Effects of hydrogen addition during sputtering on the electrical properties of AIN insulating films for MIS device application

스퍼터링시 수소첨가가 MIS소자용 AIN절연박막의 전기적특성에 미치는 영향

AlN thin films were fabricated by reactive sputtering for the application of MIS devices with Al/AlN/Si structure. It has investigated the surface morphology change, I-V characteristics, C-V characteristics, and chemical composition of AlN films with the intriducing time of hydrogen on the fixed deposition condition(RF power: 150W, sputtering pressure: 5mTorr, flow rate ratio of $Ar/N_2=1$, hydrogen concentration: 5%). By addition of the hydrogen the deposition rate decreased drastically whereas the surface morphology changed little. It has been found from the analysis of I-V and C-V characteristics curves that the films deposited with hydrogen addition in initial stage had lower leakage current density, lower flat band voltage and hystersis profile when compared with those with hydrogen addition in last stage. The oxygen concentration in AlN films decreased with addition of hydrogen gas, which suggesting a profitable role in the insulation and C-V characteristics of AlN films.

반응성 스퍼터링법으로 AIN 박막을 증착하여 Al/AlN/Si구조의 MIS소자용 절연박막으로서의 응용가능성에 대해 연구하였다. 기판온도 $300^{\circ}C$, RF power 150W, 스퍼터링 압력 5mTorr, 아르곤과 질소 가스유량비 1:1 의 조건에서 5%의 수소가스를 부가적으로 첨가해 주는 시기에 따른 AIN박막의 표면형상변화, I-V특성, C-V특성, 조성을 조사하였다. 수소첨가에 따라 증착속도는 상당히 감소하였으나 표면형상 및 거칠기는 크게 변하지 않았다. I-V특성에서는 AIN 박막 증착시 초기 20분간 수소첨가를 시킨 경우가 후기 20분간 수소첨가를 시킨 경우보다 보다 우수한 절연특성을 보였다. 또한 C-V특성에서도 수소가 첨가됨에 따라 플랫밴드전압이 매우 낮아졌으며, 초기 20분간 수소첨가를 시킨 경우는 히스테리시스를 거의 보이지 않았으나, 후기 20분간 수소첨가를 시킨 경우는 상당한 히스테리시스를 보였다. AES를 이용한 조성분석을 통해 수소가스가 첨가됨에 따라 AIN박막내의 산소농도가 낮아진다는 사설을 발견하였고, 이에 따라 박막의 절연특성 및 C-V특성이 향상될 수 있는 가능성을 보였다.