[반심공] 오존을 사용한 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD with O3)

 

안녕하세요. 오늘은 Pt을 ALD 증착할 때 reactant로 O2가 아닌 O3를 활용한 논문을 공부해보겠습니다.

Pt 증착에 관련된 내용은 아래 포스팅을 통해 학습한 후 이 글을 읽으시면 조금 더 도움이 될 것 같습니다.

[반심공] 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD)

[반심공] 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD)

Contents

1. Reference
2. Introduction
3. Experiment
4. Result

목차는 위와 같습니다. 앞서 본 논문과 다르게 이 논문에서는 어떤 점을 소개하며 글을 열었는지를 살펴보고, 실험 조건과 결과를

알아보며 포스팅을 마치겠습니다.

 

1. Reference

 

오늘 논문은 KIST의 김성근 박사님과 다나카 귀금속이 함께 발행한 논문입니다.

 

2. Introduction

논문에 따르면, 기존 Pt 증착 실험은 주로 O2 혹은 O2 Plasma를 활용한 실험이 주를 이루었습니다.

O2를 reactant로 사용할 경우 핵생성 지연 시간인 Incubation Cycle이 길다는 단점을 갖습니다.

핵생성이 지연되면 얇고 연속적인 film의 형성이 곤란하고, GPC 특성이 저하된다는 문제가 발생합니다.

또한, 재료비가 비싼 귀금속의 경우 연속적인 박막을 형성하기까지 소모되는 양이 늘어나기 때문에 경제적이지 못합니다.

 

그러한 문제점에서 착안하여 이번 논문에서는 강한 반응성을 갖춘 오존을 활용하여 Pt를 증착한 실험을 진행하였습니다.

 

3. Experiment

실험 조건은 위와 같습니다. DDAP Pt precursor를 10초 주입 후, N2 purge를 15초, 오존 3초, N2 purge를 10초 분사한 사이클을

100회 반복하여 진행하였습니다.

공정 온도는 150~280도 window에서 진행하였고, 캐니스터는 60도 온도로 유지하였습니다.

 

기판은 SiO2와 Al2O3 두 개의 서로 다른 기판에서 성장시켜 비교하였습니다. 

SiO2와 Al2O3에 증착된 Pt의 AFM 이미지

4. Result

이제부터는 앞선 조건에 따라 증착된 박막의 결과를 살펴보겠습니다.

 

(a) 그래프는 O3를 3초 주입으로 고정한 후 DDAP 주입 시간에 따른 areal density(단위면적당 질량 혹은 원자수)를 나타낸 그래프입니다. WDXRF 장비로 밀도를 측정하고 두께를 계산하여 증착 정도를 추정했습니다.

일반적으로 ALD가 갖는 Self-Limiting의 전형적인 특성이 없이 계속 두께가 증가하는 모습을 볼 수 있습니다. 

논문에서는 이 점을 Pt의 Thermal Decomposition(열분해)이 증착두께에 기인했다고 설명합니다.

 

그래프 (b)와 (c)는 DDAP를 10초로 고정한 후, O3 주입시간에 따른 밀도, 저항을 각각 구한 그래프입니다.

오존 주입시간에 독립적으로 일정한 두께와 저항을 갖는 모습을 볼 수 있습니다. 

이는 짧은 오존 분사 시간에도 충분한 oxidation이 이뤄진다는 것, 그리고 PtOx같은 산화물이 없어 저항 증가 성분이 없는 pure한 film을 형성할 수 있다는 것을 의미합니다.

 

앞선 a,b,c 그래프와 달리 d는 180도 온도에서 250 사이클을 돌린 후 확인해본 저항 그래프입니다.(나머지 250도 100사이클)

(d)그래프를에서도 (c) 그래프와 유사한 저항을 갖는 것을 볼 수 있습니다. 이는 저온에서도 O3의 반응이 충분하기 때문에

박막 형성이 가능하다는 의미입니다.

 

 

이번 그래프들은 SiO2와 Al2O3 기판에서 성장시킨 Pt 박막의 품질 그래프입니다.

 

(a) 그래프를 통해 두 기판 모두에서 linear한 밀도 증가를 알 수 있습니다. 고로 Pt-ALD의 공정 제어 우수성을 보여줍니다.

 

(b) 그래프에서는 200도에서 0.1nm가 넘는 GPC가 포인트입니다. 앞선 포스팅에서 다뤘던 O2 reactant와 MeCp나 Pt(acac)2같은 다른 precursor에 비해 DDAP와 O3를 활용 했을 때 높은 GPC를 확보할 수 있음을 볼 수 있습니다.

 

(c) 그래프에서는 200도에서 incubation이 SiO2가 약 85사이클, Al2O3가 75사이클까지 필요로 하다가, 200도가 넘어가며 급격히 사이클이 감소하더니 280도 쯤엔 거의 0에 수렴하여 빠르게 연속적인 박막 형성이 가능하다는 점을 보여줍니다.

 

 

오늘은 오존을 활용한 Pt ALD 증착을 알아보았습니다. 감사합니다.