| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2018년 봄 (05/16 ~ 05/18, 삼척 쏠비치 호텔&리조트) |
| 권호 | 24권 1호 |
| 발표분야 | G. 나노/박막 재료 분과 |
| 제목 | Al도핑을 통한 SrTiO3의 dram capacitor dielectric으로의 최적화 방안 연구 |
| 초록 | 반도체 집적 기술이 고도화되면서 현재의 DRAM capacitor 공정 개선이 한계에 부딪히고 있다. DRAM 셀 사이즈 축소를 위해서는 capacitor 축소가 이뤄져야 하는데 이에 따른 표면적 증가, 박막 두께 감소로 인한 leakage current 증가 등의 문제가 필연적으로 발생하게 된다. 이에 따라 고 유전 상수 값을 가진 High-k 물질에 대한 필요성이 대두되고 있다. 그 중 SrTiO3는 Perovskite구조를 가진 삼성분계 물질로 ionic polarizability에 의하여 박막에서도 100 ~ 150 이상의 고 유전 상수 값을 가질 수 있어, 꾸준한 연구가 이루어 지고 있다. 하지만, SrTiO3는 3.5 eV의 상대적으로 작은 밴드갭을 가지고 있고, n-type 반도체로 Si과의 전도대의 오프셋이 없어 높은 누설 전류 특성을 보이는 한계점을 가지고 있다. 이러한, 한계를 극복하기 위하여 많은 연구들이 실시되고 있으며 최근 Al의 도핑을 통하여 SrTiO3의 밴드갭 및 누설 전류 값의 개선이 가능하다는 연구 결과들이 발표되었다. 본 연구에서는, RF sputter 공정을 이용하여 SrTiO3에 효과적으로 Al을 균일 도핑하여 Metal-Insulator-Metal (MIM) 또는 Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) 커패시터의 성능을 향상하고자 하였다. Al은 Sputter 내에서 Co-sputtering을 통하여 균일 도핑을 실시하였으며, RF power의 조절을 통하여 Al의 도핑 농도를 조절하였다. 증착된 Al-doped SrTiO3 박막은 XRD, SEM, AFM을 이용하여 박막의 기초 물성에 대한 분석을 실시하였고, I-V 측정을 통하여 누설 전류의 감소를 관찰하였으며, C-V 측정을 통하여 SrTiO3 박막의 유전 상수 값을 측정하였다. UV-vis측정을 통해 optical bandgap을 확인하였고, XPS분석을 통해 박막의 구성 원소와 그의 화학적 결합상태를 분석해 보았다. 그 결과 Al을 도핑한 SrTiO3 film의 band gap이 도핑 되지 않은 SrTiO3보다 0.3eV 증가하며, Al 도핑이 SrTiO3의 누설 전류를 106 배 이상 감소시키는 것을 확인 하였다. 또한 8nm두께의 박막에서 50정도의 상대 유전 상수 값을 얻을 수 있었다. 따라서, 이는 기존의 SrTiO3의 전기적 신뢰성을 크게 개선시킨 결과라고 볼 수 있다. 최종적으로 결정 구조분석을 통해 Al 도핑이 SrTiO3구조의 Ti site에 치환되어 conduction band width가 감소하고 이에 따라 band gap이 증가되면서 누설전류밀도가 감소하는 메커니즘을 밝혀내었다. |
| 저자 | 백지예, 고민환, 이상연, 한승익, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | Al-doped SrTiO<SUB>3</SUB>; Metal-Insulator-Semiconductor; High-k; Co-sputtering |
