• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.9 no.1
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• pp.47-52
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• 2008

As the packing density of IC devices gets ever higher, the thickness of the gate $SiO_2$ layer of the MOS devices is now required to be reduced down to 1 nm. For such a thin $SiO_2$ layer, the MOS device cannot operate properly because of tunneling current and threshold voltage shift. Hence there has been much effort to develop new dielectric materials which have higher dielectric constants than $SiO_2$ and is free from such undesirable effects. In this work, the physical and electrical characteristics of ALD $ZrO_2$ film have been studied. After deposition of a thin ALD $ZrO_2$ film, it went through thermal treatment in the presence of argon gas at $800^{\circ}C$ for 1 hr. The characteristics of morphology, crystallization kinetics, and interfacial layer of $Pt/ZrO_2/Si$ samples have been investigated by using the analyzing instruments like XRD, TEM and C-V plots. It has been found that the characteristics of the $Pt/ZrO_2/Si$ device was enhanced by the thermal treatment.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• v.34 no.4
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• pp.1221-1224
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• 2013

The atomic layer deposition (ALD) of $ZrO_2$ was conducted in ultrahigh vacuum (UHV) conditions. The surface was exposed to $ZrCl_4$ and $H_2O$ in sequence and the surface species produced after each step were identified in situ with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). $ZrCl_4$ is molecularly adsorbed at 140 K on the $SiO_2$/Si(111) surface covered with OH groups. When the surface is heated to 300 K, $ZrCl_4$ loses two Cl atoms to produce $ZrCl_2$ species. Remaining Cl atoms of $ZrCl_2$ species can be completely removed by exposing the surface to $H_2O$ at 300 K followed by heating to 600 K. The layer-by-layer deposition of $ZrO_2$ was successfully accomplished by repeated cycles of $ZrCl_4$ dosing and $H_2O$ treatment.

• Proceedings of the Korean Ceranic Society Conference
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• 2003.04a
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• pp.193.1-193
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• 2003

• 한국전자현미경학회:학술대회논문집
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• 2000.11a
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• pp.39-43
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• 2000

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.138-138
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• 2017

차세대 CMOS 소자의 지속적인 고직접화를 위해서는 높은 gate capacitance와 낮은 gate leakage current를 확보를 위한, 적절한 metal gate electrode와 high-k dielectric 물질의 개발이 필수적으로 요구된다. 특히, gate dielectric으로 적용하기 위한 다양한 high-k dielectric 물질 후보군 중에서, 높은 dielectric constant와, 낮은 leakage current, 그리고 Si과의 우수한 열적 안정성을 가지는 Zr silicates 또는 Hf silicates(ZrSiO4와 HfSiO4) 물질이 높은 관심을 받고 있으며, 이를 원자층 증착법을 통해 구현하기 위한 노력들이 있어왔다. 그러나, 현재까지 보고된 원자층 증착법을 이용한 Zr silicates 및 Hf silicates 공정의 경우, 개별적인 Zr(또는 Hf)과 Si precursor를 이용하여 ZrO2(또는 HfO2)과 SiO2를 반복적으로 증착하는 방식으로 Zr silicates 또는 Hf silicates를 형성하고 있어, 전체 공정이 매우 복잡해지는 문제점 뿐 아니라, gate dielectric 내에서 Zr과 Si의 국부적인 조성 불균일성을 야기하여, 제작된 소자의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점을 나타내왔다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 하나의 precursor에 Zr (또는 Hf)과 Si 원소를 동시에 가지고 있는 DNS-Zr과 DNS-Hf bimetallic precursor를 이용하여 새로운 ZrSiO4와 HfSiO4 ALD 공정을 개발하고, 그 특성을 살펴보고자 하였다. H2O와 O3을 reactant로 사용한 원자층 증착법 공정을 통하여, Zr:Si 또는 Hf:Si의 화학양론적 비율이 항상 일정한 ZrSiO4와 HfSiO4 박막을 형성할 수 있었으며, 이들의 전기적 특성 평가를 진행하였으며, dielectric constant 및 leakage current 측면에서 우수한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로, bimetallic 전구체를 이용한 ALD 공정은 차세대 고성능 논리회로의 게이트 유전물질에 응용이 가능할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.241.1-241.1
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• 2011

Numerous possible applications for $ZrO_2$ nanotubes exist such as for catalyst support structures, for sensing or for applications as a solid state electrolyte. Especially, because of a large specific surface area, high efficiency for solid oxide fuel cell (SOFC) application at low temperature can be expected for nanotublar structures in even small size. A zirconium precursor, Tetrakis (ethylmethylamino) zirconium, TEMAZr and $H_2O$ oxidant were used to deposit$ZrO_2$ thin films on an anodized aluminum oxide (AAO) templates having sub-100nm cylindrical pores by atomic layer deposition (ALD) in the temperature range of 150~250$^{\circ}C$. The crystalline structures of as-prepared and post-annealed $ZrO_2$ nanotubes were characterized by x-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy. The as-prepared samples at $150^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$ were showed amorphous, whereas a mixed phase of tetragonal, monoclinic and amorphous polymorph was observed at $250^{\circ}C$. In the bulk, zirconia remains monoclinic phase up to $1,175^{\circ}C$, however, $ZrO_2$ nanotubes were showed tetragonal phase upon post thermal treatments merely at $400^{\circ}C$. This trend may be indicative of high-curvature surfaces of nanotubes and thereby the presence of intrinsic compressive strain. The amount of amorphous structures in the mixed phase as well as as-grown $ZrO_2$ nanotubes were also gradually decreased by subsequent heat treatment.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.342-342
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• 2007

