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

• 한국결정학회:학술대회논문집
• /
• 한국결정학회 2002년도 정기총회 및 추계학술연구발표회
• /
• pp.45-47
• /
• 2002

반도체 소자의 고집적화 및 고속화가 요구됨에 따라 MOSFET 구조의 게이트 절연막으로 사용되고 있는 SiO₂ 박막의 두께를 감소시키려는 노력이 이루어지고 있다. 0.1㎛ 이하의 소자를 위해서는 15Å 이하의 두께를 갖는 SiO₂가 요구된다. 하지만 두께감소는 절연체의 두께와 지수적인 관계가 있는 누설전류를 증가시킨다[1-3]. 따라서 같은 게이트 개패시턴스를 유지하면서 누설전류를 감소시키기 위해서는 높은 유전상수를 갖는 두꺼운 박막이 요구되는 것이다. 그러므로 약 25정도의 높은 유전상수를 갖고 5.2～7.8 eV 정도의 비교적 높은 bandgap을 갖으며, 실리콘과 열역학적으로 안정한 물질로 알려진 HfO2[4-5]가 최근 큰 관심을 끌고 있다. 본 연구에서는 HfO₂ 박막을 실제 소자에 적용하기 위하여 전극 및 열처리에 따른 HfO₂ 박막의 미세구조 및 전기적 특성에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해, HfO₂ 박막을 reactive DC magnetron sputtering 방법으로 증착하고, XRD, TEM, XPS를 사용하여 ZrO₂ 박막의 미세구조를 관찰하였으며, MOS 캐패시터 구조의 C-V 및 I-V 특성을 측정하여 HfO₂ 박막의 전기적 특성을 관찰하였다. HfO₂ 타겟을 스퍼터링하면 Ar 스퍼터링에 의해 에너지를 가진 산소가 기판에 스퍼터링되어 Si 기판과 반응하기 때문에 HfO₂ 박막 형성과 더불어 Si 기판이 산화된다[6]. 그래서 HfO₂같은 금속 산화물 타겟 대신에 순수 금속인 Hf 타겟을 사용하고 반응성 기체로 O₂를 유입시켜 타겟이나 시편위에서 high-k 산화물을 만들면 SiO/sub X/ 계면층을 제어할 수 있다. 이때 저유전율을 갖는 계면층은 증착과 열처리 과정에서 형성되고 특히 500℃ 이상에서 high-k/Si를 열처리하면 계면 SiO₂층은 증가하는 데, 이것은 산소가 HfO₂의 high-k 박막층을 뚫고 확산하여 Si 기판을 급속히 산화시키기 때문이다. 본 방법은 증착에 앞서 Si 표면을 희석된 HF를 이용해 자연 산화막과 오염원을 제거한 후 Hf 금속층과 HfO₂ 박막을 직류 스퍼터링으로 증착하였다. 우선 Hf 긍속층이 Ar 가스 만의 분위기에서 증착되고 난 후 공기중에 노출되지 않고 연속으로 Ar/O₂ 가스 혼합 분위기에서 반응 스퍼터링 방법으로 HfO₂를 형성하였다. 일반적으로 Si 기판의 표면 위에 자연적으로 생기는 비정질 자연 산화막의 두께는 10～15Å이다. 그러나 Hf을 증착한 후 단면 TEM으로 HfO₂/Si 계면을 관찰하면 자연 산화막이 Hf 환원으로 제거되기 때문에 비정질 SiO₂ 층은 관찰되지 않았다. 본 실험에서는 HfO2의 두께를 고정하고 Hf층의 두께를 변수로 한 게이트 stack의 물리적 특성을 살펴보았다. 선증착되는 Hf 금속층을 0, 10, 25Å의 두께 (TEM 기준으로 한 실제 물리적 두께) 로 증착시키고 미세구조를 관찰하였다. Fig. 1(a)에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층의 두께가 0Å일때 13Å의 HfO₂를 반응성 스퍼터링 방법으로 증착하면 HfO₂와 Si 기판 사이에는 25Å의 계면층이 생기며, 이것은 Ar/O₂의 혼합 분위기에서의 스퍼터링으로 인한 Si-rich 산화막 또는 SiO₂ 박막일 것이다. Hf 금속층의 두께를 증가시키면 계면층의 성장은 억제되는데 25Å의 Hf 금속을 증착시키면 HfO₂ 계면층은 10Å미만으로 관찰된다. 그러므로 Hf 금속층이 충분히 얇으면 플라즈마내 산소 라디칼, 이온, 그리고 분자가 HfO₂ 층을 뚫고 Si 기판으로 확산되어 SiO₂의 계면층을 성장시키고 Hf 금속층이 두꺼우면 SiO/sub X/ 계면층을 환원시키면서 Si 기판으로의 산소의 확산은 막기 때문에 계면층의 성장은 억제된다. 따라서 HfO₂/Hf(Variable)/Si 계에서 HfO₂ 박막이 Si 기판위에 직접 증착되면, 순수 HfO₂ 박막의 두께보다 높은 CET값을 보이고 Hf 금속층의 두께를 증가시키면 CET는 급격하게 감소한다. 그러므로 HfO₂/Hf 박막의 유효 유전율은 단순 반응성 스퍼터링에 의해 형성된 HfO₂ 박막의 유전율보다 크다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 Hf 금속층이 너무 얇으면 계면층의 두께가 두꺼워 지고 Hf 금속층이 두꺼우면 HfO₂층의 물리적 두께가 두꺼워지므로 CET나 EOT 곡선은 U자 형태를 그린다. Fig. 3에서 Hf 10초 (THf=25Å) 에서 정전 용량이 최대가 되고 CET가 20Å 이상일 때는 high-k 두께를 제어해야 하지만 20Å 미만의 두께를 유지하려면 계면층의 두께를 제어해야 한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.101-106
• /
• 2009

