• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2006.10a
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• pp.8-9
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• 2006

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2002.11a
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• pp.86-86
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• 2002

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.73-73
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• 2009

트렌지스터의 채널 길이가 줄어듦에 따라 절연층으로 쓰이는 $SiO_2$의 두께는 얇아져야 한다. 이에 따라 얇아진 절연층에서 터널링이 발생하여 누설전류가 증가하게 되어 소자의 오동작을 유발한다. 절연층에서의 터널링을 줄여주기 위해서는 High-K와 같은 유전율이 높은 물질을 이용하여 절연층의 두께를 높여주어야 한다. 최근에 각광 받고 있는 High-K의 대표적인 물질은 $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$등이 있다. $HfO_2$, $ZrO_2$와 $Al_2O_3$는 $SiO_2$보다 유전상 수는 높지만 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도와 같은 특성 면에서 $SiO_2$를 완전히 대체하기는 어려운 실정이다. 최근 연구에 따르면 기존의 High-K물질에 금속을 첨가한 금속산화물의 경우 밴드갭 에너지, 열역학적 안정성, 재결정 온도의 특성이 향상되었다는 결과가 있다. 이 금속 산화물 중 $HfAlO_3$가 대표적이다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, 밴드캡 에너지 6.5 eV, 재결정 온도 $900\;^{\circ}C$이고 열역학적 안전성이 개선되었다. 게이트 절연층으로 사용될 수 있는 $HfAlO_3$는 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어, 이방성 식각인 건식 식각에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 $BCl_3$/Ar 유도결합 플라즈마를 이용하여 $HfAlO_3$ 박막의 식각 특성을 알아보았다. RF Power 700 W, DC-bias -150 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 $40\;^{\circ}C$를 기본 조건으로 하여, $BCl_3$/Ar 가스비율, RF Power, DC-bias 전압, 공정압력에 의한 식각율 조건과 마스크물질과의 선택비를 알아보았다. 플라즈마 분석은 Optical 이용하여 진행하였고, 식각 후 표면의 화학적 구조는 X-ray Photoelectron Spectroscoopy(XPS) 분석을 통하여 알아보았다.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.11a
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• pp.115-121
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• 2002

In this research we have investigated the characteristics of ultra thin $HfO_2 /SiON$stack structure films using several analytical techniques. SiON layer was thermally grown on standard SCI cleaned silicon wafer at $825^{\circ}C$ for 12sec under $N_2$O ambient. $HfO_2 /SiON$$_4$/$H_2O$ as precursors and $N_2$as a carrier/purge gas. Solid HfCl$_4$was volatilized in a canister kept at $200^{\circ}C$ and carried into the reaction chamber with pure $N_2$carrier gas. $H_2O$ canister was kept at $12^{\circ}C$ and carrier gas was not used. The films were grown on 8-inch (100) p-type Silicon wafer at the $300^{\circ}C$ temperature after standard SCI cleaning, Spectroscopic ellipsometer and TEM were used to investigate the initial growth mechanism, microstructure and thickness. The electrical properties of the film were measured and compared with the physical/chemical properties. The effects of heat treatment was discussed.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.82-82
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• 2011

본 연구에서는 이온빔 스퍼터링 방법으로 증착한 Cr2O3, Ta2O5, HfO2 산화물박막의 구조적 특성변화를 관찰하였다. 금속박막에서 표면이 산화되는 문제를 해결하기위하여 산화물 박막을 증착시켰다. 이온빔 스퍼터링으로 박막 증착 시 산화물 타겟을 사용할 때 발생되는 전하의 영향을 상쇄하기 위하여 neutralizer를 사용하였다. 박막 증착 후 XRR (X-ray Reflectometer)을 이용하여 박막의 두께, 거칠기 및 밀도를 확인하였으며, AFM (Atomic Force MicroScope)을 통하여 증착한 박막표면 거칠기 측정을 하여 XRR로 얻은 데이터와 비교하여 살펴보았다. 또한 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)측정을 통해 제조된 박막의 화학적 결합상태를 확인하였다. 여러 가지 조건변화와 기판의 차이에 따라 제작된 산화물 박막 중 실리콘 기판을 사용하여 증착시킨 박막은 XRR측정시 반사율 곡선에서 자연 산화막에 의한 영향이 나타났다. 반면 glass나 sapphire에 증착시킨 산화물 박막은 실리콘기판에서 나타난 자연 산화막의 영향을 받지 않음을 확인하였다. 기판과 산화물 박막사이에 계면층에 나타나는 영향을 최소화시킴으로써 양질의 박막을 제작할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.4 no.2
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• pp.157-168
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• 1994

The surface morphology, electrical properties, and optical properties of textured $SnO_2(:F)$ films according to deposition parameters such as HF and $H_2O$ content was studies. The electron concentration, resistivity, and mobility was $3{\Times}10^{20}/cm^3$, $7{\Times}10^4~9{\Times}10^4{Omega}cm$ and $18~25cm^2/V.sec$, respectively, when HF bubbling rate over 0.9 slm. The surface morphology was sharp edged pyramid shape without bubbling $H_2O$ but changed to round edged hemispherical shape when $H_2O$ was added.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.42-43
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• 2002

