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제안 방법
- Si 기판온도는 250℃로 유지하였으며공정압은 throttle val.,e 및 Baratron gauge를 통해 1.0 Ton로 일정하게 유지하며 HR, 박막을 증착하였다. TEMAH 소스의 주입시간은 2초, Ar 퍼지시간은 20초, O2 플라즈마의 노출시간은 5초, Ar 퍼지시간은 20초로 하여 ALD 1 cycle을 이루었다.
- HfO2 게이트 산화막의 전기적 특성을'분석하기 위해 Pt/HfO2/Si 구조의 MOS capacitor* 제작하여 100 kHz 의 high frequency 영역에서 C-V 특성을 평가하였다. Fig.
- 99%의 Pt를 E-beam evaporator# 사용하여 증착 하였다. Pt 증착시 시편에 가해진 손상과 Si 웨이퍼와 HfO2 박막의 계면에서의 broken bond 또는 dangling bond 같은 defect sites를 제거하기 위해 Post Metallization Annealing (PMA) 처리를 하였다. PMA는 forming gas (97% N2+3% H2) 분위기를 형성하고 상압에서 30분간 450℃를 유지하였다.
- Remote PEALD를 이용하여 TEMAH 와 02 플라즈마로 증착한 as-deposited HR>박막 시편의 화학조성 및 탄소 불순물 함량을 관찰하기 위하여 AES로 분석하였으며 그 결과를 Fig. 2에서 나타내었다. Fig.
- TEMAH 소스와 02 플라즈마를 이용하여 remote PEAI.D 법으로 증착한 HfO2 게이트 산화막의 화학적, 물리적, 전기적 특성을 평가하였고, 열처리에 따른 특성변화 관찰하였, 다. AES 분석 결과 탄소 함량이 매우 낮은 HfO2 박막이 증착된 것을 확인하였다.
- PMA는 forming gas (97% N2+3% H2) 분위기를 형성하고 상압에서 30분간 450℃를 유지하였다. 그 후 HfO2 MOS capacitor에 대해 Keithley 590 analyzer를 이용해 capacitance-voltage (C-V) 특성을 분석하였다.
- 기판을 사용하였다. 실리콘 기판 위의 유기오염물을 제거하기 위해 Piranha solution (H2SO4: H2O2=4 :1) 으로 10분, 자연산화막(native oxide)을 제거하기 위해 HF solution (HF : DI water = 1 : 10Q)으로 1분간 각각세정하였고, 이렇게 세정된 기판을 N2 가스로 충분히 불어낸 후 반응로에 장입하였다.
- XPS 측정시 야기되는 charging에 의한 전체적인 peak의 이동은 p-type Si 2p peak의 결합에너지가 ~99 eV에서 나타나는 것을 기준으로 보정하였다. 증착된 HfO2 박막의 형성과 열처리에 따른 결합 상태의 변화를 관찰하기 위해 Fig. 3(a)의 Hf 4f7/2 peak을 분석하였다. As-deposited HfO2 시편의경우 Hf 4f7/2 peak이 16.
- 증착한 시편은 RTA (Rapid Thermal Annealing)를 이용하여 N2 분위기에서 각각 600, 800, lOOVC의 온도에서 10초간 열처리를 하였다. 증착된 시편은 불순물과 화학조성을 조사하기 위해 Auger Electron Spectroscopy (AES), 결합 상태를 조사하기 위해 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), 박막의 결정화와 계면 층 형성을 관찰하기 위해 High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM)를 이용하여 HfO2 버/막의 화학적, 물리적 특성을 분석하였다.
- 플라즈마원자층.증착법 (remote PEALD)으로 TEMAH와 02 플라즈마를 이용하여 HfO2 박막을 증착 하였고, 박막에 대한 화학적, 물리적, 전기적 특성을 평가하였다.
- TEMAH 소스의 주입시간은 2초, Ar 퍼지시간은 20초, O2 플라즈마의 노출시간은 5초, Ar 퍼지시간은 20초로 하여 ALD 1 cycle을 이루었다. 증착한 시편은 RTA (Rapid Thermal Annealing)를 이용하여 N2 분위기에서 각각 600, 800, lOOVC의 온도에서 10초간 열처리를 하였다. 증착된 시편은 불순물과 화학조성을 조사하기 위해 Auger Electron Spectroscopy (AES), 결합 상태를 조사하기 위해 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), 박막의 결정화와 계면 층 형성을 관찰하기 위해 High Resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM)를 이용하여 HfO2 버/막의 화학적, 물리적 특성을 분석하였다.
대상 데이터
- Hf 소스로는 TEMAH [Tetrakis(ethylmethylammo)hafhium] 와 반응가스로는 6가스를 사용하여 플라즈마를 형성 하였으며, 캐리어 가스와 퍼지 가스로는 순도 99.999%의 Ar을 이용하였다. Si 기판온도는 250℃로 유지하였으며공정압은 throttle val.
- 기판은 비저항이 6~ 12Qcm인 boron이 도핑된 p-type Si(100) 기판을 사용하였다. 실리콘 기판 위의 유기오염물을 제거하기 위해 Piranha solution (H2SO4: H2O2=4 :1) 으로 10분, 자연산화막(native oxide)을 제거하기 위해 HF solution (HF : DI water = 1 : 10Q)으로 1분간 각각세정하였고, 이렇게 세정된 기판을 N2 가스로 충분히 불어낸 후 반응로에 장입하였다.
- 또한 HfO2 박막의 전기적 특성 분석을 위해 electrode 로는 순도 99.99%의 Pt를 E-beam evaporator# 사용하여 증착 하였다. Pt 증착시 시편에 가해진 손상과 Si 웨이퍼와 HfO2 박막의 계면에서의 broken bond 또는 dangling bond 같은 defect sites를 제거하기 위해 Post Metallization Annealing (PMA) 처리를 하였다.
- 본 연구에서는 down stream 방식의 원거리 플라즈마원자층.증착법 (remote PEALD)으로 TEMAH와 02 플라즈마를 이용하여 HfO2 박막을 증착 하였고, 박막에 대한 화학적, 물리적, 전기적 특성을 평가하였다.
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