Characteristics of Ta-Ti Gate Electrode for NMOS Device

NMOS 소자의 Ta-Ti 게이트 전극 특성

In this paper, characteristics of Ta-Ti alloy was studied as a gate electrode for NMOS devices to replace the widely used polysilicon. Ta-Ti alloy was deposited directly on $SiO_2$ by a co-sputtering method using two of Ta and Ti targets. The sputtering power of each metal target was 100W. To compare with Ta-Ti, Ta deposited with a 100W sputtering power was fabricated as well. In order to investigate the thermal/chemical stability of the Ta-Ti alloy gate, the alloy was annealed at $600^{\circ}C$ with rapid thermal annealer. No appreciable degradation of the device was observed. Also the results of electrical analysis showed that the work function of Ta-Ti metal alloy was about 4.1eV which was suitable for NMOS devices and sheet resistance of alloy was lower than that of polysilicon.

본 논문에서는 오래 전부터 NMOS의 게이트 전극으로 사용된 폴리실리콘을 대체할 수 있는 Ta-Ti 합금의 특성에 대해 연구하였다. 실리콘 기판 위에 열적으로 성장된 $SiO_2$ 위에 Ta과 Ti의 두 타깃을 사용하여 co-sputterring 방법으로 Ta-Ti 합금을 증착하였다. 각각의 타깃은 100W의 sputtering power로 증착하여 시편을 제작하였다. 또한 비교 분석을 위하여 Ta을 100W의 sputtering power로 증착한 시편도 제작하였다. 제작된 Ta-Ti 합금 게이트의 열적/화학적 안정성을 검토하기 위하여 $600^{\circ}C$에서 급속열처리를 수행한 결과 소자의 성능 저하는 나타나지 않았다. 또한 전기적 특성 분석 결과 Ta-Ti 합금은 NMOS에 적합한 일함수인 4.13eV를 산출해 낼 수 있었고, 면저항 역시 폴리실리콘에 비해 낮은 값을 얻을 수 있었다.