• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.8 no.3
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• pp.49-53
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• 2001

Vortical etching experiments of ($SrBi_2Ta_2O_9$)/Si thin films have been performed by using the inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-ME) apparatus. The purposes of these experiments are to get the effective area of vertical surface. Because this technology is very important to get good qualities of ferroelectric gate structure, capacitor and the minimum parasitic effects related to the excellent performances of the FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) device. The reacting gases were Ar and $Cl_2$gases, and various $Ar/C1_2$flow ratios were used. The etching experiments were carried out at various RF powers such as 700, 700, 500W and at various DC powers such as 200, 150, 100, 50W, respectively. The maximum etch rate of $SrBi_2Ta_2O_9$/Si thin films was 1050 A/min at the $Ar/C1_2$ gas ratio of 20/16, RF power of 700 W and DC power of 200 W. From the SEM (scanning electron microscopy) image of the SBT thin films, the wall angle was as good as about $82^{\circ}$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.191.2-191.2
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• 2015

Details of carrier dynamics in self-assembled quantum dots (QDs) with a particular attention to nonradiative processes are not only interesting for fundamental physics, but it is also relevant to performance of optoelectronic devices and the exploitation of nanocrystals in practical applications. In general, the possible processes in such systems can be considered as radiative relaxation, carrier transfer between dots of different dimensions, Auger nonradiactive scattering, thermal escape from the dot, and trapping in surface and/or defects states. Authors of recent studies have proposed a mechanism for the carrier dynamics of time-resolved photoluminescence CdTe (a type II-VI QDs) systems. This mechanism involves the activation of phonons mediated by electron-phonon interactions. Confinement of both electrons and holes is strongly dependent on the thermal escape process, which can include multi-longitudinal optical phonon absorption resulting from carriers trapped in QD surface defects. Furthermore, the discrete quantized energies in the QD density of states (1S, 2S, 1P, etc.) arise mainly from ${\delta}$-functions in the QDs, which are related to different orbitals. Multiple discrete transitions between well separated energy states may play a critical role in carrier dynamics at low temperature when the thermal escape processes is not available. The decay time in QD structures slightly increases with temperature due to the redistribution of the QDs into discrete levels. Among II-VI QDs, wide-gap CdZnTe QD structures characterized by large excitonic binding energies are of great interest because of their potential use in optoelectronic devices that operate in the green spectral range. Furthermore, CdZnTe layers have emerged as excellent candidates for possible fabrication of ferroelectric non-volatile flash memory. In this study, we investigated the optical properties of CdZnTe/ZnTe QDs on Si substrate grown using molecular beam epitaxy. Time-resolved and temperature-dependent PL measurements were carried out in order to investigate the temperature-dependent carrier dynamics and the activation energy of CdZnTe/ZnTe QDs on Si substrate.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.07b
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• pp.624-627
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• 2003

The BLT thin-films were one of the promising ferroelectric materials with a good leakage current and degradation behavior on Pt electrode. The BLT target was sintered at $1100^{\circ}C$ for 4 hours at the air ambient. $Bi_{3.25}La_{0.75}Ti_3O_{12}$ (BLT) thin-film deposited on $Pt/Ti/SIO_2/Si$ wafer by rf magnetron sputtering method. At annealed $700^{\circ}C$, (117) and (006) peaks appeared the high intensity. The hysteresis loop of the BLT thin films showed that the remanent polarization ($2Pr=Pr^+-Pr^-$) was $16uC/cm^2$ and leakage current density was $1.8{\times}10^{-9}A/cm^2$ at 50 kV/cm with coersive electric field when BLT thin-films were annealed at $700^{\circ}C$. Also, the thin film showed fatigue property at least up to $10^{10}$ switching bipolar pulse cycles under 7 V. Therefore, we induce access to optimum fabrication condition of memory device application by rf-magnetron sputtering method in this report.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1998.02a
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• pp.80-80
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• 1998

