Ru ALD 전구체란 주기율표 내 원자번호 44번의 화학원소인 Ru을 반도체 기판 내에 증착하기 위한 화학물질로, 특히, 복잡한 구조나 균일 (uniform), 고등방 (conformal)의 박막을 증착하기 위해 사용되는 원자층증착법 (atomic layer deposition, 약어 ALD)에 사용되는 화학물질을 지칭함.

▪전구체의 정의는 화학에서 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물로, Ru ALD 전구체의 예로는 Ru(EtCp)2가 있으며, Ru(EtCp)2 전구체를 암모니아 (NH3) 혹은 산소(O2)등의 환원제와 반응시켜 Ru 박막을 얻을 수 있음.

▪ALD는 반응물질을 펄스 형태로 공급시켜 유동상태에서 정화 기체(purge gas)에 의해 서로 반응물질을 분리시킴으로써, 반응물질의 펄스가 웨이퍼 표면과 화학적 반응을 일으키며 정밀한 단층 막성장을 구현하는 증착법으로 II-VI, III-V 화합물 반도체, SiO2 , 금속산화막, 금속질화막 등 다양한 재료의 증착에 이용되고 있음.

낮은 비저항과 Cu와의 우수한 접착력(adhesion)으로 현재 도입되고 있는 Ru은 Cu의 확산방지막 물질로의 적용을 비롯하여 기존 확산방지막과 Cu 배선사이의 접착 특성개선을 위한 접착층(adhesion layer), DRAM 캐패시터의 하부전극으로서의 기능을 위해 많은 연구가 되고 있음.

▪최근 빅데이터, 인공지능, IoT, 5G 등의 기술발전으로 모바일기기, PC, 클라우드 서버 등에 이용되는 디지털데이터가 급속히 증가되고 있으며, 이에 대한 수요로 반도체 소자는 집적도 및 미세화가 계속 향상되고 RC delay를 줄이기 위하여 Cu 배선을 도입.

▪ Cu의 절연막으로의 확산을 방지하기 위한 확산방지층에 대한 구리와 화합물을 만들지 않고, 비저항(~7.1µΩ·cm)이 낮으며, 구리와 접착 특성이 우수한 장점을 가지고 있는 Ru을 새로운 Cu 확산방지막 물질로 적용하기 위한 연구가 요구됨.

▪또한, 화학적으로 매우 안정하고 높은 일함수를 가짐으로써 누설 전류를 감소시킬 수 있는 Ru을 DRAM capacitor의 하부전극으로 적용하는 기술이 도입되고 있음.

▪이를 위해서는 복잡한 구조나 균일하고 고등방 및 높은 단차피복성(step coverage)의 구조에 적용할 수 있는 ALD 증착법이 필수적이며, 이를 위해서는 Ru ALD 전구체의 개발이 필수불가결함.

상기와 같은 이유로 Ru ALD 전구체의 사용은 피할 수 없으나, Ru ALD 전구체는 대부분 일본, 미국의 수입에 의존하는 상황임.

▪디엔에프, 아데카코리아, 지오엘리먼트 등 국내업체들도 ALD 전구체를 개발, 판매하고 있으나, Tanaka preciousmetal, SigmaAldrich, Merck 등 일본, 미국의 수입에 의존적

▪특히, 지난해부터 시작된 일본과의 무역마찰을 고려할 때 반도체 기술독립을 위해서는 상기 ALD 전구체의 필요요건에 해당되는 ALD 전구체 국산화가 절실함.