In this paper, Thin films of $HfO_2$/Hf were deposited on p-type wafer by Atomic Layer Deposition (ALD). We studied the electrical and material characteristics of $HfO_2$/Hf/Si MOS capacitor depending on thickness of Hf metal layer. $HfO_2$ films were deposited using TEMAH and $O_3$ at $350^{\circ}C$. Samples were then annealed using furnace heating to $500^{\circ}C$. Round-type MOS capacitors have been fabricated on Si substrates with $2000\;{\AA}$-thick Pt top electrodes. The composition rate of the dielectric material was analyzed using TEM (Transmission Electron Microscopy), XRD (X-ray Diffraction) and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Also the capacitance-voltage (C-V), conductance-voltage (G-V), and current-voltage (I-V) characteristics were measured. We calculated the density of oxide trap charges and interface trap charges in our MOS device. At the interface between $HfO_2$ and Si, both Hf-Si and Hf-Si-O bonds were observed, instead of Si-O bond. The sandwiched Hf metal layer suppressed the growing of $SiO_x$ layer so that $HfSi_xO_y$ layer was achieved. And finally, the generation of both oxide trap charge and interface trap charge in $HfO_2$ film was reduced effectively by using Hf metal layer.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.9-10
• /
• 2007

In this paper, Thin films of $HfO_2$/Hf were deposited on p-type wafer by Atomic Layer Deposition(ALD). And we studied the electrical characterization of $HfO_2$/Hf/Si MOS capacitor depending on thickness of Hf metal layer. $HfO_2$ films were deposited using TEMAH and $O_3\;at\;350^{\circ}C$. Samples were then annealed using furnace heating to $500^{\circ}C$. The MOS capacitor of round-type was fabricated on Si substrates. Through TEM(Transmission Electron Microscope), XRD(X-ray Diffraction), capacitance-voltage(C-V) and current-voltage(I-V) analysis, the role of thin Hf metal layer for the better $HfO_2$/Si interface property was investigated.

