KR20200104150A - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 소자 및 그 제조 방법이 개시된다.
개시된 반도체 소자 제조 방법은 기판에 하프늄 산화물 층을 형성하고, 하프늄 코발트 산화물 층을 시드 층으로 이용하여 하프늄 산화물 층을 결정화한다.
개시된 반도체 소자 제조 방법은 박막의 하프늄 산화물 층을 용이하게 결정화할 수 있다.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법{Semiconductor device and method of manufacturing the same}
본 개시는 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
대규모 집적회로(LSI)의 기본 구성 회로인 MOS 트랜지스터는 이산화 실리콘(SiO2)을 이용한 게이트 절연막을 포함한 구조가 많다. 이산화 실리콘은 직접 터널 누설 전류의 증대에 의한 소비 전력의 상승과 절연막의 신뢰성 저하의 문제가 있다. 또한, 얇은 SiO2는 불순물에 대한 확산 배리어가 약해지기 때문에, 게이트 전극으로부터의 불순물 누출을 일으킨다.
이산화 실리콘의 한계를 극복하기 위해, 이산화 실리콘(SiO2)보다 두껍게 형성되어도 전계 효과 성능을 얻을 수 있는 고유전율(high-K) 재료의 개발이 진행되고 있다. 고유전율 재료로 IV족 산화물, III족 산화물 등이 사용되고 있다.
예시적인 실시예는 고유전율 박막을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
예시적인 실시예는 고유전율 박막을 포함하는 반도체 소자를 제공한다.
본 개시에 따른 반도체 소자 제조 방법은, 기판에 하프늄 산화물(HfOx) 층을 형성하는 단계, 상기 하프늄 산화물층에 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층을 형성하는 단계, 및 열처리 공정을 통해 상기 하프늄 산화물층을 결정화하는 단계를 포함한다.
상기 하프늄 산화물층이 ZrO2 또는 Al2O3를 더 포함할 수 있다.
상기 하프늄 산화물 층이 7nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 하프늄 산화물 층이 단원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법에 의해 형성될 수 있다.
상기 하프늄 코발트 산화물 층이 3nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 하프늄 코발트 산화물 층이 10% 이하의 코발트 함량을 가질 수 있다.
상기 기판이 Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질 또는 상기 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 하프늄 산화물 층이 사방정 상(orthorhombic phase) 또는 정방정 상(tetragonal phase)으로 결정화될 수 있다.
상기 기판과 하프늄 산화물 층 사이에 이산화 실리콘 층이 더 구비될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 반도체 소자는, 기판; 상기 기판에 구비된 결정화된 하프늄 산화물(HfOx) 층; 및 상기 하프늄 산화물 층에 구비된 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층;을 포함한다.
상기 기판이 티타늄 나이트라이드 또는 알루미늄 나이트라이드를 포함하고, 상기 하프늄 코발트 산화물 층에 전극이 더 구비될 수 있다.
상기 기판이 실리콘 또는 저마늄을 포함하고, 상기 기판과 하프늄 산화물 층 사이에 이산화 실리콘 층이, 상기 하프늄 코발트 산화물 층에 전극이 더 구비될 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 하프늄 산화물 층을 용이하게 결정화할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자는 박막의 결정화된 하프늄 산화물 층을 포함하여 고유전율 박막을 필요로 하는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 예시적인 일 실시예에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자에 이산화 실리콘 층이 더 구비된 예를 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 반도체 소자에 대해 스퍼터링 시간에 따른 원자 농도 그래프를 나타낸 것이다.
도 4는 하프늄 산화물 층이 6nm 두께를 가지는 경우와 10nm 두께를 가지는 경우에, X선 회절 분석법에 의해 회절 각도에 따른 강도 변화를 보인 것이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 TiN 층, 결정화된 HfO2층, HfCoOx층, 상부 전극을 포함한 층 구조의 투과 전자 현미경 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 층 구조에서 HfO2의 두께에 따른 HfO2의 유전율을 나타낸 것이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 것이다.
도 9는 실리콘 기판과, SiO2층과, HfO2층을 포함하는 층 구조의 투과 전자 현미경 사진을 보인 것이다.
도 10은 도 9에 도시된 층 구조에 대해 X선 회절 분석법에 의해 회절 각도에 따른 강도 변화를 보인 것이다.
