차세대 DRAM 커패시터를 위한 페로브스카이트 전극용 VO2 박막의 원자층 증착 연구

Abstract

DRAM의 고집적화가 진행됨에 따라, 감소하는 DRAM 커패시터의 정전용량을 높이기 위해서는 유전율이 높은 유전 박막을 도입하는 것이 필수적이다. 유전율이 월등히 높은 High k 물질로는 SrTiO3와 같이 perovskite 구조의 물질이 유전율이 높은 편에 해당한다. 이러한 perovskite 구조의 high k 물 질을 커패시터의 유전체로 사용하기 위해서는 전극과의 반응성을 고려해야 한다. 일반적으로 전극 위에 유전층을 증착 시, 계면에 벌크 층의 유전 상수 보다 훨씬 작은 유전 상수를 갖는 dead layer가 발생하여 전체 유전율을 낮 추는 영향을 끼친다. 이러한 dead layer를 최소화하기 위해서는 같은 페로브스카이트 구조를 가진 전극을 사용하는 방법이 있다. 페로브스카이트 전극 사용 시, 계면에서의 전기적 불연속성을 줄여주어 유전 손실을 최소화할 수 있으며, 유전체와의 유사한 격자 구조를 통해 필름의 스트레인과 결함을 줄여 dead layer 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 페로브스카이트 전극 사용 시 별도의 PDA(post deposition annealing) 과정 없이 in-situ 결정화가 가 능하다는 장점이 있다. 이에 따라 본 연구에서는 페로브스카이트 전극 SrVO3 공정 개발을 위한 VO2 ALD 증착 연구를 진행하였다. 전구체 선정 과정을 거쳐 최종적으로 SrVO3 증착 공정을 위한 VO2 ALD 공정의 전구체는 VO(acac)2 가 적합함을 확인하였으며, 리액턴트로는 H2O와 O2를 각각 사용하거나 함께 사용하여 공정을 진행하였다. 그 결과, O2를 사용한 공정에서 탄소 불순물이 ~1% 수준으로 매우 낮은 것을 확인하였으며 결정성이 매우 우수한 다결정 VO2 박막이 증착 됨을 확인 하였다. 또한 리액턴트 시퀀스를 다양하게 진행하여, 리액턴트 시퀀스에 따라서 VO2 박막의 phase가 달라지는 것을 확인하였다.