[연구자명]

정성웅(지도교수), 박현준(대학원), 석규환(대학원생), 이수빈(대학원생), 숭실대, SK 트리켐 등

[연구제목]

Self‑Activating Atomic Layer Deposition: A Kinetic Strategy for Growth of Metastable, High Work Function MoO₂ Thin Films

[연구내용 요약]

이산화몰리브덴(MoO2) 전극은 고일함수, 낮은 비저항으로 초고집적 D램 구현을 위해 유망한 전극 물질입니다. 그러나 ALD 공정으로 실현시킨 사례를 찾아보기 힘듭니다. 이는 O3을 산화제로 사용하면 절연체인 3산화 몰리브덴이 형성되고, 열역학적으로 선호되는 H2O를 산화제로 사용하면 몰리브덴 전구체와 반응성이 거의 없기 때문입니다. IMPD 랩에서는 ALD 공정에서 금기시되는 전구체의 열분해를 적극 활용한 자가 활성화 원자층 증착(Self-activating ALD) 메커니즘을 새롭게 제안하고 이를 통해 ALD의 특징인 self-limiting 특성을 확보하는데 성공했습니다. 특히 기존 공정에서의 전구체 분자 간의 입체 장애(Steric hindrance)로 인한 열적 활성화 한계를 퍼지 스텝에서의 열분해 과정으로 활용하여 흡착된 전구체를 활성화시키면서도 단차 피복도를 100% 가깝게 얻을 수 있었습니다. 또한 MoO2 박막을 안정적으로 증착할 수 있는 화학적 메커니즘을 상세히 입증함으로써, 기존의 ALD 공정의 범위를 획기적으로 넓혀 반도체 공정 최적화에 기여할 중요한 기반을 마련하였고, 이는 국내 전구체 기술과 ALD 장치 개발로도 이어질 것입니다. 이번 연구 성과는 표면 과학 및 재료 분야의 저명한 국제 학술지 ASS(Applied Surface Science)에 게재가 결정되었습니다.

[성과와 관련된 이미지 및 설명]

MoO2 SA-ALD 공정 메커니즘 모식도

SA-ALD에 의한 MoO2 박막의 등방성 단차 피복도

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

K-chips 과제로 진행된 본 연구는 과제가 종료되었고 논문 게재가 결정되어 마무리 단계에 있으나 SA-ALD MoO2를 전극으로 사용한 MIM capacitor 특성을 확보하는 후속 연구를 통해 

DRAM의 부족한 커패시터 전극이나 고일함수 게이트 전극으로 활용 가능성을 목표로 연구 진행 중입니다.