Titanium과 Cobalt Silicide에 관한 연구

장의구,김상용 중앙대학교 기술과학연구소 1989 기술과학연구소 논문집 Vol.19 No.-

A composite polycide structure consisting of referactory metal and noble metal silicide film on top of polysilicon has been considered as a replacement for polysilicon as a gate electrode and interconnect line in MOSFET integrated circuits. In this paper presents divice characteristics of MOS with ?? polycide and ?? polycide gate. Also, evaporated Ti, Co films on polysilicon has been annealed by RTA and furnace annealing in N(??) ambient at ternperature of 400℃-1000℃. The Ti-, Co-silicide formation is characterized by 4-point probe, silicide growth rate and its reproductivity has been examined by SEM.

薄膜 MOS 構造의 固定表面電荷에 關한 硏究

장의구,유석빈 중앙대학교 기술과학연구소 1989 기술과학연구소 논문집 Vol.19 No.-

Very thin gate oxide(100-300Å) MOS capacitor has been fabricated. The effect of series resistance must be calculated and the exact metal-semiconductor work function difference should be obtained to get the fixed oxide charge density exisiting in oxide. Dilute oxidation make easy to control oxide thickness and reduce fixed oxide charge density. In case of dilute oxidation, fixed oxide charge density depends on oxidation time. If oxide is very thin, the annealing effect is ignored.

Cl_2/Ar 프라즈마에 의한 (Ba,Sr)TiO_3 박막의 식각 Damage에 관한 연구

최성기,장의구 중앙대학교 기술과학연구소 2000 기술과학연구소 논문집 Vol.30 No.-

고유전율의 (Ba,Sr)TiO_3 박막을 Cl_2/Ar의 비율을 변화하면서 ICP(inductively coupled plasma) 이용하여 식각하였다. Cl_2(20)/Ar(80)에서 최대 식각률인 400A˚/min을 얻었고, Pt와 감광막과의 선택비는 0.4와 0.2를 나타내었다. XPS (x-ray photoelectron spectroscopy), AFM(atomic force microscopy), XRD (x-ray diffraction)를 이용하여 식각 후 박막 표면을 분석하였다. 높은 비등점 때문에 Ba-Cl과 Ti-Cl 결합의 식각 잔여물이 BST 박막의 표면의그레인 사이에 재증착하여, 표면 rms 거칠기를 감소시키고 결정성을 변화시켰다. High dielectric (Ba,Sr)TiO_3 thin films were etched in an inductively coupled plasma(ICP) as a function of Cl_2/Ar gas mixing ratio. Under Cl_2(20)/Ar(80), the maximum etch rate of the BST films was 400A˚/min and selectivities of BST to Pt and PR were obtained 0.4 and 0.2, respectively. We investigated the etched surface of BST by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), atomic force microscopy (AFM) and x-ray diffraction (XRD). Residues of Ba-Cl and Ti-Cl bonds remained between grains of BST surface for high boiling point, decreased surface rms roughness and changed crystallinity of BST surface.

매몰채널 pMOSFET의 짧은 채널 특성 개선에 관한 연구

이철인,장의구 중앙대학교 기술과학연구소 1994 기술과학연구소 논문집 Vol.24 No.-

We have studied the characteristics of pMOSFET with short channel effects of buried channel. Threshold voltage dependence and potential distribution with ion implantation condition and impurity profile of channel region were studied. MOSFET has buried channel in the depth of about 0.15㎛ by counter-doped boronion implantation for threshold voltage adjustment. In this paper, we have presented a method to extract process and design by computer simulation.

