우회 반응 경로를 통한 차세대 DRAM 커패시터용 저저항 TiN 전극의 원자층 증착 공정 연구
Alternative reaction pathways for low-resistivity TiN electrode ALD for next-generation DRAM capacitors
- 주제(키워드) DRAM , ALD
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이상운
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036681
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
DRAM（Dynamic Random Access Memory）은 현재 컴퓨터 구조에서 SRAM의 부족한 용량과 SSD의 느린 속도를 보완하는 역할을 가지고 있다. 최 근 Ai의 비약적인 발전으로 처리해야 할 데이터의 양이 기하급수적으로 늘어났 으며, 이에 따라 DRAM의 기술적인 혁신 역시 필수적인 상황이다. DRAM의 고집적화에 따라 소자의 전기적 특성, 구조적 안정성, 공정에서의 신뢰성 확보가 중요한 과제인 상황이다. 현재 DRAM 커패시터 전극으로는 TiN이 널리 사용되고 있는데, 우수한 단차 피복 특성을 가진 Thermal ALD（Atomic Layer Deposition） 기법을 통해 형성하게 된다. 하지만 현재 진 행되고 있는 높은 공정 온도（~550℃）는 DRAM 소자의 열화 문제를 일으키기 때문에 400℃이하의 공정개발이 필수적인 상황이다. TiN ALD는 TiCl4 전구체 와 NH3 반응물을 이용한 ALD 공정을 통해 TiN 박막을 형성하게 되는데, 저 온 공정에서 강한 Ti-Cl의 결합으로 인해 탈착이 되지 않고, 박막 내에 불순 물로 남는 문제가 있다. 이는 박막의 비저항을 크게 증가시키는 요인으로 작용 하고 있으며, DRAM의 고집적화 단계에서 더 크게 작용하는 문제이다. [1] 이에 본 연구에서는 우회 반응 경로 ALD 기법을 제시하여 HBr 가스를 대 체 가스로 도입하여 NH3반응물 주입 전 단계에 처리해 줌으로써 효과적인 Cl 탈착을 유도하여 Cl 불순물이 70%감소하여 비저항이 30% 개선된 저온 TiN 박막을 증착하는 결과를 얻어내었다.
more초록/요약
In modern computer architectures, Dynamic Random Access Memory （DRAM） serves to compensate for the limited capacity of SRAM and the slow processing speeds of SSDs. The recent rapid advancements in AI have led to an exponential increase in the volume of data that must be processed, making technological innovations in DRAM absolutely essential. As DRAM becomes more highly integrated, securing the electrical properties of the devices, structural stability, and process reliability has emerged as a critical challenge.Currently, Titanium Nitride （TiN） is widely used for DRAM capacitor electrodes, typically formed using Thermal Atomic Layer Deposition （ALD） due to its excellent step coverage. However, the high processing temperatures currently employed （~550°C） cause thermal degradation in DRAM devices, making the development of processes at or below 400°C essential. The TiN ALD process forms a TiN thin film using a TiCl4 precursor and a NH3 reactant. At low temperatures, the strong Ti-Cl bonds prevent proper desorption, leaving chlorine （Cl） as an impurity within the thin film. This significantly increases the resistivity of the film, a problem that becomes even more critical as the integration density of DRAM increases. [1]In response, this study proposes an alternative reaction pathway ALD technique that introduces HBr as a substitute gas. By applying HBr prior to the injection of the $NH_3$ reactant, effective Cl desorption was induced. As a result, we successfully deposited a low-temperature TiN thin film demonstrating a 70% reduction in Cl impurities and a 30% improvement in resistivity.
more목차
제 1 장 서 론 1
제１절 연구 배경 및 필요성 1
제 1 항 연구 배경 및 필요성 1
제 2 장 DRAM 역할 및 공정 기술 3
제１절 DRAM 3
제１항 DRAM 구조 및 역할 3
제２항 타이타늄 질화물(TiN) 전극 특성과 문제점 6
제２절 ALD(Atomic Layer Depostion) 공정 기법 8
제 1 항 ALD(Atomic Layer Depostion) 공정 기법 8
제 3 장 실험 결과 및 분석 10
제１절 티타늄 질화물 원자층 증착법 (TiN ALD) 10
제１항 TiN ALD 공정 10
제２절 우회 반응 경로를 통한 TiN ALD 11
제１항 HBr 가스 선정 과정 11
제２항 HBr 가스 사용 alternative TiN ALD 공정 및 효과 15
제３항 박막 특성 분석 22
제 4 장 결 론 27
References 29
Abrstract 31
