Abstract
ITRS (international technology roadmap for semiconductors)에 따르면 MOS(metal-oxide-semiconductor)의 CD (critical dimension)가 45 nm node이하로 줄어들면서 poly-Si/$SiO_2$를 대체할 수 있는 poly-Si/metal gate/high-k dielectric이 대두된다고 보고하고 있다. 일반적으로 high-k dielectric를 식각시 anisotropic 한 식각 형상을 형성시키기 위해서 plasma를 이용한 RIE (reactive ion etching)를 사용하고 있지만 PIDs (plasma induced damages)의 하나인 PIED (plasma induced edge damage)의 발생이 문제가 되고 있다. PIED의 원인으로 plasma의 direct interaction을 발생시켜 gate oxide의 edge에 trap을 형성시키므로 그 결과 소자 특성 저하가 보고되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 이에 차세대 MOS의 high-k dielectric의 식각공정에 HDP (high density plasma)의 ICP (inductively coupled plasma) source를 이용한 원자층 식각 장비를 사용하여 PIED를 줄일 수 있는 새로운 식각 공정에 대한 연구를 하였다. One-monolayer 식각을 위한 1 cycle의 원자층 식각은 총 4 steps으로 구성 되어 있다. 첫 번째 step은 Langmuir isotherm에 의하여 표면에 highly reactant atoms이나 molecules을 chemically adsorption을 시킨다. 두 번째 step은 purge 시킨다. 세 번째 step은 ion source를 이용하여 발생시킨 Ar low energetic beam으로 표면에 chemically adsorbed compounds를 desorption 시킨다. 네 번째 step은 purge 시킨다. 결과적으로 self limited 한 식각이 이루어짐을 볼 수 있었다. 실제 공정을 MOS의 high-k dielectric에 적용시켜 metal gate/high-k dielectric CMOSFETs의 NCSU (North Carolina State University) CVC model로 구한 EOT (equivalent oxide thickness)는 변화가 없으면서 mos parameter인 Ion/Ioff ratio의 증가를 볼 수 있었다. 그 원인으로 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)로 gate oxide의 atomic percentage의 분석 결과 식각 중 발생하는 gate oxide의 edge에 trap의 감소로 기인함을 확인할 수 있었다.
