[논문]Sol-Gel 법을 이용한 PLT(28) 박막의 제작과 특성

강성준; 정양희; 류재흥

[국내논문] Sol-Gel 법을 이용한 PLT(28) 박막의 제작과 특성
Preparation and Characteristics of PLT(28) Thin Film Using Sol-Gel Method 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.9 no.7, 2005년, pp.1491 - 1496

강성준 (여수대학교 반도체학과) , 정양희 (여수대학교 전기공학과) , 류재흥 (여수대학교 컴퓨터공학과)

초록
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[ $Pb_{0.72}La_{0.28}TiO_3$ ] (PLT(28)) 박막을 sol-gel 법을 이용하여 제작한 후, 그 특성을 조사하여 ULSI DRAM 의 캐패시터 절연막으로서의 적용 가능성을 연구하였다. Sol-gel 법의 출발 물질로는 acetate 계를 사용하였다. TGA-DTA 분석을 통하여 PLT(28) 박막의 sol-gel 법에 의한 공정 조건을 확립하였다. 매 coating 후 $350^{\circ}C$ 에서 drying 하고, 마지막으로 $650^{\circ}C$ 에서 annealing 하여 $100\%$ perovskite 구조를 가지는 치밀하고 crack 이 없는 PLT(28) 박막을 얻었다. $Pt/Ti/SiO_2/Si$ 기판 위에 PLT(28) 박막을 형성하여 전기적 특성을 측정하였다. 그 결과 유전 상수와 누설전류밀도가 각각 936 과 $1.1{\mu}A/cm^2$ 으로 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We fabricated the $Pb_{0.72}La_{0.28}TiO_3$ (PLT(28)) thin film successfully by using the sol-gel method and characterized it to evaluate its potential for being utilized as the capacitor dielectrics of ULSI DRAMs. In our sol-gel process, the acetates were used as the starting materials. Through the TGA-DTA analysis, we established the excellent fabrication conditions of the sol-gel method for the PLT(28) thin film. We obtained the dense and crack-free PLT(28) thin film of $100\%$ perovskite phase by drying at $350^{\circ}C$ after each coating and final annealing at $650^{\circ}C$. Electrical properties of PLT(28) thin film were measured through formation on the $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate and its dielectric constant and leakage current density were measured as 936 and $1.1{\mu}A/cm^2$, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

즉 La 의 첨가량이 28 mol% 일 경우 이 강유전성 물질의 curie 온도가 -25℃ 정도가 되어 그 이상의 온도에서는 상유전상을 가짐으로서 DRAM 의 capacitor dielectric 에 적 용하기 에 알맞게 된 匸片‘61 강유전체 박막의 제작방법으로는 electron beam deposition, RF sputtering 등의 여러가지 방법이 있으나 최근에는 설비가 매우 간단하고 박막을 제조하는 시간이 짧게 걸려서 장비 면에 있어서나 가격 면에 있어서 유리하고 또한 조성을 제어하기가 용이하다는 장점을 가진 sol-gel 법이 많이 연구되어지고 있다.。이 본 연구 에서도 sol-gel 법을 이용하여 PLT(28) 박막을 제작하고 그 물성과 전기적 성질을 조사하여 ULSI DRAM 의 capacitor dielectric 으로서의 응용 가능성을 연구하였다.