유도결합 플라즈마를 이용한 백금 박막의 식각 연구

김남훈,장의구,김창일 중앙대학교 기술과학연구소 1998 기술과학연구소 논문집 Vol.28 No.-

반도체 메모리 소자가 기가 비트급 이상으로 집적화 되어짐에 따라서, DRAM의 정전 용량 확보를 위하여 강유전체막 캐패시터의 연구에 관심이 집중되어졌다. 일반적으로 강유전체 물질들은 하부전극 물질 위에 sol-gel법 등과 같은 고온-산소 분위기의 화학적 방법으로 증착되어진다. 백금은 그 화학적 안정도 때문에 가장 유력한 하부 전극 물질로 대두되고 있다. 하지만, 백금은 어떠한 식각 가스와도 쉽게 휘발성 물질을 생성하지 않는 단점이 있기 때문에 플라즈마 식각의 어려움이 있다. 따라서, 고집적 메모리 소자의 개발을 위해서는 백금 박막의 식각에 관한 연구가 선결되어져야 한다. 본논문에서는 유도 결합 Cl₂/AR, HBr/Cl₂/Ar 플라즈마를 이용한 백금 박막의 식가에 관한 연구를 수행하였다. 또한 O₂ 가스첨각가 백금 박막의 식각에 미치는 영향에 고나하여 연구하였다. 플라즈마 진단은 Langmuir 탐침과 OES 및 QMS를 이용하였고, 식각 후 표면 반응에 관한 조사는 XPS를 이용하였으며 식각 형상은 SEM을 이용해서 관찰하였다. 처음으로, Cl₂/Ar 프라즈마를 이용한 식각 하였을 때 보다도, 10% Cl₂/90% Ar 조성비일 때가 분당 1450A 정도로 더 높았다. 하지만, 식각 형상에서 펜스 현상이 SEM 사진을 통해서 관찰되어졌고, XPS 분석에 의해 그 주용 성분이 Pt-Cl의 화합물 형태임을 확인하였다. 다음으로 HBr 가스의 백금 박막의 식각에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. HBr 가스의 분압이 높아질수록 마스트로서의 산화막에 대한 선택비는 다소 향상되는 반면, 백금 박막의 식각 속도는 현저히 감소함을 볼 수 있었다. 마지막으로 O₂ 가스의 첨가가 백금 박막의 식각에 미치는 효과에 대한 연구를 수행하였다. 10% Cl₂/90% Ar 가스 조성비를 유지할 수 O₂ 가스를 5% 첨가하였을 때, 식각 속도의 저하 없이 펜스 현상이 사라짐과 식각 속도의 저하 없이 펜스 현상이 사라짐과 식각 경사도가 60°가량으로 향상되어짐을 관찰할 수 있었다. 또한 산화막과의 선택비는 2.4 이상으로 양호한 결과를 얻을 수 있었다. As highly integrated memory device develops above giga bit, dynamic random access memory (DRAM) requires the capacitor of high dielectric films. Generally, high dielectric materials are prepared on the bottom electrode by chemical methods including sol-gel method with high temperature and oxygen ambient. Pt is the most promising material as bottom electrode owing to its good chemical stability. However, Pt has the drawback of plasma etching because Pt does not easily produce volatile compounds with any etching gas. Therefore, it is the first priority to develop the technology for plasma etching of Pt film in order to achieve the highly integrated memory device. In this study, the etching mechanism of Pt film in inductively coupled plasma etching of Pt film in inductively coupled plasma (ICP) were investigated by using Cl₂/Ar, HBr/Cl₂/Ar plasmas, respectively. And then the additive O₂ gas influence on the etching of Pt film was examined. Surface reaction of Pt etching was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). Etch profile was observed by scanning electron microscopy (SEM). And plasma characteristics was investigated by Langmuir probe, optical emission spectroscopy (OES) and quadrapole mass spectrometer (QMS). First, the experimental results etched by using Cl /Ar gas chemistry. It is found that the highest etch rate as about 1450 A was obtained at 10% Cl₂/90% Ar gas mixing ratio. However, the fence phenomenon was observed by SEM photograph. The redeposited materials on the pattern sidewall were analyzed into mainly gas in (HB+Cl₂) gas mixing under 90% Ar gas mixing made the fence-free profile and raised the etch slope as about 60° without reducing etch rate of Pt film. And the selectivity increases above 2.4.

