| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 가을 (11/05 ~ 11/05, 인하대학교) |
| 권호 | 10권 2호 |
| 발표분야 | 반도체I(실리콘) |
| 제목 | CMOS 적용을 위하여 질소플라즈마 효과를 이용한 초박막 HfO2 게이트 유전체의 전기적, 신뢰성 특성 평가 |
| 초록 | MOSFET 소자의 적용을 위한 고유전율 게이트 유전체인 HfO2 박막을 플라즈마 화학기상 증착법으로 제조하고 특성을 고찰하였다. 계면의 산화막이 생기는 것을 최소화하기 위해서 기존의 다른 증착법들에 비해 낮은 온도에서 증착시킬수 있는 플라즈마 증착법을 사용하고 반응 가스인 산소를 사용할 필요가 없는 하프늄 t-butoxide {Hf[OC(CH3)3]4} 전구체를 이용하여 증착시켰다. 그러나 HfO2는 고온에서 계면층 두께 상승으로 인한 EOT의 증가와 낮은 결정화 온도로 인한 높은 누설 전류 밀도 등의 문제점이 있다. 높은 누설 전류 밀도와 EOT와 같은 문제점들을 해결하기 위해 질소 주입 기술을 도입하고 그 특성을 고찰하였다. 박막 내로 질소를 주입하는 전형적인 방법으로 NH3 기체를 이용한다. 하지만 이 방법은 박막 내에 수소가 잔류하게 되어 계면준위밀도를 높여 결과적으로 소자의 이동도(mobility)를 감소시키는 심각한 문제를 초래한다. 따라서 본 연구의 목적은 MOSFET 소자에의 적용을 위한 플라즈마 화학 기상 증착법에 의한 HfO2 박막 증착과 수소가 존재하지 않는 질소(N2) 플라즈마를 이용하여 HfO2 박막의 표면에 질소를 주입한 박막 제조 공정의 개발과 전기적 특성 향상에 있다. HfO2 박막을 300oC의 증착온도로 3.06nm와 2.60nm의 두께로 각각 증착한 후, 질소분위기의 플라즈마를 이용해 박막의 표면에 질소를 주입하였다. 질소플라즈마처리 후 HfO2 박막 내에 존재하고 있는 약 5~8% 정도의 질소로 인해 평탄한 표면 특성을 얻었고 순수한 HfO2 박막 보다 약 100oC 증가한 결정화 온도를 보였다. 300oC에서 증착한 HfO2 박막을 질소플라즈마처리 한 후 질소분위기에서 각각 700oC와 900oC의 온도로 박막열처리(Post-Deposition-Annealing), 전극열처리(Post-Metal-Annealing)한 결과 박막 내에 존재하고 있는 질소의 작용으로 인하여 순수한 HfO2 박막과 비교하여 낮은 동일산화막두께(Eqivalent Oxide Thickness, EOT)와 누설전류밀도를 얻을 수 있었다. 질소플라즈마 처리를 한 박막과 그렇지 않은 박막 모두 비슷한 계면준위밀도 값을 나타냈다. 이는 질소 주입 기술로서 NH3가 아닌 N2 기체를 사용하였기에 박막과 실리콘 기판 사이의 계면에 큰 영향을 끼치지 않은 걸로 미루어 진다. |
| 저자 | 김전호1, 최규정1, 윤순길1, 이원재2, 김진동3 |
| 소속 | 1충남대, 2동의대, 3디엔에프 솔루션 |
| 키워드 | PECVD; High-k gate dielectric; N2 plasma treatment |
