• 제목/요약/키워드: HfO2

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NH3 분위기 후열처리에 따른 SiC 기판 위에 성장된 HfO2 박막의 계면 변화 연구

  • 권세라;박현우;최민준;정권범
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.299-299
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    • 2016
  • SiC는 넓은 에너지갭 (Eg=~3.4 eV)을 갖는 반도체로써, 고전압, 고온에서 동작이 가능하여 기존의 Si기반의 파워디바이스를 대체하기 위한 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 파워 디바이스의 성능 향상을 위해서는 기판과 절연체 사이의 계면에 생성되는 계면 결함을 감소시켜야 한다. 따라서 본 연구에서는 SiC 기판에 high-k 물질인 HfO2를 증착하여 HfO2/SiC 계면에 유도된 결함을 분석하고 이를 감소시킬 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다. HfO2 박막은 atomic-layer-deposition (ALD) 방법을 이용하여 SiC 기판 위에 $200^{\circ}C$에서 증착하였다. HfO2 박막 증착 후 NH3 분위기에서 rapid thermal annealing 방법을 이용하여 $600^{\circ}C$에서 1분 동안 열처리 진행하였다. Current-voltage (I-V) 측정을 통해 열처리 전 HfO2/SiC의 절연파괴 전압이 약 8.3 V 임을 확인하였다. NH3 열처리 후 HfO2/SiC의 절연파괴 전압이 10 V로 증가하였으며 누설 전류가 크게 감소하는 것을 확인하였다. 또한 capacitance-voltage (C-V) 측정을 통해 열처리 후 flat band voltage가 negative 방향에서 positive 방향으로 이동함을 확인하였고, 이를 통해 NH3 열처리 방법이 HfO2/SiC 계면에 존재하는 결함을 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 전자 구조상의 conduction band edge에 존재하는 결함 준위를 분석하기 위해 x-ray absorption spectroscopy (XAS) 분석을 실시하였고, 열처리 전 HfO2/SiC 계면에 많은 결함 준위가 존재함을 확인하였으며, x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 분석을 통해 이 결함 준위가 oxygen deficiency state과 관련됨을 알 수 있었다. NH3 열처리 후 결과와 비교해보면, oxygen deficiency state가 감소함을 확인하였으며 이로 인해 conduction band edge에 존재하는 결함 준위가 감소함을 알 수 있었다. 따라서, NH3 열처리 방법을 이용하여 HfO2/SiC 계면에 존재하는 결함을 감소시킬 수 있으며, HfO2/SiC의 물리적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다는 결과를 도출하였다.

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고밀도 플라즈마를 이용한 $HfAlO_3$ 박막의 식각 특성 연구 (Dry Etching Characteristics of $HfAlO_3$ Thin Films using Inductively Coupled Plasma)

  • 하태경;우종창;김창일
    • 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).

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Dry Etching Properties of HfAlO3 Thin Film with Addition O2 gas Using a High Density Plasma

  • Woo, Jong-Chang;Lee, Yong-Bong;Kim, Jeong-Ho
    • Transactions on Electrical and Electronic Materials
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    • 제15권3호
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    • pp.164-169
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    • 2014
  • We investigated the etching characteristics of $HfAlO_3$ thin films in $O_2/Cl_2/Ar$ and $O_2/BCl_3/Ar$ gas, using a high-density plasma (HDP) system. The etch rates of the $HfAlO_3$ thin film obtained were 30.1 nm/min and 36 nm/min in the $O_2/Cl_2/Ar$ (3:4:16 sccm) and $O_2/BCl_3/Ar$ (3:4:16 sccm) gas mixtures, respectively. At the same time, the etch rate was measured as a function of the etching parameter, namely as the process pressure. The chemical states on the surface of the etched $HfAlO_3$ thin films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy. Auger electron spectroscopy was used for elemental analysis on the surface of the etched $HfAlO_3$ thin films. These surface analyses confirm that the surface of the etched $HfAlO_3$ thin film is formed with nonvolatile by-product. Also, Cl-O can protect the sidewall due to additional $O_2$.

