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고직접 메모리소자 개발을 위한 Ti-silicate/Hf-silicate 나노라미네이트 게이트 산화막 성장 및 특성 향상 연구
Characterization and growth of a new TiSixOy/HfSixOy gate oxide nano-laminate

  • 주관연구기관

    포항공과대학교
    Pohang University of Science and Technology

  • 연구책임자

    용기중

  • 참여연구자

    이승재  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2006-06

  • 주관부처

    정보통신부

  • 사업 관리 기관

    정보통신연구진흥원
    Institute for Information Technology Advancement

  • 등록번호

    TRKO201000017925

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    The experiments were proceeded to achieve the objectives of research. First, Hf-silicate was studied for the basic surface chemis...

    The experiments were proceeded to achieve the objectives of research. First, Hf-silicate was studied for the basic surface chemistry and film growth. Secondly Ti-silicate and Ti-silicate/Hf-silicate were studied again for the basic surface chemisty and film growth. Thirdly, electrical properties of Hf-silicate, Ti-silicate and Ti-silicate/Hf-silicate were investigated.
    ① Study of Hf-silicate for the basic surface chemistry and film growth
    We have grown the dielectric thin film using the TDEAH as a Hf precursor and TBOS as a Si precursor. Ar was used carrier gas and purge gas. Hf-silicate films were directly deposited on p-type Si (100) wafers (8-10 Ω-cm) in the temperature range of 200-450℃. Immediately prior to deposition, wafers were pre-cleaned with HF:H2O 1:100 solution for 30s and rinsed with deionized (DI) water to remove any native oxide layers. The process was carried out at 0.6 Torr. The temperatures (vapor pressure) of TDEAH and TBOS bubber were fixed at 83℃ (0.22 Torr) and 70℃ (0.56 Torr), respectively. The Ar flow rates of both TDEAH and TBOS were kept at 15 sccm and the injection time was varied. The buffer flow rate was 200 sccm. Carrier gas and purge gas were introduced into the reactor alternatively by means of digitalized on/off control bellows valves. The amounts of source and purge gas were controlled by the time of on/off state of valves, which were operated by the MASTER-K program system (LG Industrial system) with 100ms control capability. Hf-silicate films were investigated using XPS, XRD, HRTEM and AFM.
    ② Study of Ti-silicate and Ti-silicate/Hf-silicate for the basic surface chemistry and film growth
    For the growth of Ti-silicate films, we used the TDEAT as a Ti precursor and the same Si precursor as above. Ti-silicate films were deposited in the temperature range of 150-280℃. ALD window was 170-210℃ and main reaction temperature was fixed at 200℃. In the same reactor system, source injection time was TBOS/purge/TDEAT/purge (10s/7s/15s/7s) as 1 cycle. Ti-silicate films were investigated using XPS, XRD, HRTEM and AFM. And Ti-silicate/Hf-silicate structure was grown and analysed using XPS, XRD, HRTEM and AFM.
    ③ Study of electrical properties of Hf-silicate, Ti-silicate and Ti-silicate/Hf-silicate
    We studied electrical properties of Hf-silicate, Ti-silicate and Ti-silicate/Hf-silicate films using MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. Top electrode was Au, and bottom electrode was Al. We investigated the electrical properties according to changing annealing temperature.


    본 연구는 앞서 제시한 연구목적에 따라 그에 맞는 연구방법에 의해 진행되었다. 크게 첫째, Hf-silicate 기초표면화학연구 및 박막성장 연구, 둘째, Ti-silicate 기초표면화학연구 및 Ti-silicate/Hf-sili...

