초록 ▼

□ 연구개요
ㅇ 연구의 최종목표는 (1) 비정상 성장 거동이 제한된 SrTiO₃ 기반 유전 박막의 ALD 공정 개발 및 (2) SrTiO₃ 기반 차세대 DRAM 커패시터 소자 개발이다.
ㅇ DRAM은 1개의 트랜지스터와 1개의 커패시터로 이루어져 있으며, 소자의 점차 집적화됨에 따라 커패시터의 필요정전용량을 확보하기가 어려워지고 있다. 본 연구 과제는 현재 상용화되고 있는 ZrO₂ 기반 유전막(유전율 30-40)보다 유전율이 훨씬 큰 SrTiO₃

□ 연구개요
ㅇ 연구의 최종목표는 (1) 비정상 성장 거동이 제한된 SrTiO₃ 기반 유전 박막의 ALD 공정 개발 및 (2) SrTiO₃ 기반 차세대 DRAM 커패시터 소자 개발이다.
ㅇ DRAM은 1개의 트랜지스터와 1개의 커패시터로 이루어져 있으며, 소자의 점차 집적화됨에 따라 커패시터의 필요정전용량을 확보하기가 어려워지고 있다. 본 연구 과제는 현재 상용화되고 있는 ZrO₂ 기반 유전막(유전율 30-40)보다 유전율이 훨씬 큰 SrTiO₃ 유전물질(유전율 ~150)의 ALD 증착 공정에 관한 연구를 포함한다. 최근의 여러 선행연구들에서 나타나는 반응 초기 비정상적인 성장거동을 제어하고 우수한 특성의 SrTiO₃ 박막을 확보하여 커패시터 소자를 개발하는 연구다.

□ 연구 목표대비 연구결과
ㅇ 비정상 성장거동이 제한된 SrTiO₃ 기반 유전박막의 ALD 공정 개발은, TiO₂와 SrO 박막 각각의 ALD 공정 개발 후 이들을 병합하여 완성된다. 본 연구에서는 3종류의 TiO₂ 공정과 2종류의 SrO 공정을 시도하여 이들 각각이 비정상 성장거동이 제어된 것을 확인하였다. 또한 이들을 병합하여 성공적으로 SrTiO₃ 박막을 합성하였으며, 병합 비율을 조절하여 SrTiO₃의 양이온 비율을 조절하고 화학양론적인 양이온 조성을 확보할 수 있었다. 증착된 박막은 우수한 표면 특성 및 순도를 보였다.
ㅇ SrTiO₃ 기반 차세대 DRAM 커패시터 소자 개발은, 위에 기술한 SrTiO₃ 박막의 ALD 공정이 활용되었다. 다양한 양이온 비율을 갖는 Au/SrTiO₃/TiN 구조의 평판커패시터들을 제작하였으며, 정전용량(유전율) 및 누설전류를 평가하였다. 제작된 소자는 Sr과 Ti의 양이 같은 비율에서 가장 높은 유전율과 낮은 누설전류를 보였다. 최고 유전율은 21, 최저누설전류는 0.6V에서 4x10^-8A/cm² 이 확보되었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
ㅇ DRAM은 PC, 노트북 컴퓨터 뿐만 아니라 스마트폰 등의 모바일 기기의 유일한 working 메모리로써 그 수요가 가파르게 증가하고 있다. 반면에, DRAM 셀의 정전용량 확보는 소자 크기가 작아짐에 따라 급격히 어려워지고 있다. 본 연구개발의 성과로 확보한 비정상 성장거동이 제어된 SrTiO₃ 박막의 ALD 공정은 현재 차세대 DRAM 커패시터 개발에서 난관에 부딪친 ZrO₂ 기반 유전막 공정을 대체하는 디딤돌이 될 것이며, 차세대 DRAM 소자 개발을 앞당길 수 있다. 초기 비정상 거동이 제어된 박막 증착 기술은 특히 십수 nm 급 소자 제작시에 계면 특성을 강화시켜 활용도가 높다. 최적화된 SrTiO₃ 박막 공정은 DRAM 커패시터 외에도 Thin Film Transistor의 high-k 게이트 산화막, 인공지능 개발에 필요한 멤리스터의 저항변화층, 2D Electron Gas의 채널생성층 등으로 다양하게 활용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구개발의 목적 ... 4
• (2) 연구개발의 필요성 ... 4
• (3) 연구자가 수행하고자 했던 가설 ... 4
• (4) 연구 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• (1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• (2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• (3) 목표 달성 수준 ... 12
• (4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 17