RF Sputtering 법으로 제작한 강유전체 메모리의 하부전극용$RuO_2$ 박막의 특성에 관한 연구 Properties of $RuO_2$ Thin Films for Bottom Electrode in Ferroelectric Memory by Using the RF Sputtering원문보기
RF magnetron reactive sputtering 법으로 $RuO_2$박막을 제작하여, O2/(Ar+O2) 비와 기판온도에 따른 박막의 결정화 특성, 미세구조, 표면거칠기, 전기적 비저항을 조사하였다. O2/(Ar+O2) 비가 감소하고 기판온도가 증가함에 따라 $RuO_2$ 박막은 (110) 면에서 (101) 면으로 우선배향방향이 변하였다. O2/(Ar+O2) 비가20% 에서 50% 로 증가함에 따라, $RuO_2$박막의 표면거칠기는 2.38nm 에서 7.81nm로, 비저항은 $103.6 \mu\Omega-cm\; 에서\; 227 \mu\Omega-cm$로 증가하는 추세를 나타내는 반면에, 증착속도는 47nm/min에서 17nm/min 로 감소하였다. 기판온도가 상온에서 $500^{\circ}C$ 로 증가함에 따라 비저항은 $210.4\mu\Omega-cm\; 에서\; 93.7\mu\Omega-cm$로 감소하였고, 표면거칠기는$300^{\circ}C$ 에서 증착한 박막이 2.3nm 로 가장 우수하였다. 열처리 온도가$400^{\circ}C$에서$650^{\circ}C$ 로 증가함에 따라 비저항은 $RuO_2$ 박막의 결정성 향상으로 인해 감소하였다. 이들 결과로부터 02/(Ar+02) 비 20%, 기판온도 loot 에서 증착한 $RuO_2$ 박막의 표면거칠기 및 비저항 특성이 가장 우수하여 강유전체 박막의 하부전극으로 사용하기에 적합함을 알 수 있었다.
RF magnetron reactive sputtering 법으로 $RuO_2$ 박막을 제작하여, O2/(Ar+O2) 비와 기판온도에 따른 박막의 결정화 특성, 미세구조, 표면거칠기, 전기적 비저항을 조사하였다. O2/(Ar+O2) 비가 감소하고 기판온도가 증가함에 따라 $RuO_2$ 박막은 (110) 면에서 (101) 면으로 우선배향방향이 변하였다. O2/(Ar+O2) 비가20% 에서 50% 로 증가함에 따라, $RuO_2$박막의 표면거칠기는 2.38nm 에서 7.81nm로, 비저항은 $103.6 \mu\Omega-cm\; 에서\; 227 \mu\Omega-cm$로 증가하는 추세를 나타내는 반면에, 증착속도는 47nm/min에서 17nm/min 로 감소하였다. 기판온도가 상온에서 $500^{\circ}C$ 로 증가함에 따라 비저항은 $210.4\mu\Omega-cm\; 에서\; 93.7\mu\Omega-cm$로 감소하였고, 표면거칠기는$300^{\circ}C$ 에서 증착한 박막이 2.3nm 로 가장 우수하였다. 열처리 온도가$400^{\circ}C$에서$650^{\circ}C$ 로 증가함에 따라 비저항은 $RuO_2$ 박막의 결정성 향상으로 인해 감소하였다. 이들 결과로부터 02/(Ar+02) 비 20%, 기판온도 loot 에서 증착한 $RuO_2$ 박막의 표면거칠기 및 비저항 특성이 가장 우수하여 강유전체 박막의 하부전극으로 사용하기에 적합함을 알 수 있었다.
$RuO_2$ thin films are prepared by RP magnetron reactive sputtering and their characteristics of crystalliBation,microstructure, surface roughness and resistivity are studied with various O2/(Ar+O2)ratios and substrate temperatures. As O2/(Ar+O2) ratio decreases and substrate temperature ...
$RuO_2$ thin films are prepared by RP magnetron reactive sputtering and their characteristics of crystalliBation,microstructure, surface roughness and resistivity are studied with various O2/(Ar+O2)ratios and substrate temperatures. As O2/(Ar+O2) ratio decreases and substrate temperature increases, the preferred growing plane of$RuO_2$ thin films are changed from (110) to (101) plane. With increase of the 021(Ar+O2) ratio from 2075 to 50%, the surface roughness and the resistivity of $RuO_2$ thin films increase from 2.38nm to 7.81nm, and from $103.6 \mu\Omega-cm\; to \; 227 \mu\Omega-cm$, respectively, but the deposition rate decreases from 47nm/min to 17nm/min. On the other hand, as the substrate temperature increases from room temperature to$500^{\circ}C$, resistivity decreases from $210.5 \mu\Omega-cm\; to \; 93.7\mu\Omega-cm$. $RuO_2$ thin film deposited at $300^{\circ}C$ shows a excellent surface roughness of 2.38 m. As the annealing temperature increases in the range between $400^{\circ}C$ and $650^{\circ}C$, the resistivity decreases because of the improvement of crystallinity. We find that RuO$_2$ thin film deposited at 20% of 02/(Ar+O2) ratio and $300^{\circ}C$ of substrate temperature shows excellent combination of surface smoothness and low resistivity so that it is well qualified for bottom electrode for ferroelectric thin films.
