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- 저자 : 엄승현(Seoung Hyun Eum) (검색결과 2 건)
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RF Sputtering의 증착 조건에 따른 HfO<sub>2</sub> 박막의 Nanocrystal에 의한 Nano-Mechanics 특성 연구
김주영,김수인,이규영,권구은,김민석,엄승현,정현진,조용석,박승호,이창우,Kim, Joo-Young,Kim, Soo-In,Lee, Kyu-Young,Kwon, Ku-Eun,Kim, Min-Suk,Eum, Seoung-Hyun,Jung, Hyun-Jean,Jo, Yong-Seok,Park, Seung-Ho,Lee, Chang-Woo 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.5
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. Over the last decade, the hafnium-based gate dielectric materials have been studied for many application fields. Because these materials had excellent behaviors for suppressing the quantum-mechanical tunneling through the thinner dielectric layer with higher dielectric constant (high-K) than $SiO_2$ gate oxides. Although high-K materials compensated the deterioration of electrical properties for decreasing the thickness of dielectric layer in MOSFET structure, their nano-mechanical properties of $HfO_2$ thin film features were hardly known. Thus, we examined nano-mechanical properties of the Hafnium oxide ($HfO_2$) thin film in order to optimize the gate dielectric layer. The $HfO_2$ thin films were deposited by rf magnetron sputter using hafnium (99.99%) target according to various oxygen gas flows. After deposition, the $HfO_2$ thin films were annealed after annealing at $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ for 20 min in nitrogen ambient. From the results, the current density of $HfO_2$ thin film for 8 sccm oxygen gas flow became better performance with increasing annealing temperature. The nano-indenter and Weibull distribution were measured by a quantitative calculation of the thin film stress. The $HfO_2$ thin film after annealing at $400^{\circ}C$ had tensile stress. However, the $HfO_2$ thin film with increasing the annealing temperature up to $800^{\circ}C$ had changed compressive stress. This could be due to the nanocrystal of the $HfO_2$ thin film. In particular, the $HfO_2$ thin film after annealing at $400^{\circ}C$ had lower tensile stress, such as 5.35 GPa for the oxygen gas flow of 4 sccm and 5.54 GPa for the oxygen gas flow of 8 sccm. While the $HfO_2$ thin film after annealing at $800^{\circ}C$ had increased the stress value, such as 9.09 GPa for the oxygen gas flow of 4 sccm and 8.17 GPa for the oxygen gas flow of 8 sccm. From these results, the temperature dependence of stress state of $HfO_2$ thin films were understood.
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RF Sputtering의 증착 조건에 따른 HfO₂ 박막의 Nanocrystal에 의한 Nano-Mechanics 특성 연구
김주영(Joo Young Kim),김수인(Soo In Kim),이규영(Kyu Young Lee),권구은(Ku Eun Kwon),김민석(Min Suk Kim),엄승현(Seoung Hyun Eum),정현진(Hyun Jean Jung),조용석(Yong Seok Jo),박승호(Seung Ho Park),이창우(Chang Woo Lee) 한국진공학회(ASCT) 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.5
재 Hf (Hafnium)을 기반으로한 게이트 유전체의 연구는 여러 분야에서 다양하게 진행되어져 왔다. 이는 기존의 SiO₂보다 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 HfO₂에 대한 nano-mechanical 특성 연구는 부족한 상태이므로 본 연구에서는 게이트 절연층으로 최적화하기 위하여 HfO₂ 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℃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, HfO₂ 박막의 stress는 as-deposited 시료를 기준으로 400℃에서는 tensile stress로 변화되었다. 그러나 온도가 증가(600, 800℃)할수록 compressive stress로 변화 되었다. 특히, 400℃ 열처리한 시료에서 hardness 값이 (산소유량 4 sccm : 5.35 GPa, 8 sccm : 5.54 GPa) 가장 감소되었다. 반면에 800℃ 열처리한 시료에서는(산소유량 4 sccm : 8.09 GPa, 8sccm : 8.17 GPa) 크게 증가된 것을 확인하였다. 이를 통해 온도에 따른 HfO₂ 박막의 stress 변화를 해석하였다. Over the last decade, the hafnium-based gate dielectric materials have been studied for many application fields. Because these materials had excellent behaviors for suppressing the quantum-mechanical tunneling through the thinner dielectric layer with higher dielectric constant (high-K) than SiO₂ gate oxides. Although high-K materials compensated the deterioration of electrical properties for decreasing the thickness of dielectric layer in MOSFET structure, their nano-mechanical properties of HfO₂ thin film features were hardly known. Thus, we examined nano-mechanical properties of the Hafnium oxide (HfO2) thin film in order to optimize the gate dielectric layer. The HfO₂ thin films were deposited by rf magnetron sputter using hafnium (99.99%) target according to various oxygen gas flows. After deposition, the HfO₂ thin films were annealed after annealing at 400℃, 600℃ and 800℃ for 20 min in nitrogen ambient. From the results, the current density of HfO₂ thin film for 8 sccm oxygen gas flow became better performance with increasing annealing temperature. The nano-indenter and Weibull distribution were measured by a quantitative calculation of the thin film stress. The HfO₂ thin film after annealing at 400℃ had tensile stress. However, the HfO₂ thin film with increasing the annealing temperature up to 800℃ had changed compressive stress. This could be due to the nanocrystal of the HfO₂ thin film. In particular, the HfO₂ thin film after annealing at 400℃ had lower tensile stress, such as 5.35 GPa for the oxygen gas flow of 4 sccm and 5.54 GPa for the oxygen gas flow of 8 sccm. While the HfO₂ thin film after annealing at 800℃ had increased the stress value, such as 9.09 GPa for the oxygen gas flow of 4 sccm and 8.17 GPa for the oxygen gas flow of 8 sccm. From these results, the temperature dependence of stress state of HfO₂ thin films were understood.
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