강유전성 박막 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 소자
Ferroelectric thin film structure, method for manufacturing same, and electronic device including same
특허 요약
본 발명은 강유전성 박막 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전자 소자로, 박막 구조체의 강유전성을 부여하기 위한, 후속 열공정을 거치지 않아, 고온으로 인한 소자의 고장을 줄일 수 있고, 박막 구조체의 전기적 특성을 향상시키며, 생산 효율이 증가되고, 웨이크업 효과(wake-up effect) 및 스위칭 내구성이 개선되어, 비휘발성 메모리 소자로서의 활용도 측면에서 일정한 메모리 윈도우(memory window)를 가져 안정적으로 작동하게 할 수 있다. 또한, 원자층 증착법(ALD)을 이용한 하프늄-지르코늄-산화물(Hf1-xZrxO2) 박막을 증착하는 것으로, 고온의 후속 열공정을 거치지 않아, 후속 열공정에서 기인한 박막의 전기적 특성을 저하시키는 것을 방지할 수 있고, back end of line(BEOL) 공정에 적용이 가능하게 되어, 소자 제작 측면에서의 활용도가 증가하며, 실제 산업에 적용 시, 불필요한 열처리 공정을 제거할 수 있으므로, 공정시간의 단축과 추가적인 열공정 장비의 사용을 도모할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

기판; 및상기 기판의 일면에 증착된 HZO 박막(하프늄-지르코늄-산화물 박막, hafnium-zirconium-oxide thin films)을 포함하며,상기 HZO 박막은, 하기 화학식 2로 표시되는 전구체 조성물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 전구체 조성물을 사용하여, 320℃ 온도에서 증착되고, 후 어닐링 공정 없이 증착되는강유전성 박막 구조체.[화학식 2][화학식 3]

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삭제

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제1항에 있어서,상기 전구체 조성물은 하프늄(Hf) 및 지르코늄(Zr)의 몰비가 1:9 내지 5:5로 포함하는강유전성 박막 구조체.

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제1항에 있어서,상기 HZO 박막은 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조를 가지고, 상기 사방정계 상(111) 평면에서 2.9 내지 3.0Å의 면간격(Interplanar spacing)을 나타내는강유전성 박막 구조체.

6

제1항에 있어서, 상기 HZO 박막은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)에 의해 형성되는강유전성 박막 구조체.

7

제1항에 있어서, 상기 기판은 타이타늄, 탄탈늄, 루세늄, 텅스텐, 몰리브데넘 또는 이들의 질화막 또는 이들의 산화막 중 선택되는 것인강유전성 박막 구조체.

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제1항에 있어서, 상기 HZO 박막은 45 내지 50 μc/cm-2의 2Pr(double remanent polarization) 값을 갖는강유전성 박막 구조체.

9

기판; 상기 기판 상에 마련되는 게이트 전극; 및 상기 기판과 상기 게이트 전극 사이에 마련되는 제1항에 따른 강유전성 박막 구조체를 포함하는전자 소자.

10

제9항에 있어서, 상기 기판에는 상기 게이트 전극과 대응하는 위치에 채널 요소가 마련되어 있으며, 상기 채널 요소의 양측에는 소스 및 드레인이 마련되어 있는 전자 소자.

11

제10항에 있어서,상기 채널 요소는 Si, Ge, SiGe, Ⅲ-Ⅴ족 반도체, 산화물 반도체, 질화물 반도체, 질산화물 반도체, 이차원 물질(2D material), 양자점(quantum dot) 및 유기 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 전자 소자.

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원자층 증착(ALD)에 의해 강유전 박막 구조체를 제조하는 방법에 있어서, 하기 화학식 2로 표시되는 전구체 조성물, 하기 화학식 3으로 표시되는 전구체 조성물 및 산화제인 오존을 주입하여 기판의 일면에 HZO 박막(하프늄-지르코늄-옥사이드 박막, hafnium-zirconium-oxide thin films) 증착하는 단계를 포함하며,상기 증착하는 단계는 320℃ 온도에서 진행하며, 후 어닐링 공정 없이 증착되는 강유전성 박막 구조체의 제조 방법:[화학식 2][화학식 3]

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삭제

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제12항에 있어서, 상기 증착 단계는 Ar 가스를 캐리어 가스로 사용하는 것인강유전성 박막 구조체의 제조 방법.

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제12항에 있어서, 상기 기판은 타이타늄, 탄탈늄, 루세늄, 텅스텐, 몰리브데넘 또는 이들의 질화막 또는 이들의 산화막 중 선택되는 것인강유전성 박막 구조체의 제조 방법.