• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.69-69
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• 2000

(Ba, Sr)TiO3 (BST)[1-3] 박막은 유전상수가 크고 고주파에서도 유전특성 저하가 적기 때문에 ULSI DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 응용 가능한 물질로 최근 각광을 받고 있다. 하지만, 아직 BST 박막을 DRSM에 바로 적용하기 위해선 몇 가지 문제점이 있다. 그 중 누설전류 문제는 디바이스 응용시 매우 중요한 요소이다. 특히, DRAM에서 refresh time와 직접적인 관련이 있어 디바이스 내의 신뢰도 및 전력소모를 결정하는 주된 인자가 된다. 지금까지, BST 박막의 인가전업, 온도, 그리고 전극물질에 따른 누설전류 현상들이 고찰되었고, 이에 관한 많은 전도기구 모델들이 제시되었다. Schottky emission, Poole-Frenkel emission, space charge limited conduction 등이 그 대표적인 예이다. 하지만 아쉽게도 BST 박막의 정확한 누설 전류 전도 기구를 완전히 설명하는데는 아직 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 제작된 BST 커패시터 내의 기본적인 전기적 성질을 조사하고, 정확한 누설전류 기구 규명에 초점을 두고자 한다. 이를 위해 기존의 여러 기구들과 비교 분석할 것이다. 하부전극으로 사용하기 위해 스퍼터링 방법으로 p-Si(100) 기판위에 RuO2 박막을 약 120nm 증착하였다. 증착전의 chamberso의 초기압력은 5$\times$10-6 Torr이하의 압력으로 유지시켰다. Ar/O2의 비는 이전 실험에서 최적화된 9/1로 하였다. BST 박막 증착 시 5분간 pre-sputtering을 실시한 후 하부전극 기판위에 BST 박막을 증착하였다. 증착이 끝난 후 시편을 상온까지 냉각시킨 후 꺼내었다. 전기적 특성을 측정하기 상부전극으로 RuO2와 Al 박막을 각각 상온에서 100nm 증착하였다. 이때 hole mask를 이용하여 반경이 140um인 원형의 상부전극을 증착하였다. BST 박막의 증착온도가 증가하고 Ar/O2 비가 감소할수록 제작된 BST-커패시터의 전기적 성질이 우수하였다. 증착온도 $600^{\circ}C$, ASr/O2=5/5에서 증착된 막의 누설전류는 4.56$\times$10-8 A/cm2, 유전상수는 600 정도의 값을 나타내었다. 인가전압에 따른 BST 커패시터의 transition-current는 Curie-von Schweider 모델을 따랐다. BST 박막의 누설전류 전도기구는 기존의 Schottky 모델이 아니라 modified-Schottky 무델로 잘 설명되었다. Modified-Schottky 모델을 통해 BST 박막의 광학적 유전율 $\varepsilon$$\infty$=4.9, 이동도 $\mu$=0.019 cm2/V-s, 장벽 높이 $\psi$b=0.79 eV를 구하였다.

• 한국재료학회지
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• 제7권2호
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• pp.107-113
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• 1997

플라즈마를 이용한 유기금속 화학증착법에 의해 $Pt/Ti/SiO_{2}/Si$기판위에 $SrBi_{2}Ta_{2}O_{9}(SBT)$박막이 제조되었다. X-ray회절패턴, 미세구조 및 조성분석으로부터 Sr과 Ta bubbling 온도는 $120^{\circ}C$로 고정되었으며 Bi bubbling온도가 변화되었다. Bi bubbling 온도 $130^{\circ}C$에서 얻어진 SBT 박막의 유전상수 및 유전손실은 100kHz에서 각각 150과 0.02이며 누설전류 밀도는 20kV/cm 에서 약 $1.0{\times}10^{-8}A/cm^2$이었다. 이 조건에서 얻어진 SBT박막의 누설전류 특성은 poole-Frenkel기구에 의해서 지배된다. $550^{\circ}C$에서 annealing된 SBT박막의 잔류분극($_{2}P_{r}$)은 $9{\mu}C/cm^2$이며 항전계는 70kV/cm이었다.

• KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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• 제12C권4호
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• pp.208-213
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• 2002

The present study describe the electrical performance of amorphous T $a_2$ $O_{5-X}$ fabricated on the buffer layers Ti and Ti $O_2$. T $a_2$ $O_{5-X}$ thin films were grown on the Ti and Ti $O_2$ layers as a capacitor layer using reactive sputtering method. The X-ray pattern analysis indicated that the two as-deposited films were amorphous and the amorphous state was kept stable on the RTA(rapid thermal annealing) at even $700^{\circ}C$. Measurements of dielectric properties of the reactive sputtered T $a_2$ $O_{5-X}$ thin films fabricated in two simple MIS(metal insulator semiconductor), structures, (Cu/T $a_2$ $O_{5}$ Ti/Si and CuT $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$Si) show that the amorphous T $a_2$ $O_{5}$ grown on Ti showed high dielectric constant (23～39) and high leakage current density(10$^{-3}$ ～10$^{-4}$ (A/$\textrm{cm}^2$)), whereas relatively low dielectric constant (～15) and tow leakage current density(10$^{-9}$ ～10$^{-10}$ (A/$\textrm{cm}^2$)) were observed in the amorphous T $a_2$ $O_{5}$ deposited on the Ti $O_2$ layer. The electrical behaviors of the T $a_2$ $O^{5}$ thin films were attributed to the contribution of Ti- $O_2$ and the compositionally gradient Ta-Ti-0, being the low dielectric layer and high leakage current barrier. In additional, The T $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$ thin films exhibited dominant conduction mechanism contributed by the Poole-Frenkel emission at high electric field. In the case of T $a_2$ $O_{5}$ Ti $O_2$ thin films were related to the diffusion of Ta, Ti and O, followed by the creation of vacancies, in the rapid thermal treated thin films.films.

• 한국재료학회지
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• 제18권4호
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• pp.169-174
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• 2008

The structural and electrical properties of amorphous $BaSm_2Ti_4O_{12}$ (BSmT) films on a $TiN/SiO_2/Si$ substrate deposited using a RF magnetron sputtering method were investigated. The deposition of BSmT films was carried out at $300^{\circ}C$ in a mixed oxygen and argon ($O_2$ : Ar = 1 : 4) atmosphere with a total pressure of 8.0 mTorr. In particular, a 45 nm-thick amorphous BSmT film exhibited a high capacitance density and low dissipation factor of $7.60\;fF/{\mu}m2$ and 1.3%, respectively, with a dielectric constant of 38 at 100 kHz. Its capacitance showed very little change, even in GHz ranges from 1.0 GHz to 6.0 GHz. The quality factor of the BSmT film was as high as 67 at 6 GHz. The leakage current density of the BSmT film was also very low, at approximately $5.11\;nA/cm^2$ at 2 V; its conduction mechanism was explained by the the Poole-Frenkel emission. The quadratic voltage coefficient of capacitance of the BSmT film was approximately $698\;ppm/V^2$, which is higher than the required value (<$100\;ppm/V^2$) for RF application. This could be reduced by improving the process condition. The temperature coefficient of capacitance of the film was low at nearly $296\;ppm/^{\circ}C$ at 100 kHz. Therefore, amorphous BSmT grown on a TiN substrate is a viable candidate material for a metal-insulator-metal capacitor.