글로벌 장비 업체 어플라이드머티리얼즈가 3차원 반도체용 전자빔(e-beam) 계측 장비를 개발했다. 3D 반도체 시대의 본격화에 영향을 미칠 수 있을지 주목된다.
어플라이드머티리얼즈가 23일(현지 시각) 국제 광학 및 포토닉스 학회(SPIE)에서 업계 처음으로 3D 반도체 양산용 인라인 전자빔 계측기(CD-SEM) 시스템 ‘VeritySEM 5i’을 발표했다고 밝혔다.
3D 핀펫 반도체는 제조시 일정 전압을 가하면 트랜지스터가 전부 꺼져버리는 문제가 있었다. 칩에서 누출되는 전력을 낮추고 온도를 낮게 유지하는 게 해결 방법이다. 전력 소모량을 줄이려면 각각의 3D 게이트가 어떤 모양인지 핀의 높이와 너비, 게이트 높이와 경사면 등을 분석해야한다. 기존 2D 반도체 계측 장비로는 이를 측정해낼 수 없다.
3D 낸드 플래시는 3D 큐브(cube) 형태로 만들어진다. 다이(die)를 적층하고 종횡비를 60대1로 맞춰 상단에서 하단으로 가운데를 깎아 트렌치(trench)를 형성한다. 이후 엣지(edge)를 산화물-질화물-산화물 순으로 채워 전극을 연결한다. 칩 가운데 텅스텐으로 둘러싼 폴리실리콘을 넣어 메모리 셀들의 플래시 게이트(flash gate)를 만든다.
식각할 때 종횡비를 확인해야하지만 기존 전자빔 계측 장비로는 트렌치의 깊이를 알아낼 수 없었다. 비아(구멍)가 구리선의 중간 부분에 정확히 위치해 연결이 제대로 됐는지 확인하기도 어려웠다.
회사는 고에너지 후방산란전자(BSE) 기술을 활용해 3D 반도체 내부 트렌치를 측정할 수 있게 했다. 1.2나노미터(nm) 해상도로 트렌치의 깊이와 비아(구멍)의 위치를 파악해냈다. 이 시스템으로 현재 업계가 주력해 개발 중인 1x나노대 반도체 제조공정뿐 아니라 10나노, 향후 6나노 노드까지 적용 가능하다는 설명이다. 이미 몇몇 고객사에 제품을 들여 연구개발(R&D)의 속도를 높이고 제조 라인의 생산성을 끌어올리는 한편 오류 수정까지 마쳤다.
김주연기자 pillar@etnews.com