반도체 8대 공정 (4) - 금속 배선 공정 - Cu 전해 도금 - 다마신(2)

오늘은 지난 시간에 이어서 다마신 공정에 대하여 알아보겠습니다.

다마신 공정의 순서에 대하여 알아보겠습니다.

 

구리 배선 공정은 컨택 공정의 Plug 위에 진행되어 소자를 외부 단자와 연결시켜 주는 역할을 합니다.

먼저 소자의 단자(소스 또는 드레인)와 연결된 plug 위에 via가 형성될 하부 산화막을 증착합니다.

그다음 실리콘 질화막을 얇게 증착합니다.

그 위에 구리 라인이 형성될 상부 산화막을 증착합니다.

이 상태에서 via 기준의 패턴을 위해 PR을 이용해 포토 공정을 진행하여 패턴 합니다.

패턴 된 PR을 에치 방지막으로 이용하여 에치를 하게 되면 상부 산화막-실리콘 질화막-하부 산화막이 차례로 에치가 되고 하단의 plug 메탈이 드러나게 됩니다.

그 후 구리 라인의 패턴을 PR을 이용해 포토 공정을 진행합니다.

또 PR을 에치 방지막으로 이용하여 에치를 하여 상부 산화막만을 에치합니다.

이 공정에서 쓰이는 에치는 상부 산화막과 실리콘 질화막 간 선택비가 있는 상태여야 하고, 실리콘 질화막은 하부 산화막이 에치되지 못하도록 막는 etch stopping layer(식각 멈춤 층) 역할을 하게 됩니다.

여기까지 공정이 진행되면 구리가 채워질 공간이 만들어지게 되고 이 공간에 구리를 채워 넣는 과정이 후속으로 진행되게 됩니다.

 

하지만 바로 구리를 채울 수는 없는데, 전해 도금법으로 구리를 성장시키기 위해서는 성장이 될 영역에 전기가 통하는 상태여야 하기 때문입니다.

또한, 구리는 확산이 매우 잘 되는 물질이라 산화막층과 하부 컨택 Plug 영역에 구리가 확산되지 못하도록 확산 방지층(Diffusion barrier layer)이 필요합니다.

구리의 확산을 막기 위한 확산 방지층으로 주로 탄탈륨 질화막(TaN)을 사용하며, TaN은 스퍼터링 방법으로 증착됩니다.

이렇게 증착된 얇은 막은 결정립(grain)이 없는 비정질(amorphous) 상태로 만들어지게 되어 결정립계(grain boundary)를 통한 확산의 방지가 가능하여 구리의 확산 속도를 현저히 낮출 수 있습니다.

 

TaN 막 위에는 Ta를 증착합니다. 구리가 TaN과의 접착력이 좋지 않아 박리(delamination)가 일어나는 것을 방지하기 위해 TiN과 구리 모두 접착력이 좋은 좋은 Ta을 두 물질 사이에 증착하여 접착층(Glue layer)으로 사용하는 것입니다.

그 후에는 스퍼터링 방법으로 구리 Seed layer를 얇게 증착해 주는데, 이 seed layer는 전해 도금 시 전하의 이동이 잘 일어나게 해 주며 구리의 grain이 성장하게 되는 핵성장(nucleation)의 역할을 합니다.

 

 

다음 게시물에서 이어서 알아보겠습니다.