KR20030002792A - 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 공정 중 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5) 막을 이용한 캐퍼시터의 형성 방법에 대한 것으로, 특히 원자층 박막 증착 공정(ALD : atomic layer deposition)을 적용하여 탄탈륨 옥사이드를 증착함으로서, 탄탈륨 옥사이드 박막의 스텝 커버리지(step-coverage) 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 캐퍼시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법에 관한 것이다.

Description

탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법{Method for manufacturing Tantalium Oxide capacitor}
본 발명은 반도체 소자 공정 중 탄탈륨 옥사이드(Ta2O5) 막을 이용한 캐퍼시터의 형성 방법에 대한 것으로, 특히 원자층 박막 증착 공정(ALD : atomic layer deposition)을 적용하여 탄탈륨 옥사이드를 증착함으로서, 탄탈륨 옥사이드 박막의 스텝 커버리지(step-coverage) 특성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 캐퍼시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 캐퍼시터는 전하를 저장하여 반도체 소자의 동작에 필요한 전하를 저장하게 되는 것으로써, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 셀의 크기는 작아져야하는데 반해, 소자의 동작에 필요한 충전 용량은 약간씩 증가해야 하는 것이 일반적인 경향이며, 현재 64M DRAM이상의 소자에서 필요로 하는 충전 용량은 셀당 30fF 이상인 것으로 알려져 있다.
이와 같이 반도체 소자의 고집적화가 이루어짐에 따라 캐퍼시터 역시 소형화될 것이 요구되고 있으나, 요구되는 충전 용량을 충족하기 위한 전하를 저장하는데 필요한 크기의 한계로 인하여, 캐퍼시터를 소형화시키는데 있어 어려움에 봉착하게 되었다
특히, 최근에는 이제까지 사용되어 오던 N/O 캐퍼시터가 256 M 이상의 차세대 디램 제품에 필요한 충전 용량을 확보하는데 그 한계를 보이고 있기 때문에 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 개발이 본격적으로 이루어지고 있다. 그러나, 이러한 탄탈륨 옥사이드 박막에 있어서도 소자가 소형화됨에 따라 애스팩트 비(aspect ratio)가 증가함으로서, 스텝 커버리지 특성이 감소하게 되었다. 예를 들어 디자인 룰이 0.16㎛에서 0.13㎛로 감소함에 따라 스텝 커버리지가 96%에서 73%까지 감소할 수 있다.
그런데, 상기와 같은 스텝 커버리지의 감소는 캐퍼시터의 전기적 특성을 감소시키는 요인으로 작용할 수 있어서, 결국 캐퍼시터의 충전 용량을 감소시키게 되며, 이에 따라 반도체 소자의 동작에 필요한 충분한 충전 용량알 확보하지 못할 수 있는 문제점이 발생할 수 있다. 더구나, 하부 전극을 금속으로 사용할 경우에는 상기 금속 표면의 거친 정도에 따라 탄탈륨 옥사이드 막이 제대로 증착되지 않알 수 있어서, 국부적으로 형성된 탄탈륨 옥사이드 박막의 두께가 얇아질 수 있으며, 이러한 현상으로 인하여 바이어스(bias) 인가시 전계가 집중되어 누설 전류가 발생하는 원인이 된다.
이러한 종래 기술의 문제점으로 인하여, 탄탈륨 옥사이드 박막이 하부 전극의 상부에 고르게 형성될 수 있도록 하여, 스텝 커버리지 특성을 증가시키고, 상기 금속의 거칠기에 의하여 국부적으로 탄탈륨 옥사이드 박막의 두께가 얇아지는 문제점을 해결할 수 있는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법이 절실히 요구되어 왔다.