제안 방법

Acetate 계를 원료로 하여 sol-gel 법 으로 PLT(28) 박 막을 제작하여 TGA-DTA 분석을 통하여 UXTC 부근에서 증류수와 용매의 증발, 330℃ 부근에서 금속 산화 물의 형성, 510℃ 부근에서 perovskite 상의 형성을 각각 관찰할 수 있었으며 위의 열분해 거동을 근거로 sol-gel 법에서의 열처리 과정을 결정하여 매 coating 후 350℃ 에서 drying 을 실시하고 650℃ 에서 최종적 으로 annealing 을 실시하여 100% 의 perovskite 상이 형성되는 최적의 박막 제작 조건을 확립하였다. 위에 언급한 최적의 박막 제작 조건을 이용하여 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 coating 한 PLT(28) 박막을 이용한 planar type 의 capacitor 를 제 작하여 측정한 전기적 특성은 다음과 같다.
PLT(28) 박막의 결정화및 결정의 배향성을 알아보 기 위해 Pt/Ti/SiO₂/Si 구조를 갖는 기판 위에 박막을 형 성시킨 후 650℃ 에서 30분간 열처리한 후 XRD 분석을 실시하였다. XRD 분석 결과는 Fig.
건조 gel 의 열분해 거동을 조사하기 위해 0.5 M sol 을 80℃ 에서 열처리하여 gel 화 시킨 후 10℃/min 의 승온속도로 공기중에서 DTA-TGA 열분석을 하였다. 그 결과를 Fig.
유기물이 분해되는 온도와 결정으로 상전이되는 온 도를 확인하고 유기물이 제거되어 최종적으로 얻어지 는 무기 산화물인 PLT(28) 의 무게 감량 정도를 확인 하기 위해 DTA-TGA 분석을 실시하였다. 결정화 특성 분석을 위하여 XRD 를, 또 막의 두께 및 미세 구조 관 찰은 SEM 을 이용하였다. 전기적 특성 분석은 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 챔숳 한 후 650℃ 에서 30분간 열처리한 PLT(28) 박막을 가지고 실시하였으며 특성 분석으로는 LCR meter (Stanford Research, SR720) 를 이용하여 주파수에 따른 유전상수 와 유전손실의 값을 측정하였고 Sawyer- Tower 회로를 이용하여 60Hz 에서 P-E hysteresis curve 를 측정하였다.
전기적 특성 분석은 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 챔숳 한 후 650℃ 에서 30분간 열처리한 PLT(28) 박막을 가지고 실시하였으며 특성 분석으로는 LCR meter (Stanford Research, SR720) 를 이용하여 주파수에 따른 유전상수 와 유전손실의 값을 측정하였고 Sawyer- Tower 회로를 이용하여 60Hz 에서 P-E hysteresis curve 를 측정하였다. 또 switching time 을 측정하였고 I-V curve (leakage current) 의 측정 에는 Parameter analyzer (HP 4145B) 를 사용하였다.
Acetate 계를 원료로 하여 sol-gel 법 으로 PLT(28) 박 막을 제작하여 TGA-DTA 분석을 통하여 UXTC 부근에서 증류수와 용매의 증발, 330℃ 부근에서 금속 산화 물의 형성, 510℃ 부근에서 perovskite 상의 형성을 각각 관찰할 수 있었으며 위의 열분해 거동을 근거로 sol-gel 법에서의 열처리 과정을 결정하여 매 coating 후 350℃ 에서 drying 을 실시하고 650℃ 에서 최종적 으로 annealing 을 실시하여 100% 의 perovskite 상이 형성되는 최적의 박막 제작 조건을 확립하였다. 위에 언급한 최적의 박막 제작 조건을 이용하여 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 coating 한 PLT(28) 박막을 이용한 planar type 의 capacitor 를 제 작하여 측정한 전기적 특성은 다음과 같다. P-E hysteresis curve 측정 결과 PLT(28) 박막은 paraelectric phase 를 가짐을 알 수 있었으며 100 Hz, 20.
유기물이 분해되는 온도와 결정으로 상전이되는 온 도를 확인하고 유기물이 제거되어 최종적으로 얻어지 는 무기 산화물인 PLT(28) 의 무게 감량 정도를 확인 하기 위해 DTA-TGA 분석을 실시하였다. 결정화 특성 분석을 위하여 XRD 를, 또 막의 두께 및 미세 구조 관 찰은 SEM 을 이용하였다.
본 실험에서 사용한 기판은 PVTi/SiOj/Si 의 구조를 갖도록 하였는데 P 형 Si wafer 위에 1000A 의 SiCh, 1000A 의 Ti, 1500A 의 Pt 를 증착하여 사용하였다. 이와 같은 기판 위에 제작된 PLT(28) 박막 위에 직경 0.8 nun 의 gold dot 를 E-beam evaporator 를 이용하여 증착시켜 planar type 의 캐패시터를 제작하였다.
결정화 특성 분석을 위하여 XRD 를, 또 막의 두께 및 미세 구조 관 찰은 SEM 을 이용하였다. 전기적 특성 분석은 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 챔숳 한 후 650℃ 에서 30분간 열처리한 PLT(28) 박막을 가지고 실시하였으며 특성 분석으로는 LCR meter (Stanford Research, SR720) 를 이용하여 주파수에 따른 유전상수 와 유전손실의 값을 측정하였고 Sawyer- Tower 회로를 이용하여 60Hz 에서 P-E hysteresis curve 를 측정하였다. 또 switching time 을 측정하였고 I-V curve (leakage current) 의 측정 에는 Parameter analyzer (HP 4145B) 를 사용하였다.
촉매로는 질산을 사 용했으며 가수분해를 위해 증류수를 사용하였다. 출발 물질로 사용되는 alkoxide 는 공기중의 수분에 매우 민 감하므로 이를 방지하기 위해 질소 분위기의 glove box 내에서 조성에 해당하는 양을 칭량한 후, 질소분 위기의 증류장치를 이용하여 stock solution 을 제작하였다. 2-Methoxyethanol 에 질산과 증류수를 섞은 용액 과 stock solution 을 같은 부피로 섞어 0.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 기판은 PVTi/SiOj/Si 의 구조를 갖도록 하였는데 P 형 Si wafer 위에 1000A 의 SiCh, 1000A 의 Ti, 1500A 의 Pt 를 증착하여 사용하였다. 이와 같은 기판 위에 제작된 PLT(28) 박막 위에 직경 0.
1 에 나타내었다. 출발물질로는 Pb(CH₃COO)2-3H₂O (Aldrich), La(OOCCH₃)3 1.5H₂O (Strem), Ti(O-iC₃H₇)4 (Aldrich) 를 사용했으며 용매로는 비등점 (125t) 이 높고 증기압이 낮은 2-Methoxyethanol 을 사용하였다. 촉매로는 질산을 사 용했으며 가수분해를 위해 증류수를 사용하였다.

