In this study, we deposit TiAlN and TiN gate using ALD to control Effective work functions, and ana-lyze effect of AlN on characteristics of TiAlN film. MOS capacitors were used to characterize the Effective work functions. We used commercial plasma enhanced ALD (PEALD) system (CN-1 Atomic Premium) with loadlock chamber. To deposit TiN, tetrakis-dimethylamino-titanium (TDMAT) was used as the precursor with carrier gas N2. Tri-methyl aluminum (TMA) was used as the Al precursor without carrier gas. For TiN mix-ture of N2 (100sccm) and H2 (300sccm), for AlN mixture of Ar(100sccm) and H2(300sccm) is used as the reactants, and purged with N2 carrier gas at flow rate 100sccm. The stage of main chamber was heated to 250℃. The plasma power was 300W. Deposition using ALD is progressed through four steps, precursor ex-posure time tPE, purge time of precursor tPP, reactant exposure time tRE, and purge time of reactant tRP. To de-posit TiN, each time was 1s(tPE), 5s(tPR), 6s(tRE), and 5s(tRP), respectively. To deposit AlN, each time was 1s(tPE), 10s(tPR), 6s(tRE), 10s(tRP). TiAlN deposition was progressed by using TiN and AlN super-cycle. After the deposition, the films were annealed at 400℃ for 30min in H2(500sccm) and N2(4500sccm) mixture gas ambient. Effective work function of TiN and TiAlN film were obtained by measuring C-V on the MOS capac-itors. And we analyze the results through interface characteristics.
It is shown that Effective work function of TiAlN film can be controlled by changing Al content in film. XPS study was conducted to characterize film composition. Cross-sectional TEM and XRD were used for microstructure study of the deposited films..
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.
