• 한국표면공학회지
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• 제53권2호
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• pp.67-71
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• 2020

For deposition technology using plasma, it plays an important role in improving film deposited with high ionization rate through high density plasma. Various deposition methods such as high-power impulse magnetron sputtering and ion-beam sputtering have been developed for physical vapor deposition technology and are still being studied. In this study, it is intended to control plasma using inductive coupled plasma (ICP) antennas and use properties to improve the properties of Hafnium nitride (HfN) films using ICP assisted magnetron sputtering (ICPMS). HfN film deposited using ICPMS showed a finer grain sizes, denser microstructure and better mechanical properties as ICP power increases. The best mechanical properties such as nanoindentation hardness of 47 GPa and Young's modulus of 401 GPa was obtained from HfN film deposited using ICPMS at ICP power of 200 W.

• 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.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권8호
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• pp.674-677
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• 2011

The dependency of sputtering power on the electrical performances in amorphous HIZO-TFT (hafnium-indium-zinc-oxide thin film transistors) has been investigated. The HIZO channel layers were prepared by using radio frequency (RF) magnetron sputtering method with different sputtering power at room temperature. TOF-SIMS (time of flight secondary ion mass spectrometry) was performed to confirm doping of hafnium atom in IZO film. The field effect mobility (${\mu}FE$) increased and threshold voltage ($V_{th}$) shifted to negative direction with increasing sputtering power. This result can be attributed to the high energy particles knocking-out oxygen atoms. As a result, oxygen vacancies generated in HIZO channel layer with increasing sputtering power resulted in negative shift in Vth and increase in on-current.

• 한국진공학회지
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• 제21권5호
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• pp.273-278
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• 2012

현재 Hf (Hafnium)을 기반으로한 게이트 유전체의 연구는 여러 분야에서 다양하게 진행되어져 왔다. 이는 기존의 $SiO_2$보다 유전상수 값이 크고, 또한 계속되는 scaling-down 공정에서도 양자역학적인 터널링을 차단하는 특성이 뛰어나기 때문이다. MOSFET 구조에서 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 위해서 high-K 재료가 대두되었고 현재 주를 이루고 있다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 부족한 상태이므로 본 연구에서는 게이트 절연층으로 최적화하기 위하여 $HfO_2$ 박막의 nano-mechanical properties를 자세히 조사하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si (silicon) 기판 위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 8 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 8 sccm으로 증착한 시료가 열처리 온도가 증가할수록 누설전류 특성 성능이 우수 해졌다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 결과, $HfO_2$ 박막의 stress는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 tensile stress로 변화되었다. 그러나 온도가 증가(600, $800^{\circ}C$)할수록 compressive stress로 변화 되었다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 hardness 값이 (산소유량 4 sccm : 5.35 GPa, 8 sccm : 5.54 GPa) 가장 감소되었다. 반면에 $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서는(산소유량 4 sccm : 8.09 GPa, 8 sccm : 8.17 GPa) 크게 증가된 것을 확인하였다. 이를 통해 온도에 따른 $HfO_2$ 박막의 stress 변화를 해석하였다.

• Composites Research
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• 제31권5호
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• pp.260-266
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• 2018

본 논문에서는 C/C-SiC 복합재료의 하프늄 탄화물 코팅재에 대한 열적, 기계적 특성을 평가하였으며 특히 코팅에 의한 내산화성과 내마모성의 향상여부를 평가하였다. 하프늄 탄화물(HfC)을 용사시켜 코팅한 샘플들을 가공한 후, 공기 중에서 열적 특성평가 및 마모, 압입시험 평가에 대한 연구를 수행하였다. 공기 중에서 $1200^{\circ}C$의 온도까지 승온시킨 후 1시간 유지하는 싸이클을 10싸이클 진행하여 각 싸이클마다의 무게변화를 통해 탄소의 산화저항성을 평가하였고, 초경 구(tungsten carbide)를 사용하여 마모시험과 압입시험을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 열피로 시험 수행 결과 하프늄 탄화물 코팅재가 상대적으로 무게감소가 적어 상대적으로 내산화성이 높은 것으로 평가되었다. 코팅된 하프늄 탄화물에 의해 탄성계수가 상대적으로 증가하였으며, 또한 C/C-SiC 복합재료는 하프늄 탄화물의 코팅에 의하여 내마모성이 향상되어 동일조건에서 마모량이 상대적으로 적었고 낮고 안정된 마찰계수가 유지되었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2002년도 추계학술발표강연 및 논문개요집
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• pp.198-198
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• 2002

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.291-292
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• 2012

