소자 미세화가 지속되고 트랜지스터 연결 배선이 더욱 가늘어짐에 따라 기존 텅스텐(W) 콘택트는 효율적인 전자 전도에 한계를 드러내고 있다. 이에 미세화된 크기에서도 전기 저항이 낮은 몰리브덴(Mo)이 로직 및 메모리 소자의 차세대 콘택트 구현을 위한 주요 대안으로 주목받고 있다. 콘택트는 인터커넥트와 트랜지스터를 잇는 가장 미세한 연결부를 형성하기 때문에 소자의 성능을 극대화하고 전력 소비 효율을 높이기 위해서는 낮은 저항을 유지하는 것이 매우 중요하다.

그동안 업계 표준 기술은 기존 텅스텐 대비 콘택트 저항을 40% 낮춘 선택적 텅스텐(Selective W)이었다. 어플라이드 머티어리얼즈의 선택적 몰리브덴(Selective Mo) 금속화 공정 기술은 가장 미세한 패턴에서 선택적 텅스텐보다 저항을 15% 더 낮출 수 있어 GAA 트랜지스터의 지속적인 소자 미세화를 가능하게 한다.

새로운 기술에 따른 예기치 못한 과제

몰리브덴의 낮은 저항 특성을 완전히 활용하기 위해서는 몰리브덴 채움(Fill) 및 평탄화(Planarization) 공정 최적화가 필수적이다. 재료 레벨과 균일도, 평탄화에 대한 엄격한 기술 사양을 충족해야 하며, 이 모든 요소는 최종 소자 성능을 결정짓는 핵심 요인이다.

기존에는 오버필(overfill), 언더필(underfill), 디싱(dishing), 돌출(protrusion) 측정을 위해 최종 단계 테스트나 별도의 실험실 분석을 거쳐야 했다. 하지만 두 방법 모두 한계가 명확하다. 최종 단계 테스트는 전체 공정의 후반에 진행되므로 어떤 단계에서 불량이 발생했는지 특정하기 어렵다. 실험실 불량 분석은 특정 공정 단계와 연결 지을 수 있지만 비용이 높고 분석에 며칠이 소요될 뿐만 아니라 웨이퍼 전체에서 얻을 수 있는 데이터 포인트가 매우 제한적이다.

공정 엔지니어의 주요 과제 중 하나는 수많은 실험이 수반되는 공정 파라미터 최적화 속도를 높이는 것이다. 공정 변동을 정확하게 특성화하기 위해서는 웨이퍼 전반의 특이 패턴과 추세를 파악해야 하며, 이를 위해 수많은 핫스팟(Hot spot)에서 대량의 데이터를 확보해야 한다. 이 과정은 이미 많은 시간이 소요되는 진단 프로세스를 더욱 지연시키는 요인이 된다. 효과적인 계측 시스템은 웨이퍼 전체에서 수만 개의 온디바이스 샘플을 채취해 신속하고 즉각적인 인사이트를 제공할 수 있어야 한다.

공정 최적화와 PROVision 10을 통한 학습 곡선 가속화

어플라이드 머티어리얼즈는 ‘PROVision™ (프로비전)’ 전자빔 시스템을 기반으로 새로운 몰리브덴 콘택트 계측 시스템을 개발했다. 이는 메이단 기술 센터의 신속한 개발 환경과 첨단 전자빔 공정 및 계측 도구의 결합으로 가능했다. 공정 팀과 계측 팀 간 긴밀한 협업으로 학습 주기(Learning cycle)가 획기적으로 앞당겨졌다. 또한 대규모 전자빔 계측 기술로 1시간 이내에 방대한 양의 국부적 온디바이스 데이터 생성이 가능해졌다.

강화된 R&D 역량은 선도적인 첨단 로직 고객사가 어플라이드의 몰리브덴 금속화 장비를 선택하는 결정적인 요인이 되었다. 특히 PROVision 10의 첨단 고해상도 전자빔 이미징과 ‘그림자 기반 형상 감지(Shadow-based topography detection)’ 기술을 통해 레시피를 신속하게 최적화함으로써 고객의 신뢰를 확보할 수 있었다.