[반도체/8대공정]비전공자와 함께 공부해보는 금속 배선 공정

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8대 공정

웨이퍼 제조 > 산화 공정 > 포토 공정 > 에칭 공정 ( 식각 공정 ) > 증착 공정 / 이온주입 공정 > 금속배선 공정 > EDS 공정 > 패키징 공정 

 

저도 함께 공부해가기 위해 작성하는 내용으로 틀리거나 보충했으면 좋겠다 하는 내용이 있으시면 지체없이 말씀해주세요!!

 

자료 및 정보들은 책, 삼성 반도체 이야기, 하이닉스 , 네이버 블로그, 위키피디아, 구글 영어 자료 검색들을 통해서 얻고 있습니다!.

 

방문해주셔서 감사합니다. 

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1차적인 생각

 

앞선 공정( 포토,식각, 이온주입)들을 통해 반도체에 만들고자 하는 패턴의 회로를 새겨넣었다면

금속배선 공정을 통해 회로 위로 금속배선을 이어줘서 반도체에 외부에서 인가된 전기적 신호를 잘 전달되게 만들어 주는 것 

 

이때 배선에 사용되는 대표적인 금속

1. 구리 -> cu 이중 다마신 공정 등장 

2. 알루미늄  

 

금속공정에 사용되는 금속배선이 갖춰야 할 요건

 

1. 하부 절연막과의 부착강도가 뛰어나야 한다. 

2. 전기 저항이 낮아야 함 (신호 지연 및 전압 하강 문제 방지)

3. 후속 공정에 있어서 열적, 화학적으로 안정해야 함

4. 포토 및 식각 공정을 통한 패턴형성이 용이

5. 높은 신뢰성 ( 오동작 방지 ) 

6. 낮은 원가 ( 높은 생산성 ) 

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반도체 제조 공정 

 

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Back_end_of_line

전 단계 공정 

- 웨이퍼 투입부터 트랜지스터가 만들어지는 공정

 

중간 단계 공정

-층간절연막 (ILD)를 뚫어 제 1 금속층과 실리콘 기판 상의 P-N 접합 확산층 OR 게이트 등을 연결하는 과정

- 콘택 홀 및 플러그 형성

 

후 단계 공정

-금속층간절연막을 뚫어 상하부 금속층을 서로 연결 

- 비아 홀, 다층 금송층,  최종 보호막 형성

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금속 배선에 사용되는 대표적인 금속의 특징 

 

1. 구리 -> cu 이중 다마신 공정 등장 

-장점

1) 높은 반도체 신뢰성 확보

2) 비저항이 낮아 미세한 패턴 제작 가능

3) 알루미늄 대비 높은 녹는점 

 

-단점

1) etch가 어렵다 

2) 패턴 형성의 어려움 -> 다마신 공정을 통해 해결 

 

 

2. 알루미늄  

-장점

1) 높은 전도도, 낮은 접촉 저항

2) 양호한 부착성

3) 뛰어난 가공성 

 

-단점

1) 부식이 잘된다

2) 낮은 녹는점

3) 실리콘과 만나면 섞이려고함 ( barrier metal 이용해서 방지 ) 

4) 짧은 수명 

 

	장점	단점
구리	1) 높은 반도체 신뢰성 확보 2) 비저항이 낮아 미세한 패턴 제작 가능 3) 알루미늄 대비 높은 녹는점	1) etch가 어렵다  2) 패턴 형성의 어려움 -> 다마신 공정을 통해 해결
알루미늄	1) 높은 전도도, 낮은 접촉 저항 2) 양호한 부착성 3) 뛰어난 가공성	1) 부식이 잘된다 2) 낮은 녹는점 3) 실리콘과 만나면 섞이려고함 ( barrier metal 이용해서 방지 )  4) 짧은 수명

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알루미늄 배선에서 발생한 문제점 

 

1) 접합 스파이킹

위에서 말한 것처럼 알루미늄은 실리콘과 직접 접촉하면 섞이려는 성질이 있다.

따라서 알루미늄과 실리콘이 직접 접촉된 상태에서 열처리를 해주면 실리콘이 알루미늄으로 녹아들어가서 빈 실리콘의 자리를 알루미늄이 채운다.

이때 발생된 모양이 운동하 밑창의 스파이크처럼 뾰족뾰족해서 접합 스파이킹이라고 하는 듯

-> 해결 방법 : 알루미늄에 실리콘 약간 첨가 or barrier metal 이용  

 

2) 전자이동 불량 현상

 

 

-> 이러한 문제점과 다양한 이유떄문에 구리의 도입 필요성이 대두되었을 듯 

 

 

구리 배선에서 발생한 문제점

-구리배선에도 다양한 장점들이 있지만 해결해야할 문제들과 해결책이 있다.

 

1) 식각의 어려움

- 휘발성 반응 부산물 형성 불가능하기 때문에 

 

2) 침입형 확산 특성 -> Cu다마신 공정 제시 

 

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https://www.youtube.com/watch?v=ds8RLUdjqLs

다마신 공정이란? 

 

 

 

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추가할 내용 

다마신 공정이란? 

 

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어려웠던 내용 및 개념 

 

 

 

 

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