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나노반도체 공정 연구관련 글...

[기획-신기술 따라잡기] 나노반도체 공정
'90㎚' 벽 넘어 '70~50㎚' 선행기술향해 질주
나노 공정을 적용한 `꿈의 반도체' 실현을 위한 차세대 나노 공정 장비ㆍ재료 개발 경쟁이 치열하게 전개되고 있다.

반도체 업계에 `마의 장벽'으로 불리던 90나노(㎚) 공정 상용화가 막 도입되고 있는 시점에서 이미 국내 업계와 학계의 연구실에서는 70㎚는 물론 50㎚급 차세대 반도체 개발을 위한 선행 기술 개발이 한창 진행되고 있는 것.

세계적인 반도체 회사인 삼성전자는 광주과기원ㆍ서울대ㆍ포항공대와 2003년부터 70㎚급 저전력 고속 공정기술 개발에 착수, 산화물의 증착 두께를 뜻하는 `EOT'를 16㎚까지 낮췄으며, 최종적으로는 14㎚까지 낮춘다는 계획이다.

나노급 반도체는 회로선폭뿐 아니라 웨이퍼 상에 여러 층으로 입히는 산화물의 증착 두께도 결정적인 영향을 끼친다. 물성이 좋은 신물질을 더욱 얇은 두께로 입히는 것이 나노반도체 실현의 첫걸음이라는 것이 전문가들의 설명이다.

현재 증착공정은 화학기상증착 방식의 MOCVD(산화금속 화학기상증착)와 원자층 두께로 미세하게 증착하는 ALD로 양분되고 있다. 증착막 특성이 우수한 ALD가 차세대 공정을 각광받고 있기는 하지만 속도가 느린 게 최대 단점이다. 그 때문에 증착장비로는 ALD와 MOCVD, 증착물질로는 HfO₂, HfSiO, HfAIO 등을 서로 조합해 가며 속도는 빠르게, 증착 두께는 더욱 얇게, 증착물의 특성은 더욱 우수하게 하는 식으로 70㎚ 반도체 공정연구가 진행중이다. <>현재 삼성전자 산학 연구팀은 ALD 장비를 이용해 HfSiON이라는 물질로 증착 두께를 최소 14㎚까지 낮추는 작업을 진행중이며, 이를 통해 ALD를 사용하면서도 물질은 HfO₂나 HfSiON을 적용하고 있기는 하지만, MOCVD 장비를 사용하고 있는 TI 등 세계적인 반도체 회사보다 비교우위의 공정을 개발한다는 목표다.

최근 주목 받고 있는 ALD 분야에서 두각을 보이고 있는 아이피에스는 90㎚ 구현용 ALD 양산장비를 개발중이다. 아이피에스의 ALD 개발에는 한양대학교가 자체 분석장비를 이용해 아이피에스의 ALD가 증착한 막질을 분석 평가하게 되며, 삼성전자는 신뢰성과 생산능력을 포함한 종합평가를 내린 뒤 적합할 경우 이를 라인에 도입할 예정이다.

50㎚급 차세대 소자 요소기술을 개발중인 학계 프로젝트도 눈에 띈다. 한양대ㆍ국민대ㆍ인하대ㆍ연세대ㆍ성균관대ㆍ홍익대 팀이 진행중인 `50㎚급 초미세 로직 및 메모리 소자 공정기술 개발 프로젝트'가 그것.

50㎚ 프로젝트 역시 초고유전체 물질을 적용한 증착공정 기술을 개발함과 동시에 회로 패턴에 대한 손상을 극소화시킬 수 있는 일괄 식각공정과 열 안정성 구조에 중점을 두고 있다.

회로선폭이 미세화 될수록 열에 민감할 뿐만 아니라 패턴을 제외한 나머지 증착물을 벗겨내는 식각공정에서 손상을 입을 가능성이 한층 커지기 때문이다.

하이닉스와 주성엔지니어링ㆍ한국과학기술원ㆍ인하대ㆍ성균관대ㆍ한양대가 손잡고 진행중인 차세대 공정용 식각장비(에처) 개발 프로젝트도 있다. 웨이퍼 표면에 화학물을 입히는 CVD 상용화로 전공정 핵심장비업체로 인정받은 주성엔지니어링이 장비 다각화를 위해 에처 개발에 나선 것도 관심거리다. 주성엔지니어링이 주도하는 차세대 식각장비 개발 프로젝트는 80㎚ D램에 적합한 절연막 식각용 300㎜ 웨이퍼용 에처다. 이를 위해 주성은 한국과학기술원과는 플라즈마 소스 개발을, 성균관대로부터는 ArF 포토레지스터의 변형에 대한 대응기술을, 한양대와는 이온에너지 분포 분석을 통한 나노식각 기술을, 인하대와는 절연막 식각공정을 공동으로 개발하고 있고, 이를 통해 나온 에처를 하이닉스의 라인에서 검증 분석하는 작업을 진행중이다.

