루테늄 박막 증착 시 계단 도포성 향상을 위한 ALD공정 연구

Abstract

최근 루테늄 박막은 낮은 저항, 열적 안정성, high-work function 등의 많은 이점을 가져 미세 전자 소자의 분야에서 널리 사용되고 있다. 하지만 상업적으로 사용하기에는 물질의 가격이 높은 단점 또한 존재한다. 그리고 루테늄 박막을 성장시키기 위해 매우 긴 초기 핵 생성 시간이 필요한 점을 극복하는 것이 이슈가 되고 있다. 따라서 본 실험에서는 두 가지 Atomic Layer Deposition(ALD) 공정법을 함께 이용하여 증착 시간을 단축과 점점 작아지는 소자의 박막 증착을 위한 계단 도포성 향상을 목적으로 하였다. 두 가지 ALD 공정법은 Plasma enhanced ALD(PEALD)와 Thermal ALD가 사용되어졌다. 첫번째로 PEALD는 플라즈마를 이용하여 반응 가스를 활성화 시켜 핵 생성 시간을 단축할 수 있고, 좋은 막 특성을 갖는 증착이 가능하다. 하지만 플라즈마의 등방성으로 인해 점점 크기가 작아지는 소자의 계단 도포성이 비교적 좋지 않다는 단점이 있다. 두번째로 Thermal ALD는 PEALD가 갖는 장점과 단점의 반대의 특성을 갖는다. 즉, 매우 긴 핵 생성 시간과 박막 형성 시 결정립계의 크기가 커져 막 특성이 매우 좋지 않다는 단점이 있지만, 계단 도포성이 우수한 장점을 가진다. 본 실험은 각각의 장단점을 가지는 두 가지 공정법을 함께 이용하여 진행되었다. 초기 핵 성장은 속도가 빠르고 매우 균일한 seed를 형성시킬 수 있는 PEALD를 이용하여 25, 50, 75, 100 cycle의 증착을 실시하였으며, 그 이후에 각각의 샘플에 계단 도포성을 향상 시킬 수 있는 Thermal ALD 100 cycle을 증착하였다. 계단 도포성의 향상을 확인하기 위해 20:1의 silicon oxide pattern wafer가 이용되었으며, 또 한 박막의 특성을 분석하기 위해 2 inch 평판 silicon oxide wafer도 함께 사용되었다. 결과는 TEM 이미지를 통해 계단 도포성의 향상을 관찰 할 수 있었으며, 초기 seed의 density 변화에 따른 계단 도포성의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 그리고 박막의 성장은 seed를 따라 성장하므로 combined ALD의 박막 특성은 막 특성이 우수한 PEALD의 양상과 같은 것으로 확인되었다. 막 특성 분석을 위해 Auger electron spectroscopy(AES), X-Ray diffraction(XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Four Point Probe, Scanning Electron Microscope(SEM)이 사용되었다.