• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.39 no.3
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• pp.1-8
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• 2002

In order to study electric properties of (Pb$\_$0.9/La$\_$0.1/)Ti$\_$0.975/O$_3$(PLT (10)) films with varying excess lead concentration (7.5, 10, 12.5, 15 ㏖% excess lead), the PLT films were deposited by sol-gel process. DTA analyses reveal that the crystallization temperature of the precursor powers decreased with increasing amount of excess lead. XRD patterns of PLT reveal pure perovskite structure and the preferred orientation increased with increasing Pb content in the films. With increasing amount of excess P$\_$b/, the relative permittivity ($\xi$$\_$r/) increased and leakage current density at 100 ㎸/cm transformed 4.01$\times$10$\^$-5/, 2.42$\times$10$\^$-6/, 1.27$\times$10$\^$-6/, 1.56$\times$10$\^$-6/A/㎠ respectively. In the results of hysteresis loops measured at 166 kV/cm, the remanent polarization (P$\_$r/) and the coercive field (E$\_$c) are 6.36$\mu$C/cm and 58.7 ㎸/cm, respectively (at 12.5 ㏖% excess P$\_$b/) With increasing amount of excess Pb, the remanent polarization for PLT thin film degraded to about 44%, 27%, 15%, 16% of the initial value after 10$\^$9/ cycles./TEX>) With increasing amount of excess Pb, the remanent polarization for PLT thin film degraded to about 44%, 27%, 15%, 16% of the initial value after $10^{9}$ cycles.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.29-29
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• 2009

현재 고집적 비휘발성 메모리 소자로는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)과 PRAM (Phase Magnetic Random Access Memory)이 활발하게 미국과 일본, 한국 등에서 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 이 중에서 MRAM은 DRAM과 비슷한 10 ns의 빠른 읽기/쓰기 속도와 비휘발성 특성을 가지고 있으며, 전하를 저장할 커패시터가 필요 없고, 두 개의 자성충에 약 10 mA 정도의 전류를 가하면 그때 발생하는 약 10 Oe의 자장을 개개의 비트를 write하고, read 시에는 각 비트의 자기저항을 측정함으로써 데이터를 저장하고 읽을 있으므로, 고집적화가 가능성하다 [1]. 현재 우수한 박막 재료가 개발 되었으나, 고집적 MRAM 소자의 양산에는 해결 하여야 하는 문제점이 있다. 특히 다층 박막으로 구성되어 있으므로 식각 공정의 개발이 필수적이다. 지금까지 MRAM 재료의 식각은 주로 Ion milling, ICP, ECR등의 플라즈마 장치를 되었고, 식각 가스로는 할로겐 기체와 금속카보닐 형성을 위한 Co/$NH_3$와 $Ch_3OH$ 기체가 이용되고 있다. 그러나 할로겐 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 부산물들의 높은 끓는점 때문에 식각 부산물이 박막의 표면에서 열적 탈착에 의하여 제거되지 않기 때문에 높은 에너지를 가지는 이온의 도움에 의한 식각이 필요하다. 또한 Cl 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 공정 후, 시료가 대기에 노출되면 대기 중의 수분과 식각 부산물이 결합하여 부식 현상이 발생하게 된다. 그러므로 이를 방지하기 위한 추가 공정이 요구된다. 최근에는 부식 현상이 없고, MTJ 상부에 사용되는 Ta 또는 Ti Hard mask와의 높은 선택비를 가지는 $CH_3OH$ 또는 CO/$NH_3$가 사용되고 있다. 하부 박막에 따른 식각 특성에 연구와 다층의 박막의 식각 공정에 발생에 관한 발표는 거의 없다. MRAM을 양산에 적용하기 위하여서는 Main etch 공정에서 빠른 식각 공정이 필요하고, Over etch 공정에서 하부박막에 대한 높은 선택비가 요구된다. 그러므로 본 논문에서는 식각 변수에 따른 플라즈마 측정과 표면 반응을 비교하여 각 공정의 식각 메커니즘을 규명하고, Main Etch 공정에서는 $Cl_2$/Ar 또는 $BCl_3$/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하고, Over etch 공정에는 낮은 Ta 박막 식각 속도를 가지는 $Ch_4/O_2$/Ar 또는 $Ch_3OH$/Ar 가스를 이용하고자 한다. 플라즈마 내의 식각종과 Ta 박막과의 반응을 XPS와 AES를 이용하여 분석하고, 식각 공정 변수에 따른 식각 속도, 식각 선택비와 식각 프로파일 변화를 SEM을 이용하여 관찰한다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.9 no.2
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• pp.136-143
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• 2000

