• 한국세라믹학회지
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• 제24권1호
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• pp.33-40
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• 1987

The investigation includes phase equilibria of Al2O3-HfO2 Cr2O3-ZrO2, Cr2O3-HfO2, Al2O3-Cr2O3-ZrO2, Al2O3-Cr2O3-HfO2, Al2O3-ZrO2-HfO2, Cr2O3-ZrO2-HfO2, Al2O3-Cr2O3-ZrO2-HfO2. In the systems the solubility near the end members has been studied at 1500$^{\circ}C$ and 1600$^{\circ}C$, respectively. Selective Compositions were investigated in the area of the guarternary system where the phae relation was examined.

• 한국재료학회지
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• 제29권8호
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• pp.463-468
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• 2019

The electrical and interfacial properties of $HfO_2/Al_2O_3$ and $Al_2O_3/HfO_2$ dielectrics on AlN/p-Ge interface prepared by thermal atomic layer deposition are investigated by capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) measurements. In the C-V measurements, humps related to mid-gap states are observed when the ac frequency is below 100 kHz, revealing lower mid-gap states for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Higher frequency dispersion in the inversion region is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, indicating the presence of slow interface states A higher interface trap density calculated from the high-low frequency method is observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. The parallel conductance method, applied to the accumulation region, shows border traps at 0.3~0.32 eV for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample, which are not observed for the $Al_2O_3/HfO_2$ sample. I-V measurements show a reduction of leakage current of about three orders of magnitude for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Using the Fowler-Nordheim emission, the barrier height is calculated and found to be about 1.08 eV for the $HfO_2/Al_2O_3$ sample. Based on these results, it is suggested that $HfO_2/Al_2O_3$ is a better dielectric stack than $Al_2O_3/HfO_2$ on AlN/p-Ge interface.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.477-477
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• 2008

For more than three decades, the gate dielectrics in CMOS devices are $SiO_2$ because of its blocking properties of current in insulated gate FET channels. As the dimensions of feature size have been scaled down (width and the thickness is reduced down to 50 urn and 2 urn or less), gate leakage current is increased and reliability of $SiO_2$ is reduced. Many metal oxides such as $TiO_2$, $Ta_2O_4$, $SrTiO_3$, $Al_2O_3$, $HfO_2$ and $ZrO_2$ have been challenged for memory devices. These materials posses relatively high dielectric constant, but $HfO_2$ and $Al_2O_3$ did not provide sufficient advantages over $SiO_2$ or $Si_3N_4$ because of reaction with Si substrate. Recently, $HfO_2$ have been attracted attention because Hf forms the most stable oxide with the highest heat of formation. In addition, Hf can reduce the native oxide layer by creating $HfO_2$. However, new gate oxide candidates must satisfy a standard CMOS process. In order to fabricate high density memories with small feature size, the plasma etch process should be developed by well understanding and optimizing plasma behaviors. Therefore, it is necessary that the etch behavior of $HfO_2$ and plasma parameters are systematically investigated as functions of process parameters including gas mixing ratio, rf power, pressure and temperature to determine the mechanism of plasma induced damage. However, there is few studies on the the etch mechanism and the surface reactions in $BCl_3$ based plasma to etch $HfO_2$ thin films. In this work, the samples of $HfO_2$ were prepared on Si wafer with using atomic layer deposition. In our previous work, the maximum etch rate of $BCl_3$/Ar were obtained 20% $BCl_3$/ 80% Ar. Over 20% $BCl_3$ addition, the etch rate of $HfO_2$ decreased. The etching rate of $HfO_2$ and selectivity of $HfO_2$ to Si were investigated with using in inductively coupled plasma etching system (ICP) and $BCl_3/Cl_2$/Ar plasma. The change of volume densities of radical and atoms were monitored with using optical emission spectroscopy analysis (OES). The variations of components of etched surfaces for $HfO_2$ was investigated with using x-ray photo electron spectroscopy (XPS). In order to investigate the accumulation of etch by products during etch process, the exposed surface of $HfO_2$ in $BCl_3/Cl_2$/Ar plasma was compared with surface of as-doped $HfO_2$ and all the surfaces of samples were examined with field emission scanning electron microscopy and atomic force microscope (AFM).