이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여,원자층 박막 증착 공정을 이용하여 탄탈륨 옥사이드 막을 증착함으로서, 하부 전극의 상부에 탄탈륨 옥사이드 막이 고르게 증착될 수 있도록 하고, 이에 따라 상기 박막의 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있어서, 캐퍼시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법을 제공하는데 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 의한 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터를 제조하는 공정 순서를 나타낸 도면으로써,
도 1은 하부 전극을 형성한 모습을 나타낸 도면이고,
도 2는 상기 하부 전극의 상부를 질화 처리한 후의 모습을 나타낸 도면이며,
도 3은 상기 질화학의 상부에 원자층 박막 증착 방법을 이용하여, 탄탈륨-나이트라이드 박막을 증착한 모습을 나타낸 도면이고,
도 4는 상기 탄탈륨-나이트라이드 박막을 산화시켜 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성한 모습을 나타낸 도면이며,
도 5는 상기 탄탈륨 옥사이드 박막의 상부에 상부 전극을 형성하여 완성된 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터를 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 하부 전극 102 : 질화 처리된 막
104 : 탄탈륨-나이트라이드 박막 106 : 탄탈륨 옥사이드 박막
108 : 상부 전극
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하부 전극의 상부을 질화시키는 단계;
상기 질화 처리된 막의 상부에 원자층 박막 증착 방법(ALD)을 적용하여, 탄탈륨-나이트라이드 박막(Ta-N)을 증착하는 단계;
상기 탄탈륨-나이트라이드 박막을 산소와 반응시켜 산화시킴으로서, 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성하는 단계; 및
상기 탄탈륨 옥사이드 박막의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터 형성 방법을 제공한다.
상기에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터 형성 방법에 있어서는 원자층 증착 방법을 이용하여 탄탈륨-나이트라이드 박막을 증착한 후, 이를 산화시켜 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성함으로서, 탄탈륨 옥사이드 박막의 스텝 커버리지 특성을 향상시킬 수 있어서, 캐퍼시터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 탄탈륨-나이트라이드 박막에 있어서, 상기 나이트라이드는 단순히 후속 산화 공정에서 산소와 치환되어 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성하기 위한 것이므로, 본 발명에서 적용되는 원자층 박막 증착 공정에 있어서는 나이트라이드 원자의 증착 후에 이를 질소 또는 아르곤으로 퍼지할 필요가 없게 되는 바, 종래의 원자층 박막 증착 공정에 비해서도 한 단계의 공정이 감소될 수 있어서, 전체 공정의 수율 및 경제성을 증가시킬 수 있다.
상기 본 발명에 의한 캐퍼시터 형성 방법에 있어서, 상기 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우에는, 상기 질화 공정은 전기로 또는 RTP(rapid thermal process) 등을 이용하여 수행할 수 있으나, 특히 플라즈마를 이용하여 200 내지 600℃의 온도 및 NH3(또는 N2/H2, N2O 분위기)분위기 하에서 하부 전극의 표면을 질화시켜 수행함이 바람직하다.
다만, 하부 전극이 금속으로 이루어진 경우에는 금속의 종류에 따라 조건의 차이가 있기는 하나, 상기와 같이 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우에 비하여 저온에서 같은 공정을 진행할 수 있으며, 따라서 플라즈마를 이용하여 200 내지 450℃의 온도 및 NH3(또는 N2/H2, N2O, O2, H2/O2, N2분위기)분위기 하에서 하부 전극의 표면을 질화시켜 진행함이 바람직하다.
그리고, 상기 본 발명에 의한 캐퍼시터 형성 방법에 있어서, 상기 탄탈륨-나이트라이드 박막을 증착하는 공정은 원자층 박막 증착 방법을 적용하려 진행하게 되는 바, 상기 공정을 구체적으로 살피면, 우선 탄탈륨 하이드로 플로라이드(TaH2F7) 펄스를 가하여, 탄탈륨 원자층을 형성하고, 이를 질소(N2) 또는아르곤(Ar)으로 퍼지한 후, 다시 암모니아(NH3) 펄스를 가하여, 나이트라이드 원자층을 형성함으로서, 결국 탄탈륨 원자와 나이트라이드 원자가 결합할 수 있도록 하으로서, 탄탈륨-나이트라이드 박막을 형성하게 된다. 이 때, 탄탈륨 하이드로 플로라이드와 같은 탄탈륨 화합물의 화학 증기는 상기 화합물을 MFC(Mass flow controller)와 같은 유량 조절기를 통해 정량된 양만큼 증발기 또는 증발관으로 공급한 다음 일정량을 150 내지 200 ℃의 온도 범위에서 증발시켜 얻을 수 있다.
