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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국반도체연구조합 Consortium of Semiconductor Advanced Research |
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연구책임자 | 주영창 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2015-04 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
과제관리전문기관 | 한국산업기술평가관리원 Korea Evaluation Institute of Industrial Technology |
등록번호 | TRKO201600017042 |
과제고유번호 | 1711017534 |
사업명 | 전자정보디바이스산업원천기술개발 |
DB 구축일자 | 2017-09-20 |
키워드 | Cu 배선.배선 소재.확산 방지막.일괄습식.탄소 배선. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 최종목표 : 20nm 이하급 배선기술 대응을 위한 초미세 고신뢰성 배선기술 개발 및 원천기술 확보
o 세부목표
▪ 고 신뢰성 Ru 삼원계 확산 방지막 상용화 기술 확보 및 양산성 평가
▪ 초미세 고신뢰성 배선 기술의 집적공정 적용 및 신뢰성 확보
▪ 구리배선용 전이금속 기반 다기능성 단일 박막의 원천 기술 확보
▪ 초미세 고신뢰성 배선 기술의 집적공정 적용 및 신뢰성 확보
▪ Post-Cu 배선소재 기반의 반도체 배선용 원천 기술 확보
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 최종목표 : 20nm 이하급 배선기술 대응을 위한 초미세 고신뢰성 배선기술 개발 및 원천기술 확보
o 세부목표
▪ 고 신뢰성 Ru 삼원계 확산 방지막 상용화 기술 확보 및 양산성 평가
▪ 초미세 고신뢰성 배선 기술의 집적공정 적용 및 신뢰성 확보
▪ 구리배선용 전이금속 기반 다기능성 단일 박막의 원천 기술 확보
▪ 초미세 고신뢰성 배선 기술의 집적공정 적용 및 신뢰성 확보
▪ Post-Cu 배선소재 기반의 반도체 배선용 원천 기술 확보
□ 개발내용 및 결과
o 低저항/초미세 일괄 습식공정기술
• 무전해 기반 일괄 습식 기술확보
- Seedless 무전해 동도금을 이용하여 25 nm급 trench gap-fill을 위한 활성화 공정기술개발
- Seedless Ta barrier 위에서 무전해 구리도금 공정기술 개발 및 25 nm급 trench (AR >3) gap filling 실행.
• 전기도금 장비 특성 최적화
- Plating Module(Contact Pin, Pre-wet Module, Bath)성능개선
- Plating Module 최적화 및 성능평가
• Cu-Ag 합금 도금 공정 개발 및 gap-filling 공정 기술 개발. RuAlOx barrier 및 Ta barrier 위에서의 direct Cu deposition 공정 개발 및 gap-filling 공정 기술 개발. 25 nm 급 trench gap-filling 공정 기술 개발.
o 고단차 저저항 Plug 및 배선용 박막 공정 기술
• ALD metal 공정 연구 및 실리사이드 형성
- 새로운 ALD Co 공정 개발 및 ALD Ni의 특성 개선 연구, Ni silicide형성 및 전기적 특성 연구
• WN test 설비 구축 및 Co capping test 설비 구축
- KIST 와 WN test 진행 및 연세대학교와 Co capping process 에 대한 연구 진행
• 나노 두께의 barrier 형성 기술 (확산방지막 원자층 증착 기술)
- 고단차 나노구조 plug에서 사용가능한 W계 ternary 확산방지막에 대한 ALD 공정 기술 최적화
• 고단차 배리어/씨앗층 ALD 공정 기술 개발
- Cu 및 비 Cu계 씨앗층 ALD 기술 최적화 및 도금 공정일 적용하여 신뢰성 있는 EP-Cu 공정이 가능한 씨앗층 공정 최적화
o 배선공정 인프라 구축 및 요소별 신뢰성 평가
• 22 nm급 Cu배선의 EM, TDDB 신뢰성 평가 및 메커니즘 규명
- 22 nm급 Cu배선 EM, TDDB test pattern 디자인 및 E-beam 패터닝평가 진행 및 소자 구현
- 동적인 전기장에 의한 TDDB 메커니즘 규명
- 후속 열처리 조건에 따른 미세구조 변화에 의한 Cu 배선의 신뢰성 평가
• 22 nm급 Cu 신뢰성 평가용 Test Platform 제작 공정기술 개발
- 22 nm급 Dual Damascene 구조설계 및 패턴 구현
- E-Beam 패턴/CuBS/Cu EP/Cu CMP 공정기술 개발
• 미세 배선공정에 따른 배선 박막 계면접착력 평가 및 분석
- 미세 배선공정에 따른 박막계면 접착력 평가용 시편 제작
- 미세 배선공정에 따른 박막계면 접착력 평가 및 신뢰성 분석
- 미세 배선공정에 따른 박막계면 분석을 통한 계면접착력 및 계면신뢰성 향상조건 확립
• 2세부와 공동 연구 추진
- 180nm급 Cu 배선의 EM 신뢰성향상을 위한 ALD-캐핑층의 적용 연구
o Post-Cu 신배선 소재 및 공정 기술
• 다층 그래핀 성장 공정 최적화, 그래핀 배선 형성을 위한 패터닝 및 식각 기술개발 및 다층 그래핀과 병렬 그래핀의 전기적 특성 비교 평가 연구
- Ni/Cu alloy의 조성변화로 그래핀층 조절
- 층수 증가에 따른 면저항 감소 (250 ohm/sq. @ 1.2nm 달성)
• 자기형성조립 베리어 기술 개발
- TSV에 적용가능한 자기형성조립 베리어 기술 개발
- LBL Process 적용 및 표면 거칠기에 대한 자기조립베리어 특성 확인
• Yb 기반 alloy silicide/Yb germanide 형성 공정 최적화
- Silicide/germanide 형성 최적화 및 열적 안정성 향상
- Contact 특성 연구를 위한 식각 공정 확립
□ 기술개발 배경
o 지난 수년간 메모리 업체 중심의 국내 반도체 산업에서는 배선분야의 중요성의 중요성이 상대적으로 미미하였으나, 최근의 국내외의 시장 및 기술면에서의 급격한 변화에 따라 전략적으로 매우 중요한 분야로 부각.