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.382-382
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• 2010

The etch characteristics of the $HfAlO_3$ thin films and selectivity of $HfAlO_3$ to $SiO_2$ in $Cl_2/BCl_3$/Ar plasma were investigated in this work. The maximum etch rate was 108.7 nm/min and selectivity of $HfAlO_3$ to $SiO_2$ was 1.11 at $Cl_2$(3sccm)/$BCl_3$(4sccm)/Ar(16sccm), RF power of 500 W, DC-bias voltage of - 100 V, process pressure of 1 Pa and substrate temperature of $40^{\circ}C$. As increasing RF power and DC-bias voltage, etch rates of the $HfAlO_3$ thin films increased. Whereas as decreasing of the process pressure, those of the $HfAlO_3$ thin films were increased. The chemical reaction on the surface of the etched the $HfAlO_3$ thin films was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제44권5호
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• pp.8-14
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• 2007

본 논문에서는 MOS 소자의 게이트 유전체로 사용될 고유전 박막으로 $HfO_2$/Hf 박막을 제조하여 그 전기적 특성을 관찰하였다. $HfO_2$박막은 TEMAH와 $O_3$ 전구체를 사용한 ALD 방법으로 p-type (100) 실리콘 웨이퍼 위에 증착하였다. $HfO_2$막을 증착시키기 전에 중간층으로써 Hf 금속 층을 증착하였다. Round-type의 MOS 커패시터 제작을 위해, 상부 전극은 Al 또는 Pt을 이용하여 약 2000 ${\AA}$ 두께의 전극을 형성하였다. $HfO_2$ 박막은 화학정량적 특성을 보였으며, $HfO_2$/Si 계면에서 Si-O 결합 대신 Hf-Si 결합과 Hf-Si-O 결합이 관찰되었다. $HfO_2$와 Si 사이의 Hf 중간층은 $SiO_x$의 성장이 억제되었고, $HfSi_xO_y$으로 변형되었다. 이러한 결과로 $HfO_2$/Hf/Si 구조에서 Hf 중간층이 있음으로 게이트 유전체의 고유전율이 유지되면서 계면 특성이 개선됨을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.304.2-304.2
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• 2016

Hafnium oxide-aluminum oxide (HfO2-Al2O3) dielectric films have been fabricated by Pulsed Laser Deposition (PLD), and their properties are studied in comparison with HfO2 films. As a gate dielectric of the TFT, in spite of its high dielectric constant, HfO2 has a small energy band gap and microcrystalline structure with rough surface characteristics. When fabricated by the device, it has the drawback of generating a high leakage current. In this study, the HfAlO films was obtained by Pulsed Laser Deposition with HfO2-Al2O3 target(chemical composition of (HfO2)86wt%(Al2O3)14wt%). The characteristics of the thin Film have been investigated by x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometer (SE) analyses. The X-ray diffraction studies confirmed that the HfAlO has amorphous structure. The RMS value can be compared to the surface roughness via AFM analysis, it showed HfAlO thin Film has more lower properties than HfO2. The energy band gap (Eg) deduced by spectroscopic ellipsometer was increased. HfAlO films was expected to improved the interface quality between channel and gate insulator. Apply to an oxide thin Film Transistors, HfAlO may help improve the properties of device.

• 한국자기학회지
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• 제10권4호
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• pp.165-170
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• 2000

Fe-Hf-N 연자성 박막의 물리적, 자기적 특성에 미치는 열처리 영향에 대하여 고찰하였다. Fe-Hf-N 연자성 박막을 질소분위기에서 열처리 할 경우 표면에 Fe$_2$O$_3$-Fe$_3$O$_4$으로 구성된 산화층이 생성되었고, 이 산화층 아래 Fe-Hf-O-N층이 생성되었다. 열처리 온도의 증가에 따라 Fe$_2$O$_3$-Fe$_3$O$_4$ 산화층과 Fe-Hf-O-N 층의 두께가 증가하였고, Fe$_2$O$_3$-Fe$_3$O$_4$산화층을 제외한 박막의 두께는 열처리전과 같았다. 열처리한 박막에서 표면에 생성된 Fe$_2$O$_3$-Fe$_3$O$_4$산화층의 두께를 제외하고 계산한 박막의 연자기 특성은 열처리 전의 연자기 특성에 비해 약간 떨어지는 것으로 나타났다. 그러므로, Fe-Hf-O-N층은 박막 전체의 연자기 특성을 크게 떨어뜨리지 않으며, 열처리 후 박막 전체의 연자기 특성은 Fe-Hf-O-N과 Fe-Hf-N의 다층막의 연자기 특성을 나타내는 것으로 생각된다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2003년도 추계학술대회 발표 논문집
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• pp.86-88
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• 2003

Gate 산화막을 high-k 물질인 $HfO_2$ 박막을 이용하여 N-type MOS field effect transistor를 제작하였다. 전극은 poly-Si 전극을 사용하였다. Gate 산화막은 ALD 로 $Hf(N(CH_3)_2)_4$ 원료를 이용하여 $HfO_2$ 박막을 형성하였다. 산화제는 $H_{2}O$ 와 $O_3$ 를 사용하였는데, $H_{2}O$ 가 약간 우수하였으나 그 차이는 크지 않았다. $HfO_2$ 를 증착하기 전에 in-situ 로 $O_3$ 를 흘려 줌으로써 $SiO_2$를 얇게 형성하였는데, 이 결과 threshold voltage 가 약 0.2V 높아지고 saturation current 가 커지는 것이 관찰되었다. 이러한 결과는 $HfO_2$ 박막을 직접 channel 위에 증착하는 것보다 $O_3$ 를 이용 얇은 $SiO_2$ 를 형성하고 그 위에 $HfO_2$ 박막을 증착하는 방법이 transistor의 특성을 향상시키는 데 도움이 된다.

