초록 ▼

우리나라가 세계최고의 경쟁력과 기술력을 갖춘 분야인 초고집적 메모리 반도체 공정 기술의 핵심으로 전하의 저장을 위한 커패시터 형성 기술을 들 수 있다. 커패시터의 경 우, 현재까지는 좁은 면적에서 원하는 capacitance를 얻기 위해 삼차원 구조의 단차 심화, 구조 변화 및 hemi-spherical grain (HSG) 기술을 이용한 표면적 증가 등의 방법을 주로 사용해왔으나,이러한 접근방법들은 이미 한계에 이르렀음이 명백해졌다.따라서 BST나 STO, Hf$O_2$/Ti$O_2$ 등의 고유전박막을 이용하여 초고집적 DRAM용

우리나라가 세계최고의 경쟁력과 기술력을 갖춘 분야인 초고집적 메모리 반도체 공정 기술의 핵심으로 전하의 저장을 위한 커패시터 형성 기술을 들 수 있다. 커패시터의 경 우, 현재까지는 좁은 면적에서 원하는 capacitance를 얻기 위해 삼차원 구조의 단차 심화, 구조 변화 및 hemi-spherical grain (HSG) 기술을 이용한 표면적 증가 등의 방법을 주로 사용해왔으나,이러한 접근방법들은 이미 한계에 이르렀음이 명백해졌다.따라서 BST나 STO, Hf$O_2$/Ti$O_2$ 등의 고유전박막을 이용하여 초고집적 DRAM용 커패시터를 만들고자하 는 연구가 전세계 메모리반도체 산업계에 걸쳐 활발히 이루어지고 있다. STO 박막의 경 우 기존 CVD 법에 의해 많은 연구가 진행되었으나 3차원 구조에서의 step coverage 확 보에 많은 어려움을 겪어왔으며 물성 확보가 어려워 그 적용에 많은 회의가 제기되었으 나 소자의 집적화가 가속화되어 감에 따라 유전율 100 이상인 고유전 물질의 공정 및 물 성 확보는 더 이상 미룰 수 없는 상황이 되고 있다. STO ALD의 경우 상업적으로 적용 가능한 Sr의 원료 물질인 Sr(thd$)_2$가 ALD 공정에 주로 이용되는 $H_2$O vapor와 ALD 반응 을 나타내지 않아 그 연구가 매우 미미한 실정이다. Helsinki 대학 연구팀이 cyclopentadienyl 계열의 원료 물질을 이용하여 STO 박막의 ALD 증착에 성공하여 그 물 성을 보고한 바 있으나 상기 원료 물질의 불안정한 열분해 특성으로 인해 그 상업적 적 용은 매우 어렵다 또한 . $H_2$ 에 비해 산화력이 강력한 O vapor $O_3$, $O_2$ plasma 등을 적용하 여 STO ALD 공정을 시도한 보고들이 있으나 아직 그 연구가 증착 특성 평가에 머물러 있는 수준이며 또한 증착 박막의 특성 또한 소자에 적용키 어려운 열악한 수준이다. 이에 본 연구팀은 보다 근본적인 수준에서 STO ALD 공정 확보에 접근하고자 한다. $H_2$O vapor를 이용한 STO ALD 공정이 불가능했던 그 근본 원인이 무엇인지를 밝히고 그 해 결책을 제시함으로써 완벽한 수준의 STO ALD 공정을 확보하고자 한다. 이를 위해 다양 한 Ti 원료 물질을 적용하여 STO ALD 공정이 가능한 원료 물질의 조합을 찾는 방법과 산화제 종류에 따른 반응 기구 연구, Sr 원료 물질의 상태 변화에 따른 증착 기구 변화 등을 연구하고자 한다. 이러한 연구를 통해 확보된 공정 조건을 기반으로 MIS, MIM 구 조에 STO ALD 박막을 적용함으로써 목표에 부합하는 전기적 특성을 확보하고자 하였 다.

Abstract ▼

The final goal of the development is to establish the fabrication technology of the next-generation capacitor and MOSFETS. And its subordinate objects are the development of the chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) technology in high-k dielectrics, ferroelectrics, metal e

The final goal of the development is to establish the fabrication technology of the next-generation capacitor and MOSFETS. And its subordinate objects are the development of the chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) technology in high-k dielectrics, ferroelectrics, metal electrodes and gate oxide, and the development of their unit process. Moreover, the establishment of electrical and structural analysis techniques about the fabricated devices is also in interest. For the dielectric materials of next-generation DRAM capacitor, (Ba,Sr)TiO3 (BST) and SrTiO3 (STO) were investigated in this project. The BST films deposited on contact-hole structures by MOCVD method showed critical problem of thickness and composition variation according to the position in contact-hole, which was inevitable in conventional MOCVD method. However, contact-hole structure showing conformal thickness and composition step coverage could be fabricated when dome-type chamber was used in the conditions of high dome wall temperature. It is well known that STO ALD process is very difficult with conventional metal organic precursors and $H_2$O vapor. But in this project, we found that the bubbling temperature of Sr(thd$)_2$ was the key factor for STO ALD. More than 90$\percnt$ of thickness and compositional step coverage were obtained over contact hole structure (hole size 0.13${\micro}m$, aspect ratio 8) by lowering the temperature below melting point of Sr(thd$)_2$.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발 과제의 개요...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...20
• 1단계 연구...20
• 제 1 절 BST 박막의 증착 및 특성분석...20
• 제 2 절 ALD 공정을 이용한 STO 고유전 박막 개발...38
• 제 3 절 Pb계 새로운 고유전 물질 탐색...48
• 제 4 절 MOCVD법에 의한 Ta2O5 박막 형성 및 특성 평가...56
• 제 5 절 새로운 gate oxide용 고유전 물질 탐색연구...60
• 제 6 절 전기적, 화학적 구조적 분석 기술 구축...62
• 제 7 절 금속 전극 박막 증착 기술 연구...80
• 제 8 절 확산 방지막 증착 기술 연구...92
• 2단계 연구...97
• 제 1 절 고/강유전막을 이용한 미소커패시터 제조기술 확보...97
• 제 2 절 gate용 고유전 MOSCAP 제조기술확보...186
• 제 3 절 미소캐패시터용 CVD/ALD Ru 전극 박막 공정의 개발...315
• 제 4 절 MIS, MIM 구조의 전기적 분석 이론 확립...361
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...382
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...387
• 제 6 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술정보...390
• 제 7 장 참고문헌...393