MOCVD를 이용한 HfO2/SiNx 게이트 절연막의 증착 및 물성
Deposition and Characterization of HfO2/SiNx Stack-Gate Dielectrics Using MOCVD
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초록
65nm급 게이트 유전체로의 HfO2의 적용을 위해 hydrogen-terminate된 Si 기판과 ECR N2 plasma를 이용하여 SiNx를 형성한 기판 위에 MOCVD를 이용하여 HfO2를 증착하였다. 450oC에서 증착 시킨 박막의 경우 낮은 carbon 불순물을 가지며 비정질 matrix에 국부적인 결정화와 가장 적은 계면층이 형성 되었으며 이 계면층은 Hf-silicate임을 알 수 있었다. 또한 900oC, 30초간 N2 분위기에서 RTA 결과 HfO2/Si의 single layer capacitor의 경우 계면층의 증가로 인해 EOT가 열처리전(2.6nm) 보다 약 1nm 증가하였다. 그러나 HfO2/SiNx/Si stack capacitor의 경우 SiNx 계면층은 열처리후에도 일정하게 유지되었으며 HfO2 박막의 결정화로 열처리전(2.7nm)보다 0.3nm의 EOT 감소를 나타내었으며 열처리후에도 4.8´10-6A/cm2의 매우 우수한 누설전류 특성을 가짐을 알 수 있었다.
Abstract
Hafnium-oxide gate dielectric films deposited by a metal organic chemical vapor deposition technique on a N-plasma treated SiNx and a hydrogen-terminated Si substrate have been investigated. In the case of HfO film deposited on a hydrogen-terminated Si substrate, suppressed crystallization with effective carbon impurity reduction was obtained at 450C. 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 5.0nm HfO/Si single layer capacitor and of about 2.7nm for a 5.7nm HfO/SiNx/Si stack capacitor. TEM shows that the interface of the stack capacitor is stable up to 900C for 30 sec.