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이번 포스트에서는 8대 공정 중 금속배선 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
1) 금속배선 공정이란?
: 반도체의 회로 패턴을 따라서 전기가 흐를 수 있는 금속 배선을 만드는 공정입니다.
2) Silicide / Salicide
Silicide(실리사이드)는 Metal과 Si(실리콘) 사이 쇼트키 접촉을 방지하기 위한 것입니다.
금속배선 공정 시 실리사이드 층 없이 금속막을 증착하게 되면 쇼트키 접촉이 되어 트랜지스터가 정상적으로 동작하지 않게 됩니다.
따라서 실리사이드 층을 통해 Metal과 Si(실리콘) 사이 Ohmic Contact이 되도록 하는 것입니다.
그렇다면 Salicide(살리사이드)는 무엇일까요?
Salicide는 Self-Alignment(자가정렬)과 Silicide의 합성어입니다.
즉, 실리사이드 층을 자동으로 형성하는 공정입니다.
Salicide의 경우 일반적인 방식과 비교할 때, 공정을 단축할 수 있다는 장점이 있습니다.
공정 과정은 다음과 같습니다.
① 금속막 증착 (PVD)
② Annealing을 하여 Silicide 층 형성
: 금속 원소가 열에너지에 의해 하부로 확산하며 실리콘과 결합하면서 실리사이드 층 형성합니다.
③ 금속막 제거
④ 2차 Annealing 진행
: 실리사이드 층이 확고하게 자리잡을 수 있도록 하며, 장시간 열에너지를 가했을 때 발생하는 문제를 방지하기 위해 두 차례 나누어서 열처리를 진행합니다.
3) Al (알루미늄) 배선 공정
초기에는 알루미늄을 주로 사용하여 금속배선 공정을 진행했습니다.
알루미늄을 사용했을 때 장단점은 다음과 같습니다.
- 장점
① 낮은 비저항
② 증착 및 식각 용이
- 단점
① Junction Spiking : Al이 Si 쪽으로 확산하여 접합면 파괴
② Electromigration : 전자의 움직임에 의해 고정되어 있던 원자가 이동하여 Hillock *, Void * 등의 Issue 발생
※ Hillock : 알루미늄이 절연체 사이를 침범하여 Short 발생
※ Void : 원자의 이동에 따라 빈 공간이 생겨 Open 발생
4) Cu (구리) 배선 공정
알루미늄의 한계로 현재는 보통 구리를 사용하여 금속배선 공정을 진행합니다.
구리를 사용했을 때 장단점은 다음과 같습니다.
- 장점
① 높은 녹는점
② 낮은 Electromigration 문제
③ 알루미늄보다 낮은 비저항
- 단점
① 식각 불리
② Si(실리콘)와 높은 반응성
구리의 단점을 해결하기 위한 대책이 있습니다.
우선 식각이 어렵기 때문에 Damascene 공정을 진행합니다.
또한, Si와 높은 반응성에 대한 문제를 해결하기 위해 Barrier Metal을 증착해줍니다.
5) Damascene(다마신) 공정
전체적인 다마신 공정 과정은 다음과 같습니다.
1. Single Damascene
: Trench와 Via를 따로 전기 도금
2. Dual Damascene
: Trench와 Via를 동시에 전기 도금
이번 포스트는 여기서 마무리하도록 하겠습니다.
다음 포스트에서는 테스트 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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