Sub-32 나노 High Aspect Ratio구조 텅스텐 Fill 위한 노벨러스의 CoolFill CVD공정

반도체 소자축척(Device Scale)이 32나노와 그 이하로 내려가면 콘택과 via의 폭이 좁아 들어 화학적 증기 증착(chemical vapor deposition, CVD) 방식의 텅스텐(W)은 더 많은 도전에 직면한다. 이는 마이크로프로세서와 메모리 칩에서 Aspect ratio가 증가되면서 void나 더 큰 seam을 유발하고 결과적으로 소자의 수율과 성능을 저하시키게 된다. 국제 반도체 기술 로드맵(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)은 32나노 stack 캐패시터 구조 의 DRAM 콘택에 대해 20:1 이상의 Aspect ratio를 제시하고 있다. DRAM처럼 심하지는 않으나 로직 소자에서도 10:1 이상의 Aspect ratio의 콘택에서 낮은 비저항을 유지해야 해야 한다. 기존의 일반적인 CVD텅스텐 증착 기술을 이용해, 이와 같은 어려운 구조에서 요구되는 전기적 특성을 만족시키면서 void 없이 채우는 것이 가능한지 의문시 된다.

이와 같은 당면 과제를 해결하기 위해 노벨러스(Nasdaq:NVLS) 연구원은 다층 순차 증착(Multi-station sequential Deposition, MSSD) 방식의 ALTUS CVD 설비를 이용해 CoolFill을 개발했다. CoolFill은 mass transport에 의해 기인된 void 형성을 최소화해 void 없는 텅스텐을 만들 수 있도록 보다 넓은 공정 윈도우(window)를 제공하는 온도를 낮춘(섭씨 395도 이하) CVD공정이다. CoolFill은 노벨러스의 최신 pulsed nucleation(PNLxT) 기술과 서로 다른 온도에서 nucleation과 fill 막을 동시에 증착하는 ALTUS의 다층 순차 증착 방식을 이용한다. 기존의 일반적인 CVD 설비에서는 온도가 내려가면 증착 속도와 처리 효율이 떨어지는데 반해, 노벨러스 CoolFill 기술은 저온방식의 fill과 고온방식의 bulk 증착을 접목하여 이러한 문제를 완화 시킨다. 다중 온도 처리 공정은 생산성의 손실 없이 ALTUS의 다층 순차 증착 방식을 이용해 쉽게 얻을 수 있다. 그림 1은 CoolFill CVD가 일반적인 CVD에 비하여 어떻게 18:1 aspect ratio를 갖은 32나노의 콘택 구조에서 void를 없애는지를 보여주고 있다.

"PNLxT nucleation을 포함한 CoolFill CVD 공정은 텅스텐이 32나노와 그 다음 기술 노드(Technology node)까지 영역을 넓히는 진보된 기술이다"라고 노벨러스 Direct Metal 사업부문의 기술 상무인 미첼 다넥(Michal Danek)이 말하며"CoolFill은 void 없이 텅스텐을 채울 수 있는 보다 넓은 공정 윈도우를 제공함으로써 차세대 기술 노드에 소자를 축척(scale)해야 하는 노벨러스 고객이 직면할 integration 도전을 용의하게 해준다"라고 덧붙였다.

CoolFill에 대한 보다 많은 정보는 www.novellustechnews.com/cvd-tungsten/en/coolfill-tungsten-cvd.aspx에서 확인 가능하다.

* 노벨러스 ALTUS 텅스텐 증착 기술 소개

1991년을 시작으로 ALTUS는 텅스텐 증착을 위한 산업계의 선택된 장비이다. 이 장비는 콘택과 local 배선 공정에 대한 양산성과 기술을 선도하고 있다. ALTUS의 PNL 기술은 높은 처리량을 갖도록 원자층 증착 nucleation 막과 Bulk CVD 공정을 조합 할 수 있다. 노벨러스의 다층 순차 증착 기술은 기존의 ALTUS chamber를 그대로 이용하여 서로 분리된 스테이션에서 nucleation과 CVD를 순차적으로 처리 할 수가 있다. 이러한 조합된 PNL 과 CVD 접근 방식은 생산성과 생산 가동률로 인해 결과적으로 산업계에서 가장 낮은 소유비용(Cost of Ownership)의 텅스텐 증착 방안의 표본이 되고 있다.

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출처 : 노벨러스

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