반도체 보너스2 High-K와 HKMG(High-K 소재 밸류체인, ALD 증착장비)

[함께배우기] 35일차, 반도체 보너스2 High-K와 HKMG(High-K 소재 밸류체인, ALD 증착장비) - YouTube

 

High-K의 용도는 크게 2가지임.

하나는 디램이 미세화 되면서 정전용량이 줄어드는 것을 막기 위해 유전율이 높은 High-K 물질을 증착시켜 사용하는 것.

다른 하나는 반도체 게이트의 절연막으로 기존 SiO2(산화막)을 High-K 물질로 바꾸는 것.

이유는 반도체 미세화로 인해 절연체의 두께가 줄어들다보니 누설 전류가 커졌고, 이것을 해결하기 위해 SiO2 대신 High-K 물질을 사용함. 그런데 High-K와 실리콘은 궁합이 안좋아 정전용량이 줄어드는 문제가 발생해 게이트를 실리콘 대신 메탈을 쓰게 됨.

 

High-K 물질을 증착하기 위해서는 ALD 장비가 필요하고, ALD 장비로 High-K물질을 증착하니 성능이 저하되는 문제가 있어 HPSP의 고압수소어닐링 장비가 필요하더라.. 라는 흐름으로 이어짐. 

 

앞으로의 대세는 ALD, High-K, 고압수소어닐링임. 대세를 이해하고 있으면 투자의 기회가 있을 것.

 

미세화로 인해 실리콘 산화막이 얇아지는 추세인데, 이것이 얇아지면 누설전류가 발생. (절연체 두께가 줄어드니까)

이것을 막기 위해 하프늄으로 바꾸는 추세. (하프늄의 유전율은 22~25정도?)

그런데 하프늄으로 바꾸니 실리콘 게이트로 인해 하프늄의 정전용량이 줄어드는 문제가 발생. 

이 문제를 해결하기 위해 실리콘 게이트를 메탈 게이트로 바꿈. 이것을 바꾸니 누설전류가 기존 대비 1/1000로 줄어듬.

 

현재 디램은 미세화를 통해 성능을 높이고 있는데, 미세화가 점점 어려워지고 있음. 

그래서 디램도 3D로 높이자는 이야기가 나오고 있음. 현재 개발중.

3D 디램은 커패시터를 눕히고, 게이트를 위로 쌓는것. 

이것을 위해서는 ALD 증착장비가 필요함. 이런 장비들은 미국이 잘하는데, 우리나라 주성엔지니어링도 국산화를 했음. 

(! 향후 이렇게 가겠지만, 당분간은 미세화로 계속 갈 것 같음 EUV 장비 도입 등으로 현재는 미세화를 계속 추진중이니까)

 

3D 디램을 하려면 커패시터를 깎는 습식 식각 공정이 필요한데, 이것을 하는 업체가 솔브레인과 한솔케미칼임. 

한솔의 H202(과산화수소) 사용량은 하프늄 사용량의 200배. (3D로 갈수록...)

 

PVD는 많이는 쓰지 않음. 

대부분은 CVD 방식을 사용.

앞으로는 ALD가 대세가 될 것. (하지만 속도는 느리다. 한층 한층 쌓아올리기 때문)

High-K는 ALD 증착으로 하고 (디램 커패시터의 High-K는 ALD 증착으로)

Low-K는 CVD 증착으로 함.

 

우리나라에서 High-K ALD 장비를 제조하는 회사는 주성엔지니어링 뿐임 (확인이 필요하다고 함)

이 장비는 하이닉스에 납품중.

 

ALD 장비로 High-K 물질을 증착하니 여러 문제들이 발생하는데, 이것을 개선하는데 HPSP의 장비가 도움이 됨.