RU02 박막은 전이금속으로서 rutile 구조이며, 넓은 온도 영역에서 금속성의 를 나타내고, 700도 이상의 높은 온도에서 열적 안정성을 갖는 물질이다 이러한 특성 때문 에 RU02 박막은 실리콘 디바이스에서 배선 게이트 전극 확산 장벽 등에 응용가능성이 높 은 물질로 각광을 받고 있다- 특히 다결정 RU02 박막은 DRAM (dynamic random access m memory) 내의 강유전성 축전기의 전극으로서 유망한 물질이다. 지금까지 이러한 응용분야에 사용된 전극물질은 pt 금속이었다 그러나 이러한 금속전극은 SI 산소 그리고 강유전체의 구성물질 등과의 상호확산, pt 표면의 hillock의 존재로 생기는 전기적 단락, 기판과의 나쁜 점작성, 어려운 에칭 프로세스 등의 단점을 가지고 있다 더욱 더 심각한 문제는 P Pt'ferroelectric/Pt 구조에서 나타나는 aging과 fatigue인데, 이는 108 사이쿨 이후에 스위칭 가 능한 잔류 pOlarization 으$\mid$ 감소를 유발하게 된다- 최근 Berstein은 Pt 대신에 RU02를 사용함으로써 강유전체 축전기에서의 fatigue 현상을 크게 감소시켰다고 보고 한 바 있다 Burst川도 RU02 가 실리콘 표면과 유전체 물질 사이에 전기전도 어떠한 상호 확산도 일어나지 않음을 보였다. 그러나 이러한 연구 결과에도 증착조건과 RU02 박악의 특성에 관한 상호 관계가 충분히 더욱 더 중은 강유전성 박막올 만들기 위해서는 이러한 박막 전극에 않고 있다 연구되지 대한 상세한 연구가 반드시 필요하다고 본다. RU02 박막은 실리콘 기판 위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 사용 한 타켓은 2 인치의 직경을 가지는 CERAC 사에서 제작한 Ruol다 초기 진공은 1O~6 Torr 이하였고, 고주파 전력은 20 - 80W 까지 변화시켰다 반응성 스퍼터링율 하기 위해 아르곤과 산소롤 주입하였고, 산소/(산소+아르곤)의 비를 변화시켰다 기판의 온도와 증착압력은 각각 상온에 서 500도까지 , 5mTorr에 서 100mTorr 까지 변 화시 켰 다 RU02 박막의 결정성을 조사하기 위해 XRD 표면 형상과 단면을 조사하기 위해 SEM을 사용하였다‘ 박악의 비저항을 조사하기 위해 4-단자법 van der Pauw 방법을 사용하였다. RU02 박막은 증착압력이 높을수록 비저항은 높아지고, 두께는 감소하였다. 특히 1 100mTorr에서는 작업가스와 스퍼터된 입자사이의 심각한 산란 때문에 아예 증착이 이루어 지지 않았다‘ RF 전력이 증가할수록 비저항이 낮아졌다. 이는 두께에 의존하는 결과이며 전형적인 금속박막에서 나타나는 현상과 유사함을 알 수 있었다- 기판온도와 작업가스의 산소 분압이 높을수록 비저항이 감소하였다‘ 이러한 사실은 성장한 박악의 결정구조와 밀접한 관련이 있음을 보여준다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.216.1-216.1
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• 2013

PZT 박막은 강유전 특성과 압전소자 특성을 나타내는 물질로 DRAM (dynamic random acess memory)과 FRAM (ferroelectric RAM) 등의 기억소자용 capacitor와 MEMS (micro electro mechanical system) 소자의 압전 물질로 사용하기 위한 연구가 진행중에 있다. 하지만 이러한 연구에서는 PZT 박막의 전기적 특성 향상을 주목적으로 연구가 진행되어 왔다. 특히, 박막 공정중 발생하는 plasma에 의한 PZT의 전기적 특성 변화가 박막 표면의 물리적 변화에 기인할 것으로 추정하고 있지만 이에 대한 구체적인 연구는 미비하다. 이 연구에서는 plasma에 의한 PZT 박막 표면의 물리적 특성 변화를 연구하기 위하여 PZT 박막을 sol-gel을 이용하여 Si 기판위에 약 100 nm의 두께로 증착하였으며, 이후 최대 300 W의 Ar plasma로 plasma power을 증가시켜 각각 10분간 plasma처리를 실시하였다. PZT 박막 표면의 nano-mechanics 특성을 분석하기 위하여 Nano-indenter와 Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM)을 사용하여 surface hardness, surface morphology를 확인하였고 특히, surface potential 분석을 통하여 PZT 박막 표면의 plasma에 의한 박막 극 표면의 전기적 특성 변화를 연구하였다. 이 연구로 plasma에 의한 PZT 박막은 표면으로부터 최대 43 nm 깊이에서의 hardness는 최대 5.1 GPa에서 최소 4.3 GPa의 분포로 plasma power 변화에 의한 특성은 측정 불가능하였다. 이는 plasma에 의한 영향이 시료 극 표면에 국한되어 나타나기 때문으로 추정되며 이를 보완하기 위하여 surface potential을 분석하였다. 결과에 의하면 plasma power가 0 W에서 300 W로 증가함에 따라 potential이 30 mV에서 -20 mV로 감소하였으나 potential의 분산은 100 W에서 최대인 17 mV로 측정되었으며, 이때 RMS roughness역시 가장 높은 20.145 nm로 측정되었다. 특히, 100 W에서 potential에서는 물결 모양과 같은 일정한 패턴의 potential 무늬가 확인되었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.2
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• pp.202-208
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• 1997

