[논문]투명전자소자를 위한 HfO2계 투명 MIM 커패시터 특성연구

조영제; 이지면; 곽준섭

doi:10.5757/jkvs.2009.18.1.030

투명전자소자를 위한 HfO2계 투명 MIM 커패시터 특성연구
Characteristics of Transparent Mim Capacitor using HfO2 System for Transparent Electronic Device 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.18 no.1, 2009년, pp.30 - 36

조영제 (국립순천대학교 미래전략신소재공학과) , 이지면 (국립순천대학교 미래전략신소재공학과) , 곽준섭 (국립순천대학교 미래전략신소재공학과)

초록
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투명 전자소자의 고유전 $HfO_2$ 절연막을 개발하기 위하여, ITO/$HfO_2$/ITO 금속-절연체-금속 (Metal-Insulator-Metal, MIM) 커패시터 구조를 형성한후 $HfO_2$ 박막의 두께에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성의 변화를 연구하였다. $HfO_2$ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 유전상수는 20에서 10이하로 감소하였으나, $HfO_2$ 두께가 증가함에 따라 누설전류는 감소하여 200 nm 이상의 두께에서는 $2.7{\times}10^{-12}\;A/cm^2$ 이하의 낮은 누설전류 특성을 나타내었다. ITO/$HfO_2$/ITO MIM 커패시터의 $HfO_2$ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 투과율은 감소하였으나 300 nm 두께에서도 가시광선 영역에서 80% 이상의 투과율을 나타내어 우수한 투과도 특성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of $HfO_2$ film thickness on electrical, optical, and structural properties were investigated. We fabricated ITO/$HfO_2$/ITO metal-insulator- metal (MIM) capacitor using transparent conducting oxide. When $HfO_2$ film thickness increase from 50 nm to 300 nm, dielectric constant of $HfO_2$ was decreased from 20.87 to 9.72. The transparent capacitor shows an overall high performance, such as a dielectric constant about 21 by measuring the ITO/$HfO_2$/ITO capacitor structures and a low leakage current of $2.75{\times}10^{-12}\;A/cm^2$ at +5 V. Transmittance above 80% was observed in visible region.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 RF magnetron sputter 증착방법으로 HfO₂ 를 두께별로 증착하여 메탈-유전체-메탈 커패시터 구조로 제조하여 투명박막트랜지스터에 응용될 HfC>2의 박막의 성질고} 전기적 특성을 X-my diffraction(XRD), capacitancevol tage(C-V), current-voltage(I-V), ultraviolet-visible spectrometer(UV-VIS) 그리고 atomic force microscopy (AFM)으로 분석하고 그 결과에 대해 논의하였다.

제안 방법

Bottom electrode인 ITO박막 위에 전기적 특성을 측정하기 위해 하부 게이트 전극의 일부분을 마스킹한 후 반응 가스 Ar: 15 seem, O₂: 5 seem 으로 조절하여 RF power 100 W로 두께에 변화를 50, 150, 200, 250, 300 nm으로 산화물용 챔버에서 Hf6의 박막을 증착하였다. Top electrodee photoresist# 이용하여 lift off 공정으로 ITO을 전극용 챔버에서 150 nm 증착흐]였다.
HfC₈ 박막의 결정구조는 PANalytical사의 X'pert pro MPD 모델을 이용하여 Ni—filtered Cu K—q (A =1.54056 A) 를 소스로 X-ray diffraction (XRD)하여 측정하였다. HfO₂ 박막의 표면 거칠기는 atomic force microscopy (AFM) 를이용하여 측정하였고, 투과율 측정은 ultraviolet-visible spectromter (UV-VIS) 분광기로 측정하였다, 전기적 측정은 HP4145b parameter analyzere 누설전류를 즉정하였고, capacitance 측정은 HP4284A precision LCR meter 로 1MHz에서 측정하였다.
HfO₂ 박막의 두께에 따른 특성의 변화를 고찰하기 위하여 XRD, AFM 분석을 실시하였다, . Fig.
54056 A) 를 소스로 X-ray diffraction (XRD)하여 측정하였다. HfO₂ 박막의 표면 거칠기는 atomic force microscopy (AFM) 를이용하여 측정하였고, 투과율 측정은 ultraviolet-visible spectromter (UV-VIS) 분광기로 측정하였다, 전기적 측정은 HP4145b parameter analyzere 누설전류를 즉정하였고, capacitance 측정은 HP4284A precision LCR meter 로 1MHz에서 측정하였다.
RF-magnetron sputtering 법을 사용한 증착으로 제작한 투명 ITO/HfO₂/ITO 커패시터의 HfO₂ 박막의 두께에 따른 전기적, 광학적 그리고 구조적 분석을 하였다. HfO₂ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 유전 상수는 20.
박막 증착 전 모든 기판은 표준공정을 이용하여 세정하였다. 기저 진공상태는 5.0X10^-⁶ Torr이 었고, 가스 유량은 mass flow controller (MFC) 를이용하여 조절하였으며, 증착 공정 압력은 5X10³ Torr로고정하였다. 균일한 박막을 얻기 위해 증착시 기판을 30 rpm으로 회전 시켰다.
% 99, 99%)으로 성장하였다. 박막 증착 전 모든 기판은 표준공정을 이용하여 세정하였다. 기저 진공상태는 5.

