전략산학 2기 발표 평가회 DRAM Capacitor 유전막 기술 황철성 교수님

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1 전략산학 2기 발표 평가회 DRAM Capacitor 유전막 기술 황철성 교수님
대표학생 : 안철현 1

2 연구의 필요성 – DRAM capacitor
Sr Ti O Dielectric constant STO Band gap - Schematic diagram of DRAM cell STO SrTiO3/ Ru(SrRuO3) TiO2(ATO) /Ru(RuO2) ZAZ/TiN ZrO2/TiN 50 nm, Tox ~ 8Å 30 nm, Tox ~ 5Å 20 nm, Tox ~ 4Å Sub 20 nm, Tox < 4Å TiN (4.2 eV) RuO2 (4.9 eV) SrRuO3 (5.1 eV) Dielectric fB Vacuum level Ru (4.7 eV) χ fm Sr Ru O 전략산학 1기 전략산학 2기 - Evolution in the capacitor materials Lattice mismatch = 𝑎 𝑆𝑅𝑂 − 𝑎 𝑆𝑇𝑂 𝑎 𝑆𝑇𝑂 = 3.91− =−𝟎.𝟓𝟏% 2

3 Al 원소 도핑을 통해 Fermi level 하강,
연구내용 및 기대성과 – SrTiO3 증착속도 감소를 통한 박막 특성 향상 Al 도핑을 통한 누설전류 감소 지나치게 높은 증착속도로 박막 결함 생성 Dielectrics Dielectric constant Band gap rutile TiO2 ~80 3.1 perovskite SrTiO3 ~150 3.2 200 nm Ru-sub. seed STO (370oC) main STO Al-TiO2 1.54 eV 1.05 eV TiO2 Ru-sub. seed STO (250oC) main STO (370oC) 저온 공정을 통한 증착속도 완화 Pt Pt Ti feeding Sr feeding Ti purge Sr purge O3 purge H2O feeding H2O purge Time O3 feeding Al-STO 공정시간 증가를 통한 증착속도 완화 α eV 1.05 eV STO Pt Ti feeding Sr feeding Ti purge Sr purge O3 purge H2O feeding H2O purge Time O3 feeding Pt Al 원소 도핑을 통해 Fermi level 하강, Barrier 상승을 통한 누설전류 감소 3

4 연구내용 및 기대성과 – SrRuO3 H2/N2 공정 도입 2단계 결정화 복합 전극막 without seed with seed
Sr feeding Ru feeding Ar purge H2/N2 feeding Time m X SrO Super-cycle Sub-cycle O2 feeding without seed with seed 전극막 1에 의해 높은 유전율의 결정 구조 확보 전극막 2 전극막 1 유전막 Rq = 9.77 nm Rq = 4.21 nm 유전막의 in-situ 결정화 도모 Ir, Pt 등 높은 일함수의 전극막을 통한 누설전류 특성 개선 n x RuO2 seed SRO main SRO Crystallized STO STO/SRO 구조의 in-situ 결정화와 Pt의 높은 일함수 효과를 동시에 확보 ΦSRO STO ΦPt 60nm Pt SRO Seed layer를 이용해 전극막 grain size 감소 및 표면 거칠기 감소 SrRuO3 증착 공정 변화를 통한 비이상 거동 제어 및 표면 거칠기, 단차피복성 개선 4

5 연구실 현황 연구실 학생 분포표 참가 학생 역할 학생 I. 안철현 박사과정 (신분 : 기타, 참여율 : 40% )
구분 계(인원) 박사과정 석사과정 34명 21명 13명 삼성 전략산학 장학생 2명 0명 삼성 SSSP 장학생 1명 삼성학술연수생 3명 기타 일반 삼성 장학생 참가 학생 역할 학생 I. 안철현 박사과정 (신분 : 기타, 참여율 : 40% ) 연구분야 관심 사업부 휴대폰 박사연차 메모리 반도체 반도체 연구소 1 학생 II. 문태환 박사과정 (신분 : 기타, 참여율 : 30% ) 연구분야 관심 사업부 휴대폰 박사연차 메모리 반도체 반도체 연구소 1 학생 III. 박태형 박사과정 (신분 : 기타, 참여율 : 30% ) 연구분야 관심 사업부 휴대폰 박사연차 메모리 반도체 반도체 연구소 1 5