반도체 8대 공정 (4) - 금속 배선 공정 - MOL 공정 - 실리사이드 공정(2)

2023. 1. 30. 00:02반도체

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오늘은 지난 시간에 이어 MOL 공정의 실리사이드(Silicide) 공정에 대하여 자세히 알아보겠습니다.

 

실리사이드 공정

 

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

 

 

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

 

경우에 따라서는 실리콘 기판의 자연산화막을 제거하기 위해 RF에치(스퍼터링 에치) 공정을 진행한 후 in-situ(in-situation, 진공 상태를 유지한 상태에서 다음 공정을 바로 진행하는 것)로 티타늄을 증착시킵니다.

금속을 PVD 방법으로 증착하는 이유는 순수한 금속이 증착되어야 접촉 저항을 낮게 형성할 수 있기 때문인데, 최근에는 컨택트 트렌치 사이즈가 급격히 작아지면서 PVD로 적용하면 over-hang 문제로 텅스텐 플러그가 제대로 채워지지 않기 때문에 CVD 공정을 적용하고 있습니다.

 

 

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

 

TiN 막의 목적은 전극 물질인 Ti의 산화를 방지하고, 후속 공정인 텅스텐을 증착할 때 원자핵 생성이 일어하는 자리가 되며, 증착 시 발생하는 불소 부산물의 확산을 방지할 목적입니다. TiN 증착이 완료되면 800도 수준에서 레이저를 이요한 어닐링 공정을 진행하는데 증착된 티타늄과 기판의 실리콘이 반응하게 되면서 티타늄 실리사이드를 형성하게 되고, 오믹 컨택트를 형성하게 됩니다.

 

 

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

 

CVD 방식으로 텅스텐을 트렌치 내부에 채워서 배선이 연결될 수 있도록 합니다. 이때 텅스텐은 내부만 채워지는 것이 아니라 산화물 절연막의 위까지 웨이퍼 전부를 뒤덮으며 성장하므로 트렌치 내부에 void가 생기지 않도록 해야 합니다.

 

 

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

 

CMP를 진행하다가 하부의 산화물 절연체가 드러나게 되면 텅스텐 플러그와 절연막으로 공간이 분리되면서 후속 BEOL 공정에서 배선이 연결될 수 있는 구조가 완성됩니다.

 

Seam

- 4번에서 텅스텐이 트렌치의 내부를 완벽하게 채우지 못해 void가 발생했다면 CMP 공정이 진행되면서 void가 표면에 드러나게 되고, 위에서 봤을 때 구멍이 생기는 현상

- Seam은 BEOL 공정에서 채워지게 될 구리의 비정상적인 확산이 일어나게 되는 원인이 됩니다.

 

 

 

다음 게시물에서는 MOL 공정의 텅스텐 플러그(W plug) 공정에 대하여 알아보겠습니다.

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