스퍼터링법으로 형성한 MoS2 박막의 황화공정 최적화

Abstract

최근 반도체의 기술동향은 미세공정기술의 발달과 함께 고밀도, 고성능의 chip을 생산하기 위해 Short Channel Effect(SCE)없이 게이트의 길이를 줄여 gate control 능력을 높이는 방향으로 초점이 맞추어져 있다. 3D FIN구조로 대체하며 gate control 능력을 향상시켰지만, 현재 연구 중인 sub-7nm 공정에서 gate length는 10nm이하까지 줄어야하기 때문에, MoS와 같은 2차원 물질을 사용한 트랜지스터의 구조에 대한 연구가 급증하고 있다. 이 논문에서는 스퍼터링법으로 형성한 MoS film을 Sulfurization 공정 최적화를 통해서 막질을 향상시키는 것에 대해 소개할 것이다. MoS film은 대면적 생산이 가능한 스퍼터링법을 이용하여 얻었고, sulfur 분위기에서의 열처리로 막질을 개선하였다. Sulfurization 공정 변수로는 버블러 온도, 공정 압력, 기판 온도를 설정하였고, 각각의 의존성을 파악하며 최적화된 조건을 찾아내었다. 최적화된 sulfurization을 통해 MoS film의 raman intensity는 3배 증가했으며, 조성비(S/Mo)도 2.09로 이상적인 값에 가까워졌다. 또한, 산소(O)의 함량을 줄이고 Mo-S 결합을 강화시켜 결정구조의 안정성도 향상시켰다. 이러한 결정성의 향상으로 안정화된 MoS film을 얻었고, 캐리어 농도도 도핑이 가능한 수준에 근접하게 낮추었다. 또한, 스퍼터링법을 이용하여 대면적 생산의 가능성도 보여주었다. 이 연구를 바탕으로, 높은 전력효율을 갖는 MoS 기반의 트랜지스터가 디지털 회로에서 활용될 것을 기대한다.