MoO2Cl₂: 첨단 반도체 공정을 위한 차세대 핵심 소재

소개

01 기본정보

02 반도체 공정 응용

반도체 제조 공정이 더 작은 기술 노드로 계속 발전함에 따라 새로운 전구체 물질의 개발은 기술 발전의 핵심 동인 중 하나가 되었습니다.

7nm 미만의 고급 공정에서 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 기술이 널리 채택됨에 따라 몰리브덴(Mo) 층은 인터커넥트 재료에서 기존의 텅스텐(W) 및 구리(Cu) 층을 점차 대체하고 있습니다.

극도로 높은 융점, 낮은 열팽창 계수, 낮은 저항률, 높은 열전도율 등 고유한 물리화학적 특성으로 인해 몰리브덴 박막이 반도체 산업에서 두드러지게 떠오르고 있습니다. 차세대 소자의 핵심 후보 소재로 꼽히며 첨단 반도체 공정에 새로운 소재 솔루션을 제공하고 있다.

현재 MoCl₅는 화학기상증착(CVD) 공정에서 가장 일반적으로 사용되는 몰리브덴 공급원입니다. 그러나 MoO2Cl2는 더 나은 갭필 성능을 발휘하고 , 저항률이 낮은 막을 형성하며 , TiN과 같은 또한, MoO2Cl2는 차단재에 대한 부식성이 적습니다 . 증기압이 더 높아 반응 챔버로의 이동이 더 쉽습니다.

MoO₂Cl₂를 사용하는 또 다른 장점은 불화물 불순물이 발생하지 않는다는 점입니다 . 과거에는 텅스텐 증착에 WF₆가 일반적으로 사용되었지만 잔류 불소는 장치를 부식시키고 저항을 증가시킬 수 있습니다.

MoO2Cl2에는 불소가 없으며 각 몰리브덴 원자에는 2개의 염소 원자 MoCl₅ 등 염소화도가 높은 전구체에 비해 필름 내 염소 부산물과 염소 잔류물을 줄일 수 있습니다. 만 포함됩니다.

물론 MoO2Cl2를 ALD 전구체로 사용하는 경우에도 일정한 한계가 있습니다. MoO2Cl2는 고체이기 때문에 증기압이 액체 전구체만큼 안정적이지 않아 운송 및 투여가 더욱 어렵고 정밀한 제어가 필요합니다.

따라서 MoO2Cl2는 일반적으로 제어된 온도에서 승화를 유지하기 위해 에 배치되는 가열된 증발기 반면, Ar과 같은 운반 가스는 엄격한 투여량 제어를 통해 증기를 운반하는 데 사용됩니다.

그럼에도 불구하고 MoO2Cl2 전구체에 대한 업계의 관심은 계속해서 빠르게 증가하고 있습니다. TECHCET 2024 보고서에 따르면 몰리브덴 전구체, 특히 MoO2Cl2는 가장 높은 5년 복합 연간 성장률( 반도체 금속 전구체 중에서 최대 50% )을 달성할 것으로 예상됩니다.

이러한 성장은 게이트 및 인터커넥트와 같은 차세대 장치에서 몰리브덴의 뛰어난 전기적 성능과 불소가 없는 CVD 공정에 대한 수요 증가에 의해 주도됩니다.

특정 애플리케이션

01 전도성 층 증착(Interconnect Metals)

트랜지스터 게이트가 폴리실리콘에서 금속 게이트로 전환되면서 새로운 금속 소재에 대한 업계의 요구가 점점 더 시급해지고 있습니다. 텅스텐은 WF₆로 인한 불소 잔류 문제로 인해 고급 공정에서 어려움을 겪고 있습니다. 몰리브덴은 매력적인 대안이지만 역사적으로 적합한 전구체가 부족하여 채택이 방해를 받았습니다. MoO₂Cl₂의 출현은 이러한 격차를 효과적으로 메워줍니다.

Lee 등의 연구. [1]은 MoO2Cl2를 전구체로 사용하여 600~650°C 온도에서 화학기상증착(CVD) 또는 원자층증착(ALD) 공정을 통해 저항률이 12.9μΩ·cm(불순물 함량 <1 at%)에 불과한 고순도 몰리브덴 박막을 얻을 수 있음을 입증했습니다.

이 필름은 나노크기 트렌치에서 약 97%의 뛰어난 등각성을 나타내어 고급 공정에서 상호 연결 금속에 대한 요구 사항을 완벽하게 충족합니다. 증착 온도가 높을수록(~650°C) 몰리브덴 필름의 결정성이 향상되고 저항이 낮아집니다. 650°C에서는 저항률이 벌크 몰리브덴의 저항률에 가까워 탁월한 전기 전도성을 보여줍니다.