대부분의 나노급 차세대 반도체 장비 재료 프로젝트가 선행기술 개발이라는 점과 달리 주성 등이 진행중인 차세대 식각장비는 이미 하이닉스에서 테스트를 받았으며 장비 개선을 통해 조만간 라인에 투입될 가능성도 있는 것으로 알려지고 있어 주목된다. 에처는 그동안 국내에서는 어플라이드머티리얼즈ㆍ램리서치ㆍTEL이 시장의 99% 이상을 장악하고 있는 제품이라는 점에서 80㎚ 구현을 위한 차세대 식각장비는 장비국산화에 직접적인 성과가 기대되는 분야다.

회로선폭이 90나노 이하로 미세해 질수록 파장이 248㎚인 KrF 보다 짧은 193㎚의 파장을 내는 ArF(불화아르곤) 노광장비를 사용해야 한다.

반도체용 블랭크 마스크 업체인 에스앤에스텍은 ArF에 적합한 블랭크 마스크를 포토마스크 업체인 피케이엘과 공동개발하고 있다. 에스앤에스텍이 개발한 블랭크 마스크는 피케이엘이 막 특성 및 공정을 평가하는 방식으로 진행하고 있다.

반도체 수탁생산(파운드리) 업체인 동부전자도 나노급 공정기술 개발에 참여하고 있다. 동부전자는 알루미늄보다 더욱 얇고 전기적 특성이 좋지만 주변으로의 오염도가 커서 다루기가 까다로운 구리공정으로 50㎚ 급 차세대 배선공정을 개발중이다. 동부의 50㎚ 프로젝트에는 한국과학기술원이 CVD와 ALD를 이용한 차세대 구리공정으로, 서울대는 구리 신뢰성 향상을 위한 기술과 50㎚ 소자에 적합한 고 신뢰성 합금 구리 배선 기술로, 연세대는 구리 도금용액으로 각각 참여하고 있다.

뉴파워프라즈마는 미국의 BLP 및 한양대ㆍ인하대와 함께 차세대 애셔를 개발하고 있다. 애셔는 노광공정 후 기판에 남아 있는 감광제(포토레지스트) 등 유기재료를 제거하는 장비로, 무기재료를 제거하는 스트리퍼와는 약간의 차이가 있다. 나노반도체에서는 회로패턴 이외의 불필요한 물질을 제거하는 과정에서 패턴이 손상될 가능성이 크기 때문에 정밀한 애셔공정은 반도체 수율과도 직결돼 있다고 할 수 있다.

이밖에 화학대기업으로서는 SKC가 차세대 CMP(화학ㆍ기계적 평탄화) 패드 개발을 진행중이다. 나노반도체에서는 배선재료가 구리로 바뀌게 된다. 구리는 미세배선과 열전도율이 기존의 알루미늄에 비해 뛰어나지만 주변으로의 오염도가 큰 것이 단점. SKC가 목표하고 있는 차세대 CMP 패드 역시 이 때문에 구리용 CMP 패드다. 내산성ㆍ고경도ㆍ고탄성 패드 소재개발이 개발 프로젝트의 관건이라는 것이 회사측의 설명이다.

현재는 세계 시장의 80~90% 가까이를 거의 독점하다시피 하고 있는 로델사의 특허장벽을 넘는 것도 과제지만, 재료가 바뀜에 따라 선발업체와 후발업체가 신물질에 대해서는 거의 같은 출발선상에 서있다는 것이 이 회사의 설명이다.

국내 장비업체가 특히 약하다고 지적 받아온 노광(리소그래피) 공정 가운데 나노측정기술을 이용한 300㎜ 오버레이 장비를 개발하고 있는 국내 기업도 있다.

나노메트릭스코리아는 미국 나노USA와 공동으로 300㎜ 웨이퍼용 이미징 오버레이 장비를 개발중인 데, 이미 알파장비가 나와 있을 정도로 진척을 보이고 있다. 300㎜ 대구경 웨이퍼를 놓고 광선을 쪼여 패턴을 새길 때 전 웨이퍼와 다음 웨이퍼가 한치의 오차도 없이 정확한 위치에 놓여야만 정확한 회로를 새길 수 있게 된다. 나노메트릭스코리아는 지난해 나노측정 알고리듬 및 나노측정 광학설계를 통해 알파장비는 개발한 상황이다. 올해에는 공장자동화 장비에 접목해 하이닉스 라인에 시제품을 설치, 실제 라인에서 정확도를 테스트할 예정이다.

허정화기자
허정화기자nikah@dt.co.kr ⓒ[디지털타임스 04/30 04:05] 무단전재 및 재배포 금지

 

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무단전재 해 부렀음다, ^^; 떼라면 뗄께여, 앞으로 두고두고 볼려구용 ^^;



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