• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.260-260
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• 2016

최근 고화질 및 대용량 영상의 등장으로 메모리 디바이스에 대한 연구가 활발하다. 메모리 디바이스의 oxide 층은 tunnel layer, trap layer와 blocking layer로 나누어지며, tunnel layer와 trap layer 사이 계면의 상태는 메모리 특성에 큰 영향을 준다. 한편, AlOx는 메모리 디바이스의 tunnel layer에 주로 적용되는 물질로서, AlOx를 형성하는 방법에는 진공공정을 이용하여 증착하는 방법과 알루미늄을 산화시켜 형성하는 방법이 있다. 그 중, 진공공정 방법인 RF 스퍼터를 이용하는 방법은 증착시 sputtering으로 인하여 표면에 손상을 주게 되어, 산화시켜 형성한 AlOx에 비해 막질이 좋지 않다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 우수한 막질의 메모리 디바이스를 제작하기 위하여 산화시켜 형성한 AlOx를 tunnel layer로 적용시킨 MOSCAP을 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 제작된 소자는 n-Si (1-20 ohm-cm) 기판을 사용하였다. Tunnel layer는 e-beam evaporator를 이용하여 Al을 5 nm 두께로 증착하고 퍼니스를 이용하여 O2 분위기에서 $300^{\circ}C$의 온도로 1시간 동안 산화시켜 AlOx을 형성하였으며, 비교군으로 RF 스퍼터를 이용하여 AlOx를 10 nm 두께로 증착한 소자를 같이 제작하였다. 순차적으로, trap layer와 blocking layer는 RF 스퍼터를 이용하여 각각 HfOx 30 nm와 SiOx 30 nm를 증착하였다. 마지막으로 전극 물질로는 Al을 e-beam evaporator를 이용하여 150 nm 두께로 증착하였다. 제작된 소자에서 메모리 측정을 한 결과, 같은 크기의 윈도우를 비교하였을 때 산화시킨 AlOx를 tunnel layer로 적용한 MOSCAP에서 더 적은 전압으로도 program 동작이 나타나는 것을 확인하였다. 또한 내구성을 확인하기 위해 program/erase를 103회 반복하여 endurance를 측정한 결과, 스퍼터로 증착한 AlOx를 적용한 MOSCAP에서는 24 %의 메모리 윈도우 감소가 일어난 반면에, 산화시킨 AlOx를 적용한 MOSCAP에서는 메모리 윈도우 감소가 5 % 미만으로 일어났다. 결과적으로 산화시킨 AlOx를 메모리소자의 tunnel layer로 적용한 MOSCAP에서 더 뛰어난 내구성을 나타냈으며, 추후 최적의 oxide 두께와 열처리 조건을 통해 더 뛰어난 메모리 특성을 가지는 메모리 디바이스 제작이 가능할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.160-160
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• 2007

금속 게이트 전극으로 활용하기 위해서 TiN 박막을 D.C. Magnetron reactive sputtering 방식으로 질소가스와 아르곤 가스 혼합가스를 이용하여 증착하여 MOSCAP을 제작하였다. 박막내의 질소의 조성은 혼합가스내의 질소가스의 분압을 변화시킴으로써 조절하였고, XPS를 이용하여 조성을 분석하였다. 또한 질소농도에 따른 전기적 특성의 분석은 I-V, C-V 측정을 통해 시험하였고 XRD를 이용하여 결정상 분석을 시행하였다. 박막내의 질소농도와 전기적 비저항은 질소분압이 높아짐에 따라 증가하였고, 박막의 workfunction 또한 질소농도의 변화에 따라 변화함을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.161-161
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• 2007

금속 게이트 전극으로 활용하기 위해서 두 가지의 금속박막으로 구성된 이중 금속층을 D.C. Magnetron sputtering 방식으로 증착하여 MOSCAP을 제작하였다. 박막의 적층 구조 및 열처리에 따른 계면반응을 AES, XPS를 통해 분석하였고, XRD 측정을 통해 결정상을 분석하였다. 또한 박막의 두께 및 열처리에 따른 전기적 특성과 workfunction 변화를 관찰하기 위해 I-V, C-V 분석을 진행하였다. 열처리 전후의 이중 금속층의 workfunction은 두 금속층의 확산의 정도에 따라서 열처리 전에는 하위금속층의 workfunction에서 열처리 후에는 상위금속층의 workfunction 값과의 중간값으로 변화하였다. 또한 열처리에 따라 두 금속층 중간에 새로운 금속간 화합물이 형성될 경우 이중 금속층의 workfunction은 새로운 금속간 화합물의 workfuction 값을 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.310-310
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• 2016

