7. Photo 공정의 개선(2) (기법 개선)

(4) Photo 공정 기법의 발전

 1) Multi-patterning

LELE와 SADP의 과정 (출처: https://www.kipost.net/news/articleView.html?idxno=4633)

• LELE
  
  - 동일한 layer를 2, 3번 연속 진행 (mask 2장 이상 필요) → 2배, 3배 미세한 패턴.
  - 3배 패턴은 'triple-patterning'.
  - 14nm finFET 공정에 double-patterning, 10nm 공정에 triple-patterning 이용.

 

1. hard mask(1) 막질 2층으로 쌓음
2. photo(1) 공정 → PR 패턴(1) 형성
3. etch(1) → 미세 패턴(x1)
4. x1 패턴에 hard mask(2) 쌓음
5. photo(2) 공정 → 패턴(1) 사이사이에 패턴(2) 형성
6. etch(2) → 미세 패턴(x2)

• SADP (self-aligned double patterning)
  
  - 1번의 layer를 통해 spacer 형성 (mask 1장 필요) -> 2배, 4배 미세한 패턴.
  - 4배 패턴은 'SAQP (self-aligned quadruple patterning)'.
  - 20나노급 DRAM 공정에 SADP, 10나노급 DRAM 공정에 SAQP 이용.
  
  

1.  1~3까지는 LELE와 같다.
2. 절연막을 박막 공정으로 증착 → 측벽은 두껍게 증착.
3. 절연막을 수직 방향의 dry etch → 두꺼운 측벽(sidewall)만 남음 (='spacer')
4. spacer를 mask로 하부 막질 etch → 미세 패턴(x2)

* LELE 방식과 self-align 방식 비교

	LELE	self-align
공정 난이도	단순	복잡
step 수	↓	↑
photo 공정 횟수	↑	↓
cost	↑	↓
수율, 품질	↑	↓

•  시스템 반도체 공정
  : speed가 빨라야 함. 소자 하나의 불량이 칩 불량으로 이어짐.
   → 패턴의 품질이 좋은 LELE 방식 이용.
• DRAM 공정
  : speed가 상대적으로 느림. cell 불량이 발생하더라도 repair를 통해 die 살릴 수 있음.
   → 상대적으로 품질이 나쁘더라도 cost 측면 유리한 self-align 방식 이용

 

 

 2) PSM (phase shift mask)

기존 마스크와 PSM의 비교 (출처: https://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=titler5&logNo=20106457144)

<WHAT>

 : 위상 반전 기법을 적용한 mask 상쇄 간섭을 통하여 광 중첩 부위의 에너지 분포를 줄일 수 있다.

 

<WHY>

 : 인접한 패턴에서 광의 산포가 중첩되어 증폭되는 문제점 해결.

  ∵ mask에서 입사된 광 회절 → 인접한 패턴에서 입사된 광과 중첩

    → 노광되지 않아야 할 부분에도 높은 광 에너지 도달 → 미세패턴 구현 어려움.

 

<HOW>

• phase shift 물질을 mask에 선택적으로 발라줌.
• mask의 인접 패턴의 glass 두께를 다르게 만들어줌.

 

 

 3) hard mask

<WHAT>

 : PR이 아닌 다른 소재의 mask로서, 접착력이 우수하고 etch에 대한 내성이 높은 소재를 이용한 mask.

  (주로 carbon을 포함한 유기물 성분을 이용)

 

<WHY>

 : 높은 AR(aspect ratio)에서 PR mask가 쓰러지는 문제점 발생.

 

*높은 AR 필요한 이유

 : 반도체의 고집적화 → 초미세패턴의 photo 기술 → 높은 AR 구조 → etch가 끝날 때까지 mask가 남아 있어야 함.

 

<HOW>

1. hard mask를 도포 또는 증착 (spin coating으로 도포할 수 있으나, 최근에는 대부분 CVD 방식으로 증착).
2. PR을 이용하여 photo 공정.
3. PR mask 패턴으로 hard mask etch.
4. PR mask 제거 후 hard mask로 target 막질 etch (2단계 식각).

 

 

 4) BARC (bottom anti-reflecting coating)

BARC의 효과 (출처: https://m.blog.naver.com/jgw1030/221170867513)

<WHAT>

 : PR을 도포하기 전에 광을 흡수할 수 있는 박막층을 미리 만들어 주는 것.

 

<WHY>

 : 하부 막질에 단차가 있는 경우 → photo 공정에서 단차에 의해 광의 난반사 발생 → 원치 않는 부위에 exposure

  → PR 패턴의 정확성↓

 

<HOW>

 : SiON 막질을 CVD로 얇게 증착 → 광의 난반사 방지 -> 패턴의 정확성↑

 

 

 

 

<참고문헌>

이창훈, 반도체 소소제공, 더인 출판사, 2019, pp.142-148.