$SrBi_2Ta_2O_9;(SBT)$ films were deposited on p-type Si(100) at room temperature by rf magnetron sputtering method to confirm the possibility of application of $Pt/SBT/Pt/Ti/SiO_2/Si$ structure (MFM) for destructive read out ferroelectric RAM (random access memory). Their structural characteristics with the various annealing times and Ar/$O_2$ gas flow ratios in sputtering were observed by XRD (X-ray diffractometer) and the surface morphologies were observed by FE-SEM (field emission scanning electron microscopy), and their electrical properties were observed by P-V (polarization-voltage measurement) and I-V (current-voltage measurement). The Ar/$O_2$ gas flow ratios of sputtering gas were changed from 1 : 4 to 4 : 1 and SBT thin films were deposited at room temperature. The films show (105), (110) peaks of SBT by XRD measurement. SBT thin films deposited at room temperature were crystallized by furnace annealing at 80$0^{\circ}C$ in oxygen atmosphere during either one hour or two hours. Among their electrical properties, P-V curves showed shaped hysteresis curves, but the SBT thin films showed the asymmetric ferroelectric properties in P-V curves. When Ar/$O_2$ gas flow ratios are 1 : 1, 2: 1, the leakage current density values of SBT thin films are good, those values of 3 V, 5 V, and 7 V are respectively $3.11\times10^{-8} \textrm{A/cm}^2$, $5\times10^{-8}\textrm{A/cm}^2$, $7\times10^{-8}\textrm{A/cm}^2$.After two hours of annealing time, their electrical properties and crystallization are improved.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.2
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• pp.202-208
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• 1997

Bi-layered SrBi2Ta2O9(SBT) films were deposited on Pt/Ti/SiO2/Si sibstrates by rf magnetron sputt-ering at room temperature and then were annealed at 75$0^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$ and 85$0^{\circ}C$ for 1 hour in oxygen at-mosphere. The film composition of SrBi2Ta2O9 was obtained after depositing at room temperature and annealing at 80$0^{\circ}C$. Excess 20mole% Bi2O3 and 30 mole% SrCO3 were added to the target to compensate for the lack of Bi and Sr in SBT film. 200 nm thick SBT film exhibited and dense microstructure, adielectric constant of 210, and a dissipation factor of 0.05 at 1 MHz frequency. The films exhibited Curie temperature of 32$0^{\circ}C$ and a dielectric constant of 314 at that temperature under 100 kHz frequency. The remanent polarization(2Pr) and the coercive field(2Ec) of the SBT films were 9.1 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and 85 kV/cm at an applied voltage of 3V, resspectively and the SBT film showed a fatigue-free characteristics up to 1010 cy-cles under 5V bipolar pulse. The leakage current density of the SBT film was about 7$\times$10-7A/$\textrm{cm}^2$ at 150 kV/cm. Fatigue-free SBT films prepared by rf magnetron sputtering can be suitable for application to non-volatile memory device.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.10 no.2
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• pp.7-12
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• 2003

The $Bi_{3.3}La_{0.7}O_{12}$(BLT) capacitors with Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon structure were prepared on $SiO_2/Si$ substrates by using sol-gel method. The BLT thin films annealed at $650^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ showed randomly oriented perovskite crystalline structures. The full with at half maximum (FWHM) of the (117) main peak was decreased from $0.65^{\circ}$ to $0.53^{\circ}$ with increasing the annealing temperature from $650^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$, indicating the improvement in the crystalline quality of the film. In addition, the grain size and $R_rms$ , values were increased with increasing the annealing temperatures, showing the rough film surface at higher annealing temperatures. From the capacitance-voltage (C-V) measurements, the memory window voltage of the BLT film annealed at $700^{\circ}C$ was found to be about 0.7 V at an applied voltage of 5 V. The leakage current density of the BLT film annealed at $700^{\circ}C$ was about $3.1{\times}10^{-8}A/cm^2$.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.9 no.5
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• pp.1066-1072
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• 2005

