초록 ▼

NDRO형과 DRO형 FRAM 각각에 적합한 강유전 물질의 개발과 물성 개선에 대한 연구를 수행하고 이와 더불어 전극물질, 산화물계 및 질화물계 확산 방지막 개발 등 주변 공정에 대한 연구를 통하여 FRAM 성능 개선에 필요한 공정을 확립하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 개발하고자하는 각종 박막재료의 최형태, 요구되어지는 물성, 기존의 보고된 연구결과 등을 종합하여 가장 적합하다고 생각되는 증착방법을 선정, 박막형성 공정을 개발하고자 하였다. 이에 따라 강유전 박막 및 확산 방지막, 그리고 전극재료의 증착은 박막에 적합한 형성공정

NDRO형과 DRO형 FRAM 각각에 적합한 강유전 물질의 개발과 물성 개선에 대한 연구를 수행하고 이와 더불어 전극물질, 산화물계 및 질화물계 확산 방지막 개발 등 주변 공정에 대한 연구를 통하여 FRAM 성능 개선에 필요한 공정을 확립하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 개발하고자하는 각종 박막재료의 최형태, 요구되어지는 물성, 기존의 보고된 연구결과 등을 종합하여 가장 적합하다고 생각되는 증착방법을 선정, 박막형성 공정을 개발하고자 하였다. 이에 따라 강유전 박막 및 확산 방지막, 그리고 전극재료의 증착은 박막에 적합한 형성공정을 개발함으로써 기존의 메모리 소자제작 공정에 바로 적용될 수 있도록 하였다.

본 연구에서는 NDRO형과 DRO형 FRAM 각각에 적합한 강유전 물질을 개발하기 위하여 pyrochlore 구조를 갖는 $Re_2Ti_2O_7$계 산화물과 Pb계 강유전 물질에 주목하였고, 이들 각각의 물질들의 물성변화와 그에 따른 전기적 특성을 고찰하였다. 특히
$Re_2Ti_2O_7$계 산화물은 잔류분극값은 기존의 강유전체보다 작지만 항전계값이 크고 유전율이 낮아 기존의 강유전체에 비해 MFIS-FET 구조로서 사용하기에 적합한 강유전 물질임을 밝혀냈다. Pb계 강유전 물질의 경우, 양이온의 치환이나 seed layer를 통하여 박막의 피로 특성을 개선하였다. 이와 동시에 DRO형 FRAM에서 발생하는 피로 현상 등을 극복하기 위하여 $LaNiO_3$나 Pt oxide와 같은 산화물 전극의 역할을 규명하였고, capacitor의 하부전극과 poly-실리콘 사이에서 생성되는 실리사이드 형성을 막기 위하여 TiN과 같은 질화물계 확산 방지막 등을 개발하였으며, transistor의 실리콘 모재와 박막사이의 원치 않는 중간층 생성방지를 위하여 HfO2와 같은 산화물계 확산 방지막을 개발하였다. 또한 MFIS구조에서의 계면간의 특성 변화를 고찰하여 우수한 계면 특성을 갖는 박막을 제조하였다. 이와 같은 결과들을 바탕으로 DRO형 FRAM 개발을 위한 최적의 공정조건을 확립하였으며, NDRO형 FRAM개발을 위한 기반기술을 확립하였다.

Abstract ▼

Studies on the development of new ferroelectric thin films and the improvement of electrical property were performed. In addition, the development of electrode material, oxide compounds against hydrogen diffusion, and nitride compound against silicide formation were studied. And film deposition tech

Studies on the development of new ferroelectric thin films and the improvement of electrical property were performed. In addition, the development of electrode material, oxide compounds against hydrogen diffusion, and nitride compound against silicide formation were studied. And film deposition techniques in this study were selected from the view point of adaptability to suitable and real process for ferroelectric thin films, electrode materials, and diffusion barrier films.

To develop suitable ferroelectric material on NDRO and DRO type FRAM, $Re_2Ti_2O_7$ with pyrochlore structure and Pb-ferroelectric material were focused. and physical and electrical properties of these respective materials were investigated, especially, it was claritied that $Re_2Ti_2O_7$ was more suitable ferroelectric material on the MFIS-FET structure than other ferroelectric materials although smaller remnant polarization, because of larger coercive field and lower dielectric permitivity In the Pb-ferroelectric material, fatigue properties of thin films were improved through the cation-substitution or seed layer. at same time, to overcome fatigue phenomena, the roles of oxide electrode such as $LaNiO_3$ and Pt oxide are made clear. And nitride diffusion barrier such as TiN were developed for prevention of formation of silicide between bottom electrode and poly-silicon. And oxide diffusion barrier such as HfO2 were developed for prevention of formation of unwanted interfacial layer between silicon substrate and oxide thin films.
The thin films with good interface properties were fabricated through the investigation of the interfaces in MFIS structures. from these results, The best condition of the fabrication for DRO type FRAM and the technical foundation of MFIS-FET for NDRO type FRAM were established.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론 ...6
• 2. 연구방법 및 이론 ...15
• 3. 결과 및 고찰 ...37
• 4. 결론 ...89