성능/효과

위에 언급한 최적의 박막 제작 조건을 이용하여 Pt/Ti/SiCh/Si 구조를 갖는 기판 위에 4회 coating 한 PLT(28) 박막을 이용한 planar type 의 capacitor 를 제 작하여 측정한 전기적 특성은 다음과 같다. P-E hysteresis curve 측정 결과 PLT(28) 박막은 paraelectric phase 를 가짐을 알 수 있었으며 100 Hz, 20.8 kV/cm 에서 유전률이 936 이고 유전손실은 0.08 이었으며 PLT(28) 박막의 두께 480 nm 는 SiO₂ equivalent thickness 로 환산하면 1.95 nm 이다. 그러나, 그 이상의 전기장에서는 유전률이 감소하여 78 kV/cm 에서는 576 의 값을 갖는다.
측정 값과 simulation 한 값이 거의 일치하고 있음을 알 수 있다. 이상의 결과에서 보듯이 PLT(28) 박막은 domain switching 에 따른 switching time 의 지연이 거의 없음을 알 수 있다. 따라서 위의 결과는 PLT(28) 븐}므}이 normal dielectric 처럼 행동한다.

후속연구

lp A/cm² 으로 측정되었다. 위의 결과는 256M DRAM 의 capacitor dielectric 으로 적용해 볼 수 있는 고무적인 결과이며 추후 박막제작법을 개선한다면 G급 DRAM 에도 적용할 수 있을 것이 예상된다.

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상세보기
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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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