[반심공] 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD) #2

안녕하세요. 오늘은 지난번과 유사한 주제의 Pt 증착 실험 논문을 살펴보겠습니다. 

[반심공] 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD)

[반심공] 귀금속 ALD 증착 (Pt-ALD)

 

Contents

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

목차는 다음과 같습니다. DDAP라는 Pt 프리커서를 도입하게 된 배경을 살펴보고, 실험에 대한 다양한 결과를 공부하겠습니다.

 

1. Reference

 

 오늘 소개해드린 논문은 현재 아주대학교에서 재직 중이신 오일권 교수님의 박사 재학 시절 논문입니다. 

오일권 교수님은 ALD, AS-ALD 분야에서 저명한 논문과 실험을 진행하시는 교수님입니다. 

아마 학부생들은 SK 청년 Hy-Po에서 한 번쯤 만나뵈었을 것입니다.

 

[반심공] ASD_Area Selective Deposition(영역선택적 증착)

[반심공] ASD_Area Selective Deposition(영역선택적 증착)

 

2. Introduction

L: MeCp, R: Pt(acac)2

과거 Pt의 Precursor로는 MeCp나 Pt(acac)가 많이 사용되었습니다. 

특히, MeCp의 경우 Pt(acac)에 비해 GPC(Growth Per Cycle)이 낮지만, 불순물이 적어 pure한 박막을 형성할 수 있으므로

더 활발히 연구되었습니다.

 

이러한 전구체들을 활용해 전기적, 성장적 관점에서 더 나은 박막을 형성하기 위한 연구들이 많이 있어왔습니다.

전기적 특성을 개선하기 위해 불순물이 적어야 하고, 그러기 위해선 ligand가 쉽게 분해되어 사라져야 합니다.

성장 특성을 개선하기 위해서는 ligand의 반응성이 더 향상되고, 리간드의 부피가 작아야 밀도 높은 박막으로 성장특성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 가설의 결론으로 DDAP라는 Precursor로 대체하는 실험을 진행하였습니다. 

3. Experiment

 

실험 조건은 위와 같습니다. DDAP Pt precursor를 Ar carrier gas를 통해 10초 주입 하고, Ar purge를 10초, O2 5초, Ar purge를 10초 분사한 사이클을 30nm 까지 성장시켰습니다. 

 

공정 온도는 190~340도 window에서 진행하였고, 캐니스터는 60도 온도로 유지하였습니다. 또한 feeding line (canister에서 chamber 입구까지의 구간)은 100도로 유지해 Pt이 응축되어 고체화되는 것을 방지하였습니다.

 

4.Result

4.1 FE-SEM

FE-SEM으로 추출하여 fitting된 데이터입니다. A는 산소를 5초 고정한 후 Pt 분사에 따른 성장률이고, 

B는 DDAP를 3초로 고정한 후 O2 분사에 따른 성장률입니다. 푸른색은 Pt, 붉은색은 O2입니다.

 

a, b 그래프 결과를 통해서 Pt과 O2 분사에 따른 Self-Limiting 조건을 알 수 있습니다.

a 그래프에서 7초부터 Saturation 됨을 알 수 있고, b그래프에서 3초부터 되는 것을 볼 수 있습니다.

 

c는 증착 온도에 따른 성장률이고, D는 증착 온도에 따른 비저항을 나타낸 그래프입니다.

c에서 온도가 높아질수록 성장률이 높아지는 양상을 나타내고, 논문에서는 이를 Pt의 흡착정도나 reaction mechanism이 

온도에 따라 변화해 높은 반응성을 보인다고 설명하고 있습니다. 

d에서 온도와 독립적으로 constant한 저항을 보이는 것을 알 수 있습니다.

이는 defect이 적은 pure한 박막을 형성했다는 의미입니다.

 

4.2 SEM

이번엔 SEM사진으로 사이클별 성장 메커니즘을 살펴보겠습니다.

20 사이클부터 island growth(원자가 핵화하며 섬형태로 성장하는 형태)가 시작되어 40 사이클부터 크기가 커지기 시작합니다.

80 사이클부터 본격적으로 연속적인 박막이 형성되는 과정을 거칩니다.

논문의 언급을 정리하면, 연속적인 박막을 반도체에서 활용할 수 있고, 사이클에 따른 결정화 상태를 조절하여 촉매 등의 nanoparticle을 활용할 수 있다고 아이디어를 제안합니다.

 

4.3 XPS

 마지막으로 XPS를 통한 화학적 결합 상태를 확인해보겠습니다.

왼쪽이 DDAP로 증착한 Pt 박막의 XPS 데이터이고, 오른쪽은 MeCp 프리커서로 증착한 박막의 데이터입니다.

 

눈여겨봐야할 점은 탄소(Carbon)쪽의 데이터입니다. 같은 280, 285eV의 바인딩 에너지 구간에서 MeCp 박막은 C peak가 보이나, DDAP 박막의 경우 마땅히 크게 상승한 피크는 관측되지 않았습니다. 논문에서 설명하기론 MeCp를 활용했을 때는 탄소 기반의

byproduct가 발생되어 휘발되지 않고 불순물로 남아있는 반면, DDAP의 박막에서는 탄소나 산소기반 불순물이 없어 pure한 박막을 형성할 수 있다고 이야기합니다.

 

결론적으로 DDAP라는 프리커서를 활용했을 때, 기존의 프리커서를 활용한 박막 대비 전기적 특성과 성장 관점에서의 향상을 도모할 수 있습니다. 

 

 

오늘은 이렇게 DDAP를 활용한 또다른 논문을 살펴봤습니다. 감사합니다.