MOSFET 구조에서 metal oxide에 기반을 둔 게이트 유전체의 연구는 실리콘(Si)을 기반으로 한 반도체 발명이래로 가장 인상적인 발전을 이뤄 왔다. 이는 metal oxide의 높은 유전상수 특성이 $SiO_2$보다 우수하고, 유전체 박막의 두께 감소로 인한 전기적 특성 저하를 보완하기 때문이다. 특히 지난 10년 동안, Hafnium에 기반을 둔 $HfO_2$는 차세대 반도체용 유전 물질로 전기적 구조적 특성에 대한 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 현재까지 $HfO_2$에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 미미하여 이에 대한 연구가 필요하다. 이에 본 연구에서는 Hf 및 $HfO_2$ 박막의 증착 및 열처리 조건을 다르게 하여 실험을 진행하였다. 시료는 rf magnetron sputter를 이용하여 Si 기판위에 Hafnium target으로 산소유량(4, 6 sccm)을 달리하여 증착하였고, 이후 furnace에서 400에서 $800^{\circ}C$까지 질소분위기에서 20분간 열처리를 실시하였다. 실험결과 산소 유량을 6 sccm으로 증착한 시료의 current density 성능이 모든 열처리 과정에서 증가하였다. Nano-indenter로 측정하고 Weibull distribution으로 정량적 계산을 한 경도 (Hardness)는 as-deposited 시료를 기준으로 $400^{\circ}C$에서는 감소했으나 온도가 높아질수록 증가하였다. 특히, $400^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 5.35 GPa, 6 sccm : 6.15 GPa)따른 두 시료간의 변화가 가장 두드러졌다. 반면에, 탄성계수 (Elastic modulus)는 산소농도 6 sccm을 넣고 증착된 시료들이 4 sccm을 넣고 증착한 시료보다 모두 높은 값을 나타냈다. 또한, $800^{\circ}C$ 열처리한 시료에서 산소농도에(4 sccm : 128.88 GPa, 6 sccm : 149.39 GPa)따라 표면의 탄성에 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이는 증착된 $HfO_2$ 시료들이 비정질 상태에서 $HfO_2$로 결정화되는 과정에서 산소가 증가할수록 박막의 defect이 감소되기 때문으로 사료된다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제1권2호
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• pp.95-102
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• 2001

Hafnium oxide thin films for gate dielectric were deposited at $300^{\circ}C$ on p-type Si (100) substrates by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and annealed in $O_2$ and $N_2$ ambient at various temperatures. The effect of hydrogen treatment in 4% $H_2$ at $350^{\circ}C$ for 30 min on the electrical properties of $HfO_2$for gate dielectric was investigated. The flat-band voltage shifts of $HfO_2$capacitors annealed in $O_2$ambient are larger than those in $N_2$ambient because samples annealed in high oxygen partial pressure produces the effective negative charges in films. The oxygen loss in $HfO_2$films was expected in forming gas annealed samples and decreased the excessive oxygen contents in films as-deposited and annealed in $O_2$ or $N_2$ambient. The CET of films after hydrogen forming gas anneal almost did not vary compared with that before hydrogen gas anneal. Hysteresis of $HfO_2$films abruptly decreased by hydrogen forming gas anneal because hysteresis in C-V characteristics depends on the bulk effect rather than $HfO_2$/Si interface. The lower trap densities of films annealed in $O_2$ambient than those in $N_2$were due to the composition of interfacial layer becoming closer to $SiO_2$with increasing oxygen partial pressure. Hydrogen forming gas anneal at $350^{\circ}C$ for samples annealed at various temperatures in $O_2$and $N_2$ambient plays critical role in decreasing interface trap densities at the Si/$SiO_2$ interface. However, effect of forming gas anneal was almost disappeared for samples annealed at high temperature (about $800^{\circ}C$) in $O_2$ or $N_2$ambient.

• 자원환경지질
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• 제37권4호
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• pp.375-381
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• 2004

장주기 방사성 폐기물인 악티나이드 원소들을 고정화시킬 수 있는 파이로클로어 (pyrochlore; CaCeH$f_xTi_{2-x}O_7$=0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 1.8, 2.0)를 합성하여 상평형 관계 및 특성을 연구하였다. 혼합된 시료는 상온에서 400kg/$cm^2$의 압력으로 성형한 후, 산소분위기에서 1200∼1$600^{\circ}C$ 범위로 소결온도를 변화시키면서 소성하였다. 합성된 시료는 XRD를 사용하여 상분석을 실시하였다. 실험결과, 파이로클로어의 최적 합성조건은 산소분위기 하에서, 각각의 조성에 따라, 1300∼150$0^{\circ}C$로 매우 다양하였다. 합성시 생성된 상으로는 페롭스카이트, 파이로클로어 및 $A_{2}BO_{5}$산화물 등이 있으며, 본 계의 특성은 Hf의 함량증가에 따라 페롭스카이트 및 파이로클로어의 격자상수가 증가한다는 점이다. 이같은 현상은 육배위 자리를 차지하고 있는 Hf와 Ti의 이온반경의 차이에서 비롯된 것이다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2001년도 하계학술대회 논문집
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• pp.832-835
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• 2001

We report the structural and electrical properties of hafnium oxide (HfO$_2$) films with tungsten silicide (WSi$_2$) metal gate. In this study, HfO$_2$thin films were fabricated by oxidation of sputtered Hf metal films on Si, and WSi$_2$was deposited directly on HfO$_2$by LPCVD. The hysteresis windows in C-V curves of the WSi$_2$HfO$_2$/Si MOS capacitors were negligible (<20 mV), and had no dependence on frequency from 10 kHz to 1 MHz and bias ramp rate from 10 mV to 1 V. In addition, leakage current was very low in the range of 10$^{-9}$ ~10$^{-10}$ A to ~ 1 V, which was due to the formation of interfacial hafnium silicate layer between HfO$_2$and Si. After PMA (post metallization annealing) of the WSi$_2$/HfO$_2$/Si MOS capacitors at 500 $^{\circ}C$ EOT (equivalent oxide thickness) was reduced from 26 to 22 $\AA$ and the leakage current was reduced by approximately one order as compared to that measured before annealing. These results indicate that the effect of fluorine diffusion is negligible and annealing minimizes the etching damage.