The effects of La concentration in PLZT (z/30/70) thin film prepared by sol-gel method are investigated for the NVFRAM application. As the La concentration increases, the dielectric constants at 10 kHz increase from 450 to 600, while the loss tangent and the leakage current density at 100 kV/cm decrease from 0.075 to 0.025 and from $5.83{\times}10^{-7}\;to\;1.38{\times}10^{-7}\;A/cm^2,$ respectively. In the results of hysteresis loops measured at 175 kV/cm, the remanent polarization and the coercive field decrease from 20.8 to $10.5{\mu}C/cm^2$ and from 54.48 to 32.12 kV/cm, respectively, with the increase of La concentration from 0 to $10mol\%.$ After applying for $10^9$ cycles of square pulses with ${\pm}5V$ height, the remanent polarization of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $40\%$ from the initial state, while that of the PLZT (10/30/70) thin film decreases $64\%.$.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.4
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• pp.290-293
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• 2001

The SrBi$_2$Nb$_2$O$_{9}$ (SBN) thin films were deposited on p-type(100) Si substrates by rf magnetron sputtering to confirm the Possibility of Pt/SBN/Si structure for the application of nondestructive read out ferroelectric random access memory (NDRO- FRAM). The SBN thin films were deposited by co-sputtering method with Sr$_2$Nb$_2$O$_{7}$ (SNO) and Bi$_2$O$_3$ ceramic targets. The SBN thin films deposited at room temperature were annealed at $700^{\circ}C$ for 1hr in $O_2$ ambient. The structural and electrical properties of SBN with different power ratios of targets were measured by x-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), capacitance-voltage(C-V), and current-voltage(I-V). The C-V curves of the SBN films showed hysteresis curves of a clockwise rotation showing ferroelectricity. When the Power ratio of the SNO/Bi$_2$O$_3$ targets was 120 W/100 W, the SBN thin films had excellent electrical properties. The memory window of SBN thin film was 1.8 V-6.3 V at applied voltage of 3 V-9 V and the leakage current density was 1.5 $\times$ 10$^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$ at applied voltage of 5 V The composition of SBN thin films was analysed by electron probe X-ray micro analyzer(EPMA) and the atomic ratio of Sr:Bi:Nb with pawer ratio of 120 W/100 W was 1:3:2.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2012.05a
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• pp.78.2-78.2
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• 2012

최근 PRAM의 집적도 향상 및 3차원 적층에 의한 메모리 용량 향상을 위해 셀 선택 스위치로서 박막형 Ovonic Threshold Switching (OTS) 소자를 적용한 Cross bar 구조의 PRAM이 제안된 바 있다. OTS 소자는 비정질 칼코지나이드를 핵심층으로 하는 2단자 소자로서 고저항의 Off 상태에 특정 값 (문턱스위칭 전압) 이상의 전압을 가해주면 저저항의 On 상태로 바뀌고 다시 특정 값 (유지전압) 이하로 전압을 감소시킴에 따라 고저항의 Off 상태로 복원하는 특성을 갖는다. 셀 선택용 스위치로 적용되기 위해서는 핵심적으로 On-Off 상태간의 가역적인 변화 중에도 재료가 비정질 구조를 안정하게 유지해야 하며 전기적으로는 Off 상탱의 저항이 크고 또한 전류값의 점멸비가 커야 한다. GeSe는 이원계 재료로서 단수한 구성에도 불구하고 OTS 소자가 갖추어야할 기본적인 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 GeSe로 구성된 OTS 재료에 경원소인 질소를 첨가하여 비정질 상태의 안정성과 소자특성의 개선 효과를 조사하였다. RF-puttering 시 Ar과 $N_2$의 혼합 Gas를 사용하여 조성이 $Ge_{62}Se_{38}$ ($N_2$ : 3%)인 박막을 제작하여 DSC를 통해 결정화온도(Tx)를 확인하였고, $N_2$ gas의 함유량이 각각 1 %, 2 %, 3 %인 $Ge_{62}Se_{38}$인 박막을 전극의 접촉 부 면적이 $10{\times}10\;{\mu}m^2$인 cross-bar 구조의 소자로 제작하여 Threshold switching voltage ($V_{th}$), Delay time ($t_d$), $I_{on}/I_{off}$ 그리고 Endurance 특성을 평가하였다. DSC 분석 결과 $N_2$ 가 3 % 첨가된 GeSe 박막은 Tx가 $371^{\circ}C$에서 $399^{\circ}C$로 증가되었다. $N_2$가 1% 첨가된 GeSe 소자를 측정한 결과 $V_{th}$의 변화 없는 가운데 $I_{on}/I_{off}$이 약 $2{\times}10^3$에서 $5{\times}10^4$로 향상되었다. Endurance 특성 역시 $10^4$에서 $10^5$번으로 향상되었다. $t_d$의 경우 비정질 상태의 저항 증가로 인해 약 50% 증가되었다. 이러한 $N_2$의 첨가로 인한 비정질 GeSe 박막의 변화 원인에 대한 분석 결과를 소개할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.73-73
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• 2000

