The characteristic of WNxCy films deposited by remote plasma atomic layer deposition for metal gate

Abstract

오늘 날, 반도체 소자의 미세화가 진행됨에 따라, CMOS에 사용된 폴리실리콘 게이트의 저항이 높아져 RC delay 를 유발된다는 단점과 boron 투과된다는 단점이 있어 금속 게이트로 대체되었다. 현재 CMOS에서 N-MOS 와 P-MOS의 사용되는 금속 게이트 의 종류가 다르다. 그 이유는 낮은 문턱 전압을 만들어 낮은 전압으로 트랜지스터가 구동되기 때문이다. P-MOS에 적용할 수 있는 금속 게이트는 니켈, 백금 등이 있는데 식각이 어렵고, 게이트 옥사이드 사이의 접착이 잘 되지 않는 단점이 있다. 또한 implant 미세한 금속 게이트의 일함수를 조절하기 어렵다. 그래서 금속 게이트 물질 중 질화물, 탄화물 등이 금속 게이트 일함수 조절 용으로 제안되었고 지금 사용되고 있다. 그 중 WNC 박막의 탄소와 질소 함유량을 조절해 일함수를 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그리고 여러 가지 증착 방법 중 원자층 증착 방법은 복잡한 구조에 적용하기 좋은 방법이다. 그 중 원거리 플라즈마 원자층 증착 방법은 낮은 온도에서 플라즈마에 의한 기판 손상을 줄여 증착이 가능한 방법이다. 본 연구에서는 WCxNy 박막을 금속 유기 전구체인 BTBMW 전구체를 이용하여 암모니아 플라즈마를 사용해 원거리 플라즈마 원자층 증착 방법을 통해 증착하고 500 ℃ 에서 열처리하여 WCxNy 박막의 탄소 및 질소량을 변화시켰다. XPS 데이터는 WCxNy 필름의 WOx, WNx 그리고 WCx 양의 변화를 보여준다. WCxNy 막의 어닐링은 WCxNy 막의 일함수에 영향을 미치는데, 그 이유는 열처리 후 WN과 WO의 결합 양이 달라졌기 때문이다. 증착된 WCxNy 박막 (4.89eV) 및 어닐링 된 WCN 박막 (4.91eV)의 일 함수는 pMOS 디바이스의 일 함수에 적합하다고 여겨진다.