$RuO_2$ thin films are prepared by RP magnetron reactive sputtering and their characteristics of crystalliBation,microstructure, surface roughness and resistivity are studied with various O2/(Ar+O2)ratios and substrate temperatures. As O2/(Ar+O2) ratio decreases and substrate temperature increases, the preferred growing plane of$RuO_2$ thin films are changed from (110) to (101) plane. With increase of the 021(Ar+O2) ratio from 2075 to 50%, the surface roughness and the resistivity of $RuO_2$ thin films increase from 2.38nm to 7.81nm, and from $103.6 \mu\Omega-cm\; to \; 227 \mu\Omega-cm$, respectively, but the deposition rate decreases from 47nm/min to 17nm/min. On the other hand, as the substrate temperature increases from room temperature to$500^{\circ}C$, resistivity decreases from $210.5 \mu\Omega-cm\; to \; 93.7\mu\Omega-cm$. $RuO_2$ thin film deposited at $300^{\circ}C$ shows a excellent surface roughness of 2.38 m. As the annealing temperature increases in the range between $400^{\circ}C$ and $650^{\circ}C$, the resistivity decreases because of the improvement of crystallinity. We find that RuO$_2$ thin film deposited at 20% of 02/(Ar+O2) ratio and $300^{\circ}C$ of substrate temperature shows excellent combination of surface smoothness and low resistivity so that it is well qualified for bottom electrode for ferroelectric thin films.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
강유전체 박막의 누설전류 및 절연파괴 특성은 하부전극의 표면 거칠기에 의해 상당히 큰 영향을 받기 때문에 매우 중요하나 이에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 RF magnetron reactive sputtering 법을 이용하여 RuO2 박막의 제작시, 산소농도 및 기판 온도가 RuO2 박막의 미세구조, 결정성, 비저항과 특히 미세구조와 연관하여 표면거칠기에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 바탕으로 우수한 특성의 RuO2 박막 제작을 위한 증착조건을 확립하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 RF magnetron reactive sputtering 법을 이용하여 RuO2 박막의 제작시, 산소농도 및 기판 온도가 RuO2 박막의 미세구조, 결정성, 비저항과 특히 미세구조와 연관하여 표면거칠기에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 바탕으로 우수한 특성의 RuO2 박막 제작을 위한 증착조건을 확립하고자 하였다.
제안 방법
I water 를 이용하여 세척을 한 후, 건조 N2 gas 를 사용하여 기판을 건조시켰다. Ar 과 O2 혼합비를 mass flow controller (MFC) 로 조절하여 O2/(Ar+O2) 비를 20, 30, 40, 50% 로 변화시켰다. 증착에 사용된 RF power 는 125W 이고, 기판온도는 기판을 가열하지 않은 경우에서부터 200, 300, 400, 500℃ 까지 변화시켰다.
RF magnetron reactive sputtering 법으로 RuO2 박막을 제작하여, O2/(Ar+O2) 비와 기판온도에 따른 박막의 결정화 특성, 미세구조, 표면거칠기, 전기적 비저항을 조사하였다. XRD 를 이용하여 RuO2 박막의 결정화 특성을 관찰한 결과, 모든 증착조건에서 RuO2 단일상이 관찰되었고, O2/(Ar+O2) 비가 감소하고 기판온도가 증가함에 따라 (110) 면에서 (101)면으로 우선배향방향이 변하였다.
RuO2 박막의 결정화 특성은 X-Ray Diffractometer(PHILIPS PW 3020, CuIE) 를 이용하여 분석하였고, 미세구조는 SEM 을 이용하여 관찰하였다. RuO2 박막의 두께는 a -step surface profilometer 와 SEM 을 이용하여 구하였고, 박막의 표면거칠기는 AFM 을 이용하여 관찰하였다.
SEM 을 이용하여 관찰하였다. RuO2 박막의 두께는 a -step surface profilometer 와 SEM 을 이용하여 구하였고, 박막의 표면거칠기는 AFM 을 이용하여 관찰하였다. 비저항은 Four-point probe 를 이용하여 측정한 면저항에 RuO2 박막의 두께를 곱하여 구하였다.
