원자층 증착법을 이용한 차세대 D램 커패시터의 높은 유전상수 값을 갖는 유전체에 대한 연구

Abstract

In this research, we conducted in two ways to improve the dielectric characteristics for next generation DRAM capacitor using atomic layer deposition. First, we researched HfZrO2 thin films characteristics by Al doping. When the Al concentration was doped at 2.4%, the permittivity of Al-doped HfZrO2 thin film increased about 2 times compared to undoped film. As revealed by the XRD result, it was caused by phase transition from monoclinic phase with low dielectric constant to tetragonal phase with high dielectric constant through Al doping. In addition, the leakage current decreased more than 100 times compared with undoped HfZrO2. Second, we would like to introduce a 2-dimensional perovskite nanosheet. In previous reports, 2D perovskite thin films formed by electrophoretic deposition (EPD) or Langmuir-Blodgett method were reported that showed a remarkable dielectric constant (~200) regardless their thickness. However, this wet-based process does not suitable for application to device integration in CMOS industry. Therefore, we investigated, for the first time, the structural and electrical properties of 2D perovskite oxide thin films deposited by atomic layer deposition. |본 연구에서는 원자층 증착법을 사용하여 차세대 D램 커패시터의 유전체의 특성을 개선하기 위한 두 가지 방식으로 연구를 진행하였다. 첫 번째로 HfZrO2 박막의 특성을 개선하기 위해 Al 도핑을 시도하였다. Al 함량을 2.4 %까지 도핑하였을 때, 단일 HfO2나 ZrO2에 비해 높은 유전율을 갖는 결과를 보였다. 이는 도핑을 통해 낮은 유전 상수 값을 갖는 monoclinic 상에서 높은 유전율을 갖는 tetragonal 상으로 상전이에 의해 초래되었다. 또한, 누설전류 값도 도핑 전과 비교하면 100배 이상 감소하였다. 두 번째는 2차원 페로브스카이트 구조의 산화물을 연구하였다. 전기영동 증착법 및 Langmuir-Blodgett 방식으로 형성된 2차원 페로브스카이트 박막은 두께와 관계없이 초고유전율을 갖는다고 보고되었다. 그렇지만, wet 기반의 공정은 높은 종횡비를 요구하는 CMOS 산업에 적합하지 않다. 그러므로, 우리는 처음으로 원자층 증착법을 사용하여 2차원 페로브스카이트 산화물을 증착하고 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다.