N₂O분위기에서 oxynitridation에 의해 형성된 게이트 유전체의 특성

배성식,장의구 중앙대학교 생산공학연구소 1993 생산공학연구소 논문집 Vol.2 No.2

N₂O가스 분위기에서 실리콘 기판상에 직접 열산화한 oxynitride막과 10nm 및 19nm 열산화막을 재산화시킨 oxynitride막의 전기적 특성을 연구하였다. 게이트 산화막을 질화한 질산화막은 기존의 열산화막을 대체할 수 있는 유전체로서 촉망받고 있는 재료의 하나이다. 질화의 방식 가운데서, N₂O분위기에서의 열산화는 암모니아 질화에서 나타나는 수소 관련 전자트랩핑을 피할 수 있다. N₂O가스로 산화시킬 때, Si/SiO₂계면에서의 질소 축적(pile-up)이 관찰되었다. Si/SiO₂계면에서의 질소 축적은 산화율을 상당히 감소시키는 산화제 확산 장벽을 작용했다. 그리고 Si/SiO₂계면으로의 질소 도입은 계면에서의 막구조를 강화시켰을 뿐만 아니라 게이트 유전체의 질을 개선시켰다. 이 공정에 의해 형성된 oxynitride막은 Si/SiO₂계면에서의 질소 축적에 기인하여 막성장율이 쉽게 제어되었다. 본 논문에서, oxynitidation은 전기로에서 수행되었으며, oxynitride막의 특성은 AES분석, 성장율, C-V, I-V 및 절연파괴특성을 분석함으로서 조사되었다. Electricial characteristics of gate dielectircs formed by oxidation of bare and oxidized(10nm and 19nm oxide) silicon in nitrous oxide gas(N₂O) have been studied. Nitrogen incorporation into the gate oxide is one of the promising methods as a possible alternatives to thermal oxides. Among the methods of nitridation thermal oxidation in N₂O ambient is capable of avoiding the H-related electron trapping which shown in the NH₃nitridation. During the N₂O oxidation, nitrogen pile-up at Si/SiO₂interface is observed. Nitrogen pile-up at Si/SiO₂interface acted as a oxidant diffusion barrier that reduces the oxidation rate significantly. And the incorporation of nitrogen at Si/SiO₂interface not only strengthens oxynitride structure at the interface but improves the gate dielectric quality. Oxynitride films formed by this process control film growth rate easily due to nitrogen pile-up at Si/SiO₂interface. In this paper, the oxynitridation is performed by the conventional furnace and the properties of the oxynitride films haven been investigated by analyzing the AES(Auger Electron Spectroscopy), growth rate, C-V, I-V and breakdown characteristics.

광분광기 (OES)를 사용한 SBT 박막의 식각 특성 연구

신성욱,장의구 중앙대학교 기술과학연구소 2000 기술과학연구소 논문집 Vol.30 No.-

본 논문에서는 SrBi_2Ta_2O_9 (SBT) 박막의 식각 (특히 Cl_2 가스에 대한)에 대한 연구가 거의 이루어지지 않아 RF 전력, dc 바이어스 그리고 Cl_2/(Cl_2+Ar) 가스 혼합비에 따라 고밀도 플라즈마를 이용하여 SBT 박막을 식각하였으며 OES (optical emission spectroscopy)를 이용하여 그 표면 반응을 연구하였다. SBT 박막의 식각 속도는 Ar 이온들의 물리적인 스퍼터링 (sputtering)보다는 Cl 라디칼과 SBT 박막의 각 성분과의 화학적 반응이 첨가되었을 때 더 효과적이었다. 가스 혼합비에 따라서 OES로 측정한 Cl 라디칼의 밀도 변화는 SBT 박막의 식각속도 변화와 잘 일치하였다. 그러므로 플라즈마 내의 Cl 라디칼과 SBT 박막의 각 성분들은 그 식각속도를 증가시키고 이러한 결과들은 XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) 분석으로 검증하였다. In this paper, since the research on the etching of SrBi_2Ta_2O_9 (SBT) thin film was few (specially Cl_2-base), we had studied the surface reaction of SBT thin films using the OES in high density plasma etching as a function of RF power, dc bias voltage, and Cl_2/(Cl_2+Ar) gas mixing ratio. The change of Cl radical density that is measured by the OES as a function of gas combination showed the change of the etch rate of SBT thin films. Therefore, the chemical reactions between Cl radical in plasma and components of the SBT enhance to increase the etch rates of SBT thin films and these results were confirmed by XPS analysis.

