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

지난 시간에는 구리 전해 도금 공정의 첨가제 중 accelerator(촉진제)까지 알아보았습니다.

 

accelerator는 via의 바닥면 쪽에서 농도가 높고 빠른 반응이 일어날 수 있도록 하는 역할을 합니다. 반면에 ㅇ반면에 inhibitor(leveler)는 의도적으로 trench의 개구부보다 크게 물질을 설계하여 웨이퍼의 표면에서 농도가 높도  전하의 이동이 잘 일어나지 않도록 방해하는 역할을 합니다.

즉, trench의 안쪽에서는 accelerator에 의해 환원 반응이 빨리 일어나고 웨이퍼의 표면에서는 환원 반응이 느리게 일어나면서 bottom-up으로 구리의 성장이 일어나게 되어 트렌치의 입구가 먼저 막히게 되는 현상이 일어나지 않게 됩니다.

공정 시간이 증가하면서 구리가 아래쪽부터 차올라가면서 석출 되는 현상이 일어나는데, 트렌치가 모두 채워질 때까지 트렌치의 개구부와 웨이퍼의 표면 쪽에서는 성장이 억제되는 것을 볼 수 있습니다.

이러한 특성 때문에 구리의 전해 도금 공정은 작은 사이즈의 트렌치를 채우는 데 매우 유리합니다.

 

또한, 전해 도금을 이용해 성장된 구리는 다른 증착법을 이용하여 성장한 막보다 grain이 큰 특성을 가지게 되는데, 이는 seed를 기반으로 그 위에 석출 되면서 성장되기 때문입니다.

CVD를 이용했을 때보다 전해 도금 공정을 이용한 구리의 grain의 크기가 크며, 배선 목적으로 사용하는 구리의 grain이 크다는 것은 전기적 저항 측면에서 매우 유리합니다.

Grain의 크기가 커지면 전자의 산란이 일어나는 grain boundary가 줄어들게 되어 전기 저항이 감소하기 때문에 배선으로 사용되면 저항을 낮출 수 있습니다.

 

이렇듯 전해 도금법을 사용하여 구리를 석출 및 성장시키게 되면 다른 공정으로 진행할 경우보다 작은 사이즈의 trench를 void 없이 잘 채울 수 있으며, grain 사이즈도 크게 만들 수 있기 때문에 저항을 줄일 수 있어 배선용 목적으로 매우 큰 장점을 가지게 됩니다.

 

 

지금까지 반도체 8대 공정 중 금속 배선 공정에 대하여 알아보았습니다.

다음 시간부터는 산화 공정(Oxidation)에 대하여 알아보겠습니다.

산화 공정 : 웨이퍼에 절연막 역할을 하는 산화막(SiO2)을 형성하는 공정