최근 NAND flash memory는 높은 집적성과 데이터의 비휘발성, 낮은 소비전력, 간단한 입, 출력 등의 장점들로 인해 핸드폰, MP3, USB 등의 휴대용 저장 장치 및 노트북 시장에서 많이 이용되어 왔다. 특히, 최근에는 smart watch, wearable device등과 같은 차세대 디스플레이 소자에 대한 관심이 증가함에 따라 유연하고 투명한 메모리 소자에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 대표적인 플래시 메모리 소자의 구조로 charge trapping type flash memory (CTF)가 있다. CTF 메모리 소자는 trap layer의 trap site를 이용하여 메모리 동작을 하는 소자이다. 하지만 작은 window의 크기, trap site의 열화로 인해 메모리 특성이 나빠지는 문제점 등이 있다. 따라서 최근, trap layer에 다양한 물질을 적용하여 CTF 소자의 문제점을 해결하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 특히, 산화물 반도체인 zinc oxide (ZnO)를 trap layer로 하는 CTF 메모리 소자가 최근 몇몇 보고 되었다. 산화물 반도체인 ZnO는 n-type 반도체이며, shallow와 deep trap site를 동시에 가지고 있는 독특한 물질이다. 이 특성으로 인해 메모리 소자의 programming 시에는 deep trap site에 charging이 일어나고, erasing 시에는 shallow trap site에 캐리어들이 쉽게 공급되면서 deep trap site에 갇혀있던 charge가 쉽게 de-trapped 된다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 본 실험에서는 산화물 반도체인 ZnO를 trap layer로 하는 CTF 소자의 메모리 특성을 확인하기 위해 간단한 구조인 metal-oxide capacitor (MOSCAP)구조로 제작하여 메모리 특성을 평가하였다. 먼저, RCA cleaning 처리된 n-Si bulk 기판 위에 tunnel layer인 SiO2 5 nm를 rf sputter로 증착한 후 furnace 장비를 이용하여 forming gas annealing을 $450^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 후 ZnO를 20 nm, SiO2를 30 nm rf sputter로 증착한 후, 상부전극을 E-beam evaporator 장비를 사용하여 Al 150 nm를 증착하였다. 제작된 소자의 신뢰성 및 내구성 평가를 위해 상온에서 retention과 endurance 측정을 진행하였다. 상온에서의 endurance 측정결과 1000 cycles에서 약 19.08%의 charge loss를 보였으며, Retention 측정결과, 10년 후 약 33.57%의 charge loss를 보여 좋은 메모리 특성을 가지는 것을 확인하였다. 본 실험 결과를 바탕으로, 차세대 메모리 시장에서 trap layer 물질로 산화물 반도체를 사용하는 CTF의 연구 및 계발, 활용가치가 높을 것으로 기대된다.

• Electrical & Electronic Materials
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• v.16 no.9
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• pp.64.2-65
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• 2003

A 4 nm layer of ZrOx (targeted x-2) was deposited on an interfacial layer(IL) of native oxide (SiO, t∼1.2 nm) surface on 200 mm Si wafers by a manufacturable atomic layer chemical vapor deposition technique at 30$0^{\circ}C$. Some as-deposited layers were subjected to a post-deposition, rapid thermal annealing at $700^{\circ}C$ for 5 min in flowing oxygen at atmospheric pressure. The experimental x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, high-resolution transmission electron microscopy, and high-resolution parallel electron energy loss spectroscopy results showed that a multiphase and heterogeneous structure evolved, which we call the Zr-O/IL/Si stack. The as-deposited Zr-O layer was amorphous $ZrO_2$-rich Zr silicate containing about 15% by volume of embedded $ZrO_2$ nanocrystals, which transformed to a glass nanoceramic (with over 90% by volume of predominantly tetragonal-$ZrO_2$(t-$ZrO_2$) and monoclinic-$ZrO_2$(m-$ZrO_2$) nanocrystals) upon annealing. The formation of disordered amorphous regions within some of the nanocrystals, as well as crystalline regions with defects, probably gave rise to lattice strains and deformations. The interfacial layer (IL) was partitioned into an upper Si $o_2$-rich Zr silicate and the lower $SiO_{x}$. The latter was sub-toichiometric and the average oxidation state increased from Si0.86$^{＋}$ in $SiO_{0.43}$ (as-deposited) to Si1.32$^{＋}$ in $SiO_{0.66}$ (annealed). This high oxygen deficiency in $SiO_{x}$ indicative of the low mobility of oxidizing specie in the Zr-O layer. The stacks were characterized for their dielectric properties in the Pt/{Zr-O/IL}/Si metal oxide-semiconductor capacitor(MOSCAP) configuration. The measured equivalent oxide thickness (EOT) was not consistent with the calculated EOT using a bilayer model of $ZrO_2$ and $SiO_2$, and the capacitance in accumulation (and therefore, EOT and kZr-O) was frequency dispersive, trends well documented in literature. This behavior is qualitatively explained in terms of the multi-layer nanostructure and nanochemistry that evolves.ves.ves.

• Journal of IKEEE
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• v.18 no.4
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• pp.447-455
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• 2014

In this research, n-based 4H-MOS Capacitor was fabricated with PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for improving SiC/$SiO_2$ interface properties known as main problem of 4H-SiC MOSFET. To overcome the problems of dry oxidation process such as lower growth rate, high interface trap density and low critical electric field of $SiO_2$, PECVD and NO annealing processes are used to MOS Capacitor fabrication. After fabrication, MOS Capacitor's interface properties were measured and evaluated by hi-lo C-V measure, I-V measure and SIMS. As a result of comparing the interface properties with the dry oxidation case, improved interface and oxide properties such as 20% reduced flatband voltage shift, 25% reduced effective oxide charge density, increased oxide breakdown field of 8MV/cm and best effective barrier height of 1.57eV, 69.05% reduced interface trap density in the range of 0.375~0.495eV under the conduction band are observed.