Overall researches for germanium interface issues were investigated by using MOS capac-itor. Gate pre-cleaning including H2O2 solution induces poor surface roughness due to GeO2 etching by DI water. Rather than standard RCA cleaning for Silicon, chemical solution such as HCl, HF was devised for Germanium cleaning. In this experiment, we concluded that HF solution is more preferable than HCl solution for ALD process because of higher bonding energy. Actual passivation techniques by RTP oxidation, Plasma oxidation cannot improve interface quality due to GeO volatilization or Plasma damages. Therefore, TMA pretreatment experiment was de-signed for Ge cleaning and passivation to enhance quality of interface face trap and hysteresis. Native oxide removal was analyzed by XPS analysis. And hysteresis improvement mechanism was investigated by SIMS analysis. Interface traps didn`t show any difference according to TMA pretreatment because of remaining sub-oxide between Ge and high-k. By changing HfO2 to Y2O3, slight interface trap improvement was found due to valency passivation. This means that Rare-earth oxide should be applied to Ge/High-k gate stack for better interface quality.
본 학위 논문에서는 MOS capacitor를 이용하여 게르마늄의 계면에 관한 전반적인 연구에 대해서 진행 되었다. 우선 게이트를 위한 클리닝을 위하여 H2O2 용액을 이용한 RCA Cleaning을 시도 하였지만 GeO2가 DI water에 식각 되는 경향이 존재하여 계면의 더욱더 거칠게 되었다. 때문에 위의 RCA cleaning을 이용하기 보다 HCl이나 HF와 같은 용액을 이용하여 실험을 진행 하였고 ALD 공정적인 측면에서 Bonding energy가 더 낮은 HF가 더 유리함을 확인하였다. 실질적인 계면의 패시베이션으로서 RTP 공정 혹은 Plasma를 사용하여 GeO2를 성장 시켰지만 이는 GeO volatilization 혹은 플라즈마 데미지에 의해서 오히려 계면의 특성을 악화 시키게 되었다. 이를 해결하기 위해서 TMA 전처리라는 방식의 실험을 진행 하였다. XPS 분석을 통하여 native oxide가 제거되는 것을 확인하고 히스테리시스가 더욱 낮아졌지만 계면의 특성에는 변화가 없었다. 이를 HfO2에서 Y2O3로 게이트 유전체를 바꾸어 계면의 특성을 향상 시키게 되었다. 이는 추후에 Ge 소자의 제작에 있어서 희토류 금속 산화막이 필요함을 역설하는 것이다.
