현재 전기, 전자, 우주, 자동차, 무기 등의 여러 분야에서 응용되고 있는 TaNx 다층박막저항체의 특성을 개선하기 위하여 magnetron sputtering법으로 TaNx박막을 제조한 후, 온도와 질소분압에 따른 전기저항 및 TCR특성 변화를 조사하였고, 미세조직이 이들 전기적 성질에 미치는 영향을알아보기 위해 상분석과 morphology를 관찰하였다. 그 결과, TaNx을 코팅한 박막의 전기저항은 $N_{2}$Ar이 0.4 이상에서, 금속전도특성에서 이온전도특성으로 변화하였으며,Cr이 TCR효과를 안정시키는 역할은 하여 TaNx/A $I_{2}$$O_{3}$보다 TaNx/Cr/A $i_{2}$$O_{3}$박막의 TCR특성이 더 안정하게 나타났다. 또한 TaNx/A $I_{2}$$O_{3}$박막과 TaNx/Cr/A $i_{2}$$O_{3}$박막의 경우 모두 $N_{2}$/Ar이 0-0.4정도에서 TCR효과에 좋은 특성을 나타내었다. X-선회절 실험 결과 $N_{2}$/Ar비가 1일 경우에 T $a_{2}$$N_{.8}$이 생성되었고, 분압이 증가함에 따라 비정질이 생성되었다. morphology가 $N_{2}$/Ar이 증가함에 따라 입자의 모양이 불연속아일랜드 형태로 변화하였으며, 이것은 질소분압에 따른 전기저항 변화와 일치하였다.다.
Polycrystalline SBTN ferroelectric thin films were prepared by sol-gel method with various Nb mole ratios on Pt/ $SiO_2$/Si (100) substrates. The films were annealed at different temperatures and characterized in terms of phase and microstructure. Relatively a well saturated hysteresis pattern was obtained at x =0.2 in S $r_{0.8}$B $i_{2.3}$(T $a_{1-x}$ N $b_{x}$)$_2$$O_{9+}$$\alpha$/ thin films. At an applied voltage of 5V, the dielectric constant ($\varepsilon$$_{r}$) and dissipation factor (tan $\delta$) of typical S $r_{0.8}$B $i_{2.3}$(T $a_{1-x}$ N $b_{x}$)$_2$$O_{9+}$$\alpha$/ thin film (x=0.2) were about 236.2 and 0.034. Measured remanent polarization (2Pr) and coercive field (Ec) were 4.28C/c $m_2$, and 38.88kv/cm respectively. No fatigue was observed up to 6$\times$10$_{10}$ switching cycles at 5V and the normalized polarization reduced by a factor of only 4%.%. 4%.%. 4%.%.%.%.%.
Ta$_2$O$_{5}$ film ale recognized as promising capacitor dielectric for future DRAM\`s. The electrical properties of Ta$_2$O$_{5}$films greatly depend on the heating condition. In the practical fabrication process, several annealing process, such as the annealing of Al in H$_2$(about 40$0^{\circ}C$) and reflow of BPSG (borophosphosilicate glass) film in $N_2$(about 80$0^{\circ}C$), exist after deposition of Ta$_2$O$_{5}$ film. In this paper, we describe the temperature effect on the electrical properties of W/Ta$_2$O$_{5}$/Si structure. The thin film of Ta$_2$O$_{5}$ and tungsten have been deposited on p-si(100) wafer using the sputtering system. The heating temperature was varied from 500 to 90$0^{\circ}C$ in $N_2$for 30min and The degree of temperature is 100\`C. In a log(J/E$^2$) Vs 1/E plot of typical I-V data, we find a linear relationship for the temperature of 500, $600^{\circ}C$ and as deposition. This could indicate Fowler-Nordheim tunneling as the dominant mode of current transports. However, we can not find a linear relationship for the temperature above $700^{\circ}C$. This could not indicate Fowler-Nordheim tunneling as the dominant mode of current transport. The high frequency (1MHz) capacitance-voltage (C-V) of W/Ta$_2$O$_{5}$/Si Capacitor were investigated on the basis of shift in the threshold voltage and dielectric constant. The magnitude of the threshold voltage and dielectric constant depends on the heating temperature, and increases with heating temperature.temperature.
$Ta_2O_5$박막은 고유전율의 특성으로 차세대 DRAM캐패시터 물질로 유망받고 있는 물질이다. 본 연구에서는 p-type(100)Si 웨이퍼 위에 열 MOCVD 방법으로 $Ta_2O_5$박막을 성장시켰으며 기판온도, 버블러 온도, 반응압력의 조업조건이 미치는 영향을 고찰하엿다. 증착된 박막은 SEM, XRD, XPS, FT-IR, AES, TEM, AFM을 이용하여 분석하였으며 질소나 산소 분위기의 furnace 열처리 (FA)와 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 통하여 열처리 효과를 살펴보았다. 반응온도에 따른 증착속도는 300 ~ $400 ^{\circ}C$ 범위에서 18.46kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 표면반응 율속단계와 400 ~ $450^{\circ}C$ 범위에서 1.9kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 물질전단 율속단계로 구분되었다. 버블러 온도는 $140^{\circ}C$일때 최대의 증착속도를 보였다. 반응압력에 따른 증착속도는 3torr에서 최대의 증착속도를 보였으나 굴절율은 0.1-1torr사이에 $Ta_2O_5$의 bulk값과 비슷한 2.1정도의 양호한 값이 얻어졌다. $400^{\circ}C$에서 층덮힘은 85.71%로 매우 양호하게 나타났으며 몬테카를로법에 의한 전산모사 결과와의 비교에 의해서 부착계수는 0.06으로 나타났다. FT-IR, AES, TEM 분석결과에 의하여 Si와 $Ta_2O_5$ 박막 계면의 산화막 두께는 FA-$O_{2}$ > RTA-$O_{2}$ ~ FA-$N_{2}$ > RTA-$N_{2}$ 순으로 성장하였다. 하지만 질소분위기에서 열처리한 박막은 산소분위기의 열처리경우에 비해 박막내의 산소성분의 부족으로 인한 그레인 사이의 결함이 많이 관찰되었다.
