Sputtering 공정을 통한 단일상 Body-Centered Cubic CoMo 합금 박막 구현 및 비저항 크기 효과 분석
Fabrication of Single-Phase Body-Centered Cubic CoMo Alloy Thin Films via Sputtering and Analysis of Resistivity Size Effect
- 주제(키워드) Metal thin film , CoMo , Body-Centered Cubic , Epitaxy , Resistivity , Size effect
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이상운
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035496
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
반도체 소자를 구성하는 트랜지스터와 메모리 소자에서는 신호 전달을 위해 금속 배선을 사용한다. 그러나 선폭이 10 nm 이하로 축소될 경우, copper(Cu)와 같은 기존 금속 배선은 전자 산란 증가로 인해 비저항이 급격히 증가하는 문제를 보인다. 이는 Cu가 ~1.68 𝜇Ω∙𝑐𝑚 낮은 벌크 비저항(𝜌0 )을 가지더라도 electron mean free path(EMFP, 𝜆)가 길어, 스케일링 과정에서 표면 및 결정립계 산란 영향이 크게 나타나기 때문이다. 본 연구에서는 기존에 합성된 바 없는 body-centered cubic(BCC) 구조 cobalt-molybdenum(Co-Mo) 합금 박막을 최초로 단일상으로 성장시키고, 결정학 및 전기적 특성을 규명하였다. 이를 위해 Sapphire a-plane 기판 위에 Mo 및 tungsten(W)과 같은 seed layer을 도입하여 BCC-CoMo 박막과 기판 간 격자 정합을 감소시킴으로써 BCC-CoMo 합금 박막 epitaxial 성장을 가능하게 하였다. 단일상 BCC-CoMo 합금 박막은 약 5 nm 수준 짧은 EMFP를 나타내었으며, 이에 따라 박막 두께 감소에 따른 비저항 증가가 상대적으로 억제되어 resistivity size effect 측면에서 우수한 특성을 보였다. Density functional theory(DFT)을 기반으로 한 계산 결과에서도 BCC 구조를 가지는 CoMo 합금이 다양한 CoMo 상 중 가장 낮은 𝜌0∙𝜆 값(~4.6×10−16 Ω∙𝑚2 )을 나타내었으며, 이는 구리 값(~6.73×10−16 Ω∙𝑚2)보다 낮은 수준이다. 본 연구 결과는 단일상 BCC-CoMo 합금 박막 증착 공정과 전자 수송 특성에 대한 근본적인 이해를 제공하며, BCC-CoMo가 향후 차세대 금속 배선 재료로 적용될 잠재력을 지니고 있음을 보여준다.
more목차
제 1 장 서 론 1
제 1 절 차세대 interconnect 개발 배경 1
제 1 항 Cu 금속 배선 스케일링 한계 1
제 2 항 차세대 배선 재료 후보군 2
제 3 항 CoMo 합금 전자구조적 특성 4
제 2 절 CoMo 합금 선정 배경 6
제 1 항 CoMo 결정 구조에 따른 0∙λ 비교 6
제 2 항 DFT 기반 전기적/신뢰성 특성 7
제 2 장 물리 기상 증착법 및 박막 분석 방법 9
제 1 절 스퍼터링 기반 박막 증착 기술 9
제 1 항 DC/RF 마그네트론 스퍼터링 9
제 2 절 박막 결정 구조 분석 11
제 1 항 X선 회절 분석 기법 11
제 2 항 투과전자현미경 분석 기법 12
제 3 장 실험 결과 및 분석 14
제 1 절 CoMo 합금 박막 증착 14
제 1 항 Co 및 Mo 단일 박막 특성 14
제 2 항 CoMo 박막의 결정 구조 및 비저항 특성 17
제 2 절 Seed Layer Engineering을 통한 결정성 제어 19
제 1 항 Seed layer 후보군 평가 19
제 2 항 W seed layer 기반 CoMo 결정화 거동 분석 21
제 3 절 Mo seed layer 기반 BCC-CoMo 단일상 박막 24
제 1 항 Epitaxial 성장 특성 24
제 2 항 결정 구조 및 격자 정합 관계 25
제 4 절 BCC-CoMo 박막의 Resistivity Size Effect 28
제 4 장 결 론 31
References 33
Abstract 37
