반도체 8대 공정 (4) - 금속 배선 공정 - MOL 공정 - 실리사이드 공정

오늘은 금속 배선 공정 MOL 공정과 BEOL 공정 중 MOL 공정, 그중에서도 실리사이드(Silicide) 공정에 대하여 자세하게 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 공정과 BEOL 공정이 금속 배선 공정에 해당합니다.

 

 

1. MOL 공정

: 소자에 금속-반도체 접합과 그 위의 컨택트 플러그를 만드는 공정

 

1) 실리사이드(Silicide) 공정

실리사이드 : 실리콘이 금속과 반응하여 형성된 화합물

 

반도체 공정에서 실리콘이 금속과 반응하는 경우

-> 목적 : 실리콘과 금속이 결합된 저항이 낮은 상태의 물질을 사용하기 위함

 

- 실리사이드 :  소스와 드레인의 실리콘에 단자를 형성하는 경우

- 폴리사이드 : 폴리 실리콘으로 Gate 전극을 사용하는 구조에서 폴리실리콘에 빠른 신호 전달을 위해 폴리실리콘의 상부를 금속과 반응시키는 경우

 

반도체 공정에서 많이 사용되는 실리사이드 물질

: TiSi2, NiSi, CoSi2, WSi2

TiSi2, NiSi, CoSi2 : 오믹 컨탠트를 위한 전극 물질로 사용

WiSi2 : 레지스터의 저항 물질로 사용

 

특히 TiSi2가 많이 사용되는 이유

- 실리사이드의 필수 조건은 낮은 저항, 열적 / 물질적 안정성,

공정상 N+ 영역과 P+ 영역에 물질을 분리해서 사용하기 어렵기 때문에 동일한 물질의 실리사이드로 N형 / P형 실리콘에 모두 낮은 컨택트 저항 특성을 보이는 물질을 사용해야 함

- 이런 조건을 잘 갖추고 있는 물질이 TiSi2

 

Silicide 공정 (TiSi2 기준)

 

1. 산화물 절연막을 증착한 후 컨택트가 만들어질 공간에 패턴을 형성하고 에치 공정으로 트렌치를 만들어줍니다.

 

2. 메탈 - 반도체 접합을 위해 티타늄을 PVD 방법으로 증착시킵니다.

(최근 컨택트 트렌치 사이즈가 작아지는 트렌드로 CVD 방법 사용)

 

3. 티타늄을 증착시킨 후 전극 물질의 산화를 방지하기 위해 진공을 깨지 않고 in-situ 공정으로 티타늄 질화막(TiN)을 CVD 방법으로 증착시킵니다.

 

4. 열처리에 의해 메탈-반도체의 접합이 오믹 컨택트로 형성되고 난 후 BEOl 공정의 배선과 연결될 수 있도록 플러그를 만들어 줍니다.

 

5. 전면에 텅스텐으로 증착된 웨이퍼를 CMP로 연마시켜 상부 텅스텐을 제거합니다.

 

 

다음 편에서 TiSi2 기준의 실리사이드(Silicide) 공정에 대하여 더 자세하게 알아보겠습니다.