• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권12호
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• pp.939-943
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• 2011

In this paper, reliability of the two sandwiched MIM capacitors of $Al_2O_3-HfO_2-Al_2O_3$ (AHA) and $SiO_2-HfO_2-SiO_2$ (SHS) with hafnium-based dielectrics was analyzed using two kinds of voltage stress; DC and AC voltage stresses. Two MIM capacitors have high capacitance density (8.1 fF/${\mu}m^2$ and 5.2 fF/${\mu}m^2$) over the entire frequency range and low leakage current density of ~1 nA/$cm^2$ at room temperature and 1 V. The charge trapping in the dielectric shows that the relative variation of capacitance (${\Delta}C/C_0$) increases and the variation of voltage linearity (${\alpha}$/${\alpha}_0$) gradually decreases with stress-time under two types of voltage stress. It is also shown that DC voltage stress induced greater variation of capacitance density and voltage linearity than AC voltage stress.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2003년도 하계학술대회 논문집 Vol.4 No.1
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• pp.275-277
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• 2003

최근 logic 소자의 gate oxide로 기존의 $SiO_2$, SiON보다 고유전, 작은 누설전류를 가지는 물질의 개발이 중요한 이슈가 되고 있다. 본 실험실에서는 Si 기판위에 $HfO_2$를 바로 증착하는 경우, 기판의 Si이 박막내로 확산하여 유전율이 저하되는 문제점을 인식하고, 기판과 $HfO_2$ 사이에 $AlO_x$를 방지막으로 사용하였다. 이 때, $AlO_x$의 Al precursor는 TMA로 고정하고, 산화제로는 $H_2O$, $O_2$-plasma, $O_3$를 각각 사용하였다. 모든 $AlO_x/\;HfO_y$ 박막에서 매우 우수한 누설전류특성을 얻을 수 있었는데, 특히 $O_3$를 산화제로 사용한 $AlO_x$방지막의 경우 가장 우수한 특성을 보였다. 또한 질소 분위기에서 $800^{\circ}C$ 10분간 열처리한 후, 방지막을 사용한 모든 경우에서 보다 향상된 열적 안정성을 관찰할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권8호
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• pp.699-705
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• 2008

Capacitance versus voltage (C-V) characteristics of Ge-nanocrystal (NC)-embedded metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors with $HfO_2$ gate material were investigated in this work. The current versus voltage (I-V) curves obtained from Ge-NC-embedded MOS capacitors fabricated with the $NH_3$ annealed $HfO_2$ gate material reveal the reduction of leakage current, compared with those of MOS capacitors fabricated with the $O_2$ annealed $HfO_2$ gate material. The C-V curves of the Ge-NC-embedded MOS capacitor with $HfO_2$ gate material annealed in $NH_3$ ambient exhibit counterclockwise hysteresis loop of about 3.45 V memory window when bias voltage was varied from -10 to + 10 V. The observed hysteresis loop indicates the presence of charge storages in the Ge NCs caused by the Fowler-Nordheim (F-N) tunneling. In addition, capacitance versus time characteristics of Ge-NC-embedded MOS capacitors with $HfO_2$ gate material were analyzed to investigate their retention property.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제13권2호
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• pp.27-31
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• 2006

본 연구는 OTS 표면 처리 유무에 따른 $HfO_2$ 위에서의 pentacene의 grain growth를 비교 연구하였다. OTS 처리에 의해 $HfO_2$의 표면은 hydrophilic에서 hydrophobic으로 변화되었으며, pentacene의 grain size는 50 nm 에서 90 nm으로 증가되었다. 이러한 pentacene의 크기 증가와 더불어 pentacene은 3-dimensional island 구조를 가지며, bulk phase 없이 thin film phase만의 출현으로 인해 OTS/$HfO_2$ 박막 위에서 pentacene은 보다 방향성을 가지며 정렬되었다.

