반도체 8대 공정 (3) - 금속 배선 공정(1)

(2)에서 박막 공정에 대해서 알아보았고, 오늘은 금속 배선 공정에 대해서 알아보겠습니다.

 

- 실리콘에 소자(트랜지스터나 다이오드, 캐패시터)를 만드는 FEOL(Front End of Line) 단계

- 소자에 금속-반도체 접합과 그 위의 컨택트 플러그를 만드는 MOL(Middle of Line) 단계

- 각 소자의 단자에 연결된 플러그를 배선하여 설계한 목적대로 연결시키고 기능할 수 있도록 만드는 BEOL(Back End of Line)

 

이 중 MOL(Middle of Line) 단계와 BEOL(Back End of Line) 단계가 금속 배선 공정에 해당함

 

금속 배선 공정

 

정의

 

- 회로 패턴에 따라 금속선을 연결하는 공정

- 각 소자가 연결되어 기능을 수행할 수 있게 해 줌

- 각 층(layer)의 목적에 맞게 패턴 형성 -> 금속 증착 또는 도금 -> CMP로 연마하여 도전영역과 절연영역을 분리

 

금속의 필요조건

 

- 낮은 저항

: 저항이 높으면 신호의 지연(delay)이 발생하고, 저항에 의한 전력 손실이 발생하므로 낮은 저항의 금속 물질을 사용하여야 합니다.

- 열적 / 물질적인 안정성이 있어야 함

: 후속 공정의 열 공정에서 파괴되거나 녹지 않아야 하며, 전기적인 물성이 변하면 안 됩니다.

- 장기간 신뢰성이 확보되어야 함

: 칩의 구동에 있어 장기간 신뢰성이 확보되어야 합니다. 반도체 칩의 경우 통장 10년 정도 기능이 동작할 수 있는 신뢰성이 필요하므로, 여러 환경 속에서도 물질적 / 기능적으로 신뢰성이 확보되어야 합니다.

- 패턴 구현이 가능한 물질이어야 함

: 패턴에 의해 배선이 되어야 하므로, 포토 / 에치 공정을 통해 패턴의 구현이 가능한 물질이어야 합니다.

 

금속 배선 공정 단계

 

1. MOL (Middle of Line)

 

1) 정의 : 소자에 금속 - 반도체 접합과 그 위의 컨택트 플러그를 만드는 공정

 

2) 실리사이드 공정

(1) 실리사이드 : 실리콘이 금속과 반응하여 형성된 화합물

(2) 목적 : 소자의 오믹 컨택트 형성

(3) 필수조건 : 낮은 저항, 열적 안정성, 물질적 안정성

 

3) 텅스텐 플러그 공정

(1) 텅스텐 플러그 : 실리사이드 콘택트와 구리배선 사이를 연결

(2) 공정 순서 : 산화물 절연막 증착 -> 트렌치에 채워진 실리사이드 물질 위로 텅스텐을 채워 넣음

 

2. BEOL (Back End of Line)

 

1) 정의 : 각 소자의 단자에 연결된 플러그를 배선하여 설계 목적대로 연결시키고 기능할 수 있도록 만드는 공정

 

2) 다마신 공정 : 절연체에 구리가 채워진 구조를 만듦

 

3) 구리 전기 도금 공정 : 작은 사이즈의 트렌치를 void 없이 잘 채울 수 있으며, grain 사이즈로 크게 만들 수 있기 때문에 저항을 줄일 수 있어 배선용 목적으로 매우 큰 장점을 가짐