그런데, 상기와 같은 공정에 있어서, 나이트라이드 원자층은 이 후 공정에서 산소와 치환되어 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성하기 위하여 증착된 것에 불과하므로, 이를 질소 또는 아르곤으로 퍼지할 필요가 없게 되는 바, 이 때문에 본 발명에 있어서는 종래의 원자층 박막 증착 공정보다 한 단계의 공정을 줄일 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 의한 캐퍼시터 형성 방법에 있어서, 상기 상부 전극으로는 폴리 실리콘(Poly Si), 티타늄 나이트라이드(TiN), 탄탈륨 나이트라이드 (TaN), 텅스텐(W), 텅스텐 나이트라이드(WN), 텅스텐 실리사이드(WSi), 루테니움(Ru), 루테니움 옥사이드(RuO2), 이리듐(Ir), 이리듐 옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 금속을 증착하거나, 둘 이상의 금속을 적층 구조로 증착함이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 의한 캐퍼시터 형성 방법의 바람직한 일 실시예를 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다만 하나의 예시로 제시된 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따르는 탄탈륨 옥시 나이트라이드 캐퍼시터의 형성 방법을 순차적으로 보인 도면이다. 다만, 상기 도면에서 하부 전극의 구조는 본 발명의 요지와 관련성이 적다고 판단되어, 모두 단순한 적층 구조로 표현하였다.
본 발명에 따르는 공정을 살펴보면, 우선 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 그 구조가 형성된 하부 전극(100)의 상부를 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 질화하여, 질화 처리된 막(102)이 형성되도록 한다.
이러한 공정을 구체적으로 살펴보면, 상기 공정은 하부 전극(100)의 상부에 탄탈륨 옥사이드 박막(106)을 증착할 경우, 계면에 형성될 수 있는 저유전 산화층(실리콘 옥사이드)이 형성되는 것을 방지하기 위한 것으로, 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ 공정으로 200-600℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 암모니아(또는 N2/H2, N2O)를 가함으로서, 폴리 실리콘의 표면을 질화시킨다. 이 때, 플라즈마를 이용하는 대신에 ex-situ로 RTP를 이용하거나 전기로를 이용하여 600-950℃, 암모니아 분위기에서 1-30분 동안 질화시킬수도 있다.
다만, 하부전극(100)이 금속인 경우에는 질화 공정이 달라지게 되는 바, 메탈의 종류에 따라 조건의 차이가 있기는 하나, 일반적으로 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우보다 저온으로 진행하게 되며, 이를 구체적으로 살피면 저압 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ 공정으로 200-450℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 암모니아(또는 N2/H2, N2O, N2, O2, O3)를 가함으로서, 하부 전극의 표면을 질화시켜 진행한다. 또한, 이 경우에도 플라즈마를 이용하는 대신에 ex-situ로 RTP를 이용하거나 전기로를 이용하여 400-600℃, 암모니아 분위기(또는 N2, O2, H2/O2, N2/H2, N2O 분위기)에서 RTP는 10-100 초, 전기로는 1-100분 동안 질화시킴으로서 진행할 수도 있다.
다음으로, 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 질화 처리된 막의 상부에 원자층 박막 증착 방법을 이용하여, 탄탈륨-나이트라이드 박막(104)을 증착한다.
이러한 공정을 진행함에 있어서는, 우선 탄탈륨 하이드로 플로라이드 펄스를 가하여 탄탈륨 원자층을 형성하고, 이를 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)으로 퍼지한 후, 다시 암모니아(NH3) 펄스를 가하여 나이트라이드 원자층을 형성함으로서, 결국 탄탈륨 원자와 나이트라이드 원자가 결합할 수 있도록 함으로서, 탄탈륨-나이트라이드 박막(104)을 형성하게 된다. 이 때, 탄탈륨 하이드로 플로라이드와 같은 탄탈륨 화합물의 화학 증기는 상기 화합물을 MFC(Mass flow controller)와 같은 유량 조절기를 통해 정량된 양만큼 증발기 또는 증발관으로 공급한 다음 일정량을 150 내지 200 ℃의 온도 범위에서 증발시켜 얻을 수 있다.