• 센서학회지
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• 제22권3호
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• pp.233-237
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• 2013

We fabricated electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) devices using a solution process and measured the sensing properties of EIS devices according to the thicknesses of sensing membrane. For high pH sensitivity and better stability properties, we used $SiO_2/HfO_x$ (OH) layer as a sensing membrane. In this work, $HfO_x$ sensing membranes were deposited on 5 nm thick $SiO_2$ buffer layer by spin coater with thicknesses of 15, 31, 42, 55 nm, respectively. As a result, we founded that the thickness of $HfO_x$ sensing membrane affects to sensitivity and chemical stability of EIS device. Especially, the EIS device with 42 nm thick $HfO_x$ membrane showed superior sensing ability in terms of pH-sensitivity, linearity, hysteresis voltage and drift rate characteristics than the other devices. In conclusion, we confirmed that it is possible to improve the sensing ability and the chemical stability properties using optimized thickness of sensing membrane and proper annealing process.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제1권2호
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• pp.95-102
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• 2001

Hafnium oxide thin films for gate dielectric were deposited at $300^{\circ}C$ on p-type Si (100) substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and annealed in $O_2$ and $N_2$ ambient at various temperatures. The effect of hydrogen treatment in 4% $H_2$ at $350^{\circ}C$ for 30 min on the electrical properties of $HfO_2$for gate dielectric was investigated. The flat-band voltage shifts of $HfO_2$capacitors annealed in $O_2$ambient are larger than those in $N_2$ambient because samples annealed in high oxygen partial pressure produces the effective negative charges in films. The oxygen loss in $HfO_2$films was expected in forming gas annealed samples and decreased the excessive oxygen contents in films as-deposited and annealed in $O_2$ or $N_2$ambient. The CET of films after hydrogen forming gas anneal almost did not vary compared with that before hydrogen gas anneal. Hysteresis of $HfO_2$films abruptly decreased by hydrogen forming gas anneal because hysteresis in C-V characteristics depends on the bulk effect rather than $HfO_2$/Si interface. The lower trap densities of films annealed in $O_2$ambient than those in $N_2$were due to the composition of interfacial layer becoming closer to $SiO_2$with increasing oxygen partial pressure. Hydrogen forming gas anneal at $350^{\circ}C$ for samples annealed at various temperatures in $O_2$and $N_2$ambient plays critical role in decreasing interface trap densities at the Si/$SiO_2$ interface. However, effect of forming gas anneal was almost disappeared for samples annealed at high temperature (about $800^{\circ}C$) in $O_2$ or $N_2$ambient.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.373-373
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• 2014

Resistive-change random access memory (ReRAM) device is one of the promising candidates owing to its simple structure, high scalability potential and low power operation. Many resistive switching devices using transition metal oxides materials such as NiO, Al2O3, ZnO, HfO2, $TiO_2$, have attracting increased attention in recent years as the next-generation nonvolatile memory. Among various transition metal oxides materials, HfO2 has been adopted as the gate dielectric in advanced Si devices. For this reason, it is advantageous to develop an HfO2-based ReRAM devices to leverage its compatibility with Si. However, the annealing temperature of these high-k thin films for a suitable resistive memory switching is high, so there are several reports for low temperature process including microwave irradiation. In this paper, we demonstrate the bipolar resistive switching characteristics in the microwave irradiation annealing processed Ag/HfO2/Pt ReRAM device. Compared to the as-deposited Ag/HfO2/Pt device, highly improved uniformity of resistance values and operating voltage were obtained from the micro wave annealing processed HfO2 ReRAM device. In addition, a stable DC endurance (>100 cycles) and a high data retention (>104 sec) were achieved.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.291-292
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• 2012

