반도체 금속 배선 공정

반도체 금속 배선 공정

반도체의 전도도는 도체와 부도체(예: 절연체) 사이에 있습니다. 이 특성을 통해 전류를 완전히 제어할 수 있습니다. 웨이퍼 기반 리소그래피, 에칭 및 증착 공정을 통해 트랜지스터 및 기타 구성 요소를 구성할 수 있지만 전력 및 신호 송수신을 위해서는 연결해야 합니다. 금속은 전도성 때문에 회로 상호 연결에 사용되며 다음 조건을 충족해야 합니다. 낮은 저항: 금속 회로는 전류를 통과해야 하므로 내부의 금속은 저항이 낮아야 합니다. 열화학적 안정성: 금속 재료의 특성은 금속 상호 연결 과정에서 변경되지 않은 상태로 유지되어야 합니다. 높은 신뢰성: 집적회로 기술의 발달로 소량의 금속 배선 재료라도 충분한 내구성을 가져야 합니다. 제조비용 : 앞의 3가지 조건이 충족되더라도 대량생산에 고비용은 적합하지 않습니다. 상호 연결 공정은 주로 알루미늄(Al)과 구리(Co)의 두 가지 물질을 사용합니다. 알루미늄 상호 연결 프로세스 이 공정은 알루미늄 증착, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상으로 시작하여 에칭 기술을 통해 산화 공정에 들어가기 전에 과잉 알루미늄 및 포토레지스트를 제거합니다. 위의 단계가 완료되면 상호 연결이 완료될 때까지 반복합니다. 알루미늄은 전기 전도성이 우수하여 리소그래피, 에칭 및 증착이 쉽습니다. 또한, 비용이 저렴하고 산화막에 대한 접착력이 우수합니다. 부식되기 쉽고 융점이 낮다는 단점이 있다. 또한 알루미늄과 실리콘의 반응이 연결 문제를 일으키는 것을 방지하기 위해 웨이퍼에서 알루미늄을 분리하기 위해 금속 증착물을 첨가하는 것도 필요하며 이를 '배리어 메탈(barrier metal)'이라고 한다. 알루미늄 회로는 증착에 의해 형성됩니다. 웨이퍼가 진공 상태가 된 후 알루미늄 입자로 형성된 박막이 웨이퍼에 부착됩니다. 이 과정을 "증기증착"이라고 하며 화학기상증착과 물리기상증착을 포함합니다. 구리 연결 프로세스 반도체 공정 정밀도가 향상되고 장치 크기가 축소됨에 따라 알루미늄 회로의 연결 속도와 전기적 특성이 점차 요구 사항을 충족할 수 없게 되었습니다. 이러한 이유로 우리는 크기와 비용의 요구 사항을 모두 충족하는 새로운 도체를 찾아야 합니다. 저항이 낮기 때문에 더 빠른 연결 속도를 얻을 수 있습니다. 또한 구리는 전류가 금속에 흐를 때 발생하는 금속 이온의 움직임인 알루미늄보다 일렉트로마이그레이션(electromigration)에 더 강하기 때문에 더 안정적입니다. 그러나 구리는 화합물을 쉽게 형성하지 않아 웨이퍼 표면에서 기화 및 제거가 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 더 이상 구리를 식각하지 않고 유전체를 재료로 하여 트렌치와 비아홀로 구성된 금속 회로 패턴을 형성한 후, 앞서 언급한 부분에 구리를 채워 상호 연결을 돕는 "인레이드 공정"이라고 합니다. . 구리 원자가 유전체로 계속 확산됨에 따라 후자의 절연이 감소하고 구리 원자가 계속 확산되는 것을 방지하는 장벽 층을 생성합니다. 그런 다음 매우 얇은 구리 시드 층이 배리어 층 위에 형성됩니다. 이 단계 후에 전기 도금을 수행할 수 있습니다. 즉, 높은 종횡비의 그래픽이 구리로 채워집니다. 충진 후 과잉 구리는 금속 화학 기계 연마(CMP) 방법으로 제거할 수 있습니다. 완료 후 산화막을 증착할 수 있으며, 여분의 막은 포토리소그래피 및 에칭 공정을 통해 제거할 수 있습니다. 구리 배선이 완료될 때까지 전체 전체 프로세스를 지속적으로 반복해야 합니다. 위의 비교를 통해 구리 배선과 알루미늄 배선의 차이점은 과잉 구리가 에칭 대신 금속 CMP에 의해 제거된다는 점입니다.