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Monolithic 3D Integration에 ALD IGZO 적용

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< Diagram of Monolithic 3D IC & Lucida™ S300 ALD >

반도체 산업에서 스케일링에 의한 소형화 및 집적화를 통한 소자성능 향상 및 소비전력 감소는 거의 물리적인 한계에 도달하였다. 또한 메모리의 유전체가 점점 높고 얇아짐에 따라 붕괴될 수 있는 가능성이 증가하기 때문에 이는 소자 신뢰성을 감소시킬 수 있다.
이러한 반도체 공정 미세화 한계를 극복하기 위해 기존의 소자를 수평 배치하는 구조 대신에 층층이 쌓는 3차원 집적 공정인 M3D(Monolithic 3D) 기술을 활용할 수 있다. M3D 기술은 집적도, 성능 및 경제성을 확보할 수 있기 때문에 상용화를 위해 많은 기업 및 연구소에서 활발히 R&D가 진행되고 있다.
하지만 M3D integration 진행시 하부 소자에서 도펀트의 확산, 특성 변화 및 배선의 치수 변경 등이 발생할 수 있기 때문에 상부 공정 온도의 제한이 있게 된다. 따라서 이러한 하부의 성능저하를 막기 위해서는 상부 채널물질의 공정 온도는 450도 이하로 유지되어야 한다. IGZO는 우수한 특성과 낮은 온도에서 증착이 가능하기 때문에 CMOS 소자나 RRAM 위에 IGZO OSFET 적층하는 등의 M3D 소자에 IGZO를 적용하는 많은 연구들이 진행되고 있다.
최근에는 IGZO TFT의 긴 retention 시간에 의한 매우 낮은 off-current(Ioff) 특성 때문에 capacitor-less DRAM(2T0C) 개발에도 적용되고 있다.
ALD IGZO는 conformal 증착 및 우수한 두께 조절이 가능하며, 또한 cycle 수 조절에 따른 조성 control이 매우 자유롭게 때문에 조성이 다른 이중층(bilayer) 구조를 쉽게 형성할 수 있어 우수한 M3D 소자에 적극적으로 적용될 것으로 기대되고 있다.
㈜엔씨디는 독창적인 기술을 적용한 IGZO 공정용 배치 ALD 장비(LucidaTM GD Series)를 개발하고 있으며, 현재 대면적에서도 우수한 박막 성능과 고생산성을 확보하고 있다. 또한 LucidaTM S Series는 IGZO TFT를 적용할 수 있는 Logic, Memory 및 electro optics 등의 M3D integration 개발에 유용할 것으로 기대하고 있다. LucidaTM S series는 반도체용 고생산성 ALD 장치로 300mm wafer 크기로 thermal과 plasma ALD 공정이 가능하다. 우수한 성능과 박막 균일도를 갖는 다양한 산화물(HfO2, ZrO2)및 금속(TiN, TaN, Ru) 박막의 증착에 사용할 수 있다.