o 대내·외적 반도체 산업 환경 변화
- 국내 반도체 산업의 대부분을 차지하고 있는 메모리 소자 시장은 현재 Red Ocean이며 수율개선 및 생산비용 절감을 통한 가격 경쟁력 확보가 매우 시급.
- 메모리시장으로 편중된 산업구조 타개를 위해 로직 소자시장 진출은 매우 시급
o 로직소자용 기반 배선 기술 필요
- 향후 국내 소자업체들의 로직소자 시장 진출이 확실시됨.
- 로직소자의 경우, 배선부분 기술의 비중이 매우 높으며, 低저항 및 低전력소모 등의 요구조건을 만족하여야 하므로 기술의 난이도도 메모리의 경우 보다 훨씬 높은 것으로 알려져 있음.
- 로직소자용 고속배선 기술에 대한 국내 기반기술 구축이 매우 중요한 과제.
o 메모리용 배선 기술 확보 필요
- 메모리 중심의 국내 반도체 산업에서는 chip shrink방식의 기술개발이 이루어져, Cu를 기반으로하는 고속배선 기술분야의 국내 배선기술의 낙후
- 메모리 소자에서도 최근 일부 Cu 배선기술의 도입 진행 중이나, 메모리용 Cu 배선기술은 아직 낙후, 메모리 소자용 Cu 배선기술의 연구가 필요
o 구리 배선공정 인프라 구축 필요
- 구리 배선공정은 메모리, 로직 등의 기존 반도체 뿐 아니라, 디스플레이,태양전지 등의 전자 산업 전반에 필요하나, 국내에는 구리 배선공정 인프라가 없는 실정. 첨단 배선공정인 구리공정 인프라 구축은 반도체, 디스플레이 등 전자산업 전반의 전략적인 측면에서 매우 중요.
o 신뢰성의 중요성 증대
- 배선이 미세화 함에 따라 소재에 가해지는 전기적, 기계적 응력이 급속도로 커지게 되어 배선의 신뢰성을 확보 하는 것이 매우 중요함.
- 공정이 이루어져도 신뢰성을 확보하지 못하면 사용이 불가능 하며 이런 문제는 초미세 배선에서 더욱 중요할 것으로 예상됨.
o Cu 以後를 대비한 배선 신소재 개발 필요
- ITRS roadmap에는 배선분야에서 2011년 이후의 기술전망이 불투명한 상황으로, 기존의 배선 기술에서 벗어난 신소재 및 신공정 개발로의 방향전환이 이루어질 가능성이 크며, 기존 배선 기술에서 후발주자인 한국이 과감한 선행 투자를 통해 기술적 역전을 이룰 수 있는 좋은 기회로 판단
□ 핵심개발 기술의 의의
o 구리 배선공정 인프라 구축 필요
- 구리 배선공정은 메모리, 로직 등의 기존 반도체 뿐 아니라, 디스플레이, 태양전지 등의 전자 산업 전반에 필요
o 신뢰성의 중요성 증대
- 배선이 미세화 함에 따라 소재에 가해지는 전기적, 기계적 응력이 급속도로 커지게 되어 배선의 신뢰성을 확보
□ 적용 분야
o 플래쉬 DRAM 과 같은 고속메모리 반도체용 배선
o 로직 반도체용 배선
o LCD, OLED 등과 같은 차세대 디스플레이 배선
o 태양전지 등과 같은 에너지 소자용 배선
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
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