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수nm 이하에서도 강유전체 특성을 나타내는 HfxZr1-xO2(HZO) 박막이 발견되고 기존 gate oxide 공정 호환성과 미세화 가능성으로 인해 차세대 시냅스 반도체 소자로서 주목받고 있다. 하지만 HZO 박막이 실제 반도체에 적용되기 위해서는 remanent polarization(...

수nm 이하에서도 강유전체 특성을 나타내는 HfxZr1-xO2(HZO) 박막이 발견되고 기존 gate oxide 공정 호환성과 미세화 가능성으로 인해 차세대 시냅스 반도체 소자로서 주목받고 있다. 하지만 HZO 박막이 실제 반도체에 적용되기 위해서는 remanent polarization(Pr) 및 fatigue endurance 특성 등을 개선할 필요가 있다.
본 연구에서는 PEALD를 이용하여 HZO 박막을 증착하고, 공정 조건별로 제작된 HZO 박막의 특성 평가를 진행했다. 각 공정 조건별 박막의 특성 분석결과를 바탕으로 공정 최적화를 진행하며, 박막 밀도가 결정성과 전기적 특성에 미치는 영향을 분석했다. 또한, 도출된 결과를 바탕으로 박막의 개선 방안을 제안한다.
HZO 박막 증착에 앞서 HfO2 및 ZrO2 박막을 증착 온도에 따라 증착한 결과 증착 온도별 박막의 굴절률 변화가 나타나는 것을 확인했다. HZO 증착 결과 계면에서의 원자 확산과 박막 내부 불순물이 관찰되었으며, 각 증착 온도별 HZO 박막 증착 결과 결정구조와 밀도 변화가 관찰되었다. 증착 온도는 HZO 박막의 전기적 특성에 영향을 주는 것이 확인되었고 이는 박막 밀도와 유사한 경향성을 보였다. 박막 열처리 온도에 따른 밀도 측정 결과 600℃에서 열처리된 박막이 8.18 g/cm3으로 높은 밀도와 결정성 및 38.2 의 2 Pr값으로 우수한 전기적 특성을 나타냈다. 저온 증착시 박막의 밀도 감소 현상 및 특성 개선을 위한 네 가지 방법을 실험해본 결과, 밀도는 최대 9.7 g/cm3까지 향상됐으며 전기적 특성 또한 12 에서 최대 18.6 까지 향상된 것을 확인할 수 있었다.