개선된 MOS 커패시터용 전기소자 및 이의 제조 방법

저염소 Hf(EtCp)2Cl2 전구체 원자층 증착 기반 저누설 MOS 커패시터

본 기술은 질소를 함유하지 않고 염소 함량이 낮은 하프늄 전구체 Hf(EtCp)2Cl2를 산소 플라즈마 원자층 증착법으로 실리콘 기판에 증착해 HfO2 유전층을 형성하고, 고온 어닐링 후 루테늄 전극을 스퍼터링하는 MOS 커패시터용 전기소자 제조 방법입니다.

트랜지스터 미세화로 SiO2 유전막이 2nm 미만으로 얇아지면서 터널링에 의한 누설 전류가 급증해 전력 소비가 늘고 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었습니다. 대체 고유전율 물질인 HfO2를 증착할 때 널리 쓰이는 HfCl4 전구체는 염소 함량이 높아 박막이 오염되고 전기적 특성이 저하되는 한계가 존재했습니다.

본 기술은 염소 함량이 적은 전구체로 염소 오염을 줄인 HfO2 박막을 확보하여, 1000℃ 수준의 고온 공정 후에도 낮은 누설전류 밀도와 안정적인 커패시터 성능을 구현합니다. 원자층 증착의 우수한 단차 피복성 덕분에 FinFET 같은 3차원 구조의 게이트 산화막에도 균일하게 적용할 수 있습니다. 이 기술은 차세대 MOSFET 게이트 유전막과 메모리 커패시터 제조에 적용될 수 있어 미세 공정에서도 고온 열처리를 견디는 고순도 high-k 절연막을 제공하며, ZrO2, TiO2 등 다른 high-k 물질로도 확장할 수 있습니다.

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Key Features:

• 실리콘 기판 위에 질소를 함유하지 않는 하프늄 전구체 Hf(EtCp)2Cl2를 산소 플라즈마 원자층 증착법으로 증착해 하프늄 디옥사이드 층을 형성하는 단계
• 하프늄 디옥사이드 층이 형성된 기판을 질소 조건 하에서 800 내지 1500℃의 온도로 어닐링시키는 단계
• 하프늄 디옥사이드 층 위에 DC 마그네트론 스퍼터링을 통해 루테늄 층을 형성하는 단계
• 전구체 공급 흡착, 퍼지 가스 제거, 산소 플라즈마 주입, 미반응 플라즈마 퍼지를 반복하며 180℃ 조건에서 수행되는 원자층 증착 단계

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본 발명은 산업통산자원부의 게이트 스페이서 및 다중 패터닝 기술을 위한 SiN / SiO2 플라즈마 원자층 증착 공정 및 대체기술 개발 지원을 통해 개발되었습니다.

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