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게이트 유전체 적용을 위한 플라즈마를 이용해 질화된 $HfO_2$ 박막의 특성 평가
Characterization of Nitrided $HfO_2(HfO_xN_y)$ for Gate Dielectric Application using Plasma 원문보기

한국전기전자재료학회 2003년도 추계학술대회 논문집 Vol.16, 2003 Nov. 13, 2003년, pp.11 - 14  

김전호 (충남대학교 재료공학과) ,  최규정 (충남대학교 재료공학과) ,  윤순길 (충남대학교 재료공학과) ,  이원재 (동의대학교 나노공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

[ $HfO_2$ ] thin films were deposited at $300^{\circ}C$ on p-type Si (100) substrates using $HfO_2(HfO_xN_y)$ as the precursor by plasma-enhanced chemical vapor deposition and were annealed at $300^{\circ}C$ in nitrogen plasma ambient. Compared with $...

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제안 방법

  • 플라즈마에 의한 HfO2와 실리콘 계면의 손상을 줄이기 위해 초기에 플라즈마를 사용하지 않고 HfO2를 1 분 증착한 후, 플라즈마를 이용하여 증착하였다.5 질소 플라즈마 어닐링은 Ar/N2 (100/50 seem) 분위기에서 플라즈마 화학증착 장비를 이용해 실험을 하였다. 어닐링 온도는 300℃에서 10분 동안 유지하였고, RF 파워를 각각 40, 70W로 변화시켜 보았다.
  • HfO2 박막의 결정구조는 x-ray diffraction (XRD; Rigaku, D/MAXRC, Japan)으로 관찰하였고, HfO2 박막의 표면 거칠기는 Atomic Force Microscopy를 이용해 측정되었다. HfO2 박막의 물리적 두께는 Ellipsometry를 사용하여 측정되었고, 박막에 주입된 질소는 auger electron spectroscopy (AES; VG Scientific Microlab 310-D, United Kingdom)를 사용하여 확인되었다.
  • 이용해 측정되었다. HfO2 박막의 물리적 두께는 Ellipsometry를 사용하여 측정되었고, 박막에 주입된 질소는 auger electron spectroscopy (AES; VG Scientific Microlab 310-D, United Kingdom)를 사용하여 확인되었다. 정전용량-전압 (C-V)과 전류-전압 (I-V) 곡선은 HP4194A impedance/gain-phase analyzer 와 HP4156A semiconductor parameter analyzers.
  • 있다. PDA 열처리온도를 질소 분위기에서 1분 동안 50 0~900笆까지 변화시켜보았다. 플라즈마 어닐링을 하지 않은 As-deposited 박막에서는 단지 넓은 (111) peak만을 보여주는데 이는 사실상 결정화를 이루지 않았음을 나타낸다.
  • 전기적인 특성을 측정하기 위해 TaN 게이트 전극을 lift-off lithography 방식으로 만들었고, MOS capacitor 면적을 50 x 50 満로 하였다. Post Deposition Annealing (PDA) 온도를 질소 분위기에서 1분 동안 ©00~800℃까지 변화시켰고, Post Metal Annealing (PMA)는 질소 분위기에서 1분 동안 900℃에서 실험하였다.
  • p 형 실리콘(100) 웨이퍼를 RCA 세정한 후, HfO2 (HfOxNy) 박막을 반응가스인 산소 없이 hafnium - tertiary-butoxide (Hf [OC (CH3 )』4 : Techno Semichem Co., Ltd., Korea)를 사용하여 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착하였다. 버블러 온도를 30℃ 로 유지하여 Hafnium-tertiary나)utoxide를 기화시킨 후 HfO? 박막을 Ar 분위기에서 RF 파워 40W로 증착시켰다.
  • 높은 누설전류 밀도와 EOT와 같은 문제점들을 해결하기 위해 질소 주입 기술이 연구되고 있다.臨° 본 연구에서는, 게이트 유전체 적용을 위하여 HfO2 박막에 플라즈마 어닐링을 통해 질소를 주입하는 실험을 시도하였다.
  • 게이트 유전체로 쓰이는 HfO2 박막을 플라즈마화학 증착법에 의해 Hf[OC(CH3)3〕4 를 사용하여 p 형 실리콘 위에 300℃에서 증착한 뒤, 질소 플라즈마를 이용해 어닐링하였다. HfO2의 초기 박막과 플라즈마 어닐링한 박막을 비교하여 높은 결정화 온도, 낮은 누설전류밀도, 그리고 우수한 열적 안정성 등의 뛰어난 특성을 나타내었다.
  • 5 질소 플라즈마 어닐링은 Ar/N2 (100/50 seem) 분위기에서 플라즈마 화학증착 장비를 이용해 실험을 하였다. 어닐링 온도는 300℃에서 10분 동안 유지하였고, RF 파워를 각각 40, 70W로 변화시켜 보았다. 게이트 전극인 TaN는 DC 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다.
  • 05의 비율로 증착하였다. 전기적인 특성을 측정하기 위해 TaN 게이트 전극을 lift-off lithography 방식으로 만들었고, MOS capacitor 면적을 50 x 50 満로 하였다. Post Deposition Annealing (PDA) 온도를 질소 분위기에서 1분 동안 ©00~800℃까지 변화시켰고, Post Metal Annealing (PMA)는 질소 분위기에서 1분 동안 900℃에서 실험하였다.

이론/모형

  • 어닐링 온도는 300℃에서 10분 동안 유지하였고, RF 파워를 각각 40, 70W로 변화시켜 보았다. 게이트 전극인 TaN는 DC 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 실험조건은 상온에서 5mTorr, 그리고 N*Ar을 0.
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