상기 공정을 진행하고 나서, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 탄탈륨-나이트라이드 박막(104)을 산화시킴으로서 탄탈륨 옥사이드 박막(106)을 형성하게 되는 바, 이러한 단계를 진행하면 상기 박막의 질소와 산소가 치환되어 안정한 탄탈륨 옥사이드 박막이 형성된다.
상기 공정을 구체적으로 살피면, 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ공정으로 200-600℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 산소를 가함으로서, 탄탈륨-나이트라이드 박막을 산화시킨다. 이 때, 플라즈마를 이용하는 대신에 ex-situ로 RTP를 이용하거나 전기로를 이용하여 600-950℃, 산소 분위기에서 1-30분 동안 산화시킬수도 있다.
다만, 하부전극이 금속인 경우에는 상기 산화 공정이 달라지게 되는 바, 금속의 결정성 변화 또는 산화의 심화로 인하여 일반적으로 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우보다 저온으로 진행하게 되며, 이를 구체적으로 살피면 저압 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ 공정으로 200-450℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 산소를 가함으로서 진행하거나, 이 경우에도 플라즈마를 이용하는 대신에 ex-situ로 RTP를 이용하거나 전기로를 이용하여 400-600℃, 산소 분위기에서 RTP는 10-100 초, 전기로는 1-100분 동안 산화시킴으로서 진행할 수도 있다.
상기 산화 단계를 진행한 후에 도 5에서 보는 바와 같이, 상부 전극(108)을 형성하여, 본 발명에 의한 캐퍼시터를 완성한다. 상기 상부 전극은 상기한 바와 같이 폴리 실리콘(Poly Si), 티타늄 나이트라이드(TiN), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 텅스텐(W), 텅스텐 나이트라이드 (WN), 텅스텐 실리사이드 (WSi), 루테니움 (RU), 루테니움 옥사이드(RuO2), 이리듐 (Ir), 이리듐 옥사이드(IrO2), 백금(Pt)등을 단독 또는 적층 구조로 증착하여 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 캐퍼시터 형성 방법에 있어서는 원자층 박막 증착 방법을 이용하여, 탄탈륨 옥사이드 박막을 증착하게 되는 바, 상기 박막이 고르게 증착될 수 있어서, 스켑 커버리지 특성이 향상될 수 있고, 따라서 캐퍼시터의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 종래의 원자층 박막 증착 방법에 비해서도, 한 단계가 적은 공정으로 구성된 방법을 적용하게 되는 바, 공정에 소요되는 시간 및 비용이 감소될 수 있어서, 전체 반도체 제조 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 하부 전극의 상부를 질화시키는 단계;
    상기 질화 처리된 막의 상부에 원자층 박막 증착 방법(ALD)을 적용하여, 탄탈륨-나이트라이드 박막(Ta-N)을 증착하는 단계;
    상기 탄탈륨-나이트라이드 박막을 산소와 반응시켜 산화시킴으로서, 탄탈륨 옥사이드 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 탄탈륨 옥사이드 박막의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우에 상기 질화 단계는 플라즈마를 이용하여 200 내지 600℃의 온도 및 NH3(또는 N2/H2, N2O 분위기)분위기 하에서 하부 전극의 표면을 질화시켜 수행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 하부 전극이 금속으로 이루어진 경우에 상기 질화 단계는 플라즈마를 이용하여 200 내지 450℃의 온도 및 NH3(또는 N2/H2, N2O, O2, H2/O2, N2분위기)분위기 하에서 하부 전극의 표면을 질화시킴으로서 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄탈륨-나이트라이드 박막을 증착하는 단계는 탄탈륨 하이드로 플로라이드(TaH2F7) 펄스를 가하여 탄탈륨 원자층을 형성하고, 이를 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)으로 퍼지한 후, 다시 암모니아(NH3) 펄스를 가하여 나이트라이드 원자층을 형성함으로서, 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 탄탈륨 하이드로 플로라이드 화합물의 화학 증기는 상기 화합물을 MFC(Mass flow controller)와 같은 유량 조절기를 통해 정량된 양만큼 증발기 또는 증발관으로 공급한 다음 일정량을 150 내지 200 ℃의 온도 범위에서 증발시켜 얻을 수 있다.