성능/효과

HfO₂ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 유전 상수는 20.87에서 9.72로 감소하였으나, HfO₂ 두께가 증가함에 따라 누설전류는 감소하여 5V의 전압에서 200 nm 이상의 두께에서 2.75X10-12 A/cm² 이하의 낮은 누설전류 특성을 나타내었다. HfO₂ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 투과율은 감소하였으나 300 nm 두께에서도 가시광선 영역에서 80 %이상의 투과율을 나타내었다.
3은 HfO₂ 박막의 두께가 증가함에 따른 ITO/ HfO₂/ITO 커패시터의 투과율 변화를 나타낸 것이다. IT0/ HfO₂/ITO 커패시터의 HfO₂ 박막의 두께가 50 nm에서 300 nm로 증가함에 따라 투과율은 감소하였으나 300 nm 두께에서도 가시광선 영역에서 80 % 이상의 투과율을 나타내어 우수한 투과도 특성을 나타내었다.
모든 박막은 RF-magnetron sputtering 법을 사용하여 2인치 타켓 (HfCb 99.95%, In2O₃:SnO₂ = 90:10 wt.% 99, 99%)으로 성장하였다. 박막 증착 전 모든 기판은 표준공정을 이용하여 세정하였다.
Ahn 등은 pulsed laser deposition (PLD)로 증착된 HfC)2 MIM 커패시터에 대한 연구에서 HfO₂ 박막 두께가 증가함에 따라 유전 상수가 감소함을 보고하였고 [17], Sim 등은 atomic layer deposition (ALD)으로 증착된 HfQ 을 이용한 MIM 커패시터에 대한 연구에서도 HfO₂ 박막의 두께가 증가함에 따라 capacitance값이 감소함을 보고하였다 [18]. 본 연구의 Sputter로 증착된 HfO₂ 박막의 유전상수는 fig. 1 (a) 에서 두께가 증가해도 capacitance 값이 큰 차이로 낮아져 유전 상수 값이 감소하는 동일한 결과를 보였다.
200 nm이하의 HfO₂ 박막에서 투명 MIM 커패시터 소자의 제작시 누설전류 발생으로 소자의 역할을 못할 것이다. 지금의 조건으로 200 nm 의 두께로 증착조건을 변경하여 비정질의 HfO₂ 박막을 증착하여 더 좋은 소자 구동을 찾을 수 있는걸 알 수 있었다.

참고문헌 (22)

J. F. Wager, science 300, 1269 (2003)

상세보기
K. Nomura, H. Ohta, A. Kamiya, M. Hirano, and H. Hosono, Nature 432, 488 (2004)

상세보기
H. Yabuta, M. Sano, K. Abe, T. Aiba, T. Den, H. Kumomi, K. Nomura, T. Kamiya, and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 89, 112123 (2006)

상세보기
H. S. Momose, M. One, T. Yoshitomi, T. Ohguro, S. Nakamura, M. Saito, and H. Iwai, IEEE Trans.Electron Devices 43, 1233 (1996)

상세보기
W. K. Henson, N. Yang, S. Kubicek, E. M. Vogel, J. J. Wortman k. D. Meyer, and abdalla Naem, IEEE Trans.Electom Devices 47, 1393, (2000)

상세보기
Y. C. Yeo, T. J. King, and C. Hu, Appl. Phys. Lett. 81, 2091 (2002)

상세보기
G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, J. Appl. Phys. 89, 5243(2001)

상세보기
J. E. Chung, M. C. Jeng, J. E. Moon, P. K. Ko, and C. Hu, IEEE Trans. Electron Devices, 38, 3m 545 (1991)

상세보기
E. P. Gusev, M. Copel, E. Cartier, I. J. R. Baumvol, C. Krug, and M. A. Gribelyuk, Appl. Phys. Lett. 76 176 (2000)

상세보기
Q. Lu, D. Park, A Kalnitsky, C. Chang, C. C. Cheng, and S. P. Tay, IEEE Electron Device Lett 19, 341 (1998)

상세보기
S. A. Campbell, D. C. Gilmer, X. C. Wang, M. T. Hsieh, H. S. Kim, and W. L. Gladfelter, et al. IEEE Trans Electron Devices 44, 104. (1997)

상세보기
H. Yabuta, M. Sano, K. Abe, T. Aiba, T. Den, and Hideya kumomi, Appl. Phys. 89, 112123 (2006)
M. Houssa, V. V. Afanasev, A Stesmans, and M. M. Heyns, Appl. Phys. Lett. 77, 1885 (2000)

상세보기
J. Zhu, Y. R. Li, and Z. G. Liu, J. Phys. D, 37, 2896 (2004)

상세보기
T. H. Pemg, C. H. Chien, C. W. Chen, P. Lehnen, and C. Y. Chang, Thin Solid Films, 469, 345 (2004)

상세보기
H. Hu, C. Zhu, Y. F. Lu, M. F. Li, B. J. Cho, and W. K. Choi, IEEE Device Lett, 23, 514 (2002)

상세보기
B. D. Ahn, J. H. Kim, H. S. Kang, C. H. Lee, S. H. Oh, G. H. Kim, D. H. Li. and S. Y. Lee, Materials Science in semiconductor processing, 9, 1119 (2006)

상세보기
J. H. Sim, S. C. Song, P. D. Kirsch, C. D. Young, R. Choi, D. L. Kwong, B. H. Lee, and G. Bersuker, Microelectronic Enginerring, 80, 218 (2005)

상세보기
J. M. Le'ger, J. Haines, and B. Blanzat, J. Mater. Sci. Lett. 13, 1688 (1994)

상세보기
J. M. Le'ger, A Atouf, P. E. Tomaszewski, and A. S. Pereira, Phys. Rev. B, 48, 93 (1993)

상세보기
A. I. Kingon and S. K. streiffer, current opinion in solid state & mater. Sci. 4, 1 39 (1999)

상세보기
A. Antony, M. Nisha, R. Manoj, and M. K. Jayaraj, Appl. Surf. Sci. 225, 294 (2004)

상세보기

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