MOSFET 구조에서 metal oxide에 기반을 둔 게이트 유전체의 연구는 실리콘(Si)을 기반으로 한 반도체 발명이래로 가장 인상적인 발전을 이뤄 왔다. 이는 metal oxide의 높은 유전상수 특성이 $SiO_2$보다 우수하고, 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 때문이다. 특히 지난 10년 동안, Hafnium에 기반을 둔 $HfO_2$는 차세대 반도체용 유전 물질로 전기적 구조적 특성에 대한 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 미미하여 이에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 Hf 및 $HfO_2$ 박막의 증착 및 열처리 조건을 다르게 하여 실험을 진행하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 6 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 6 sccm으로 증착한 시료의 current density 성능이 모든 열처리 과정에서 증가하였다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 경도 (Hardness)는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 감소했으나 온도가 높아질수록 증가하였다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 5.35 GPa, 6 sccm : 6.15 GPa)따른 두 시료간의 변화가 가장 두드러졌다. 반면에, 탄성계수 (Elastic modulus)는 산소농도 6 sccm을 넣고 증착된 시료들이 4 sccm을 넣고 증착한 시료보다 모두 높은 값을 나타냈다. 또한, $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 128.88 GPa, 6 sccm : 149.39 GPa)따라 표면의 탄성에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이는 증착된 $HfO_2$ 시료들이 비정질 상태에서 $HfO_2$로 결정화되는 과정에서 산소가 증가할수록 박막의 defect이 감소되기 때문으로 사료된다.

• 한국자기학회지
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• 제20권6호
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• pp.228-233
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• 2010

본 연구에서는 비정질 CoFeHfO 박막 재료의 두께 변화에 따른 고주파 손실 특성을 분석하기 위하여 57~1368 nm 두께의 CoFeHfO 박막 재료에 대해 마이크로파 투자율 특성을 분석하였다. 두께가 405 nm이하에서 허수부 투자율은 2.95 GHz에서 하나의 공진주파수를 보이지만, 405 nm 이상에서는 2.97 GHz와 547 MHz에서 두 개의 공진주파수를 보인다. 저자장하에서 측정한 토오크 곡선 결과로부터 547 MHz에서 발생되는 공진주파수는 CoFeHfO 재료의 자화 용이축들의 각도 분포에 기인하는 것으로 자기장의 세기에 따라서 급격하게 감소하는 특성을 보인다. 따라서 두께가 400 nm 이상의 CoFeHfO 박막 재료를 2 GHz 대역에서 작동하는 초소형 마이크로파 부품에 적용하기 위해서는 자화 용이축의 분포각도를 최소화시켜야 한다.

• 한국재료학회지
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• 제6권4호
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• pp.395-400
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• 1996

반도체 소자가 점점 고집적회되고 고성능화되면서 Si 기판 세정 방법은 그 중요성이 더욱 더 커지고 있다. 특히 ULSI급 소자에서는 세정 방법이 소자 생산수율 및 신뢰성에 큰 영향을 끼치고 있다. 본 연구에서는 HF-last 세정에 UV/O3과 SC-1 세정을 삽입하여 그 영향을 관찰하였다. 세정 방법은 HF-last 세정을 기본으로 split 1(piranha+HF), split 2(piranha+UV/O3+HF), split 3(piraha+SC-1+HF), split 4(piranha+(UV/O3+HF) x3회 반복)의 4가지 세정 방법으로 나누어 실험하였다. 세정을 마친 Si 기판은 Total X-Ray Fluorescence Spectroscopy(AFM)을 사용하여 표면거칠기를 측정하였다. 또한 세정류량을 측정하고, Atomic Force Microscopy(AFM)을 사용하여 표면거칠기를 측정하였다. 또한 세정후 250$\AA$의 gate 산화막을 성장시켜 전기적 특성을 측정하였다. UV/O3을 삽입한 split 2와 split 4세정방법이 물리적, 전기적 특성에서 우수한 특성을 나타냈고, SC-1을 삽입한 split 3세정 방법이 표준세정인 split 1세정 방법보다 우수하지 못한 결과를 나타냈다.