도 11은 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
반도체 소자(100)는 기판(100), 기판(100)에 구비된 결정화된 하프늄 산화물(HfOx) 층(120) 및 하프늄 산화물 층(120)에 구비된 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층(130)을 포함할 수 있다. 또는, 하프늄 산화물 층(120)에 코발트가 확산되어 포함될 수 있다.
기판(100)은 예를 들어, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹 에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물을 더 포함할 수 있다.
하프늄 산화물층(120)은 결정 상(crystal phase)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하프늄 산화물층(120)은 사방정 상(orthorhombic phase) 또는 정방정 상(tetragonal phase)을 포함할 수 있다. 하프늄 산화물층(120)은 예를 들어 이산화 하프늄(HfO2)을 포함할 수 있다.
하프늄 산화물층(120)은 예를 들어, 7nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 하프늄 산화물층(120)은 7nm 이하의 두께를 가지고 결정화될 때, 고유전율을 가질 수 있으며, 예를 들어 강유전성(ferroelectric) 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)에 고유전막으로 적용될 수 있다.
하프늄 산화물층(120)은 예를 들어, ZrO2 또는 Al2O3를 더 포함하여 유전율을 더 높일 수 있다.
하프늄 코발트 산화물층(130)은 예를 들어, 3nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 층(130)은 10% 이하의 코발트 함유량을 가질 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 층(130)은 하프늄 코발트 산화물 화합물을 포함할 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 화합물은 예를 들어, HfCoOx에 Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U 를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 포함된 화합물일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자에 한 층이 더 구비된 예를 도시한 것이다.
반도체 소자(100A)는 기판(110)과 하프늄 산화물 층(120) 사이에 이산화 실리콘(SiO2) 층(115)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)이 실리콘 기판일 때, 반도체 소자(100A)가 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 소자에 적용될 수 있다.
도 3은 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석을 통해 도 1에 도시된 반도체 소자(100)에 대해 스퍼터링 시간에 따른 원자 농도 변화를 보인 것이다. 즉, 도 3은 반도체 소자(100)의 각 층의 원자 농도 분석을 한 결과를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면 하프늄 코발트 산화물층과 하프늄 산화물층이 구비되어 있고, 하프늄 산화물층이 대략 6nm 두께를 가짐을 알 수 있다.
도 4는 X선 회절 분석법(XRD)에 의해 하프늄 산화물 층에 대한 회절 각도에 따른 강도 변화를 도시한 것이다. 그래프는 각각 HfO2 10nm/HfCoOx 1nm, HfO2 10nm/HfCoOx 0nm, HfO2 6nm/HfCoOx 1nm, HfO2 6nm/HfCoOx 0nm의 경우에 대해 보이고 있다. 하프늄 산화물 층이 결정화 된 경우 대략 30도 근방에서 하나의 피크치가 나타난다. 즉, HfO2 6nm/HfCoOx 1nm 인 경우에 대략 30도 근방에서 피크치가 나타나는데 반해, HfO2 10nm/HfCoOx 1nm, HfO2 10nm/HfCoOx 0nm, HfO2 6nm/HfCoOx 0nm 인 경우에는 30도 근방에서 피크치가 나타나지 않고, 30도를 벗어난 각도에서 피크치가 나타나거나 여러 개의 피크치가 나타난다. 이는 하프늄 코발트 산화물 층에 의해 6nm 두께를 가지는 박막 하프늄 산화물 층이 사방정 결정화 또는 정방정 결정화가 되었음을 보여 준다.
또한, 하프늄 산화물 층이 10nm 두께를 가지거나, 하프늄 코발트 산화물 층이 없는 경우에 결정화가 잘 되지 않고 모노클리닉(monoclinic) 결정성을 가짐을 보여 준다. 도면에서 m은 monoclinic을 나타내고, t는 tetragonal을 나타내고, o는 orthorhombic을 나타낸다.
도 5는 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 보인 것이다.
반도체 소자(200)는 기판(210)과, 하프늄 산화물 층(220)과, 하프늄 코발트 산화물 층(230) 및 상부 전극(240)을 포함할 수 있다. 기판(210)은 예를 들어 도전성 물질을 포함하여 하부 전극으로 동작할 수 있다. 기판(210)은 예를 들어, TiN 또는 AlN를 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 하프늄 코발트 산화물 층(230)은 하프늄 코발트 산화물 화합물을 포함할 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 화합물은 예를 들어, HfCoOx에 Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U 등을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나가 포함된 화합물일 수 있다.