• 전자공학회논문지
• /
• 제50권2호
• /
• pp.98-103
• /
• 2013

본 연구에서는 IZO를 활성층으로 하고 $HfSiO_x$를 절연층으로 한 TFT에 대하여 그 성능을 측정하였다. $HfSiO_x$는 $HfO_2$ target과 Si target을 co-sputtering 하여 증착하였으며 RF power를 달리 하여 네 가지의 $HfSiO_x$ 박막을 제작하였다. 공정의 간소화를 위해 게이트 전극을 제외한 모든 층들은 RF-magnetron sputtering system과 shadow mask만을 이용하여 증착하였으며 공정의 간소화를 위해 어떠한 열처리도 하지 않았다. 네 가지 $HfSiO_x$ 박막의 구조적 변화를 X-ray diffraction(XRD), atomic force microscopy(AFM)을 통해 분석하였고, 그 전기적 특성을 확인하였다. 박막 내 $HfO_2$와 Si의 조성비에 따라 그 특성이 현저히 차이가 남을 확인하였다. $HfO_2$(100W)-Si(100W)의 조건으로 증착한 $HfSiO_x$ 박막을 절연층으로 한 소자의 특성이 전류 점멸비 5.89E+05, 이동도 2.0[$cm^2/V{\cdot}s$], 문턱전압 -0.5[V], RMS 0.263[nm]로 가장 좋은 결과로 나타났다. 따라서 $HfSiO_x$ 박막 내의 적절한 $HfO_2$와 Si의 조성비가 계면의 질을 향상시킴은 물론, $HfO_2$자체의 trap이나 defect를 효과적으로 줄여 줌으로써 소자의 성능 향상에 중요한 요소라 판단된다.

• 한방안이비인후피부과학회지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.66-74
• /
• 2005

Objective: Stress is one of the most important etiological factors in our lives. Human body makes effort to keep his homeostasis from stress by using autonomic nerve system. So we need markers which can evaluate autonomic nerve system easily. HRV represents such markers. Sympathetic and Parasympathetic nerve system are part of autonomic nerve system, related with cur body and diseases in ENT, Dermatology, Ophthalmology are also deeply related with stress, Sympathetic and Parasympathetic nerve system. So we can expect that it can help understanding patients to evaluate autonomic nerve system with HRV Research Methods and Procedures: Forty one patients who have seif-recognized stress in Dept. of Oph & Otolaryngo & Dermatology were selected. SDNN. RMSSD, LF, HF, norm-LF, norm-HF, LF/HF ratio, LnLF, LnHF were checked. Results: Men showed lower SDNN, HF, and LnHF than women(p<0.05). Age over-forty group showed significant lower SDNN, LF, HF, LnLF, LnH(p<0.01), and lower RMSSD(p<0.05) than age under-forty group. There's no big differences for age at norm-LF, norm-HF, and LF/HF ratio. Skin disease group showed higher SDNN, RMSSD, LF, HF, LnLF, LNHF than the others, facial palsy group showed higher norm-HF. LF/HF ratio, and mouth-throat group showed higher norm-LF, but there's no statically significant difference. Comparing skin disease group with the others, the others showed statically significant low SDNN(P<0.01), RMSSD, LF, HF, LnLF and LnHF(P<0.05).

• 한국세라믹학회지
• /
• 제41권9호
• /
• pp.637-641
• /
• 2004

We investigated the effects of SiH$_4$ gas on the surface of Hf-silicate films during the deposition of polycrystalline (poly) Si films and the thermal stability of sputtered Hf-silicate films in poly Si/Hf-silicate structure by using High Resolution Transmission Electron Microscopy (HR-TEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Hf-silicate films were deposited by using DC-mag-netron sputtering with Hf target and Si target and poly Si films were deposited at 600$^{\circ}C$ by using Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) with SiH$_4$ gas. After poly Si film deposition at 600$^{\circ}C$, Hf silicide layer was observed between poly Si and Hf-silicate films due to the reaction between active SiH$_4$ gas and Hf-silicate films. After annealing at 900$^{\circ}C$, Hf silicide, formed during the deposition of poly Si, changed to Hf-silicate and the phase separation of the silicate was not observed. In addition, the Hf-silicate films remain amorphous phase.