비휘발성 메모리 응용을 위한 ALD법을 이용한 HfO2 절연막의 특성 (Properties of HfO2 Insulating Film Using the ALD Method for Nonvolatile Memory Application)

  • 정순원;구경완
    • 전기학회논문지
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    • 제59권8호
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    • pp.1401-1405
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    • 2010
  • We have successfully demonstrated of metal-insulator-semiconductor (MIS) capacitors with $HfO_2$/p-Si structures. The $HfO_2$ film was grown at $200^{\circ}C$ on H-terminated Si wafer by atomic layer deposition (ALD) system. TEMAHf and $H_2O$ were used as the hafnium and oxygen sources. A cycle of the deposition process consisted of 0.1 s of TEMAHf pulse, 10 s of $N_2$ purge, 0.1 s of $H_2O$ pulse, and 60 s of $N_2$ purge. The 5 nm thick $HfO_2$ layer prepared on Si substrate by ALD exhibited excellent electrical properties, including low leakage currents, no mobile charges, and a good interface with Si.

ZTA계에서 첨가물($Cr_2O_3$, $HfO_2$)에 따른 물성 변화 및 기계적 성질이 마모성에 미치는 영향 (Characteristics and Effects for the Mechanical Properties on the Wearness of the ZTA System with $Cr_2O_3$ and $HfO_2$) as Additives)

  • 최성철;이응상
    • 한국세라믹학회지
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    • 제27권3호
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    • pp.369-382
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    • 1990
  • ZrO2-Toughened Alumina-Ceramics(ZTA) with Cr2O3 and HfO2 as addition were synthesized by assintering method for solid solution of Al2O3/Cr2O3 and ZrO2/HfO2, and were prepared by pressureless sintering at 1$600^{\circ}C$. The effects of Cr2O3 and HfO2 on the thermal and mechanical properties, the sintering mechanism, and the wearness between theory and experiment were investigated. Among three kinds of mechanisms such as stress-induced transformation, microcracking, and crack deflection it contributed to the ZTA system with a few exceptons according to composite. We show that wearness can be estimated sufficiently by HV and KIC through theory and experiment.

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Fe-Hf-O계 박막에서 산소 분압 변화가 박막특성에 미치는 영향 (The Effects of $O_2$ Partial Prewwure on Soft Magnetic Properties of Fe-Hf-O Thin Films)

  • 박진영;김종열;김광윤;한석희;김희중
    • 한국자기학회지
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    • 제7권5호
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    • pp.243-248
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    • 1997
  • Ar+ $O_{2}$ 혼합가스 중에서 반응성 스퍼터링을 통해 직접 Fe-Hf-O계 초미세결정 연자성 박막을 제조하였으며, 이때 산소분압비의 변화가 Fe-Hf-O 박막의 미세구조 및 자기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 산소분압이 증가함에 따라 박막의 포화자속밀도는 점차적으로 감소하며 연자기특성이 10%까지는 향상되다가 다시 열화되는 경향을 나타내었다. 최적조건인 10%의 산소분압에서 증착한 F $e_{82}$H $f_{3.4}$ $O_{14.6}$ 초미세결정 박막은 열처리 없이 증착한 상태에서 우수한 연자기 특성을 나타내었으며, 이때의 자기적 특성은 각각 포화자속밀도 17.7 kG, 보자력 0.7 Oe 및 실효투자율 2,500(100 MHz)의 값을 나타내었다. 산소분압이 증가함에 따라 결정립 크기가 감소하며 15% 이상의 산소분압에서는 F $e_{3}$ $O_{4}$가 생성되었다. 따라서 10%에서 가장 우수한 연자기 특성을 나타내는 것은 결정립 크기와 산화물 생성에 의해 설명될 수 있다. Fe-Hf-O계 초미세결정 박막의 전기비저항은 산소분압이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 우수한 연자기 특성을 나타내는 F $e_{82}$H $f_{3.4}$ $O_{14.6}$ 박막의 경우, 약 150 .mu. .ohm.cm로 산소를 첨가하지 않은 경우의 30 .mu. .ohm. cm에 비하여 약 5배 증가된 값을 나타내었다. 따라서 F $e_{82}$H $f_{3.4}$ $O_{14.6}$초미세결정 박막이 고주파에서 우수한 연자기 특성을 나타내는 원인은 주로 높은 전기비저항과 미세하게 형성된 결정립에 기이한 것으로 생각된다.

