[반심공] ALD 공정 표면 passivation (Selective Surface Passivation)

안녕하세요. 오늘은 Pt ALD 공정에서 표면을 passivation하여 성장률을 높인 논문에 대해 공부해보겠습니다. 

 

Contents

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

차례는 다음과 같습니다. 패시베이션, selective 등 용어들의 의미를 알아보고 결과를 살펴보겠습니다.

 

1. Reference

 

이번 논문은 KIST 김성근 교수님의 논문입니다. 다나카 귀금속과 함께 연구 및 게재한 논문이며, 김성근 교수님의 다른 논문을

포스팅한 글이 있으니 궁금하신 분은 찾아보길 권해드립니다.

 

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

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

 

2. Introduction

ALD 공정으로 메탈을 증착할 시에는 메탈 위에서보다 절연체 위에서 증착할 때 흡착 능력이 저하되는 특성이 있습니다.

그리고 이것이 nucleation delay로 이끌어집니다. 

 

또한, 논문에서 Lateral Growth라고 표현하는데, 물질이 위가 아닌 옆으로 커지는 성장 특성에 의해 표면이 불균일해지고, 성장이

더뎌지는 부작용을 낳습니다. 이러한 것들이 모두 nucleation delay의 원인으로 꼽힙니다.

 

그래서 이번 논문에서는 아닐린(Anealine)이라는 억제제를 활용합니다. 아닐린은 절연체 위에는 흡착하지 않고 금속 위에만 흡착 되기 때문에 금속 분자를 감싸 lateral growth를 억제하고, 그로인해 발생한 공간을 또다른 Pt분자로 채워 박막 특성과 성장률 향상을 도모했습니다. 

제목에 Selective라고 표현한 이유는 앞서 말씀드린 것처럼 아닐린이 메탈 위에만 흡착하기 때문에 선택적으로 표면을 패시베이션 할 수 있다는 의미가 되겠습니다.

아닐린 inhibitor는 공정 내내 남아있으면 불순물이 될 텐데요, reactant로써 사용되는 오존이 아닐린을 제거해주는 역할을 동시에 수행합니다.

 

3. Experiment

 실험 조건은 다음과 같습니다. DDAP Pt 프리커서를 활용했고, bubbler type으로 주입했으며 질소를 208 sccm 유량으로 활용했습니다. DDAP를 사용한 여타 논문에 비교하면 상당히 강한 유량의 캐리어 가스를 활용했다고 볼 수 있습니다. 

 

 

4. Result

4.1 DFT

 

가장 먼저 아닐린이 Pt에 흡착했을 때의 DDAP Pt precursor의 흡착 에너지를 DFT(Density Functional Theory, 밀도범함수이론)로 계산한 결과입니다. -1.59 eV라는 값을 갖고, 흡착 에너지가 상당히 큰 음수를 보입니다.

흡착 에너지는 흡착되기 위해 필요한 에너지를 의미합니다. 큰 값의 양수라면 그 수치만큼의 에너지장벽을 넘어야 흡착이 된다는 의미이니, -1.59eV라는 값은 별도의 에너지가 주어지지 않아도 아닐린이 Pt위에 자발적으로 흡착된다는 의미이자 안정적인 결합이 가능하다는 의미가 됩니다.

 

4.2 GPC, Resistivity, Roughness 

우측 위의 a번 그래프를 보면, passivation 없이 DDAP를 통해 증착한 데이터(Black)와 아닐린을 활용한 데이터(Red)의 성장률 비교입니다. GPC의 관점에서 보면, 성장률이 훨씬 낮아졌음을 볼 수 있습니다. 이는 lateral growth를 억제했기 때문에 낮은 성장률을 보인다고 설명하고 있습니다. 또한 보조선을 원점으로 그어보면, conventional recipe의 경우 65 사이클정도의 incubation delay가 있지만, 아닐린을 사용했을 때는 거의 원점에 가까운 것을 볼 수 있습니다. 이는 메탈 ALD의 전형적인 특성인 incubation cycle이 거의 없이 증착 초기부터 연속적인 박막 형성이 가능하다는 의미입니다.

 

b 그래프를 보면 아닐린을 활용했을 때 더 낮은 비저항을 보입니다. 이는 불순물이 없이 더 pure한 박막을 형성할 수 있다는 결과로 도달합니다.

 

c와 d, e와 f는 각각 SEM이미지와 AFM(Atomic Force Microscopy) 이미지입니다. SEM 이미지로 살펴봐도 육안으로도 더 연속적이고 고른 박막이 형성되었음을 알 수 있고, AFM 이미지에 적혀있는 RMS(Root Mean Square, 울퉁불퉁한 정도)값이 거의 3배 가까이 차이가 나는 것으로 보아 아닐린을 활용했을 때 매우 고르고 연속적인 박막이 형성되었음을 알 수 있습니다.

 

마지막 g 그래프는 e와 f의 RMS를 그래프화 시킨 것입니다. 두께가 달라져도 일정하게 아닐린 사용시 평평한 표면을 갖는다는 것을 보여줍니다.

 

 

결론적으로 논문에서는 박막의 전기적 특성 등 박막 품질을 향상시킬 수 있는 방법 중에 아닐린을 활용한 표면 passivation 방식이 하나의 후보지가 될 수 있다는 점을 제안하고 있습니다.

 

오늘은 이렇게 Pt 박막의 품질을 향상시킬 수 있는 방법 중 하나를 소개하며 공부해봤습니다. 감사합니다.