• 암석학회지
• /
• 제23권3호
• /
• pp.229-237
• /
• 2014

Lu-Hf 시스템은 다중검출기부착 유도결합플라즈마 질량분석기의 발달과 함께 최근 들어 지질학에 폭넓게 활용되고 있는 동위원소시스템이다. 본 연구는 Lu-Hf 동위원소시스템의 기본 원리를 소개하고, 지질연 대측정 도구로서 또 암석 성인 연구의 지시자로서의 Lu-Hf 시스템이 활용되고 있는 사례를 소개하며 향후 연구 방향을 제안한다. 나아가서는 우리나라 고철질 내지는 초고철질 암석시료에 활용한 사례를 바탕으로 Hf 동위원소를 통해 본 한반도 맨틀의 생성과 진화과정에 대해 논의한다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
• /
• pp.45-49
• /
• 2001

We have investigated physical and electrical properties of the Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ thin film for alternative gate dielectrics in the metal-oxide-semiconductor device. The oxidation of Hf deposited directly on the Si substrate results in the H $f_{x}$/ $O_{y}$ interfacial layer and the high-k Hf $O_2$film simultaneously. Interestingly, the post-oxidation N2 annealing of the H102/H1Si70y thin films reduces(increases) the thickness of an amorphous HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ layer(Hf $O_2$ layer). This phenomenon causes the increase of the effective dielectric constant, while maintaining the excellent interfacial properties. The hysteresis window in C-V curves and the midgap interface state density( $D_{itm}$) of Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ thin films less than 10 mV and ~3$\times$10$^{11}$ c $m^{-2}$ -eV without post-metallization annealing, respectively. The leakage current was also low (1$\times$10-s A/c $m^2$ at $V_{g}$ = +2 V). It is believed that these excellent results were obtained due to existence of the amorphous HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ buffer layer. We also investigated the charge trapping characteristics using Fowler-Nordheim electron injection: We found that the degradation of Hf $O_2$/HfS $i_{x}$/ $O_{y}$ gate oxides is more severe when electrons were injected from the gate electrode.e electrode.e.e electrode.e.

• 한국자기학회지
• /
• 제13권1호
• /
• pp.6-14
• /
• 2003

열처리 온도에 따라 접합유리와의 화학적 반응이 Fe-Hf-N/SiO$_2$, 및 Fe-Hf-N/Cr/SiO$_2$ 박막의 물리적, 자기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 접합유리와 반응된 Fe-Hf-N/SiO$_2$ 박막의 연자기 특설은 온도가 증가함에 따라 크게 떨어졌으며, $600^{\circ}C$에서 포화자화값은 1 kG, 보자력이 27 Oe, 10MHz에서의 유효투자율이 70로 자기적 특성이 급격히 열화되었다. 이는 접합유리와의 화학적 반응에 의해 Fe-Hf-N 박막이 H$_{f}$ O$_2$, Fe$_3$O$_4$ 등으로 산화되기 때문인 것으로 나타났다. Fe-Hf-N/Cr/SiO$_2$ 박막의 경우, $600^{\circ}C$에서 포화자화값 13.5kG, 보자력은 4Oe, 10 MHz에서의 유효 투자율이 700으로 Fe-Hf-N/SiO$_2$ 박막보다 연자기 특성 열화가 덜 일어났다. 이는 Fe-Hf-N/Cr/SiO$_2$ 박막의 Cr 층이 Fe-Hf-N 박막의 산화를 억제하여. 일부에서만 HfO$_2$가 생성되고 나머지는 원래의 $\alpha$-Fe상을 유지하기 때문인 것으로 나타났다.