Atomic Layer Deposition 방법을 이용한 금속 게이트 전극 일함수 조정에 대한 연구

Abstract

본 연구에서 우리는 TiAlN의 Effective work function을 조절하고 AlN가 주는 영향을 분석하기 위해 TiAlN와 TiN 게이트를 ALD를 이용하여 증착했다. Effective work function을 추출하기위해 MOS capacitor를 이용했다. 우리는 상용의 Load lock chamber가 있는 Plasma enhanced ALD system을 사용했다. TiN를 증착하기위해 TDMAT를 N2의 Carrier gas와 함께 사용했다. 그리고 Al의 소스로서 TMA를 Carrier gas 없이 사용했다. TiN에 대해서는 N2와 H2의 혼합물을, AlN에 대해서는 H2와 Ar의 혼합물을 Reactant로 사용했다. 그리고 Purge는 100sccm의 N2 carrier gas를 사용했다.Main chamber의 Stage는 250도로 가열했다. Plasma power는 300W를 사용했다. ALD를 이용한 증착은 다음의 4개의 단계를 통해 진행된다. Precursor exposure time tPE, Purge time of precursor tPP, Reactant exposure time tRE 그리고 Reactant purge time tRP이다. TiN를 증착하기 위해서 각 시간 조건은 1s(tPE), 5s(tPP), 6s(tRE), 5s(tRP)로 사용했다. AlN를 증착하기 위해서는 각 각 1s(tPE), 10s(tPP), 6s(tRE), 10s(tRP)로 사용했다. TiAlN 증착은 TiN과 AlN의 Super-cycle을 이용했다. 박막을 증착한 후에 400도로 30분간 H2와 N2분위기에서 Annealing했다. TiN과 TiAlN의 Effective work function은 MOS capacitor의 C-V측정을 통해 얻었다. 그리고 Interface 특성을 통해 이를 분석했다. TiAlN의 Effective work function은 박막의 Al 양 조절을 통해 조절할 수 있다는 것을 확인했다. 그리고 박막의 조성을 확인하기 위해서 XPS를 이용했다. 증착한 박막의 Microstructure를 확인하기위해서 TEM과 XRD가 사용되었다.