안티퓨즈 소자는 프로그램 가능한 절연층의 상하 각각에 금속층이나 다결정 실리콘 등의 전도 가능한 전극으로 구성된다. 프로그램은 상하 전극간에 임계전압을 가했을 때 일어나게 되며 이때 절연층이 파괴되므로 비가역적이어서 재사용은 불가능하게 된다. 안티퓨즈 소자는 이러한 프로그램 특성으로 인하여 메모리 소자를 이용한 스위치 보다 속도나 집적도 면에서 우수하다. FPGAsdp 사용되는 안티퓨즈 소자는 집적도의 향상과 적정 절열파괴전압 구현을 위해 절연막의 두께를 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나 두께나 감소될 경우 바닥전극의 hillock에 큰 영향을 받게 되며, 그로 인해 절연막의 두께를 감소시키는 것는 한계가 있는 것으로 보고되어 있다. 본 논문에서는 낮은 구동 전압에서 동작하고 안정된 on/pff 상태를 갖는 Al/TiO2-SiO2/Mo 형태의 안티퓨즈 소자를 제안하였다. 만들어진 antifuse cell은 0.6cm2 크기로 약 300개의 샘플을 제작하여 측정하였다. 비저항이 6-9 $\Omega$-cm인 P형의 실리콘 웨이퍼에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering) 방법으로 하부전극인 Mo를 3000 증착하였다. SiO2는 안티퓨즈에서 완충막의 역할을 하며 구조적으로 antifuse cell을 완전히 감싸고 있는 형태로 제작되었다. 완충막 구조를 만들기 dln해 일반적인 포토리소그라피(Photo-lithography)작업을 거처 형성하였다. 형성된 hole의 크기는 5$mu extrm{m}$$\times$5$\mu\textrm{m}$ 이었다. 완충막이 형성된 기판위에 안티퓨즈 절연체인 SiO2를 PECVD 방식으로 100 증착하였다. 그 후 이중 절연막을 형성시키기 위해 LPCVD를 이용하여 TiO2를 150 증착시켰다. 상부 전극은 thermal evaporation 방식으로 Al을 250nm 증착하여Tejk. 하부전극으로 사용된 Mo 금속은 표면상태가 부드럽고 녹는점이 높은 매우 안정된 금속으로, 표면위에 제조된 SiO2의 특성을 매우 안정되게 유지시켰다. 제안된 안티푸즈는 이중절연막을 증착함으로서 전체적인 절연막의 두께를 증가시켜 바닥전극의 hillock의 영향을 적게 받아 안정성을 유지할 수 있도록 하였다. 또한, 두 절연막 사이의 계면 반응에 의해 SiO2 막을 약화시켜 절연막의 두께가 두꺼워졌음에도 기존의 SiO2 절연막의 절연 파괴 전압 및 누설 전류오 비교되는 특성을 가졌다. 이중막을 구성하고 있는 안티퓨즈의 ON-저항이 단일막과 비교해 비슷한 것을 볼 수 잇는데, 그 이유는 TiO2에 포함된 Ti가 필라멘트에 포함되어 있어 필라멘트의 저항을 감소시켰기 때문으로 사료된다. 결국 이중막을 구성시 ON-저항 증가에 의한 속도 저하 요인은 없다고 할 수 있다. 5V의 절연파괴 시간을 측정한느 TDDB 테스트 결과 1.1$\times$103 year로 기대수치인 수십 년보다 높아 제안된 안티퓨즈의 신뢰성을 확보 할 수 있었다. 제안된 안티퓨즈의 이중 절연막의 두께는 250 이고 프로그래밍 전압은 9.0V이고, 약 65$\Omega$의 on 저항을 얻을수 있었다.