Denton의 이온빔 증착 기술, Applied Materials의 ALD 시스템에 도전장을 내밀다

쥐팩223

반도체 논리 장치는 누설을 낮추고, 확장성을 개선하고, 구동 전류를 강화하고, 스위칭 시간을 가속화하기 위한 수단으로 16nm 프로세스 노드에서 평면 트랜지스터에서 FinFET 트랜지스터로 전환했습니다. FinFET 제조 기술은 22nm 칩에서 5nm 칩까지 확장되었습니다.

GAA(Gate-All-Around)는 차세대 반도체 공정 기술로, FinFET에 비해 두 가지 고유한 장점을 제공합니다. 첫째, GAA 트랜지스터는 GAA 채널이 수평이므로 누설 전류와 관련된 많은 문제를 해결합니다. 둘째, GAA 트랜지스터는 네 면 모두가 게이트로 둘러싸여 있습니다. 이는 현재 FinFET 공정의 3면에 비해 게이트가 트랜지스터의 4면 모두에 접촉할 수 있도록 하여 트랜지스터의 구조를 개선합니다.

GAA 트랜지스터 아키텍처는 FinFET과 90% 유사하며, 나머지 10%의 차이점은 수평 나노시트를 서로 적층한 것에서 비롯됩니다.

다양한 유형의 FET 장치의 발전 과정이 차트 1에 나와 있습니다.

삼성

차트 1

평면 장치에서 금속 필름은 PVD(스퍼터링)를 통해 하향식으로 증착될 수 있습니다. FinFET의 경우 이방성 증착 기술을 사용하여 핀 측벽에 등각 필름을 형성하는 것은 매우 어렵습니다. CVD 기술은 PVD보다 등방성이 훨씬 뛰어나며 FinFET의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

GAA 장치 구조의 경우 HKMG의 증착에는 원자 수준의 정밀도가 필요합니다. ALD 기술은 HfO2 및 TiN의 층 두께를 효과적으로 제어할 수 있습니다. 핀은 단 10nm만큼 분리되어 있습니다. 그 공간에는 High-k 물질, 게이트 금속, 트랜지스터의 일함수를 정의하는 금속이 증착됩니다.

그러나 글로벌 반도체 장비: 시장, 시장 점유율 및 시장 예측이라는 제목의 보고서에 따르면 GAA FET의 경우 PVD와 CVD가 게이트 층 증착에서 단계적으로 폐지되고 원자층 증착("ALD")으로 대체될 것입니다. GAAFET의 주요 과제는 작은 10nm 채널 주위에 다층 게이트 산화물과 금속 게이트 스택을 증착해야 한다는 것입니다.

게이트 산화물 스택을 위한 Applied Materials(NASDAQ:AMAT)의 고진공 통합 재료 솔루션 시스템(차트 2)은 ALD, 열 단계, 플라즈마 처리 단계 및 계측을 통합합니다. AMAT에 따르면 이러한 스택은 매우 복잡하며 최대 7개 레이어를 포함할 수 있습니다. 여기에는 인터페이스 및 고유전율 레이어와 금속 게이트 레이어가 포함됩니다. 인터페이스 및 고유전율 스케일링은 구동 전류를 높이는 게이트 산화물 감소에 매우 중요합니다. 금속 게이트는 트랜지스터가 임계 전압을 결정하는 올바른 일함수를 갖도록 조정됩니다.

응용재료

차트 2

NIST(National Institute of Standards and Technology)는 이온빔 증착("IBD")이라는 기술을 평가하고 ALD로 만든 필름을 비교했습니다. 차트 3은 IBD 산화물이 ALD 산화물(1,300MV/m)보다 우수한 항복 필드(2,000-3,000MV/m)를 가짐을 보여줍니다. 더욱이, 항복 필드는 접합 영역과 독립적인 것으로 밝혀졌으며, 이는 핀홀이 없음을 강력히 시사합니다.

NIST

차트 3

절연체의 항복 전압은 절연체의 일부가 전기적 파괴를 경험하고 전기 전도성이 되게 하는 최소 전압입니다. 그 시점에서 FinFET 또는 GAA는 실패하게 됩니다.

NIST 과학자들이 내린 결론은 이온빔 증착이 실온에서 매우 고품질의 산화물을 증착할 수 있다는 것입니다. 이 기술을 사용하면 필름 두께를 나노미터 이하로 제어할 수 있습니다. IBD의 편향된 대상 버전은 최소한의 상호 확산으로 선명한 인터페이스를 생성할 수 있습니다.

Denton Vacuum은 반도체 고객을 위해 FinFET 및 GAA 공정에 사용되는 박막의 이온빔 증착 공정을 개발했습니다. 데이터는 저압 이온빔 증착 및 식각이 탁월한 균일성과 옹스트롬 이하의 두께 정밀도를 갖춘 매우 매끄러운 필름을 제공한다는 것을 보여줍니다.