Improvement in dielectric behavior by using ozone as an oxidant for the atomic layer deposition technique

In the present study AI$(CH_3)_3)$films were deposited by the ALD technique using trimethylaluminum(TMA) and ozone to improve the quality of the AI$(CH_3)_3)$ films, since the $OH^-$ radicals existing in the AI$(CH_3)_3)$ films deposited using TMA and $H_2O$ degrade the physical and the dielectric properties of the AI$(CH_3)_3)$ film. The XPS analysis results indicate that the $OH^-$ radical concentration in the AI$(CH_3)_3)$film deposited using $O_3$is lower than that using $H_2O$. The etch rate of the AI$(CH_3)_3)$film deposited using $O_3$is also lower than that using $H_2O$, suggesting that the chemical inertness of the former is better than the latter. The MIS capacitor fabricated with the TiN conductor and the $Al_2$O$_3$dielectrics formed using $O_3$offers lower leakage current, better insulating property and smaller flat band voltage shift $({\Delta}V_{FB})$.

ALD법으로 제조된 막의 유전적 특성

지금까지 주로 사용해 오던 TMA(trimethylaluminum, AI$(CH_3)_3)$와 $H_2O$를 사용하여 ALD(Atomic Layer Deposition)법으로 증착시킨 AI$(CH_3)_3)$막내의 $OH^{-}$기는 AI$(CH_3)_3)$의 우수한 물성을 악화시키는 불순물 역할을 하므로, 이를 개선하기 위하여 본 연구에서는 TMA와 오존(ozone, $O_3$)을 이용하여 AI$(CH_3)_3)$막을 증착한 후, 산화제 소스로 $H_2O$와 $O_3$을 각각 사용했을 때 그것들이 AI$(CH_3)_3)$막의 유전적 특성에 끼치는 효과에 관하여 비교 조사하였다. XPS 분석결과 $O_3$를 사용한 AI$(CH_3)_3)$막은 $H_2O$를 사용할 때와는 다르게 $OH^{-}$기가 감소됨을 관찰할 수 있었다. 화학적 안정성(chemical inertness)의 척도가 되는 wet 에칭율 또한 $O_3$를 사용한 AI$(CH_3)_3)$막의 경우가 더욱 우수하게 나타났다. TiN을 상부전극으로 한 MIS (metal-insulator-silicon) capacitor 구조로 제작된 AI$(CH_3)_3)$막의 경우 $H_2O$를 사용한 경우 보다 $O_3$를 사용한 경우에 누설전류밀도가 더 낮았고, 절연특성이 더 우수하였으며, $H_2O$보다 $O_3$를 사용했을 때 C-V 전기적이력(hystersis) 곡선의 편차(deviation)가 감소하는 것으로 보아 전기적 특성이 더 향상되었음을 알 수 있었다.