[학위논문]반도체 메모리 응용을 위한 direct 및 remote 플라즈마 ALD법을 이용한 HZO 박막의 특성 연구 A Study on the Characteristics of HZO Thin Films Prepared by Direct and Remote Plasma ALD for the Application to Semiconductor Memory원문보기
수 nm 두께의 강유전성 HZO 박막을 증착하는 대표적인 방법인 PEALD 방법은 플라즈마 인가 방법에 따라 DPALD와 RPALD 방법으로 나뉘어지는데 이중 DPALD로의 연구가 활발히 이루어지고 있으며, RPALD 방법으로 복합 박막의 증착 및 평가에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 기존 DPALD에 대한 연구를 기반으로 하여, RPALD 방법으로 단일 박막의 ...
수 nm 두께의 강유전성 HZO 박막을 증착하는 대표적인 방법인 PEALD 방법은 플라즈마 인가 방법에 따라 DPALD와 RPALD 방법으로 나뉘어지는데 이중 DPALD로의 연구가 활발히 이루어지고 있으며, RPALD 방법으로 복합 박막의 증착 및 평가에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 기존 DPALD에 대한 연구를 기반으로 하여, RPALD 방법으로 단일 박막의 증착 공정 조건을 최적화하고 이를 바탕으로 HZO 복합 박막을 증착하였다. 플라즈마 인가 방법에 따라 두 가지 방법으로 증착한 HZO 박막의 물리적, 화학적 및 전기적 특성을 비교하였으며, 도출된 결과를 바탕으로 하여 증착 방법에 따라 전기적 특성에 차이가 발생하는 원인에 대하여 고찰하였다. RPALD 방법으로 HZO 복합 박막의 증착에 앞서 HfO2 및 ZrO2 단일 박막의 증착온도에 따라 증착하여 ALD window를 확인하였다. 또한, RPALD가 ALD 특성을 갖는다는 것을 확인하기 위해 전구체 주입 시간 및 공정 cycle 수에 따른 self-limiting 특성을 확인하였고 측정한 결과를 통해 얻은 GPC를 통해 HfO2 및 ZrO2를 1:1 비율로 하여 약 10nm 두께의 HZO 박막을 증착하였다. 증착 방법에 따라 증착 직후의 HfO2 단일 박막에서 결정성 차이와 열처리 이후의 결정성, 밀도 및 화학적 결합 상태에 대한 차이가 관찰되었다. 전기적 특성 측정 결과, 결정성과 일치하는 전기적 특성을 확인할 수 있었으며 o-phase가 우세한 DPALD 방법으로 증착한 HZO 박막은 우수한 잔류 분극 값을 가지며 t-phase가 우세한 RPALD 방법으로 증착한 HZO 박막은 우수한 fatigue endurance 특성을 나타내었다. fatigue endurance 특성이 우수한 원인을 고찰하기 위해, 측정 온도에 따른 실험을 추가적으로 진행하였으며, 결과를 통해 우수한 내구성은 박막내 존재하는 oxygen vacancy의 이동도에 기인한다고 고찰하였다.
수 nm 두께의 강유전성 HZO 박막을 증착하는 대표적인 방법인 PEALD 방법은 플라즈마 인가 방법에 따라 DPALD와 RPALD 방법으로 나뉘어지는데 이중 DPALD로의 연구가 활발히 이루어지고 있으며, RPALD 방법으로 복합 박막의 증착 및 평가에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 기존 DPALD에 대한 연구를 기반으로 하여, RPALD 방법으로 단일 박막의 증착 공정 조건을 최적화하고 이를 바탕으로 HZO 복합 박막을 증착하였다. 플라즈마 인가 방법에 따라 두 가지 방법으로 증착한 HZO 박막의 물리적, 화학적 및 전기적 특성을 비교하였으며, 도출된 결과를 바탕으로 하여 증착 방법에 따라 전기적 특성에 차이가 발생하는 원인에 대하여 고찰하였다. RPALD 방법으로 HZO 복합 박막의 증착에 앞서 HfO2 및 ZrO2 단일 박막의 증착온도에 따라 증착하여 ALD window를 확인하였다. 또한, RPALD가 ALD 특성을 갖는다는 것을 확인하기 위해 전구체 주입 시간 및 공정 cycle 수에 따른 self-limiting 특성을 확인하였고 측정한 결과를 통해 얻은 GPC를 통해 HfO2 및 ZrO2를 1:1 비율로 하여 약 10nm 두께의 HZO 박막을 증착하였다. 증착 방법에 따라 증착 직후의 HfO2 단일 박막에서 결정성 차이와 열처리 이후의 결정성, 밀도 및 화학적 결합 상태에 대한 차이가 관찰되었다. 전기적 특성 측정 결과, 결정성과 일치하는 전기적 특성을 확인할 수 있었으며 o-phase가 우세한 DPALD 방법으로 증착한 HZO 박막은 우수한 잔류 분극 값을 가지며 t-phase가 우세한 RPALD 방법으로 증착한 HZO 박막은 우수한 fatigue endurance 특성을 나타내었다. fatigue endurance 특성이 우수한 원인을 고찰하기 위해, 측정 온도에 따른 실험을 추가적으로 진행하였으며, 결과를 통해 우수한 내구성은 박막내 존재하는 oxygen vacancy의 이동도에 기인한다고 고찰하였다.