  6. 제 1 항에 있어서, 하부 전극이 폴리 실리콘으로 이루어진 경우에, 상기 산화 공정은 200-600℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 산소를 가함으로서, 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 산화 공정은 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ 공정으로 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 하부 전극이 금속으로 이루어진 경우에, 상기 산화 공정은 200-450℃의 온도 범위에서 플라즈마를 이용하여 산소를 가함으로서 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 산화 공정은 저압 저압 화학 기상 증착 챔버 내에서 in-situ 공정으로 진행함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
  10. 제 1 항 있어서, 상기 상부 전극은 폴리 실리콘(Poly Si), 티타늄 나이트라이드(TiN), 탄탈륨 나이트라이드(TaN), 텅스텐(W), 텅스텐 나이트라이드 (WN), 텅스텐 실리사이드 (WSi), 루테니움 (RU), 루테니움 옥사이드(RuO2), 이리듐 (Ir), 이리듐 옥사이드(IrO2), 백금(Pt) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나의 물질을 단독 또는 적층 구조로 증착하여 형성함을 특징으로 하는 탄탈륨 옥사이드 캐퍼시터의 형성 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044140A (ko) * 2001-11-28 2003-06-09 주식회사 하이닉스반도체 탄탈륨 나이트라이드층 형성 방법 및 이를 적용한 반도체소자
KR100942146B1 (ko) * 2007-10-05 2010-02-17 주식회사 실트론 펄스 가스 유동 증착방법, 그 장치 및 이를 이용한에피택셜 웨이퍼의 제작 방법
KR101590720B1 (ko) * 2014-08-25 2016-02-03 고려대학교 산학협력단 원자층 증착 공정을 이용한 금속 인산화물 박막의 형성 방법
KR101651512B1 (ko) * 2015-06-01 2016-08-29 한국과학기술연구원 백금족 박막의 원자층 증착방법

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020102797A1 (en) * 2001-02-01 2002-08-01 Muller David A. Composite gate dielectric layer
JP2003100742A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体デバイスの製造方法
KR100542247B1 (ko) * 2002-07-19 2006-01-16 주식회사 하이닉스반도체 배치형 챔버를 이용한 티타늄나이트라이드막의원자층증착법 및 그를 이용한 캐패시터의 제조 방법
US6770536B2 (en) * 2002-10-03 2004-08-03 Agere Systems Inc. Process for semiconductor device fabrication in which a insulating layer is formed on a semiconductor substrate
US7524774B2 (en) 2003-09-26 2009-04-28 Tokyo Electron Limited Manufacturing method of semiconductor device, semiconductor manufacturing apparatus, plasma nitridation method, computer recording medium, and program
CN1820370A (zh) * 2003-09-26 2006-08-16 东京毅力科创株式会社 半导体装置、半导体装置的制造方法、半导体制造装置和计算机记录介质
US7952853B2 (en) 2004-04-27 2011-05-31 Medtronic, Inc. Capacitor electrolyte
US20060091020A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Medtronic, Inc. Processes and systems for formation of high voltage, anodic oxide on a valve metal anode
US9548166B2 (en) 2005-06-30 2017-01-17 Medtronic, Inc. Capacitor electrolyte
KR100706803B1 (ko) * 2006-01-19 2007-04-12 삼성전자주식회사 반도체 소자 및 그의 형성 방법
US7491246B2 (en) * 2006-03-31 2009-02-17 Medtronic, Inc. Capacitor electrodes produced with atomic layer deposition for use in implantable medical devices
US7801623B2 (en) * 2006-06-29 2010-09-21 Medtronic, Inc. Implantable medical device having a conformal coating
JP5107541B2 (ja) * 2006-08-22 2012-12-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 絶縁膜形成方法および半導体装置の製造方法
