| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 가을 (11/24 ~ 11/26, 경주 라한호텔) |
| 권호 | 27권 2호 |
| 발표분야 | A. 전자/반도체 재료 분과 |
| 제목 | Thermal ALD와 Plasma Enhanced ALD기법을 사용해 제작된 HfO2 박막의 전기적 특성 및 Si/HfO2 계면 분석 |
| 초록 | 기존 MOS 소자의 게이트 산화물로 널리 사용되고 있는 SiO2는 두께가 30Å 이하로 줄어들 경우 산화막을 통한 전자의 직접 터널링이 기하급수적으로 증가하게 되고, 이에 따른 누설전류의 증가로 인해 기존의 SiO2 게이트 산화물을 high-k 재료로 대체하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 대표적인 high-k 물질인 HfO2는 높은 유전상수(k=~25)와 상대적으로 넓은 bandgap(5.68eV) 등 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 SiO2를 대체할 주요물질로 연구되고 있다. 하지만 Si 기판과 HfO2 사이에 계면층이 형성됨에 따라 낮은 정전 용량을 갖고, 이로 인하여 누설전류가 다소 높고 채널의 이동도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 MOS 소자의 HKMG 공정의 최적화를 위해 Thermal ALD와 Plasma Enhanced ALD를 이용하여 HfO2 박막을 10nm의 두께로 증착한 다음 전기적 특성 및 Si/HfO2 계면 특성을 비교분석하였다. Thermal ALD와 PEALD를 이용하여 HfO2를 10nm 증착하였다. 이후 결정화를 위해 RTA를 통해 N2 분위기에서 500°C에서 30초간 열처리를 진행하였다. 마지막으로 상부전극을 위해 E-beam evaporation을 이용하여 Au/Ti을 증착하였다. 위와 같이 MOS 구조를 만든 뒤, 전기적 특성 및 계면 특성을 분석하였다. 분석한 결과, Thermal ALD의 경우 1V에서 10-8A/cm2, PEALD의 경우 10-9A/cm2의 leakage current를 보였으며, Thermal ALD의 경우 1V에서 1μF/cm2, PEALD의 경우 1.4μF/cm2를 보였다. 이런 결과를 통해 PEALD기법을 사용해 제작된 HfO2 박막이 전기적으로 더 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 또한 TEM과 ARXPS를 통해 Si/HfO2 계면을 분석한 결과, PEALD에서 보다 적은 mixing을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 Thermal ALD와 PEALD를 이용한 HfO2의 전기적 특성을 비교분석하였다. 또한 Si 기판과 HfO2의 계면분석을 통하여 소자로서 필요한 구조적 분석을 보여주었다. 위와 같은 일련의 실험을 통해, MOS소자에서 HKMG 공정 최적화의 초석을 제공할 것으로 기대된다. |
| 저자 | 안영환, 이왕곤, 김지웅, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | MOS; HKMG; HfO<SUB>2</SUB>; Thermal ALD; Plasma Enhanced ALD |
