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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한양대학교 HanYang University |
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연구책임자 | 박태주 |
참여연구자 | 유신재 , 이한보람 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-07 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200005521 |
과제고유번호 | 1711115750 |
사업명 | 전자정보디바이스산업원천기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-07-30 |
키워드 | 원자층 증착법.저온 원자층 증착 기술.실리콘 산화막.실리콘질화막.플라즈마 원자층 증착법.급속 원자층 증착기술.이중 패터닝 기술.게이트 스페이서. |
3. 개발결과 요약
최종목표
본 연구에서는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 스페이서 및 다중패터닝 기술에서 쓰이게 될 SiN, SiO2 박막 소재를 저온 (<~150 ℃)에서 원자층 증착 공정 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 사용하여 형성하고, 10:1 수준의 종횡비를 갖는 구조에서 높은 물리적 밀도, 우수한 물리적 특성 (밀도, 두께, 식각률), 균일도, 낮은 기판 데미지, 높은 성장률 등의 특성을 확보하고자 함.
개발내용 및 결과
1. 주관기관 (한양
3. 개발결과 요약
최종목표
본 연구에서는 전계 효과 트랜지스터의 게이트 스페이서 및 다중패터닝 기술에서 쓰이게 될 SiN, SiO2 박막 소재를 저온 (<~150 ℃)에서 원자층 증착 공정 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 사용하여 형성하고, 10:1 수준의 종횡비를 갖는 구조에서 높은 물리적 밀도, 우수한 물리적 특성 (밀도, 두께, 식각률), 균일도, 낮은 기판 데미지, 높은 성장률 등의 특성을 확보하고자 함.
개발내용 및 결과
1. 주관기관 (한양대학교 에리카캠퍼스)
o 저온 SiN, SiO2 ALD 최적 Chemistry 개발 및 불순물 농도 제어
- 고밀도, 고균일성을 갖는 저온 SiO2, SiN ALD 공정에 최적화된 전구체 조합 탐색 및 공정/물성 구현 (Amine 계열 Si 전구체 및 N, O 소스 조합)
- 다양한 plasma source와 reactants를 사용하여 밀도 향상 및
우수한 종횡비를 가질 수 있는 저온 SiN 공정조건 제시
2. 참여기관 2 (충남대학교)
o 차세대 Inverted ALD (ALE) Plasma Source 기초 및 상용화 연구
- 이온에너지 분포함수 시뮬레이션 툴 개발
- ALD 장비 플라즈마 균일도 제어 연구
- 기구 변화를 통한 CCP ALD plasma uniformity 제어 연구
- 공간분할 ALD 균일도 제어 연구
- 차세대 Inverted ALD (ALE) Plasma Source 기초 연구
- 차세대 Inverted ALD (ALE) Plasma Source 상용화 기술 연구
3. 참여기관 3 (인천대학교)
o AS-ALD 공정개발 및 Metal & metal oxide ALD를 활용한 blocking 특성 연구
- AS-ALD를 위한 inhibitor 물질 및 공정 확보
- AS-ALD 공정기술 개발 및 최적화
- 물질 및 공정에 따른 물성 원인 분석 및 개선 연구
기술개발 배경
반도체 산업은 성능 향상 및 Cost 감소를 위해 아래 그림 1과 같이 반도체 소자의 Feature size를 줄이는 Scaling을 기반으로 하여 성장하고, Scaling에서 가장 중요한 기술은 Lithography 공정을 이용한 패턴을 얼마나 작고 조밀하게 하느냐가 관건임.
Scaling이 가속화 되면서 현재 상용되는 ArF Lithography의 분해능의 한계 도달하였고, E-beam Lithography, X-Ray Lithography, EUV Lithography 등이 대안으로 제시되었으나, 이는 공정시간 및 단가의 문제로 실제 적용에 한계를 보임.
• 이러한 한계를 타파하기 위해 Double Patterning (DP) 기술이 제안됨. DP는 Patterning을 두 번하여 ArF Lithography의 한계 분해능을 뛰어 넘는 Pattern을 제작 하는 방법임. 그림 5번의 a) Pattern split type이 최초 제안된 DP이고, Lithography 과정에서 Stage 또는 Mask의 물리적 이동으로 Pattern을 구현하기 때문에 정확도 및 재현성 부분에서 결함이 존재함. 뿐만 아니라 Lithography 과정을 2번을 거치기 때문에 Cost상승의 요인이 됨. 이를 해결하기 위해 그림 2. b) Self-Aligned Double Patterning(SADP) 방법이 제시됨. SADP 방법은 Dummy pattern을 형성 후 SiO2, SiN을 증착하여 최종 Target 물질에 Pattern을 하는 방법이며, 기존의 Pattern split type과 달리 SiO2, SiN 박막의 증착이 고르게만 된다면 Self-align이 되므로 정확도와 Cost 모두 장점이 있는 방법임.
핵심개발 기술의 의의
1. 주관기관 (한양대학교 에리카캠퍼스)
- Inductively coupled plasma를 이용한 저온 (<150 ℃), 고밀도 및 고균일성의 SiO2 박막 공정/물성 구현
- (국내 최초) Hollow cathode plasma 도입을 통한 저온 (300 ℃) 고품질 (N/Si ratio > 1.1) SiN 박막 공정 개발
- (국내 최초) BRUTE hydrazine 도입을 통한 저온 (350 ℃) plasma-free thermal ALD SiN 박막 공정 개발
- 고종횡비 구조 (70:1)에서의 100% step coverage 달성
2. 참여기관 2 (충남대학교)
- 기존의 matrix sheath model을 발전시키고, Monte Carlo method를 이용하여 RF collisional sheath 에서의 이온에너지 및 각 분포함수 계산 시뮬레이터 개발
- 공정 결과 해석이 어려운 부분을 전자기 시뮬레이션을 활용하여 해석하였고, 계산 결과로부터 플라즈마 균일도 및 ALD 균일도 제어 방법을 제시
- (국내 최초) 플라즈마를 이용한 SiO2 ALE 공정 결과를 예측할 수 있는 모델 제시, 이를 활용한 ALE 공정 예측 전산모사기 개발
3. 참여기관 3 (인천대학교)
- 본 연구에서는 분자단위에서 일어나는 화학반응의 메커니즘을 물리/화학적 분석과 이론적 계산 (MC simulation)을 이용하여 blocking property를 보다 쉽게 구함.
- 기존 기술에서는 반도체 디바이스의 최소 크기가 5nm로 줄어듦에 따라 제작 과정에서 많은 어려움과 한계점을 보임. 본 연구팀에서 이용한 dry etching은 비등방성 성장을 통한 깊은 trenches와 holes에서 보다 쉽게 제작할 수 있음.
- 본 AS-ALD 공정은 pre-patterned 표면이 한번 형성되면 photolithograph나 etching과 같은 작업 이 필요하지 않아 기존 ALD 공정보다 방법이 간소화됨.
- 본 연구에서는 SAM (self assembled monolayer)의 특성을 이용하여 표면특성을 제어함. SAM은 선택적으로 원하는 부위에 박막을 증착시킬 수 있음. ALD 박막은 SAM에서 성장하지 않음.
적용 분야
- Self-aligned double patterning (SADP)
- Quadruple patterning technology (QPT)
- Gate spacer
- 저온 SiN/SiO2 원자층 증착 기술
- 플라즈마 원자층 증착법
(출처 : 초록 7p)
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