포밍 가스 열처리를 통한 하프늄 산화막 기반 금속-강유전체-부도체-실리콘 커패시터의 강유전성 특성 향상

Abstract

본 논문에서는 하프늄-알루미늄 산화막을 사용하여 MFM구조와 MFIS구조의 커패시터를 제작 후에, 두 구조의 강유전특성을 비교 및 분석하였다. MFM구조와 MFIS구조의 열처리 후의 특성은 동일한 경향성을 보였으나, MFIS구조의 Q-V특성에서 왜곡이 나타났다. 다시 말해, 두 구조에서 잔류 분극(remanent polarization: Pr)과 보자력 장(coercive voltage: Ec)이 서로 달랐다. MFM구조 대비 MFIS구조에서 +Pr과 -Ec의 감소가 나타났으며, -Pr과 +Ec는 증가했다. 이러한 현상은 계면층(interfacial layer: IL)의 존재여부에 따른 것이며, 사이클링이 더해짐에 따라 계면층의 저하가 발생하였고 현상은 더욱 심화된다. 따라서 해결방안으로 퍼니스(furnace) 장비를 통한 forming gas annealing (FGA)를 진행하여 계면층의 질을 향상시켰고 온도에 따른 Q-V특성을 분석하였다. FGA는 300°C와 500°C에서 공정을 진행하였고 300°C에서 초기 1만 사이클 까지는 기존 제어소자와 큰 차이가 없었지만, 이 후의 사이클부터는 상기 저하현상에 대한 면역이 생겼음을 확인하였다. 500°C에서는 계면층의 향상으로 인하여 0사이클에서 Pr이 향상되었으며, 300°C보다 저하현상에 대한 내구성이 더욱 향상되었다