O₂ 플라즈마 기반 PE-ALD를 이용한 Ru 박막 형성과 구조적·화학적·전기적 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

차세대 고집적 반도체 소자인 3D DRAM에서는 소자 미세화와 고종횡비 구조 형성에 따라, 낮은 비저항과 우수한 step coverage를 갖춘 금속 박막 증착 기술의 개발이 필수적이다. 기존에는 구리(Cu)가 낮은 비저항을 바탕으로 금속 배선에 널리 사용되어 왔으나, 나노스케일 박막에서의 전자 산란에 따른 비저항 증가로 인한 신뢰성 저하 문제로 인해 대체 소재의 필요성이 제기되고 있다. 특히, 고종횡비 구조에서도 균일하게 증착이 가능하면서도 전기적 특성을 안정적으로 유지할 수 있는 새로운 금속 박막 공정이 요구된다.
본 연구에서는 플라즈마-강화 원자층 증착(PE-ALD)을 이용하여 10 nm 이하 두께의 루테늄(Ru) 금속 박막을 증착하고, 이에 대한 성장 거동 및 전기적 특성을 체계적으로 분석하였다. 특히, O₂ 플라즈마는 유기 리간드의 효과적인 분해를 통해 높은 핵생성과 조밀한 박막 형성을 유도하는 장점을 가진다. 이에 따라 O₂ 플라즈마 조건에서의 증착 특성과 박막 두께에 따른 비저항 변화를 정량적으로 분석하였으며, 형성된 박막의 구조적 특성은 XRD 및 XRR 분석을 통해, 화학 조성은 XPS를 통해 평가하여 O₂ 플라즈마의 영향을 확인하였다. 본 연구 결과는 PE-ALD 기반 Ru 박막이 3D DRAM 전극 소재의 적용 가능성 을 보여주며, 차세대 고성능 금속 박막 기술의 상용화 가능성을 제시하고자 한다.