Bi-layered SrBi2Ta2O9(SBT) films were deposited on Pt/Ti/SiO2/Si sibstrates by rf magnetron sputt-ering at room temperature and then were annealed at 75$0^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$ and 85$0^{\circ}C$ for 1 hour in oxygen at-mosphere. The film composition of SrBi2Ta2O9 was obtained after depositing at room temperature and annealing at 80$0^{\circ}C$. Excess 20mole% Bi2O3 and 30 mole% SrCO3 were added to the target to compensate for the lack of Bi and Sr in SBT film. 200 nm thick SBT film exhibited and dense microstructure, adielectric constant of 210, and a dissipation factor of 0.05 at 1 MHz frequency. The films exhibited Curie temperature of 32$0^{\circ}C$ and a dielectric constant of 314 at that temperature under 100 kHz frequency. The remanent polarization(2Pr) and the coercive field(2Ec) of the SBT films were 9.1 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and 85 kV/cm at an applied voltage of 3V, resspectively and the SBT film showed a fatigue-free characteristics up to 1010 cy-cles under 5V bipolar pulse. The leakage current density of the SBT film was about 7$\times$10-7A/$\textrm{cm}^2$ at 150 kV/cm. Fatigue-free SBT films prepared by rf magnetron sputtering can be suitable for application to non-volatile memory device.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.9 no.3
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• pp.258-262
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• 2000

$YMnO_3$thin films are deposited on Si(100) and $Y_2O_3/Si(100)$ substrate by radio frequency sputtering. The deposition condition of oxygen partial pressure and annealing temperature have significant influences on the preferred orientation of $YMnO_3$film and the size of memory window. The results of x-ray diffraction show that the film deposited in the oxygen partial pressure of 0% is highly oriented along c-axis after annealing at $870^{\circ}C$ for 1 hr in oxygen ambient. However, the films deposited on Si and $Y_2O_3/Si$ in the oxygen partial pressures of 20% show $Y_2O_3$ peak, the excess $Y_2O_3$ in the $YMnO_3$film suppresses the c-axis oriented crystallization. Especially memory windows of the $Pt/YMnO_3/Y_2O_3/Si$ capacitor are 0.67~3.65 V at applied voltage of 2~12 V, which is 3 times higher than that of the film deposited on $Y_2O_3/Si$ in 20% oxygen (0.19~1.21 V) at the same gate voltage because the film deposited in 0% oxygen is well crystallized along c-axis.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.4
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• pp.599-604
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• 1998

We have investigated Pt and $RuO_2$ as a bottom electrode for ferroelectric capacitor applications. The bottom electrodes were prepared by using an RF magnetron sputtering method. Some of the investigated parameters were a substrate temperature, gas flow rate, RF power for the film growth, and post annealing effect. The substrate temperature strongly influenced the surface morphology and resistivity of the bottom electrodes as well as the film crystallographic structure. XRD results on Pt films showed a mixed phase of (111) and (200) peak for the substrate temperature ranged from RT to $200^{\circ}C$, and a preferred (111) orientation for $300^{\circ}C$. From the XRD and AFM results, we recommend the substrate temperature of $300^{\circ}C$ and RF power 80W for the Pt bottom electrode growth. With the variation of an oxygen partial pressure from 0 to 50%, we learned that only Ru metal was grown with 0~5% of $O_2$ gas, mixed phase of Ru and $RuO_2$ for $O_ 2$ partial pressure between 10~40%, and a pure $RuO_2$ phase with $O_2$ partial pressure of 50%. This result indicates that a double layer of $RuO_2/Ru$ can be grown in a process with the modulation of gas flow rate. Double layer structure is expected to reduce the fatigue problem while keeping a low electrical resistivity. As post anneal temperature was increased from RT to $700^{\circ}C$, the resistivity of Pt and $RuO_2$ was decreased linearly. This paper presents the optimized process conditions of the bottom electrodes for memory device applications.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.11 no.5
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• pp.367-371
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• 2001