상부 전극(240)은 예를 들어, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나, 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물이 포함된 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 반도체 소자(200)가 전극으로 동작하는 기판(210)과 상부 전극(240)을 구비하여 MIM(Metal Insulator Metal) 커패시터에 적용될 수 있다.
도 6은 TiN 층, 결정화된 HfO2층, HfCoOx층, 상부 전극을 포함한 층 구조의 투과 전자 현미경 사진을 나타낸 것이다. 결정화된 HfO2층이 대략 6nm 두께를 가진다.
도 7은 도 6에 도시된 층 구조에서 HfO2의 두께에 따른 HfO2의 유전율을 나타낸 것이다. 화이트 세모 표시는 TiN/HfO2/TiN 층 구조를 나타내고, 블랙 세모 표시는 TiN/HfO2/HfCoOx/TiN 층 구조를 나타낸다. TiN/HfO2/TiN 층 구조에서 6nm 두께의 HfO2의 유전율이 상대적으로 낮고, TiN/HfO2/HfCoOx/TiN 층 구조에서 6nm 두께의 HfO2의 유전율이 상대적으로 높다. 예를 들어,예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 HfO2는 30-70 범위의 유전율을 가질 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 것이다.
반도체 소자(300)는 기판(310)과, 이산화 실리콘층(SiO2)(315), 결정화된 하프늄 산화물 층(320)과, 하프늄 코발트 산화물 층(330) 및 전극(340)을 포함할 수 있다. 기판(310)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(310)은 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge)을 포함할 수 있다. 전극(340)은 예를 들어, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나, 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물이 포함된 물질을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 이와 같이, 반도체 소자(300)가 반도체 기판(310)과 전극(340)을 구비하여 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 커패시터에 적용될 수 있다.
도 9는 실리콘 기판과, SiO2층과, HfO2층을 포함하는 층 구조의 투과 전자 현미경 사진을 보인 것이다. 여기서, HfO2층은 대략 5nm 두께를 가진다.
도 10은 도 9에 도시된 층 구조에 대해 X선 회절 분석법에 의해 회절 각도에 따른 강도 변화를 보인 것이다. #1은 HfCoOx가 없을 때 열처리 후의 구조에 대한 강도 변화를 나타내고, #2는 HfCoOx가 있을 때 열처리 후의 구조에 대한 강도 변화를 나타낸 것이다. #2의 층 구조에서 30도 근방에서 피크치를 보이고 있으며, 이는 #2의 층 구조에서 HfO2가 결정화 되었음을 보여 준다. 도면에서 m은 monoclinic을 나타내고, t는 tetragonal을 나타낸다.
다양한 실시예에 따른 반도체 소자는 정방정 상(tetragonal phase)을 가지는 하프늄 산화물 층을 포함하는 경우 DRAM용 고유전율 커패시터에 적용될 수 있다. 또한, 다양한 실시예에 따른 반도체 소자는 상방정 상(orthorhombic phase)을 가지는 하프늄 산화물 층을 포함하는 경우 강유전성 HfO2 박막을 통해 Fe-FET(Ferroelectric Field Effect Transistor)에 적용될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 것이다. 반도체 소자자의 제조 방법은 도 1 및 도 12를 참조하여 설명한다.
반도체 소자의 제조 방법은 기판(110)에 하프늄 산화물(HfOx) 층(120)을 형성한다(S100). 하프늄 산화물 층(120)은 예를 들어, 단원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법에 의해 형성될 수 있다. 기판(110)은 예를 들어, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹 중 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나, 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물을 포함하는 물질을 포함할 수 있다. 하프늄 산화물 층(120)은 예를 들어, 7nm 이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
하프늄 산화물 층(120)에 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층(130)을 형성할 수 있다(S200). 하프늄 코발트 산화물 층(130)은 예를 들어 3nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 층(130)은 10% 이하의 코발트 함량을 가질 수 있다.
