후 단계 공정에서의 Metal 공정
후 단계 공정에서의 Metal 공정은 크게 Contact hole, Via hole을 채우는 단계입니다.
- 층간 절연막을 뚫어 제1 금속층과 Si 기판 상 p, n 접합 확산 방지층을 만들거나 다결정 Si 전극을 연결하는 과정입니다. 즉, Contact hole과 W-Plug를 형성하는 단계입니다.
- 각 금속 층 간 절연 역할을 하는 금속 층간 절연막을 뚫어 상 하부 금속층을 서로 연결하는 공정 단계를 말합니다. Via Hole, 다층 금속층, 최종 보호막을 형성하는 단계입니다.
확산 방지층, Contact hole
Contact : 단위 소자의 전극에 수직으로 직접 연결되는 배선입니다.
Al 배선
Contact hole은 Al(알루미늄)을 이용하여 채웠었습니다.
하지만, 접합 스파이킹 문제 및 전자 이탈 문제로 문제점이 발생되자, 매립 특성(filling 특성)이 매우 우수하고 별 다른 문제가 없는 'W', 텅스텐을 대신 도입하여 채우게 되었습니다.
W 배선과 확산 방지층
W와 Si가 직접 접촉 시, W가 Si 속으로 확산되게 됩니다.
따라서 이를 방지하고자 W와 Si 사이 확산 방지층(TiN)을 도입하여 문제를 해결하였습니다.
확산 방지층은 Ti와 N을 Reactive Sputtering을 통해서 TiN을 Silicide와 W 사이에 증착을 시키는 막을 말합니다.
(그림에서의 TiN은 Silicide 공정 후 남은 TiN을 Mask로 식각 하여 내부 도선으로 사용한 케이스이며 확산 방지층이 아니라는 점 말씀드리겠습니다.)
확산 방지층을 깐 후, CVD를 이용하여 W를 증착시킵니다. W는 채움성이 매우 좋은 물질이기 때문에 매우 작아진 Contact hole도 잘 채워줍니다.
PMD에서의 금속 배선 공정은 끝이 나게 됩니다.
다음은 IMD의 금속 배선 공정을 설명해 드리겠습니다.
이 부분도 PMD와 비슷하게, Al의 두 가지 문제로 인해 Cu로 바꾸는 추세입니다.
Via: 각 배선층 사이에 수직으로 연결되는 배선입니다.
Cu 배선
구리는 비저항이 Al보다 낮아 높은 전류 밀도를 수용할 수 있으며, 소자 축소가 가능합니다. 또한 녹는점이 커 전자 이동 특성이 우수하지요.
하지만 산화 등의 부식 위험이 심하고, SiO2와 부착성이 안좋다는 단점과 무엇보다 etching이 안 되어 배선으로 사용하지 못하였습니다. 하지만 상감법을 이용하여 etching이 가능해졌고, 이에 현재 Cu 배선을 사용하고 있습니다.
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