반도체 디바이스의 발전은 높은 직접화 및 동작 속도를 추구하고 있으며, 이를 위해서 MOSFET의 scale down시 발생되는 문제를 해결해야만 한다. 특히, Channel이 짧아짐으로써 발생하는 device의 열화현상으로 동작전압의 조절이 어려워 짐을 해결해야만 하며, gate oxide 두께를 줄임으로써 억제할 수 있다고 알려져 왔다. 현재, gate oxide으로 사용되고 있는 SiO2박막은 비정질로써 ～8.7 eV의 높은 band gap과 Si기판 위에서 성장이 용이하며 안정하다는 장점이 있으나, 두께가 1.6 nm 이하로 얇아질 경우 전자의 direct Tunneling에 의한 leakage current 증가와 gate impurity인 Boron의 channel로의 확산, 그리고 poly Si gate의 depletion effect[1,2] 등의 문제점으로 더 이상 사용할 수 없게 된다. 2001년 ITRS에 의하면 ASIC제품의 경우 2004년부터 0.9～l.4 nm 이하의 EOT가 요구된다고 발표하였다. 따라서, gate oxide의 물리적인 두께를 증가시켜 전자의 Tunneling을 억제하는 동시에 유전막에 걸리는 capacitance를 크게 할 수 있다는 측면에서 high-k 재료를 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다[3]. High-k 재료로 가능성 있는 절연체들로는 A1₂O₃, Y₂O₃, CeO₂, Ta₂O, TiO₂, HfO₂, ZrO₂,STO 그리고 BST등이 있으며, 이들 재료 중 gate oxide에 적용하기 위해 크게 두 가지 측면에서 고려해야 하는데, 첫째, Si과 열역학적으로 안정하여 후속 열처리 공정에서 계면층 형성을 배제하여야 하며 둘째, 일반적으로 high-k 재료들은 유전상수에 반비례하는 band gap을 갖는 것으로 알려줘 있는데 이 Barrier Height에 지수적으로 의존하는 leakage current때문에 절연체의 band gap이 낮아서는 안 된다는 점이다. 최근 20이상의 유전상수와 ～5 eV 이상의 Band Gap을 가지며 Si기판과 열역학적으로 안정한 ZrO₂[4], HfiO₂[5]가 관심을 끌고 있다. HfO₂은 ～30의 고유전상수, ～5.7 eV의 높은 band gap, 실리콘 기판과의 열역학적 안전성 그리고 poly-Si와 호환성등의 장점으로 최근 많이 연구가 진행되고 있다. 또한, Hf은 SiO₂를 환원시켜 HfO₂가 될 수 있으며, 다른 silicide와 다르게 Hf silicide는 쉽게 산화될 수 있는 점이 보고되고 있다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.12
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• pp.924-928
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• 2010

In this study, $HfAlO_3$ thin films using gate insulator of MOSFET were etched in inductively coupled plasma. The etch characteristics of the $HfAlO_3$ thin films has been investigated by varying $O_2/BCl_3$/Ar gas mixing ratio, a RF power, a DC bias voltage and a process pressure. As the $O_2$ concentration increases further, $HfAlO_3$ was redeposited. As increasing RF power and DC bias voltage, etch rates of the $HfAlO_3$ thin films increased. Whereas, as decreasing of the process pressure, etch rates of the $HfAlO_3$ thin films increased. The chemical reaction on the surface of the etched the $HfAlO_3$ thin films was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These peaks moved a binding energy. This chemical shift indicates that there are chemical reactions between the $HfAlO_3$ thin films and radicals and the resulting etch by-products remain on the surface.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.9 no.3
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• pp.249-253
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• 2000

We have analyzed electrical characteristics of the amorphous $MgTiO_3$thin films deposited by pulsed laser deposition (PLD) technique with the temperature of 400~$500^{\circ}C$. The electrical characteristics of $MgTiO_3$films heavily depend on the deposition temperature. We speculate that the density of anomalous positive charge (APC) substantially increases as the deposition temperature lowers, causing the HF C-V curves shift to the direction of the negative gate voltage. We further observed that both the degree of C-V shift as a function of the deposition temperature and the density of APC were minimized by the use of $SiO_2$with thickness of approximately 100 $\AA$ between $MgTiO_3$films and the Si substrate.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.317-318
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• 2012

현재의 반도체 산업에서 Hafnium oxide와 Hafnium silicates같은 high-k 물질은 CMOS gate와 DRAM capacitor dielectrics로 사용하기 위한 대표적인 물질에 속한다. MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor)구조에서 gate length는 16 nm 이하로 계속 미세화가 연구 중이고, 또한 gate는 기존구조에서 Multi-gate구조로 다변화가 일어나고 있다. 이를 통해 게이트 절연막은 그 구조와 활용범위가 다양해지게 될 것이다. 동시에 leakage current와 dielectric break-down을 감소시키는 연구가 중요해지고 있다. 그러나 나노 영역에서의 기계적 특성에 대한 연구는 전무한 상태이다. 따라서 복잡한 회로 공정, 다양한 Multi-gate 구조, 신뢰도의 향상을 위해서는 유전박막 물질자체와 계면에서의 물리적, 기계적인 특징의 측정이 상당히 중요해지고 있다. 이에 본 연구는 Nano-indenter의 통해 경도(Hardness)와 탄성계수(Elastic modulus) 등의 측정을 통하여 시료 표면의 나노영역에서의 기계적 특성을 연구하고자 하였다. $HfO_2$게이트 절연막은 rf magnetron sputter를 이용해 Si (silicon) (100)기판위에 박막형태로 증착하였고, 이후 furnace에서 질소분위기로 온도(400, 450, $500^{\circ}C$)를 달리하여 20분 열처리를 하였다. 또한 Weibull distribution을 이용해 박막의 characteristic value를 계산하였으며, 실험결과 열처리 온도가 $400^{\circ}C$에서 $500^{\circ}C$로 증가함에 따라 경도와 탄성계수는 7.4 GPa에서 10.65 GPa으로 120.25 GPa에서 137.95 GPa으로 각각 증가하였다. 이는 재료적 측면으로 재료의 구조적 우수성이 증가된 것으로 판단된다.