초록 ▼

본 연구에서는 고온 산화분위기 하에서 결정화 열처리 공정을 반드시 거쳐야 하는 강유전체 PZT 케퍼시터의 하부전극용 물질로서 기존의 Pt 전극과 비교하여 새로운 Ir과 $IrO_2$ 그리고 Ir-Pt 복합전극의 특성을 비교하여 연구하였다. 또한, 다양한 구조의 하부전극을 가지는 강유전체 캐퍼시터의 전기적 특성 및 신뢰성을 연구하였다.
Ir 전극을 산소 분위기에서 furnace 어닐링 했을 때에는 ${700^{\circ}C}$에서 가장 낮은 비저항값, 18${\mu}\,\Omega

본 연구에서는 고온 산화분위기 하에서 결정화 열처리 공정을 반드시 거쳐야 하는 강유전체 PZT 케퍼시터의 하부전극용 물질로서 기존의 Pt 전극과 비교하여 새로운 Ir과 $IrO_2$ 그리고 Ir-Pt 복합전극의 특성을 비교하여 연구하였다. 또한, 다양한 구조의 하부전극을 가지는 강유전체 캐퍼시터의 전기적 특성 및 신뢰성을 연구하였다.
Ir 전극을 산소 분위기에서 furnace 어닐링 했을 때에는 ${700^{\circ}C}$에서 가장 낮은 비저항값, 18${\mu}\,\Omega{\cdot}{cm}$을 나타내었다. Ir과 $IrO_2$ 전극을 ${800^{\circ}C}$이상의 $O_2$ 분위기에서 어닐링을 하면 잘 발달된 정면 (facet)을 가지는 $IrO_2$ 결정(혹은 돌출물)이 형성되었고, 비저항값의 급격한 상승이 일어났다. 이런 $IrO_2$ 결정은 $IrO_2$ 결정의 주위에 존재하는 Ir이 돌출물 방향으로 이동해 와서 oxygen과 만나서 결정화된 Ir oxide가 성장하는 것으로 여겨지며, 높은 온도($\geq{800^{\circ}C}$)에서 형성된 매우 큰 $IrO_2$ 결정의 주변에 있는 Ir은 $IrO_2$ 결정을 형성하는데 소모되어서 $SiO_2$ 기판이 드러났고, 이와 같은 하부전극의 불연속성은 비저항의 급증을 초래하였다.

Abstract ▼

The bottom electrodes of ferroelectric capacitors should be experienced a high temperature crystallization anneal process, so the bottom electrode should satisfy several stingy requirements. Pt is commonly selected as a bottom electrode material of ferroelectric capacitor because of its excellent th

The bottom electrodes of ferroelectric capacitors should be experienced a high temperature crystallization anneal process, so the bottom electrode should satisfy several stingy requirements. Pt is commonly selected as a bottom electrode material of ferroelectric capacitor because of its excellent thermal stability in a severe oxidizing ambient. However, It is reported that Pt electrode results in serious reliability problems, such as fatigue. On the other hand, conductive oxide electrodes show improved fatigue behavior. However, the oxide electrodes generally cause high resistivity, high leakage currents of capacitors, In addition, an addition layer preventing oxidation of Si nodes is required from a view point of high density memory applications. In order to realize high density memory devices using ferroelectrics, a novel bottom electrode system which satisfies all requirements should be developed. Ir is one of promising electrode materials because it is a noble metal and formation of conductive oxide, $IrO_2$. In this study, novel bottom electrode system of ferroelectric capacitors for advanced memory device applications were investigated using Ir family materials for bottom electrode applications. The characteristics of ferroelectric capacitors as well as Ir and Ir family electrodes were extensively studied.
Resistivity of Ir films deposited without heating on $SiO_2$/Si substrate are monotonously reduced up to ${700^{\circ}C}$ of annealing temperature in either $O_2$ or $N_2$ ambient. ${700^{\circ}C}$ $O_2$ annealing yield Ir film resistivity of $18{\mu}\,{\Omega}\cdot{cm}$. Both Ir and $IrO_2$ films annealed at above ${800^{\circ}C}$ show large crystalline $IrO_2$ extrusions with well-developed facets. As annealing temperature increases, the number of the extrusions is reduced and their sizes grow. In addition, Ir near at the crystallines is consumed and $SiO_2$ substrate is revealed. This phenomena causes increasing resisitivity of the films. ${700^{\circ}C}$ $O_2$ annealed electrodes with both Ir over $IrO_2$ and $IrO_2$ over Ir structures have rough surfaces and high resistivity. On the other hand, films with Ir over $TiO_2$ maintain excellent electrode properties even after $O_2$ annealing at higher than ${800^{\circ}C}$. The resisitivity of the Ir/$TiO_2$ films is 16${\mu}\,{\Omega}\cdot{cm}$ close to bulk resistivity.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 제출문 ... 3
• 연구계획서 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• PROJECT SUMMARY ... 5
• 나. 서론 ... 7
• 다. 연구방법 및 이론 ... 10
• 1. 시편제작 ... 10
• 2. 측정 방법 ... 10
• 라. 결과 및 고찰 ... 16
• 1. Ir계 전극의 비저항과 열적 안정성 ... 16
• 1.1 Ir과 IrO₂단일 전극 ... 16
• 1.2 IrO₂/Ir, Ir/IrO₂, Ir/Ti, Ir/TiO₂복합전극 ... 23
• 2. Ir전극을 사용한 PZT 캐퍼시터 특성 ... 28
• 3. 복합전극을 가진 캐퍼시터의 특성 ... 31
• 마. 결론 ... 40
• 바. 인용문헌 ... 42
• 논문발표목록서 ... 43
• 자체평가서 ... 45