The PEALD, which is a representative method for depositing nanoscale HZO thin films, is divided in to DPALD and RPALD methods according to the plasma application. Between them, studies on DPALD have been conducting but research on RPALD method has been rarely conducted. In this study, based on t...
The PEALD, which is a representative method for depositing nanoscale HZO thin films, is divided in to DPALD and RPALD methods according to the plasma application. Between them, studies on DPALD have been conducting but research on RPALD method has been rarely conducted. In this study, based on the existing research on DPALD, the RPALD method was used to optimize the deposition process conditions for a single thin film, and based on this, an HZO composite thin film was deposited. The physical, chemical and electrical properties of the HZO thin films deposited by the two methods according to the plasma application method were compared, Prior to the deposition of the HZO composite thin film by the RPALD method, the ALD window was confirmed by depositing HfO2 and ZrO2 single thin films according to the deposition temperature. In addition, to confirm that RPALD has ALD characteristics, the self-limiting characteristics according to the precursor injection time and the number of process cycles were confirmed. Thick HZO thin films were deposited. Depending on the deposition method, differences in crystallinity, density, and chemical bond state were observed in the HfO2 single thin film immediately after deposition and after heat treatment. As a result of measuring the electrical properties, it was confirmed that the electrical properties matched the crystallinity. The HZO thin film deposited by the o-phase-dominant DPALD method had excellent residual polarization values, and the HZO thin film deposited by the t-phase-dominant RPALD method had excellent fatigue endurance. characteristics were shown. In order to investigate the cause of the excellent fatigue endurance characteristics, an experiment according to the measurement temperature was additionally conducted, and through the results, it was considered that the excellent durability was due to the mobility of oxygen vacancy existing in the thin film.
The PEALD, which is a representative method for depositing nanoscale HZO thin films, is divided in to DPALD and RPALD methods according to the plasma application. Between them, studies on DPALD have been conducting but research on RPALD method has been rarely conducted. In this study, based on the existing research on DPALD, the RPALD method was used to optimize the deposition process conditions for a single thin film, and based on this, an HZO composite thin film was deposited. The physical, chemical and electrical properties of the HZO thin films deposited by the two methods according to the plasma application method were compared, Prior to the deposition of the HZO composite thin film by the RPALD method, the ALD window was confirmed by depositing HfO2 and ZrO2 single thin films according to the deposition temperature. In addition, to confirm that RPALD has ALD characteristics, the self-limiting characteristics according to the precursor injection time and the number of process cycles were confirmed. Thick HZO thin films were deposited. Depending on the deposition method, differences in crystallinity, density, and chemical bond state were observed in the HfO2 single thin film immediately after deposition and after heat treatment. As a result of measuring the electrical properties, it was confirmed that the electrical properties matched the crystallinity. The HZO thin film deposited by the o-phase-dominant DPALD method had excellent residual polarization values, and the HZO thin film deposited by the t-phase-dominant RPALD method had excellent fatigue endurance. characteristics were shown. In order to investigate the cause of the excellent fatigue endurance characteristics, an experiment according to the measurement temperature was additionally conducted, and through the results, it was considered that the excellent durability was due to the mobility of oxygen vacancy existing in the thin film.
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