DRAM 커패시터에 적용하기 위한 Al2O3 및 SrTiO3 유전막의 원자층증착법 개발
저자
발행사항
용인 : 명지대학교 대학원, 2023
학위논문사항
발행연도
2023
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
경기도
기타서명
Development of Atomic Layer Deposition of Al2O3 and SrTiO3 Thin Films for DRAM Capacitors
형태사항
vi, 67p. ; 26 cm
일반주기명
명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수: 이범주
UCI식별코드
I804:11023-000000077295
소장기관
DRAM capacitor 유전막은 높은 유전율과 낮은 누설전류가 요구되지만, 대부분의 유전물질의 유전율과 band gap은 서로 반비례 경향을 보인다. 본 연구는 DRAM capacitor에 널리 사용되는 Al2O3와 차세대 capacitor 유전막으로 주목받고 있는 SrTiO3의 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD)을 새롭게 개발하였다.
Al2O3 ALD는 Al(CH3)3 (trimethylaluminum, TMA) 전구체와 (CH3)2CO (아세톤)을 반응물로 적용하였으며 대표적인 H2O 기반 Al2O3 ALD와 비교하여 다양한 박막 특성을 평가하였다. 아세톤을 이용한 Al2O3 박막의 성장률은 0.87 Å/cycle로 H2O 기반 Al2O3 ALD (0.97 Å/cycle)에 비해 약간 느렸다. 박막의 계면 산화막 형성 및 공기 중에서 열처리한 후 열적 안정성 특성은 거의 동일하였다. 아세톤 및 H2O 기반의 Al2O3 박막의 유전율은 각각 7 및 8로 낮은 누설전류밀도 (<10-7 A/cm2 @0.8 V)를 보였다.
반면에 SrTiO3는 {Sr(ddmap)(tmhd)}2 와 O3를 반응물로 사용해 SrO ALD 증착공정을 확보했으며, SrO 박막에 Al2O3 capping layer를 적용해 SrCO3 억제 연구를 진행했다. 확보한 SrO ALD와 CpTi(OiBu)3 와 H2O를 이용한 TiO2 ALD 공정을 이용하여, stoichiometric 한 SrTiO3 박막의 ALD 공정을 확보하였다. SrTiO3 박막은 p++ Si에서 bulk 유전율 168, 낮은 누설전류밀도 (<10-7 A/cm2 @0.8 V)로 우수한 전기적 특성을 보였다. SrTiO3 박막은 TiN 기판에서 bulk 유전율 52, p++ Si에 비해 다소 높은 누설전류밀도를 보여, 다양한 Al 도핑 공정을 박막 상부에 적용하였다. TMA 1 cycle 도핑 공정 시, 가장 우수한 전기적 특성 향상을 보였다. 박막의 누설전류밀도가 10-3배 향상되었음을 확인하였으며, 이는 conduction band offset 증가로 인한 것임을 확인하였다.
In this study, we newly developed atomic layer deposition (ALD) of Al2O3 and SrTiO3. The deposition of Al2O3 with TMA and a new reactant, acetone via ALD showed completely self-limited saturation behavior. The growth rate of Al2O3 using acetone is 0.87 Å/cycle. The deposited Al2O3 thin film showed a very smooth surface and a low RMS roughness value of 0.08 nm. The dielectric constant of the acetone-based Al2O3 film was 7, showing low leakage current density (<10-7 A/cm2 @0.8 V).
The ALD of SrTiO3 is achieved by alternatively depositing TiO2 ALD with CpTi(OiBu)3 and H2O and SrO ALD with {Sr(ddmap)(tmhd)}2 and O3. The relative subcycle ratio of the TiO2 and SrO process was varied to find the process condition for a stoichiometric SrTiO3 film. The SrTiO3 film showed excellent electrical properties with a bulk dielectric constant of 168 and low leakage current density (<10-7 A/cm2 @0.8 V) on p++ Si. On the TiN substrate, the leakage current density of SrTiO3 film was improved by 10-3 times after the Al doping process of TMA 1 cycle, and it was observed that this was due to the increase in the conduction band offset.
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