A Study on Gate Dielectric and Interface of InGaAs MISFETs for CMOS Extension

Abstract

본 논문에서는 Recessed planar type InGaAs MISFET 구조에서 가장 중요한 게이트 절연막과 계면특성에 관한 연구를 진행하였다. 큰 드레인 전류와 트랜스컨덕턴스, 낮은 누설 전류값을 갖는 InGaAs MISFET에 적합한 절연막의 특성을 얻기 위해, 여러 가지 절연막 물질 후보군 중에서 산소기가 없는 막인 PEALD SiNx 막을 선택하였다. 전반적으로 InGaAs MISFET 구조의 게이트 스택에 대한 연구를 통해 표면의 Dit값과 커패시턴스 확산현상을 줄이고 열적 안정성을 유지하는 방법을 모색하였다. ICP-CVD 시스템을 이용하여 SiNx 박막의 증착 공정에 대한 연구를 진행하였고 이를 통해 열적 안정성을 갖고 낮은 주파수에서 커패시턴스 확산현상이 작은 소자를 제작 할 수 있었다. 챔버 척 증착 온도를 변화시켜가며 주파수에 따른 커패시턴스 확산현상을 개선하는 방안을 찾았다. 또한 표면의 자연산화막 처리를 위해 디지털 에치, 암모니아 염기성 용액 처리를 통해서 개선된 누설 전류 특성을 얻었다. 그리고 표면의 데미지 감소를 위해 N2 플라즈마 파워를 낮추어 누설 전류를 더욱 감소시킬 수 있었다. 추가적으로 메탈 증착 이후 열처리를 통해 문턱전압을 양쪽으로 이동시키고 히스테리시스, 주파수에 따른 커패시턴스 확산현상을 개선하였으며 트랜스컨덕턴스와 드레인 전류를 증가시켰다. 마지막으로 수소 분위기의 열처리를 통해 기존의 질소 분위기의 열처리 보다 누설전류를 더욱 감소시킬 수 있었다. 위에 열거한 방법들을 종합하여 게이트 길이가 짧은 소자(~100nm)를 제작하여 개선된 특성을 얻었다. 추가적으로 high-k 물질을 게이트 절연막으로 사용하기 위해 SiNx/Al2O3 이중막에 대한 연구 및 소자 제작을 통해 문턱전압 이하에서의 기울기 값을 개선시키는 연구도 진행 하였다.