Capacitor material utilized in the downsizing passive devices and dynamic random access memory(DRAM) requires the physical and electrical properties at given area such as capacitor thickness reduction, relative dielectric constant increase, low leakage current and thermal stability. Common capacitor materials, $SiO_2$, $Si_3N_4$, $SiO_2$/$Si_3N_4$,TaN and et al., used until recently have reached their physical limits in their application to several hundred angstrom scale capacitor. $Ta_2O_{5}$ is known to be a good alternative to the existing materials for the capacitor application because of its high dielectric constant (25 ~35), low leakage current and high breakdown strength. Despite the numerous investigations of $Ta_2O_{5}$ material, there have little been established the clear understanding of the annealing effect on capacitance characteristic and conduction mechanism, design and fabrication for $Ta_2O_{5}$ film capacitor. This study presents the structure-property relationship of reactive-sputtered $Ta_2O_{5}$ MIM capacitor structure processed by annealing in a vacuum. X-ray diffraction patterns skewed the existence of amorphous phase in as-deposited condition and the formation of preferentially oriented-$Ta_2O_{5}$ in 670, $700^{\circ}C$ annealing. On 670, $700^{\circ}C$ annealing under the vacuum, the leakage current decrease and the enhanced temperature-capacitance characteristic stability. and the leakage current behavior is stable irrespective of applied electric field. The results states that keeping $Ta_2O_{5}$ annealed at vacuum gives rise to improvement of electrical characteristics in the capacitor by reducing oxygen-vacancy and the broken bond between Ta and O.
$Ta_2O_5$ 박막은 실리콘산화막, 실리콘질화막 박막에 비해 유전율은 높으나 누설전류밀도가 높고, 절연파괴강도가 낮아 DRAM의 커패시터용 재료로서 실용화가 되지 못하고 있다. 본 연구에서는 LPCVD법으로 형성시킨 $300{\AA}$ 두께의 $Ta_2O_5$ 유전체박막에 대해 후속열처리 또는 전극재료를 변화시켜 열악한 전기적 특성의 원인을 규명하고자 하였다. 그 결과 다결정 실리콘 전극의 경우 성막상태의 $Ta_2O_5$ 박막은 전극에 의한 환원반응에 의해 전기적 특성이 열화됨을 알 수 있었고, 이를 TiN 전극의 사용으로 억제시킬 수 있었다. 다결정 실리콘 전극의 경우 성막상태의 $Ta_2O_5$ 유전체는 누설정류밀도가 $10^{-1}A/cm^2$, 절연파괴강도가 1.5MV/cm 정도였으며, $800^{\circ}C$에서 $O_2$열처리를 하면 전기적 특성은 개선되나, 유전율이 낮아진다 TiN 전극을 채용할 경우 누설전류밀도 $10^{-6}~10^{-7}A/cm^2$, 절연파괴강도 7~12MV/cm 로 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막과 비슷한 $Ta_2O_5$ 고유전막을 얻을 수 있었다.
J. M. Shin;Kim, J.;Kim, Y. M.;S. H. Han;Kim, H. J.
한국자기학회:학술대회 개요집
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한국자기학회 2002년도 동계연구발표회 논문개요집
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pp.214-215
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2002
High saturation magnetization (B$\_$s/) and excellent high frequency characteristics of magnetic thin films has been recognized as the most important requirement for further miniaturization and higher frequency operation in magnetic devices, such as magnetic heads and magnetic sensors. Up to now, Fe-X-N (X =Ti, Hf, and Al etc.) films with B$\_$s/ of 15 ∼ 19 kG and coercivity (H$\_$c/) of 0.5 ∼ 5.0 Oe have been successfully fabricated and proven to satisfy various requirements as a potential candidate for thin film head materials. (omitted)
The structural and electrical properties of the films are investigated as a function of nitrogen/argon ratio at room temperature and at various deposition temperatures. The phase changes as $Ta_2N$ or TaN in the films were observed as nitrogen/argon ratio increases from 3% to 25%. The phase changes were associated with a change in the resistivity and TCR (temperature coefficient of resistance) of the films. TCR values of the films deposited at room temperature and different nitrogen contents were negative, and strongly decreased with the increase in nitrogen/argon ratio. The Ta2N films deposited at nitrogen/argon ratio of 3% show improved TCR values and thermal stability with increasing deposition temperature. The $Ta_2N$ films grown at nitrogen/argon ratio of 3% and the temperature of $200^{\circ}C$ showed a TCR value of -47 $ppm/^{\circ}C$, which is close to near-zero TCR in the range of deposition temperature.
$WSi_2$, $TiSi_2$, $CoSi_2$, and $TaSi_2$ are general silicides used today in semiconductor devices. $WSi_2$ thin films have been proposed, studied and used recently in CMOS technology extensively to reduce sheet resistance of polysilicon and $n^{+}$ region. However, there are several serious problems encountered because $WSi_2$ is oxidized and forms a native oxide layer at the interface between $WSi_2$ and $Si_3$$N_4$. In this study, we have introduced 20 $slm-N_2$ gas from top to bottom of the furnace in order to control native oxide films between $WSi_2$ and $Si_3$$N_4$ film. In resulting SEM photographs, we have observed that the native oxide films at the surface of $WSi_2$ film are removed using the long injector system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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