| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | A. 전자/반도체 재료 분과 |
| 제목 | Super-Cycle 기반의 ALD TaAlN 금속 박막 형성 및 특성 |
| 초록 | 반도체 소자의 집적도 향상은 다양한 재료, 공정 및 소자의 혁신적인 개발로 이룩되었다. 특히, Poly-Si/SiO2 게이트 스택 기술은 고유전상수/금속 게이트 기술로 대체되어 소자의 성능 향상에 기여한다. 그러나, 소자의 발전 방향이 평면으로부터 복합적인 멀티 게이트 구조로 나아감에 따라, 게이트 일함수 조절 기술이 보다 주목을 받게 되었고, 밴드 엣지 제어, 누설 전류 감소, 다층 문턱 전압 효과가 중요해지고 있다. 금속 게이트 물질의 한 종류인 질화탄탈륨 (TaN)은 4.8 eV의 일함수를 가지고 타 물질과의 접착력이 우수하며 열적 안정성 확보 및 누설전류 감소효과가 장점이다. 이러한 장점으로 질화탄탈륨의 일함수를 박막 두께, 쌍극자 형성, 화학적 조성과 같은 다양한 연구가 보고되었으나 다양한 소자 응용 따라 다중 일함수 제어가 필요하나 이에 대한 연구가 부족한 현실이다. 본 연구에서는 p채널 MOS 소자용 금속 전극을 위해 질화 탄탈륨-알루미늄 (TaAlN) 박막을 정밀한 원자층 증착법으로 형성하여 그 특성을 분석하고 일함수 제어를 수행하였다. 원자층 증착 공정은 TaN 박막과 AlN 박막을 증착하는 각각의 Sub-Cycle로 구성되는 Super-Cycle의 반복으로 TaAlN 박막 형성하였으며, NH3 반응 가스, 350 oC 증착 온도를 사용하였다. 각 Sub-Cycle 시행 횟수 및 그 비율을 변화시킴으로써, Ta과 Al의 화학적 조성비와 박막 두께를 제어하여 원자층 증착률, 표면 거칠기, 박막 밀도 및 비저항 등의 특성을 분석하였다. 조밀하고 균질한 TaAlN 박막 형성과 0.551 nm 표면거칠기가 확인되었다. Al-rich TaAlN 박막을 Si/유전체(SiO2 또는 HfO2)/TaAlN /capping 층(Al 또는 W) 소자에 적용하여 전기적 특성을 확인하였다. MOS 소자에서 Al-Capping 사용시 Al 원소가 HfO2 층과 SiO2-like interlayer 사이에 쌍극자를 형성하여, negative VFB shift 나타내고, W-Capping 소자에서는 HfO2 의 기공이 TaAlN 금속 전극층으로 항하여, positsive VFB shift가 관찰되었다. 도출된 유효일함수는 P형 밴드 엣지에 적합한 ~5.0 eV를 나타내어, Super-Cycle 원자층 증착법으로 형성된 TaAlN 박막이 금속전극으로서 적합한 특성을 확인하였고, 향후 시스템 반도체, 메모리 등의 반도체 소자의 성능향상에 기여할 것으로 기대된다. This research was supported by the Future Semiconductor Device Technology Development Program (20003808, 20004399) funded by MOTIE (Ministry of Trade, Industry & Energy) and KSRC (Korean Semiconductor Research Consortium). |
| 저자 | 최문석, 이주현, 김민혁, 김위남, 최창환 |
| 소속 | 한양대 |
| 키워드 | 삼성분계 금속 질화물 금속 전극; 슈퍼사이클; 원자층 증착; 유효 일함수 |