열처리 공정을 통해 하프늄 산화물층(120)을 결정화할 수 있다(S300). 여기서, 하프늄 코발트 산화물 층(130)은 시드(seed) 층으로 작용하여 하프늄 산화물 층(120)을 결정화할 수 있다. 하프늄 산화물의 경우 단사정 상(monoclinic phase)이 안정하여 상방정 상 또는 정방정 상으로 결정화하는 것이 어렵다. 도핑 및 박막 공정을 통해 하프늄 산화물 층을 상방정 결정 또는 정방정 결정으로 만드는 것이 시도되고 있으나 이러한 공정에서는 7nm 이하의 두께로 제작하는 것이 어렵다. 열처리 공정은 예를 들어, 400도 이상 1000도 이하에서 이루어질 수 있다. 하프늄 코발트 산화물 층은 결정화 후에 제거되는 것도 가능하다. 그리고, 하프늄 코발트 산화물 층에 전극을 더 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 반도체 소자 방법은 하프늄 실리콘 산화물 층을 시드로 이용하여 박막의 하프늄 산화물 층을 결정화할 수 있고, 이를 통해 강유전성 HfO2 박막을 제작할 수 있다. 강유전성 HfO2 박막을 이용하여 Fe-FET 소자 또는 MIM 커패시터를 제작할 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100,100A,200,300: 반도체 소자, 110,210,310:기판
120,220,320:하프늄 산화물 층, 130,230,330:하프늄 코발트 산화물 층
240,340:전극

Claims (20)

  1. 기판에 하프늄 산화물(HfOx) 층을 형성하는 단계;
    상기 하프늄 산화물층에 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층을 형성하는 단계; 및
    열처리 공정을 통해 상기 하프늄 산화물층을 결정화하는 단계;를 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물층이 ZrO2 또는 Al2O3를 더 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 7nm 이하의 두께를 가지는 반도체 소자 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 단원자층 증착(Atomic Layer Deposition) 방법에 의해 형성되는 반도체 소자 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 코발트 산화물 층이 3nm 이하의 두께를 가지는 반도체 소자 제조 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 코발트 산화물 층이 10% 이하의 코발트 함량을 가지는 반도체 소자 제조 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 기판이 Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나, 상기 적어도 하나의 물질에질화물 또는 산화물이 포함된 물질을 포함하는 반도체 소자 제조 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 사방정 상(orthorhombic phase) 또는 정방정 상(tetragonal phase)으로 결정화된 반도체 소자 제조 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 기판과 하프늄 산화물 층 사이에 이산화 실리콘 층이 더 구비된 반도체 소자 제조 방법.
  10. 기판;
    상기 기판에 구비된 결정화된 하프늄 산화물(HfOx) 층; 및
    상기 하프늄 산화물 층에 구비된 하프늄 코발트 산화물(HfCoOx) 층;을 포함하는 반도체 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 ZrO2 또는 Al2O3를 더 포함하는 반도체 소자.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 7nm 이하의 두께를 가지는 반도체 소자.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 코발트 산화물 층이 3nm 이하의 두께를 가지는 반도체 소자.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 코발트 산화물 층이 10% 이하의 코발트 함량을 가지는 반도체 소자.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 기판이 Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Cs, BaHf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 등을 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하거나 상기 적어도 하나의 물질에 질화물 또는 산화물이 포함된 물질을 포함하는 반도체 소자
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 사방정 상(orthorhombic phase) 또는 정방정 상(tetragonal phase)으로 결정화된 반도체 소자.
  17. 제10 항에 있어서,
    상기 기판과 하프늄 산화물 층 사이에 이산화 실리콘 층이 더 구비된 반도체 소자.
  18. 제10 항에 있어서,
    상기 기판이 티타늄 나이트라이드 또는 알루미늄 나이트라이드를 포함하고, 상기 하프늄 코발트 산화물 층에 전극이 더 구비된 반도체 소자.
  19. 제10 항에 있어서,
    상기 기판이 실리콘 또는 저마늄을 포함하고, 상기 기판과 하프늄 산화물 층 사이에 이산화 실리콘 층이, 상기 하프늄 코발트 산화물 층에 전극이 더 구비된 반도체 소자.
  20. 제10 항에 있어서,
    상기 하프늄 산화물 층이 30-70 범위의 유전율을 가지는 반도체 소자.
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