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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최리노
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수47
초록· 키워드
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강유전체 물질은 비휘발성 및 저전력 동작이 가능한 특성을 바탕으로 FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory), FTJ(Ferroelectric tunnel junction) 등에 적용하기 위해 활발한 연구가 진행되고 있다.
그 중에서도, HfO2 기반의 강유전 물질은 얇은 두께에서도 강유전 특성이 발현되고, 원자층 증착이 가능한 기술을 바탕으로 3차원 구조의 application에도 적용이 가능하며, CMOS(Complementary metal?oxide?semiconductor) 공정과의 호환성도 우수하여, 기존 페로브스카이트 물질의 한계를 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
하지만, HfO2 박막의 강유전 특성 발현 메커니즘에 대한 이해는 여전히 부족한 수준이며, 전극 물질에 따른 강유전 특성 비교 분석 연구 등은 확실히 규명되지 않았다. 이에, Hf0.5Zr0.5O2(HZO) 박막을 이용한 강유전 메모리 소자의 양산화를 위해서는 추가적인 연구가 요구되고 있다.
본 연구에서는 전극 물질의 차이가 강유전 특성에 미치는 영향을 광범위하게 분석하였다. 먼저, 전기적 특성 분석을 통해 W 하부 전극이 이용된 HZO 캐패시터도 TiN 하부 전극이 이용된 HZO 캐패시터와 비교할만한 우수한 강유전 특성을 확인하였다. 또한, XPS, XRD, TEM 등의 물질 분석을 통해 W 하부 전극을 이용할 경우, 산소 공공(결함) 형성을 억제하여 wake-up 현상을 줄일 뿐 만 아니라, 누설 전류 특성 향상에도 기여한다는 것을 확인하였다. 이 결과를 통해 W 전극 물질이 강유전 메모리 소자를 구현하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
그 중에서도, HfO2 기반의 강유전 물질은 얇은 두께에서도 강유전 특성이 발현되고, 원자층 증착이 가능한 기술을 바탕으로 3차원 구조의 application에도 적용이 가능하며, CMOS(Complementary metal?oxide?semiconductor) 공정과의 호환성도 우수하여, 기존 페로브스카이트 물질의 한계를 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
하지만, HfO2 박막의 강유전 특성 발현 메커니즘에 대한 이해는 여전히 부족한 수준이며, 전극 물질에 따른 강유전 특성 비교 분석 연구 등은 확실히 규명되지 않았다. 이에, Hf0.5Zr0.5O2(HZO) 박막을 이용한 강유전 메모리 소자의 양산화를 위해서는 추가적인 연구가 요구되고 있다.
본 연구에서는 전극 물질의 차이가 강유전 특성에 미치는 영향을 광범위하게 분석하였다. 먼저, 전기적 특성 분석을 통해 W 하부 전극이 이용된 HZO 캐패시터도 TiN 하부 전극이 이용된 HZO 캐패시터와 비교할만한 우수한 강유전 특성을 확인하였다. 또한, XPS, XRD, TEM 등의 물질 분석을 통해 W 하부 전극을 이용할 경우, 산소 공공(결함) 형성을 억제하여 wake-up 현상을 줄일 뿐 만 아니라, 누설 전류 특성 향상에도 기여한다는 것을 확인하였다. 이 결과를 통해 W 전극 물질이 강유전 메모리 소자를 구현하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
목차
- 제 1장 서론 1제 2장 이론적 배경 32. 1. HfO2 based ferroelectric materials 32. 2. Stress-induced crystallization 7제 3장 실험방법 123. 1. TiN W HZO 전극과 전극을 이용한 캐패시터 제작 12제 4장 결과 및 고찰 164. 1. Thin film stress 측정을 통한 하부 전극 물질에 따른 스트레스 분석 164. 2. HZO 전기적 특성 측정을 통한 캐패시터의 강유전 특성 분석 184. 3. XPS HZO 측정을 통한 박막과 전극 계면의 물성 분석 234. 4. XRD HZO 측정을 통한 박막의 결정 구조 분석 264. 5. TEM HZO 측정을 통한 박막의 가시적 분석 28제 5장 결론 30제 6장 참고문헌 31
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