2019.08.10 Al 금속배선, Cu 다마신 공정

Al은 낮은 비저항을 가지고 시각에 의한 패터닝이 용이하여 ( 융점이 낮다는 장점 ) 배선금속으로 오랫동안 사용되었다.

그러나 알루미늄은 실리콘과 만나는 계면에서 서로 섞이려는 성질을 가진다.

접합면이 파괴되는 현상이 발생한다. ( Junction Spiking )

접합 파괴를 방지하기 위해 알루미늄 내에 실리콘을 1~2 wt% 정도 첨가하여

실리콘과 알루미늄이 섞이는 것을 줄이거나 혹은 금속 배리어를 증착하는 과정이 추가된다.

 

더불어 알루미늄은 전기신호가 지속적으로 인가되면 전자가 이동하면서 알루미늄 원자와 충돌해

결정립을 따라 전자 이주 현상이 발생한다. 알루미늄이 이동하면서 발생하는

빈 공간 (Void)에 의해 배선이 끊어지거나 힐록이 발생하기도 한다.

 

추가로 압축응력에 의해서도 힐록이 발생할 수 있다.

 

Issues

 

Cu 금속배선은 알루미늄보다 더 낮은 비저항을 가져 배선의 RC delay가 작아 배선으로 매우 유리하다.

뿐만 아니라 알루미늄보다 높은 전자 이주 저항성을 가져 신뢰성도 높다.

하지만 Cu 배선은 건식식강이 어렵고, 실리콘이나 실리콘 옥사이드에 확산반응을 일으킨다는 점이 장애물로 작용한다.

 

 

Damascene 공정

 

다마신 공정은 홈에 금속을 채워 넣는 공정이다.

먼저 절연물질을 패터닝 공정을 통해 식각하여 홈을 형성하고, 전해 도금 방법으로 구리를 채운다.

이때 구리와 절연막 사이에 확산 방지막이 필요하다. 이후 불필요한 부분은 폴리싱을 통해 제거해준다.

 

듀얼 다마신은 배선 역할의 홈과 컨택 역할의 비아를 한 번에 형성하는 방식이다.

절연물 SiO2등 사이에 배선 모양으로 홈과 비아를 형성하고 장벽 금속과 도금을 위한 구리 씨드를 증착,

돌출된 구리는 CMP로 연마해준다.

 

전해도금 선택의 이유

 

PVD : 단차 피복 불량

ALD : 낮은 생산성

CVD : 구리를 CVD 증착시 전구체에 들어가는 불소가 Ta나 TaN 장벽 금속의 Ta과 반응하여 불화탄탈륨화합물 형성