    본 연구는 앞서 제시한 연구목적에 따라 그에 맞는 연구방법에 의해 진행되었다. 크게 첫째, Hf-silicate 기초표면화학연구 및 박막성장 연구, 둘째, Ti-silicate 기초표면화학연구 및 Ti-silicate/Hf-silicate 박막 성장 연구, 셋째, Hf-silicate 및 Ti-silicate/Hf-silicate 전기적 특성 연구로 나뉘었다.
    ① Hf-silicate 기초표면화학연구 및 박막성장 연구
    Hafnium 전구체로는 TDEAH (Tetrakis diethyl-amido hafnium, Hf(N(C2H5)2)4) 를, silicon 전구체로는 TBOS (Tetrabutoxyorthosilane, Si(OC4H9)4) 을 사용하여 고유전절 연막 ALCVD 연구를 수행하였다. ALCVD 반응기를 이용하여 Ar을 carrier gas 및 purge gas로 공급하였다. 실험은 각 전구체의 자발적 분해가 발생하지 않고 산화막이 증착되는 적정온도 구간 (ALD window)에서 이루어졌으며, 소스주입은 TBOS/purge/TDEAH/purge (10s/7s/7s/7s)을 한 사이클로 최적화시켰다. 증착된 Hf-silicate 박막은 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), XRD (X-ray diffraction), HRTEM (High resolution transmission electron microscopy) 그리고 AFM (Atomic force microscopy)를 통해 특성평가를 하였다.
    ② Ti-silicate 기초표면화학연구 및 Ti-silicate/Hf-silicate 박막 성장연구
    제 1 단계의 연구를 통해 공정최적화를 이룬 Hf-silicate 위에 Ti-silicate 박막성장 연구를 위한 기초 표면화학연구 및 실질적인 Ti-silicate/Hf-silicate 박막성장 연구를 수행하였다. 1 단계와 유사한 방법으로 titanium의 전구체로는 TDEAT (Tetrakis diethylamido titanium, Ti(N(C2H5)2)4) 를, silicon 전구체로는 TBOS를 사용하였다. 동일 반응기 시스템에서 Ar을 carrier gas 및 purge gas로 사용하였고, 소스주입은 TBOS/purge/TDEAT/purge (10s/7s/15s/7s)을 한 사이클로 최적화시켰다. 역시 증착된 Ti-silicate박막은 XPS, XRD, HRTEM, AFM 방법을 이용하여 분석하였다. 그리고, 1단계와 2단계의 Hf-silicate 증착 및 Ti-silicate 증착을 기본으로 Ti-silicate/Hf-silicate 적층구조를 만들어 위의 분석 방법을 토대로 박막성장을 연구하였다.
    ③ Hf-silicate 및 Ti-silicate/Hf-silicate 전기적 특성 연구
    위의 1 단계와 2 단계를 통해 증착된 Hf-silicate 및 Ti-silicate/Hf-silicate 절연막을 MIS (metal-insulator-semiconductor) 구조로 제작하여 전기적 특성을 연구하였다. 우선 하부전극으로는 알루미늄(Al), 상부전극으로는 금(Au)를 사용하였고, 열처리 온도에 따른 전기적 특성 변화를 연구하였다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...4
    3. 요약문 ...5
    4. SUMMARY ...12
    5. 목차 ...19
    6. Contents ...21
    7. 제1장 서론 ...23
    8. 제1절 과제의 필요성 ...23
    9. 1. 국내외 환경 및 동향 ...23
    10. 2. 연구의 ...
    1. 표지 ...1
    2. 제출문 ...4
    3. 요약문 ...5
    4. SUMMARY ...12
    5. 목차 ...19
    6. Contents ...21
    7. 제1장 서론 ...23
    8. 제1절 과제의 필요성 ...23
    9. 1. 국내외 환경 및 동향 ...23
    10. 2. 연구의 배경 및 전망 ...26
    11. 3. 본 과제와 직접 관련된 연구내용 및 결과 ...29
    12. 4. 본 과제의 수행필요성 ...30
    13. 제2절 연구 목표 및 주요 핵심내용 ...32
    14. 1. 연구목표 ...32
    15. 가. 최종목표 ...32
    16. 나. 구체적 달성목표 ...32
    17. 2. 연구의 내용 및 범위 ...32
    18. 가. 제1단계 : Hf-silicate 기초표면화학연구 및 박막성장연구 ...33
    19. 나. 제2단계 :Ti-silicate 기초표면화학연구 및 Ti-silicate/Hf-silicate 박막 성장연구 ...33
    20. 다. 제3단계 :Hf-silicate 및 Ti-silicate/Hf-silicate 전기적 특성 연구 ...34
    21. 제3절 연구 결과의 활용 방안 ...35
    22. 제2장 본론 ...36
    23. 제1절 Hf-silicate 기초표면화학연구 및 박막성장연구 ...36
    24. 1. 실험방법 ...36
    25. 2. 실험결과 ...37
    26. 가. Hf-silicate 박막성장연구 ...37
    27. 나. Hf-silicate 박막특성연구 ...40
    28. 다. Hf-silicate/SiO₂ 적층 구조 성장 및 특성 연구 ...43
    29. 라. Hf-silicate/Al₂O₃ 적층 구조 성장 및 특성 연구 ...48
    30. 제2절 Ti-silicate 기초표면화학연구 및 Ti-silicate/Hf-silicate 박막 성장연구 ...52
    31. 1. 실험방법 ...52
    32. 2. 실험결과 ...53
    33. 가. Ti-silicate 박막성장연구 ...53
    34. 나. Ti-silicate 박막특성연구 ...56
    35. 다. Ti-silicate/Hf-silicate 박막성장 및 특성연구 ...59
    36. 제3절 Hf-silicate 및 Ti-silicate/Hf-silicate 전기적 특성 연구 ...63
    37. 1. Hf-silicate 전기적 특성연구 ...63
    38. 2. Hf-silicate/SiO2 및 Hf-silicate/Al2O3 적층구조의 전기적 특성연구 ...66
    39. 3. Ti-silicate 전기적 특성연구 ...70
    40. 4. Ti-silicate/Hf-silicate 전기적 특성연구 ...71
    41. 표목차 ...74
    42. 그림목차 ...75
  • 참고문헌

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