230) 내에서의 산소 공극(Oxygen Vacancy) 형성을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 상기 강유전체층(230)이 갖는 강유전성을 더 강화시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 상기 강유전체층(230)의 잔류 분극(Polarization) 값을 높임으로써 더 낮은 전압에서 구동하는 것이 가능한 강유전성 커패시터(200)를 제조할 수 있다.
상기 계면층을 형성하는 단계(S30)는 상기 제1전극(220)을 오존으로 트리트먼트하여 상기 제1전극(220) 상에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 계면층을 형성하는 단계(S30)는 오존으로 트리트먼트함에 따른 낮은 농도의 산소 공극은 강유전체의 안정적인 초기 성장을 유도하게 됨으로써, 상기 강유전체층(230)의 강유전성을 강화시킬 수 있다. 상기 계면층을 형성하는 단계(S30)는 이산화티타늄을 포함하는 계면층(240)을 형성함으로써 이루어질 수도 있다. 이 경우, 상기 제1전극(220) 상에 증착을 통해 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 계면층(240)을 형성하는 비교예와 대비할 때, 상기 계면층을 형성하는 단계(S30)는 오전으로 트리트먼트하여 성장 초기에 높은 오존 농도에 의해 낮은 농도의 산소 공극을 달성할 수 있으므로, 강유전체의 더 안정적인 성장에 의한 강유전성을 더 강화시킬 수 있다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 열처리하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리하는 단계(S40)는 상기 강유전체층을 형성하는 단계(S20)가 수행된 이후에 수행될 수 있다. 상기 열처리하는 단계(S40)는 상기 강유전체층(230)을 질소를 포함하는 가스로 열처리함으로써 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 열처리하는 단계(S40)는 상기 강유전체층(230)을 결정화시킴으로써, 상기 강유전체층(230)의 막질을 더 향상시킬 수 있다. 상기 강유전체층(230)이 하프늄 지르코늄 산화물을 포함하는 경우, 열처리를 통해 하프늄 지르코늄 산화물이 결정화될 수 있다. 상기 열처리하는 단계(S40)는 상기 강유전체층(230)을 질소를 포함하는 가스에 의한 500℃ ~ 550℃ 분위기에서 10초 ~ 20초 동안 PMA(Post Metallization Annealing) 공정을 수행함으로써 이루어질 수도 있다.
도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 강유전성 커패시터 제조방법은 제2전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2전극을 형성하는 단계는 상기 강유전체층(230) 상에 상기 제2전극(250)을 형성함으로써 이루어질 수 있다. 상기 제2전극(250)은 질화티타늄을 포함할 수 있다. 상기 제2전극을 형성하는 단계는 상기 제1전극(220)과 상이한 물질로 상기 제2전극을 형성함으로써 이루어질 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
200 : 강유전성 커패시터 210 : 기판
220 : 제1전극 230 : 강유전체층
240 : 계면층 250 : 제2전극
1 : 기판처리장치 2 : 챔버
3 : 기판지지부 4 : 분사부
4a : 제1가스유로 4b : 제2가스유로
41 : 제1플레이트 411 : 제1가스홀
412 : 제2가스홀 413 : 돌출부재
42 : 제2플레이트 421 : 개구
422 : 제1개구 423 : 제2개구
43 : 버퍼공간 100 : 처리공간

Claims (12)

  1. 강유전성 커패시터를 제조하는 방법으로,
    질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1전극을 오존(O3)으로 트리트먼트하여 상기 제1전극 상에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층을 형성하는 단계; 및
    상기 계면층 상에 하프늄(Hf) 산화물을 포함하는 강유전체층을 형성하는 단계를 포함하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층을 형성한 후에, 질소를 포함하는 가스로 열처리(Annealing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강유전체층을 형성하는 단계는 지르코늄(Zr)을 더 포함하는 상기 강유전체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 계면층을 형성하는 단계는 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 상기 계면층을 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  5. 강유전성 커패시터를 제조하는 방법으로,
    질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극이 형성된 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1전극을 오존(O3)으로 트리트먼트하여 상기 제1전극 상에 티타늄 산화물을 포함하는 계면층을 형성하는 단계; 및
    상기 계면층에 하프늄(Hf)과 지르코늄(Zr)을 동시에 공급하여 상기 계면층 상에 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층을 형성하는 단계를 포함하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 계면층을 형성하는 단계는 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 상기 계면층을 형성하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터 제조방법.
  8. 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극;
    상기 제1전극 상에 형성되고, 하프늄(Hf) 산화물을 포함하는 강유전체층; 및
    상기 강유전체층과 상기 제1전극 사이에 배치된 계면층을 포함하고,
    상기 계면층은 티타늄 산화물을 포함하며,
    상기 계면층은 상기 제1전극을 오존(O3)으로 트리트먼트하여 형성된 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 강유전체층은 지르코늄(Zr)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 계면층은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터.
  11. 삭제
  12. 질화티타늄(TiN)을 포함하는 제1전극; 및
    상기 제1전극 상에 형성되고, 하프늄 지르코늄 산화물(HZO)을 포함하는 강유전체층; 및
    상기 강유전체층과 상기 제1전극 사이에 배치된 계면층을 포함하고,
    상기 계면층은 이산화티타늄(TiO2)을 포함하며,
    상기 계면층은 상기 제1전극을 오존(O3)으로 트리트먼트하여 형성된 것을 특징으로 하는 강유전성 커패시터.
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