• 한국자기학회지
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• 제7권5호
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• pp.237-242
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• 1997

초미세결정 구조를 갖는 Fe-Hf-O계 연자성박막을 Ar+ $O_{2}$ 혼합가스 중에서 산소분압을 10%로 고정하고 Hf의 면적비를 변화시켜 반응성 스퍼터링에 의해 제조하였다. 가장 우수한 연자기 특성을 나타낸 F $e_{82}$H $f_{3.4}$ $O_{14.6}$의 초미세결정 박막의 경우 증착상태에서 각각 포화자속밀도 17.7 kG, 보자력 0.7 Oe 및 실효투자율 (0.5 ~ 100 MHz) 2,500을 나타내었다. Fe-Hf-O계 박막의 조성은 고정된 산소분압 하에서 Hf함량의 변화에 따라 박막내 산소의 함량이 비례하여 변화하였다. 또한 미세구조는 Hf-oxide의 함량이 적은 경우에는 .alpha. -Fe 결정상에 Hf-oxide가 석출된 형태로 나타났으며 Hf-oxide의 양이 증가할수록 .alpha. -Fe 결정상과 Hf-oxide 비정질의 혼상을 거쳐 전체적으로 비정질로 변화하는 경향을 나타내었다. Fe-Hf-O계 박막의 전기비저항은 Hf-oxide의 양이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었고 가장 우수한 연자기 특성을 나타내는 F $e_{82}$H $f_{3.48}$ $O_{14.6}$ 박막의 경우, 약 150 .mu. .ohm. cm로 $O_{2}$를 첨가하지 않은 경우의 30 .mu. .ohm. cm에 비하여 약 5배 증가된 값을 나타내었다. 또한 Fe-Hf-O 박막의 성능지수는 수십 MHz 영역에서 20 ~ 50의 값을 나타내었다.내었다.다.내었다.다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.82.1-82.1
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• 2012

란타늄 산화물 ($La_2O_3$) 박막은 하프늄 산화물 ($HfO_2$) 박막보다 높은 유전 상수와 높은 밴드 오프셋으로 인해 dynamic random access memory(DRAM)에서 유전체 재료로써 연구되어 왔다. 그리고 Lanthanum이 도핑된 HfO2이 더 높은 유전 상수와 낮은 누설 전류 밀도를 갖는 다는 사실이 이전에 보고 된 바 있다. 본 연구에서 우리는 ALD를 이용하여, TiN 하부 전극 위에 $La_2O_3$의 위치를 달리하는 $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조(두께 10 nm)를 금속 - 절연체 - 금속 (MIM) 구조로 제작 하였다. ALD는 좋은 comformality와 넓은 지역 균일성을 가지며, 원자수준의 두께를 조절할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또한, 다양한 화학 물질들을 이용한 복합적 계층구조를 만들 수 있는 점과 $HfO_2$ 및 $La_2O_3$ 계층의 수직 위치를 정확하게 조절할 수 있는 점으로 본 연구에 적합한 증착 방법이다. HfO2 속에 $La_2O_3$ 층을 깊이에 따라 삽입함으로써 $HfO_2$ 계층에 La 도핑의 효과와 더불어 TiN 하부 전극 위의 $La_2O_3$과 $HfO_2$의 차이점을 확인 하였다. $HfO_2$은 $250^{\circ}C$에서 TDMAH와 물을 사용하여, $La_2O_3$은 동일한 온도에서 $La(iPrCp)_3$와 물을 사용하여 제작되었다. 화학적 구성 및 binding 구조는 X선 광전자 분광법 (XPS)을 통해 분석하였다. 전기적 특성(유전 상수 및 누설 전류)은 Capacitance-Voltage (CV)와 Current-Voltage (IV) 측정으로 확인하였다. 결과적으로, $La_2O_3$ 또는 $HfO_2$을 한 종류만 사용한 절연층의 전기적 특성보다, $La_2O_3/HfO_2$의 나노 층상조직 구조가 더 나은 특성 (누설 전류 밀도 : $5.5{\times}10^{-7}\;A/cm^2$ @-1MV/cm, EOT : 14.6)을 갖는다는 것을 확인했고, 더불어 $La_2O_3$의 흡습 성질로 인한 화학 구조와 전기적 특성의 일부 차이를 확인하였다. 본 연구에서는 $HfO_2$ 속에 $La_2O_3$층이 TiN 하부 전극 바로 위에 위치할 때, 즉, 공기 중에 노출되지 않은 $La_2O_3/HfO_2$ 구조에서 가장 좋은 특성의 MIM capacitor를 얻을 수 있었다.