포밍 가스 열처리를 통한 하프늄 산화막 기반 금속-강유전체-부도체-실리콘 커패시터의 강유전성 특성 향상
Improvement of Ferroeletricity in HfO2-Based Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon Capacitor by Forming Gas Annealing
- 주제(키워드) 강유전체
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김상완
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000030334
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 하프늄-알루미늄 산화막을 사용하여 MFM구조와 MFIS구조의 커패시터를 제작 후에, 두 구조의 강유전특성을 비교 및 분석하였다. MFM구조와 MFIS구조의 열처리 후의 특성은 동일한 경향성을 보였으나, MFIS구조의 Q-V특성에서 왜곡이 나타났다. 다시 말해, 두 구조에서 잔류 분극(remanent polarization: Pr)과 보자력 장(coercive voltage: Ec)이 서로 달랐다. MFM구조 대비 MFIS구조에서 +Pr과 -Ec의 감소가 나타났으며, -Pr과 +Ec는 증가했다. 이러한 현상은 계면층(interfacial layer: IL)의 존재여부에 따른 것이며, 사이클링이 더해짐에 따라 계면층의 저하가 발생하였고 현상은 더욱 심화된다. 따라서 해결방안으로 퍼니스(furnace) 장비를 통한 forming gas annealing (FGA)를 진행하여 계면층의 질을 향상시켰고 온도에 따른 Q-V특성을 분석하였다. FGA는 300°C와 500°C에서 공정을 진행하였고 300°C에서 초기 1만 사이클 까지는 기존 제어소자와 큰 차이가 없었지만, 이 후의 사이클부터는 상기 저하현상에 대한 면역이 생겼음을 확인하였다. 500°C에서는 계면층의 향상으로 인하여 0사이클에서 Pr이 향상되었으며, 300°C보다 저하현상에 대한 내구성이 더욱 향상되었다
more목차
제1장 서론 1
제2장 강유전체 산화막 특성 6
2.1 분극 6
2.2 비휘발성 메모리 동작 10
2.3 하프늄-알루미늄 산화막 기반의 강유전체 14
제3장 측정 방법론 16
3.1 Polarization-Volage 측정 16
3.2 계면 결함 밀도 측정 18
제4장 하프늄-알루미늄 소자 제작 23
4.1 커패시터 제작 과정 23
4.2 후처리 공정 25
4.2.1 결정화 열처리 25
4.2.2 Forming gas 열처리 29
제5장 측정결과 및 분석 30
5.1 MIM와 MFIS구조의 비교 및 분석 30
5.2 FGA 온도에 따른 측정 결과 및 분석 41
제6장 결론 48
참고문헌 49