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Microwave Irradiation 처리를 통한 Ag/HfO2/Pt ReRAM에서의 메모리 신뢰성 향상에 대한 연구 (Improved Uniformity of Resistive Switching Characteristics in Ag/HfO2/Pt ReRAM Device by Microwave Irradiation Treatment)

  • 김장한;남기현;정홍배
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제27권2호
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    • pp.81-84
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    • 2014
  • The bipolar resistive switching characteristics of resistive random access memory (ReRAM) based on $HfO_2$ thin films have been demonstrated by using Ag/$HfO_2$/Pt structured ReRAM device. MIcrowave irradiation (MWI) treatment at low temperature was employed in device fabrication with $HfO_2$ thin films as a transition layer. Compared to the as-deposited Ag/$HfO_2$/Pt device, highly improved uniformity characteristics of resistance values and operating voltages were obtained from the MWI treatment Ag/$HfO_2$/Pt ReRAM device. In addition, a stable DC endurance (> 100 cycles) and a high data retention (> $10^4$ sec) were achieved.

$HfO_{2}$를 이용한 MOS 구조의 제작 및 특성 (A Study on the Characteristic of MOS structure using $HfO_{2}$ as high-k gate dielectric film)

  • 박천일;염민수;박전웅;김재욱;성만영
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2002년도 추계학술대회 논문집 Vol.15
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    • pp.163-166
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    • 2002
  • We investigated structural and electrical properties of Metal-Oxide-Semiconductor(MOS) structure using Hafnium $oxide(HfO_{2})$ as high-k gate dielectric material. $HfO_{2}$ films are ultrathin gate dielectric material witch have a thickness less than 2.0nm, so it is spotlighted to be substituted $SiO_{2}$ as gate dielectric material. In this paper We have grown $HfO_{2}$ films with pt electrode on P-type Silicon substrate by RF magnetron sputtering system using $HfO_{2}$ target and oserved the property of semiconductor-oxide interface. Using pt electrode, it is necessary to be annealed at ${300^{\circ}C}$. This process is to increase an adhesion ratio between $HfO_{2}$ films with pt electrode. In film deposition process, the deposition time of $HfO_{2}$ films is an important parameter. Structura1 properties are invetigated by AES depth profile, and electrical properties by Capacitance-Voltage characteristic. Interface trap density are measured to observe the interface between $HfO_{2}$ with Si using High-frequency(1MHz) C-V and Quasi - static C-V characteristic.

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용액 공정 기반의 다중 적층된 HfO2 박막 상에서의 액정 배향 (Liquid Crystal Alignment on Multi-stacked Layer HfO2 Thin Films Using a Solution-process)

  • 김대현
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제26권11호
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    • pp.821-825
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    • 2013
  • Effect of multi-stacked layer (MSL), 0.1 mol (M) and 0.3 mol (M) hafnium oxide ($HfO_2$) alignment layers were fabricated via a solution-process for LCs orientation. The solutions were spin-coated and annealed in a furnace. MSL consists of three sub-layers using 0.1 M solution, mono-layer (ML) is composed of 0.3 M $HfO_2$ solution. Then ion-beam irradiation was treated with 1.8 keV for 2 min. $HfO_2$-based LC cells were investigated through photographs, pre-tilt angle using crystal rotation method, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement, and surface roughness using atomic force microscopy(AFM) for their characteristic research. Good LC orientation characteristics were observed on MSL $HfO_2$ surface. The LC alignment mechanism on MSL $HfO_2$ and ML $HfO_2$ surfaces was attributed to van der Waals (VDW) interaction between the LC molecular and substrate surface.

Phase stability and Morphology of high-k gate stack of $Si/SiO_2/HfO_2$ and $Si/SiO_2/ZrO_2$

  • Lee, Seung-Hwan;Bobade, Santosh M.;Yoo, W.J.
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.118-119
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    • 2007
  • Phase stability and morphological investigation on the $Si/SiO_2/HfO_2$ and $Si/SiO_2/ZrO_2$ stack are presented. Thermal stability of $HfO_2$ and $ZrO_2$ determines the quality of interface and subsequently the performance of device. The stacks have been fabricated and annealed at $1000^{\circ}C$ for various time. In evolution of crystalline phase and morphology (electrical and geometrical) of high-k materials, annealing time and process are observed to be crucial factors. The crystallization of some phase has been observed in the case of $Si/SiO_2/HfO_2$. The chemical environment around Zr and Hf in respective samples is observed to be different.

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