650°C는 상대적으로 높지만 웨이퍼 제조의 게이트 형성과 같은 특정 프런트엔드 공정에 적합합니다. 저자들은 또한 몰리브덴 증착 중에 얇은 몰리브덴 질화물(MoN) 층을 교대로 증착하여 공정 온도를 낮추려고 시도했습니다. 이 중간층 전략은 에서 순수 몰리브덴 필름을 성공적으로 생산했습니다. 약 600°C .

따라서 MoO2Cl2를 이용하여 증착된 Mo 금속은 텅스텐을 대체할 수 있는 인터커넥트 소재로 활용될 수 있다.

이에 비해 Mo(CO)₆ 전구체도 ALD 공정에서 연구되었지만 탄소 불순물을 도입하거나 플라즈마 지원이 필요할 수 있습니다. 유기금속 아민-리간드 몰리브덴 전구체(예: Mo(NR2)₄)는 환원이 더 쉽지만 안정성이 낮고 분해되기 쉬우므로 고온 공정에 적합하지 않습니다.

이에 비해 MoO2Cl2는 더 나은 열 안정성 (융점: 175°C, 약 200°C에서 원활한 승화)을 나타내어 분해되거나 공급 라인을 막지 않고 더 높은 공정 온도를 견딜 수 있습니다.

MoO2Cl2는 MoCl₅에 비해 염소 함유량이 적고 심각한 장비 부식을 일으킬 가능성이 적어 반도체 재료 평가에서 빠르게 호평을 받았습니다..

02 Gate 및 Contact용 저저항 소재

몰리브덴의 저항률(25°C에서 5.3μΩ·cm)은 구리보다 약간 높지만 텅스텐(5.6μΩ·cm)보다는 낮습니다. 또한 몰리브덴은 구리만큼 전자 이동 문제의 영향을 받지 않으므로 특정 응용 분야에서 저저항 재료로 텅스텐을 대체할 수 있습니다.

예를 들어, 3D 메모리 장치의 CMOS 금속 게이트 구조 또는 수직 상호 연결에서 몰리브덴은 으로 인해 텅스텐보다 더 나은 성능을 보여줍니다 . 고유전율 유전체 및 낮은 불순물 함량과의 뛰어난 인터페이스 안정성

Lam Research의 공정[2]에서는 먼저 MoO2Cl2 화학을 사용하여 몰리브덴 층을 증착한 후 그 위에 더 두꺼운 텅스텐 또는 몰리브덴 층을 증착합니다. 이 몰리브덴 층은 결정화 촉진 라이너 역할을 하여 후속 금속 층에서 더 큰 입자 크기와 더 낮은 응력을 가능하게 하여 전체 저항을 줄입니다 ..

이 단계적 증착 전략은 ALD에서 MoO2Cl2의 정밀한 두께 제어 기능과 텅스텐 CVD의 빠른 후막 증착 이점을 최대한 활용합니다. MoO2Cl2를 사용하여 증착된 불소가 없는 고순도 몰리브덴 박층은 인터페이스 전도성과 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

결론

MoO₂Cl₂는 실험실 연구에서 반도체 제조 응용 분야로 빠르게 전환되고 있습니다. 이는 고품질 몰리브덴 금속 박막을 성공적으로 증착할 수 있는 이 필름은 첫 번째 금속층과 실리콘 기반 장치 사이의 상호 연결, 비아 및 접촉에 적합하므로 DRAM 및 3D NAND 애플리케이션의 저저항 몰리브덴 함유 필름에 이상적인 선택입니다. 무불소, 저염소 및 고도로 제어 가능한 몰리브덴 전구체를 제공합니다.

업계 관점에서 볼 때, 주요 소재 공급업체들은 미래 칩 제조에서 증가하는 몰리브덴 전구체 수요를 충족시키기 위해 MoO2Cl2와 같은 전구체 생산 능력을 적극적으로 확장하고 있습니다.

MoO2Cl2는 미래의 논리 장치, 3D 메모리 및 새로운 컴퓨팅-스토리지 통합 장치에서 핵심적인 역할을 담당하여 반도체 프로세스에 저항이 낮고 보다 안정적인 금속 상호 연결 솔루션을 제공할 것으로 예상됩니다.

Wolfa는 등의 전구체를 안정적으로 공급할 수 있습니다 이염화 몰리브덴, 헥사카르보닐 몰리브덴, 헥사카르보닐 텅스텐 . . 맞춤형 제품도 가능합니다. 관련 제품 요구 사항이 있는 경우 언제든지 문의해 주세요!

환경설정

[1] 이백주 외. 코팅 2023, 13(6), 1070. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings13061070

[2] US12074029B2.