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

지난 시간에는 금속 배선 공정의 MOL 공정인 텅스텐 플러그(W plug)에 대하여 대략적으로 알아보았습니다.

이번 시간에 이어서 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

 

적절한 두께의 TiN은 불소의 확산을 방지하여 불소가 컨택트 영역의 바닥면 실리콘과의 반응 또는 측벽의 절연체 산화물과의 반응을 억제할 수 있으나, 두께가 두꺼워지면 TiN 물질 자체의 저항이 금속보다 매우 크기 때문에 최대한 얇게 확산 방지막으로서의 역할을 할 수 있을 정도로만 사용하여야 합니다.

또한 TiN에서의 질소의 농도가 높아짐에 따라 확산 방지의 성능은 좋아지나, 저항이 커지게 됩니다. 따라서 화학량비를 최적화시켜야 하고 결국 TiN의 두께와 Ti와 N의 화학량비를 잘 조절하여야 저항이 낮고 확산 방지막의 역할을 잘할 수 있는 기능성 박막을 증착할 수 있습니다.

 

TiN의 확산 방지막은 CVD 방법을 사용합니다. 바닥면과 트렌치의 측벽 모두 균일한 두께로 증착되어야 하고 후속 공정인 텅스텐을 증착할 때 개구부가 막힌 상태가 되면 안 되기 때문입니다.

이러한 효과를 극대화시키기 위하여 Ti의 소스가 되는 물질과 Remote 플라즈마로 생성된 질소의 Radical을 번갈아 가면서 ALD와 흡사한 증착 방식을 사용하고 있습니다.

ALD와 같이 원자층 한 층씩 증착되는 자기 제한적 반응이 일어나지는 않지만, 소스가 동시에 공급되면서 증착이 되는 보통의 CVD보다는 더욱 균일하고 over-hang(트렌치의 개구부에 증착이 집중되면서 입구가 막히는 현상의 원인이 됨)이 발생하지 않는 공정을 사용하고 있습니다.

 

이러한 TiN 막 위에 텅스텐이 성장하게 되는데, 텅스텐 증착 시 TiN 막은 텅스텐 핵 성장(nucleation)이 발생하는 영역이기도 합니다.

텅스텐 증착 초기에 TiN 위에 핵성장되고, 공정이 계속되면서 결정립(grain)이 성장하여 좁고 깊은 트렌치를 채워나가게 됩니다.

이렇게 트렌치와 웨이퍼의 전면까지 다 증착이 되게 되면 CMP 공정을 이용하여 산화물 절연막까지 평탄화 공정을 진행하여 위쪽에 증착된 텅스텐을 제거시켜 텅스텐 플러그와 산화물 절연막을 분리시켜 줍니다.

 

 

지금까지 텅스텐 플러그(W plug)에 대하여 알아보았습니다.

다음 시간에는 알루미늄 배선에 대하여 알아보겠습니다.