원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 방법은 반응물질들을 펄스형태로 챔버에 공급하여 기판 표면에 반응물질의 표면 포화반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 박막증착기술이다. ALD법은 박막의 조성 정밀제어가 쉽고, 파티클 발생이 없으며, 대면적의 박막 증착시 균일성이 우수하고, 박막 두께의 정밀 조절이 용이한 장점이 있다. 원자층 증착 공정에서 짧은 시간 안에 소스를 충분히 공급하기 위한 방법으로는 소스 온도를 증가시켜 전구체의 증기압을 높여 반응기로의 유입량을 증가시키는 방법, 전구체의 공급시간을 늘리는 방법 등을 들 수 있다. 그러나 전구체 온도를 상승시키는 경우, 공정 조건의 변화가 요구되며 전구체의 변질에 의하여 형성된 막이 의도하는 막 특성을 만족시키지 못하게 되는 문제점이 발생될 우려가 있다. 그리고 전구체를 충분히 공급하기 위하여 전구체의 공급시간을 늘이는 방법을 사용하면, 원하는 두께의 막을 형성하기 위하여 소요되는 공정시간이 증가된다. 이를 해결하기 위해 수송가스를 이용한 버블러 형태의 전구체 공급 장치를 사용하지만 이 또한 전구체의 수명을 단축시키는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 위의 문제점을 극복할 수 있는 새로운 개념의 수송가스 도움 전구체 공급 장치를 소개한다. 본 연구에서 사용된 수송가스 도움 전구체 공급 장치를 가지는 ALD 장비는 Lucida-D200 (NCD Technology사)이며 기판으로는 8인치 실리콘 웨이퍼를 사용하였으며 (TEMA)Zr을 사용하여 ZrO2 박막을 성장하였다. 수송가스 도움 전구체 공급 장치를 사용한 경우, 그렇지 않은 경우 보다 $30^{\circ}C$ 이상 전구체 온도를 낮출 수 있으며, 또한 증착 속도를 약 2배정도 증가시킬 수 있었다. 이들 박막들은 XRD, XPS, AFM 등을 이용하여 결정구조, 결합에너지, 표면 거칠기 등의 특성을 관찰하였다. 그리고 C-V, I-V 측정을 이용해 정전용량, 유전율, 누설전류 등의 전기적 특성을 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.39-39
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• 2007

원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 방법은 반응물질들을 펄스형태로 챔버에 공급하여 기판표면에 반응물질의 표면 포화반응에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용한 박막증착기술이다. ALD법은 기존의 화학적 기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)과 달리 자기 제한적 반응(self-limiting reaction) 에 의하여 반응가스가 기판 표면에서만 반응하고 가스와 가스 간에는 반응하지 않는다. 따라서 박막의 조성 정밀제어가 쉽고, 파티클 발생이 없으며, 대면적의 박막 증착시 균일성이 우수하고, 박막 두께의 정밀 조절이 용이한 장점이 있다. 이러한 ALD 방식으로 3차원의 반도체 장치 구조물에 산화막 등을 형성하는 공정에서 중요한 요소 중의 하나는 전구체의 충분한 공급이다. 따라서 증기압이 높은 전구체를 선호하는 경향이 있다. 그러나 증기압이 낮은 전구체를 사용할 경우, 공급량이 부족하여 단차 도포성(step coverage)이 떨어지는 문제가 있다. 원자층 증착 공정에서 전구체를 충분히 공급하기 위해전구체 온도를 증가시키거나 전구체의 공급시간을 늘리는 방법을 사용한다. 그러나 전구체 온도를 상승시키는 경우, 전구체의 변질이나 수명을 단축시키는 문제점을 발생시킬 수 있으며. 전구체를 충분히 공급하기 위하여 전구체의 공급시간을 늘이는 방법을 사용하면, 원하는 박막을 형성하기 위하여 소요되는 공정시간과 전구체 사용량이 증가된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 반응기 안에서 전구체 노출 시간을 조절하는 새로운 ALD 공정을 소개한다. 특히 이러한 기술을 적용하면 나노튜브를 성장시키는데 매우 유리하다. 본 연구에서 전구체 노출 시간을 조절하기 위하여 사용된 ALD 장비는 Lucida-D200-PL (NCD Technology사)이며 (TEMA)Zr와 H2O를 사용하여 ZrO2 나노튜브를 폴리카보네이트 위에 성장시켰다. 전구체의 노출 시간은 반응기의 Stop 밸브를 이용하여 조절하였으며, SEM, TEM 등을 이용하여 나노튜브의 균일성과 단차피복성 등의 특성을 관찰하였다. 그 결과 전구체 노출시간을 조절함으로써 높은 종횡비를 갖는 나노튜브를 성장 시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 낮은 증기압을 가지는 전구체를 이용하여도 우수한 특성의 나노튜브를 균일하게 성장시킬 수 있었다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2007.11a
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• pp.97.1-97.1
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• 2007

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2007.08a
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• pp.157-157
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• 2007