| 초록 |
원자층 증착법에 의해 Si(100)기판 위에 성장시킨 Hf silicate 박막의 유전특성을 연구하였다. Hf Precursor TEMAH와 Si Precursor Tris-Silane 을 이용하여 300°C에서 오존분위기에서 3nm, 4nm, 5nm 그리고 8nm 두께의 HfO2와 Hf silicate 박막을 성장시켰다. Hf silicate조성 변화는 총 사이클수를 일정하게 유지하면서, TEMAH-O3 공정 사이클과 tris-silane-O3 공정 사이클의 비로 다양화하였다. XPS 측정결과에 의하면 성장시킨 Hf silicate 박막의 조성은 TEMAH-O3 공정 사이클과 tris-silane-O3 공정 사이클의 비와 유사하였으며, 특히, Si 2p peak 스펙트럼에선 Hf-Si 결합은 관찰되지 않아 Hf silicate 박막의 Hf 원자와 Si의 각각의 인접원자는 산소로만 이루어져 있음을 알 수 있었다. Hf silicate 박막의 미세구조의 안정성을 연구하기 위해 급속열처리(RTP)에서 500°C에서 900°C까지 후속열처리를 실시하였으며, Hf-rich silicate의 경우 Si조성이 증가함에 따라 700°C에서 900°C까지 결정화 온도가 증가하여 Si-rich silicate 박막의 경우엔 900°C까지 열처리하였으나 결정화되지 않았다. XRD 및 NEXAFS O k edge 스펙트럼에선 Hf-rich silicate박막의 spinodal 상분리가 Si 조성 증가에 따라 상승함을 관찰할 수 있었으며, Si-rich silicate박막의 경우 본 실험에서 실시한 열처리 온도에선 상분리와 결정화가 일어나지 않았다. HfO2 박막의 극성은 박막의 두께가 증가함에 따라 C-V curve값이 positive하게 shift하여 negative charge를 가짐을 알 수 있었다. 이와 다른게 열처리 경우 온도증가에 따라 negative shift하여 positive charge량이 증가하였는데, 이는 SiO2의 거동과 유사해 계면층이 SiO2일 가능성을 나타낸다. Hf silicate 박막은 조성에 따라 다른 양상을 보이는데, 사이클 비가 1:1로 성장시킨 Hf silicate 박막의 경우 박막 두께의 증가에 따라 거의 변화가 없어 active charge가 매우 작음을 알 수 있었으며, 그 외의 Hf-rich한 silicate 박막과 Si-rich한 silicate 박막인 경우 모두 두께 증가에 따라 positive방향으로 shift하여 negative charge의 량이 증가하고 있음을 나타내었다. 따라서, ALD의 공정인자를 조절을 통해 Hf silicate 박막 내 fixed charge의 조절이 가능하며 반도체소자의 Vth 변화에 대응 가능할 것으로 판단된다. |