유도결합 플라즈마를 이용한 PZT 박막 식각특성에 관한 연구

안태현,김창일,서용진,장의구 중앙대학교 기술과학연구소 1999 기술과학연구소 논문집 Vol.29 No.-

졸-겔 법을 통해 PZT 박막을 2500 Å을 정착하였고 열처리를 통해 페로브스카이트 상을 얻었다. ICP 장비를 이용하여 Ar(20)/??/?? 가스 조합에 따른 플라즈마에서 기판 온도를 변화시키면서 PZT식각을 수행하였다. 가스 조건으로는 Ar/??:20/80, 기판온도는 80℃, 소오스 파워 500 W, dc 바이어스 전압은 -300 V, 반응로 압력 200 mTorr에서 PZT대 TR과 Pt의 식각 선택비는 각각 0.9, 3.9를 각각 얻었고, PZT 식각속도는 2450 A/min을 얻었다. ?? 가스는 상온에서 응결하므로 공정 반응로까지 이어지는 가스관에 정온 코일을 감아주기 때문에 가판온도을 올리기 전에 이미 데워져 있기 때문으로 여겨진다. 그러나 식각속도는 증가하였다. 이는 B와 BCl의 라디칼이 O와 결합하여?? 그리고/또는 ??의 휘발생 물질을 생성하여 metallic Pb, Zr, Ti가 표면으로 많이 노출되어 Cl 라디칼과 결합이 용이하기 때문에 식각속도가 증가한다고 판단된다. 또한 /?? 가스조건과 80°이상의 식각 프로파일을 얻었다. In this study, PZT etching was performed using plannar inductively coupled Ar(20)/??/?? plasma. The etch rate of PZT film was 2450 Å/min at Ar/?? gas mixing ratio and substrate temperature of 80℃. As increasing content of ??, the selectivities of PZT to Pr and PR increase linearly, and are directly proportional to substrate temperature in less than amount of 50% ??. However, at the condition over 50% ??, the etch rate of PZT have no dependence on the substrate temperature. The selectivities of PZT to Pt and PR were 3.9 and 0.9, respectively at the Ar(20)/??(80) gas mixing ratio and the substrate temperature of 80℃. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis for film composition of etched PZT surface was utilized. The chemical bond of PbO is broken by ion bombardment and Cl radical, and the peak of metal Pb in a Pb 4f narrow can begins to appear upon etching. As increasing additive ?? content, the relative content of oxygen decreases rapidly, in contrast with etch rate of PZT thin film. So, we thought content of oxygen decreases rapidly, in contrast with etch rate of PZT thin film. So, we thought content of oxygen decreases rapidly, in contrast with etch rate of PZT thin film increased because abundant B and BCl radicals made volatile oxy-compound such as ?? and/or ?? bond. To understand etching mechanism, Langmuir probe and optical emission spectroscopy (OES) analysis were utilized for plasma diagnostic.