In this paper, theS $r_2$(T $a_{1-x}$ , N $b_{x}$)$_2$ $O_{7}$(STNO) films among ferroelectric materials having a low dielectric constant for metal-ferroelectric-semiconductor field effect transistor(MFS-FET) were discussed. The STNO thin films were deposited on p-type Si(100) at room temperature by co-sputtering with S $r_2$N $b_2$ $O_{7(SNO)}$ ceramic target and T $a_2$ $O_{5}$ ceramic target. The composition of STNO thin films was varied by adjusting the power ratios of SNO target and T $a_2$ $O_{5}$ target. The STNO films were annealed at 8$50^{\circ}C$, 90$0^{\circ}C$ and 9$50^{\circ}C$ temperature in oxygen ambient for 1 hour. The value of x has significantly influenced the structure and electrical properties of the STNO films. In the case of x= 0.4, the crystallinity of the STNO films annealed at 9$50^{\circ}C$ was observed well and the memory windows of the Pt/STNO/Si structure were 0.5-8.3 V at applied voltage of 3-9 V and leakage current density was 7.9$\times$10$_{08}$A/$\textrm{cm}^2$ at applied voltage of -5V.of -5V.V.V.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.257-257
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• 2007

고밀도 FeRAM (Ferroe!ectric Random Access Memory) 소자를 개발하기 위해서는 강유전체 물질을 이용한 안정적인 스텍형의 커패시터 개발이 필수적이다. 특히 $(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 강유전체 물질을 이용하는 경우에는 낮은 열처리 온도에서도 균질하고 높은 값의 잔류 분극 값을 확보하는 것이 가장 중요한 과제 중의 하나이다. 불행히도, BLT 물질은 a-축으로는 약 $50\;{\mu}C/cm^2$ 정도의 높은 잔류 분극 값을 갖지만, c-축 방향으로는 $4\;{\mu}C/cm^2$ 정도의 낮은 잔류 분극 값을 나타내는 동의 강한 비등방성 특성을 보인다. 따라서 BLT 박막에서 각각 입자들의 크기 및 결정 방향성을 세밀하게 제어하는 것은 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 16 Mb의 1T/1C (1-transistor/1-capacitor) 형의 FeRAM 소자를 BLT 박막을 적용하여 제작하였다. 솔-젤 (sol-gel) 용액을 이용하여 스핀코팅법으로 BLT 박막을 증착하고, 후속 열처리 공정을 RTP (rapid thermal process) 공정을 이용하여 수행하였다. 커패시터의 하부 전극 및 상부 전극은 각각 Pt/IrOx/lr 및 Pt을 적용하였다. 반응성 이온 에칭 (RIE: reactive ion etching) 공정을 이용하여 커패시터를 형성시킨 후, 32k-array (unit capacitor: $0.68\;{\mu}m$) 패턴에서 측정한 스위칭 분극 (dP=P*-P^) 값은 약 $16\;{\mu}C/cm^2$ 정도이고, 웨이퍼 내에서의 균일도도 2.8% 정도로 매우 우수한 특성을 보였다. 그러나 단위 셀들의 특성을 평가하기 위하여 bit-line의 전압을 측정한 결과, 약 10% 정도의 커패시터에서 불량이 발생하였다. 그리고 이러한 불량 젤들은 매우 불규칙적으로 분포함을 확인할 수 있었다. 이러한 불량 원인을 파악하기 위하여 양호한 젤과 불량이 발생한 셀에서의 BLT 박막의 미세구조를 분석하였다. 양호한 셀의 BLT 박막 입자들은 불량한 셀에 비하여 작고 비교적 균일한 크기를 갖고 있었다. 이에 비하여 불량한 셀에서의 BLT 박막에는 과대 성장한 입자들이 존재하고 이에 따라서 입자 크기가 매우 불균질한 것으로 확인되었다. 또 이러한 과대 성장한 입자들은 거의 모두 c-축 배향성을 나타내었다. 이상의 실험 결과들로부터, BLT 박막을 이용하여 제작한 FeRAM 소자에서 발생하는 불규칙한 셀 불량의 주된 원인은 c-축 배향성을 갖는 과대 성장한 입자의 생성임을 알 수 있었다. 즉 BLT 박막을 이용하여 FeRAM 소자를 제작하는 경우, 균일한 크기의 입자 및 c-축 배향성의 입자 억제가 매우 중요한 기술적 요소임을 알 수 있었다.