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MOCVD를 이용한 $HfO_2/SiNx$ 게이트 절연막의 증착 및 물성
Deposition and Characterization of $HfO_2/SiNx$ Stack-Gate Dielectrics Using MOCVD

이태호   (한양대학교 재료공학과UU0001519  ); 오재민   (한양대학교 재료공학과UU0001519  ); 안진호   (한양대학교 재료공학과UU0001519  );
  • 초록

    65 nm급 게이트 유전체로의 $HfO_2$ 의 적용을 위해 hydrogen-terminate된 Si 기판과 ECR $N_2$ plasma를 이용하여 SiNx를 형성한 기판 위에 MOCVD를 이용하여 $HfO_2$ 를 증착하였다. $450^{\circ}C$ 에서 증착시킨 박막의 경우 낮은 carbon 불순물을 가지며 비정질 matrix에 국부적인 결정화와 가장 적은 계면층이 형성되었으며 이 계면층은 Hf-silicate임을 알 수 있었다. 또한 $900^{\circ}C$ , 30초간 $N_2$ 분위기에서 RTA 결과 $HfO_2/Si$ 의 single layer capacitor의 경우 계면층의 증가로 인해 EOT가 열처리전(2.6nm)보다 약 1 nm 증가하였다. 그러나 $HfO_2/SiNx/Si$ stack capacitor의 경우 SiNx 계면층은 열처리후에도 일정하게 유지되었으며 $HfO_2$ 박막의 결정화로 열처리전(2.7nm)보다 0.3nm의 EOT 감소를 나타내었으며 열처리후에도 $4.8{\times}10^{-6}A/cm^2$ 의 매우 우수한 누설전류 특성을 가짐을 알 수 있었다.


    Hafnium-oxide gate dielectric films deposited by a metal organic chemical vapor deposition technique on a $N_2-plasma$ treated SiNx and a hydrogen-terminated Si substrate have been investigated. In the case of $HfO_2$ film deposited on a hydrogen-terminated Si substrate, suppressed crystallization with effective carbon impurity reduction was obtained at $450^{\circ}C$ . X-ray photoelectron spectroscopy indicated that the interface layer was Hf-silicate rather than phase separated Hf-silicide and silicon oxide structure. Capacitance-voltage measurements show equivalent oxide thickness of about 2.6nm for a 5.0 nm $HfO_2/Si$ single layer capacitor and of about 2.7 nm for a 5.7 nm $HfO_2/SiNx/Si$ stack capacitor. TEM shows that the interface of the stack capacitor is stable up to $900^{\circ}C$ for 30 sec.


  • 주제어

    Metal Organic Chemical Vapor Deposition .   High-k Dielectric .   Hf-t-butoxide.  

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    1. 1997 "실리콘 질화막을 이용한 X-ray Lithography마스크용 박막물질의 개발" 한국재료학회지 = Korean journal of materials research 7 (5): 417~422    
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