N₂O 가스로 열산화된 게이트 산화막의 전기적 특성

김태형,김창일,최현식,장의구,서용진,이철인 중앙대학교 생산공학연구소 1992 생산공학연구소 논문집 Vol.1 No.2

미래의 ULSI 소자의 게이트 산화막으로 이용하기 위하여 N₂O 가스 분위기에서 기존의 전기로를 이용한 실리콘의 열산화에 의해 N₂O 산화막을 형성하였고, MOS 소자를 제작하여 전기적 특성을 고찰하였다. 900℃에서 90분간 산화한 N₂O 산화막의 경우, 플랫밴드 전압(??), 고정전하밀도(??)와 플랫밴드 전압의 변화량(??)은 각각 0.81 [V], ?? [??]와 80∼95[mV]를 나타내었다. N₂O 산화막의 전기전도기구는 저전계 영역에서는 Fowler-Nordheim 터널링, 고전계영역에서는 Poole-Frenkel 방출이 지배적으로 나타났고, 절연파괴전계는 16 [MV/㎝]로 높게 나타났다. 따라서 N₂O 산화로 형성된 게이트 산화막이 ULSI 소자의 게이트 유전체로 응용이 가능하리라 생각된다. In order to applicate gate insulators in future ULSI devices, electrical properties was investigated in MOS device with N₂O oxide grown by thermal oxidation using conventional furnace in N₂O ambient. For the sample oxidized at 900℃ for 90 min, Flatband voltage(??), fixed charge density(??) and shifts of flatband voltage(??) after BTS was obtained 0.81 [V], ?? [??] and 80∼95[mV], respectively. The dominant conduction mechanism of N₂O oxide appeared to be Fowler-Nordheim tunneling in the low electrical field region(4-6 [MV/㎝]) and to be Poole-Frenkel emission in the high electrical field region( 9 [MV/㎝] or above). Dielectrics breakdown fields of N₂O oxide appeared about 16 [MV/㎝]. These results suggest that the N₂O oxides is a promising candidate for ultrathin gate dielectric for MOS ULSI applications.

고밀도 플라즈마에 의해 식각된 SrBi_2Ta_2O_9 박막의 표면 반응 연구

김동표,김창일,장의구 중앙대학교 기술과학연구소 2000 기술과학연구소 논문집 Vol.30 No.-

본 연구에서 SBT 박막은 Cl_2양을 변화하면서 Cl_2/Ar 가스 플라즈마를 이용하여 식각하였다. 최대 식각 속도는 Cl_2(20%)/Ar(80%) 가스혼합비에서 883A˚/min 이었다. Cl_2 가스양이 증가함에 따라서 SBT 박막의 식각 속도는 감소하였다. 이는 Ar 이온의 물리적 스퍼터링에 의한 영향이 화확 반응에 의한 식각보다 우세하게 작용함을 의미한다. 식각 메커니즘을 규명하기 위하여 optical emission spectroscopy (OES), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), secondary ion mass spectrometry (SIMS)와 atomic force microscopy (AFM) 분석을 하였다. AFM 분석결과에서 Ar이나 Cl12 플라즈마를 이용하여 식각된 시료의 표면 거칠기 rms 값이 식각전의 시료나 Cl_2/Ar 플라즈마로 식각된 시료보다 크다. 이는 식각된 시료에서의 Bi 양의 감소나 비휘발성 식각 잔류물에 의한 영향이다. XPS와 SIMS 분석을 통하여 검증하였다. SBT thin films were etched at different content of Cl_2 in Cl_2/Ar. The maximum etch rate of SBT was 883A˚/min in Cl_2(20%)/Ar(80%). As Cl_2 gas increased in Cl_2/Ar gas plasma, the etch rate decreased. The result indicates that physical sputtering of Ar ion is dominant to chemical reaction in etching SBT thin films. To evaluate the etching mechanism of SBT thin films, optical emission spectroscopy (OES), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), secondary ion mass spectrometry (SIMS) and atomic force microscopy (AFM) were carried out. From the result of AFM, the rms values of etched samples in Ar only or Cl_2 only plasma were higher than that of as-deposited, Cl_2/Ar. This can be illustrated by a decrease of Bi content or nonvolatile etching products(Sr-Cl and Ta-Cl), which are revealed by XPS and SIMS.