RuO2 박막의 두께는 a -step surface profilometer 와 SEM 을 이용하여 구하였고, 박막의 표면거칠기는 AFM 을 이용하여 관찰하였다. 비저항은 Four-point probe 를 이용하여 측정한 면저항에 RuO2 박막의 두께를 곱하여 구하였다.
RuO2 박막의 증착 조건을 table 1에 요약해서 나타내었다. 증착된 RuO2 박막을 분위기 제어 없이 furnace 에서 후열처리하여 후열처리 온도에 따른 특성 변화도 조사하였다.
Ar 과 O2 혼합비를 mass flow controller (MFC) 로 조절하여 O2/(Ar+O2) 비를 20, 30, 40, 50% 로 변화시켰다. 증착에 사용된 RF power 는 125W 이고, 기판온도는 기판을 가열하지 않은 경우에서부터 200, 300, 400, 500℃ 까지 변화시켰다. 박막을 증착시키기 전의 초기 진공도는 3×10-6 torr 이하로 유지시켰으며, 작업 압력은 2×10-3 torr 로 일정하게 유지시켰다.
9%) 이고 기판은 SiO2 (1200Å)/ p-type (100) Si 구조이다. 증착전에 기판의 표면에 존재할 수 있는 유기물의 제거를 위하여 TCE(trichloroethylene), aceton, isopropanol 그리고 D.I water 를 이용하여 세척을 한 후, 건조 N2 gas 를 사용하여 기판을 건조시켰다. Ar 과 O2 혼합비를 mass flow controller (MFC) 로 조절하여 O2/(Ar+O2) 비를 20, 30, 40, 50% 로 변화시켰다.
대상 데이터
RuO2 박막의 배향성과 결정성을 조사하기 위해 박막용 XRD 를 사용하였다.
RuO2 박막증착에 사용된 target 은 Ru metal (순도: 99.9%) 이고 기판은 SiO2 (1200Å)/ p-type (100) Si 구조이다. 증착전에 기판의 표면에 존재할 수 있는 유기물의 제거를 위하여 TCE(trichloroethylene), aceton, isopropanol 그리고 D.
이론/모형
본 연구에서는 RF magnetron reactive sputtering법을 이용하여 RuO2 박막을 제작하였다. 실험에 사용된 RF magnetron sputtering 장치는 Fig.
성능/효과
7 μΩ-㎝ 로 감소하였다. O2/(Ar+O2) 의 비를 20%, 기판온도를 300℃ 로 하여 증착시킨 박막을 분위기 제어 없이 furnace 에서 30분 동안 후열처리 하였을 때 후열처리 온도가 400 ℃ 에서 6501 로 증가함에 따라 비저항은 78.3μΩ-㎝ 에서 61.8 μΩ-㎝ 로 감소하였다.
조사하였다. XRD 를 이용하여 RuO2 박막의 결정화 특성을 관찰한 결과, 모든 증착조건에서 RuO2 단일상이 관찰되었고, O2/(Ar+O2) 비가 감소하고 기판온도가 증가함에 따라 (110) 면에서 (101)면으로 우선배향방향이 변하였다. 이는 adatom 들의 mobility 가 증가하기 때문이다.
6 은 O2/(Ar + O2) 의 비를 20%로 고정시키고, 기판온도를 상온에서 500℃ 로 변화시키며 증착시킨 박막의 표면거칠기를 AFM 으로 조사한 결과를 나타낸 것이다. 기판온도가 상온에서 300℃ 까지는 박막의 표면거칠기 (RMS roughness) 가 3.25 ㎚ 에서 2.38 ㎚ 으로 감소하였으며 400℃, 500℃가 되면 표면거칠기가 각각 4.48 ㎚, 4.74 run로 증가하였다. 이는 Fig.
이상의 결과로부터, O2/(Ar + O2) 비 20%, 기판 온도 300℃ 의 조건에서 증착한 RuO2 박막이 표면 거칠기가 2.38 ㎚ 로 가장 우수하고, 650℃ 에서 후열처리 하였을 때 비저항도 61.8 μΩ-㎝로 비교적 작아 강유전체 박막의 하부전극으로 사용하기에 가장 적합함을 알 수 있었다.
7 에 기판온도를 300℃ 로 고정시키고 O2/(Ar + O2) 의 비를 20 에서 50% 로 변화시키며 증착시킨 박막의 비저항과 증착속도를 나타내었다. 증착 속도는 O2/(Ar+O2) 의 비가 20% 에서 50%로 증가함에 따라 47 ㎚/min 에서 17 ㎚/min으로 감소하였다. 산소의 양이 감소함에 따라 증착속도가 증가하는 것은 플라즈마내의 산소양이 감소함에 따라 상대적으로 질량이 큰 아르곤의 양이 많아져서 target에 충돌하는 이온의 평균에너지가 증가하기 때문이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.