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 ..

지난 시간까지 다마신 공정에 대하여 알아보았습니다. 다마신 공정은 증착 후 식각하는 방법이 아닌, 절연막에 먼저 Trench를 만든 후 이곳에 구리를 채우고 CMP 연마를 진행하는 방법이었습니다. Electro-plating 구리의 전해 도금(electro-plating) 공정은 전기 화학반응을 기반으로 이루어집니다. 보통의 화학 도금 공정은 화학적인 포텐셜 차이에 의해 화학반응이 되면서 도금이 진행되지만, 전해 도금은 전기적인 포텐셜 차이로 전하의 이동에 의해 물질이 이온이 되거나 이온이 원자로 석출되는 과정이 일어납니다. 그렇기 때문에 step coverage 특정이 우수하며 공간을 채우는 능력이 좋습니다. 설비적으로는 구리가 석출될 수 있도록 황산구리(CuSO4)와 황산(H2SO4)이 설비 내에 공..

이번 시간에는 금속 배선 공정의 Cu 전해 도금 (Electroplating) 공정에 대하여 알아보겠습니다. 구리는 전기전도도가 매우 높은 물질로, 전기적인 특성이 우수합니다. 반도체에서도 소자와 소자 간 연결을 위해 도선이 필요한데, 과거에는 알루미늄(비저항 2.66)을 사용하였으나 소자가 미세화되고 scale down이 진행되면서, 배선의 저항이 증가됨에 따라 신호의 지연 현상이 나타나게 되어 구리(비저항 1.67) 공정으로의 전환이 필요하게 되었습니다. 하지만 구리 배선공정에서 기존의 방법으로 증착 후 패턴을 에치하는 경우 물질이 잘 제거되지 않는 특성을 보입니다. 식각은 챔버 내에서 반응에 의해 반응물과 부산물이 형성되고 이것들이 휘발되어 제거되는 것을 이용하는 것인데, 식각 공정 시 반응을 위해..

지난 시간에는 금속 배선 공정 BEOL 공정의 접합 스파이킹(Junction spiking)에 대하여 알아보았습니다. 이번 시간에는 EM(Electro-migration)에 대하여 알아보겠습니다. 2. Electro-migration (EM) 알루미늄 배선은 소자의 도선 역할을 하면서 신호의 이동에 따라 전류가 흐르게 되는데, 스케일이 계속 줄어들면서 배선의 너비와 폭도 줄어들게 되었습니다. 그러면서 단위 면적당 흐르는 전류의 밀도가 높아지게 되는데, 전자의 흐름에 따른 원자와의 충돌에 의해 원자의 이동이 발생합니다. 원자의 이동은 주로 결정립계(grain boundary)를 통해 일어나게 되고, 원자가 이동하기 전 원래 있던 공간에 Void가 생기게 되고 반면에 이동한 원자가 쌓이게 되는 영역에는 힐록..

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..

지난 시간에는 MOL 공정 중 실리사이드 공정까지 알아보았고, 이번에는 MOL 공정 중 텅스텐 플러그(W plug) 공정에 대하여 알아보겠습니다. 실리사이드의 목적인 소자의 오믹 컨택트의 형성 후에는 소자를 구동할 수 있도록 도선을 만들어 주어야 합니다. 실리사이드 콘택트와 구리 배선 사이를 연결해 주는 역할을 하는 것이 텅스텐 플러그(W plug)입니다. 반도체 공정의 중간 단계이기 때문에 MOL(Middle of Line)이라고 불리며, 공정 순서는 산화물 절연막을 증착 후 오믹 콘택트를 위해 만들어진 트렌치에 채워진 실리사이드 물질 위로 텅스텐을 채워 넣는 방식입니다. 이렇게 표면까지 모두 채워지게 되면 CMP를 사용하여 절연막의 표면이 드러날 때까지 연마시키면 기둥 형태의 텅스텐 플러그가 절연 물..