TW200947670A (en) * 2008-05-13 2009-11-16 Nanya Technology Corp Method for fabricating a semiconductor capacitor device
JP5813303B2 (ja) 2009-11-20 2015-11-17 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置
JP5683388B2 (ja) 2010-08-19 2015-03-11 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置
US11056285B2 (en) 2018-04-13 2021-07-06 Avx Corporation Solid electrolytic capacitor containing an adhesive film
JP7216111B2 (ja) 2018-04-13 2023-01-31 キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション 順次蒸着された内側導電性ポリマー膜を含む固体電解キャパシタ
WO2019199484A1 (en) 2018-04-13 2019-10-17 Avx Corporation Solid electrolytic capacitor containing a vapor-deposited barrier film
JP7167344B2 (ja) 2018-11-29 2022-11-08 キョーセラ・エイブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション 順次蒸着誘電体膜を含む固体電解キャパシタ
CN112086441A (zh) * 2020-08-26 2020-12-15 中国电子科技集团公司第十三研究所 无源器件制备方法及无源器件
CN114267541B (zh) * 2021-12-21 2022-09-30 西安交通大学 一种固态钽电解电容器及其ald制备方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274485A (en) * 1991-06-24 1993-12-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Liquid crystal display
DE19825736C2 (de) * 1997-06-11 2003-09-18 Hyundai Electronics Ind Verfahren zum Bilden eines Kondensators einer Halbleitervorrichtung
KR100247935B1 (ko) 1997-10-22 2000-03-15 윤종용 오산화 이탄탈륨 유전체막을 갖는 커패시터 형성방법
KR100505611B1 (ko) * 1998-07-09 2006-04-21 삼성전자주식회사 반도체장치의 커패시터의 제조방법
KR100518518B1 (ko) * 1998-07-16 2006-04-28 삼성전자주식회사 반도체장치의 커패시터 및 그 제조방법
KR20000013654A (ko) * 1998-08-12 2000-03-06 윤종용 원자층 증착 방법으로 형성한 알루미나/알루미늄나이트라이드복합 유전체막을 갖는 캐패시터와 그제조 방법
KR100373159B1 (ko) * 1999-11-09 2003-02-25 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 캐패시터 제조방법
KR20010017820A (ko) * 1999-08-14 2001-03-05 윤종용 반도체 소자 및 그 제조방법
US6203613B1 (en) 1999-10-19 2001-03-20 International Business Machines Corporation Atomic layer deposition with nitrate containing precursors
US6395650B1 (en) * 2000-10-23 2002-05-28 International Business Machines Corporation Methods for forming metal oxide layers with enhanced purity
US20020117399A1 (en) * 2001-02-23 2002-08-29 Applied Materials, Inc. Atomically thin highly resistive barrier layer in a copper via
KR100407381B1 (ko) * 2001-06-29 2003-12-01 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 커패시터 형성방법
US6461914B1 (en) * 2001-08-29 2002-10-08 Motorola, Inc. Process for making a MIM capacitor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030044140A (ko) * 2001-11-28 2003-06-09 주식회사 하이닉스반도체 탄탈륨 나이트라이드층 형성 방법 및 이를 적용한 반도체소자
KR100942146B1 (ko) * 2007-10-05 2010-02-17 주식회사 실트론 펄스 가스 유동 증착방법, 그 장치 및 이를 이용한에피택셜 웨이퍼의 제작 방법
KR101590720B1 (ko) * 2014-08-25 2016-02-03 고려대학교 산학협력단 원자층 증착 공정을 이용한 금속 인산화물 박막의 형성 방법
KR101651512B1 (ko) * 2015-06-01 2016-08-29 한국과학기술연구원 백금족 박막의 원자층 증착방법

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