[반도체 8대 공정] 6. 금속 배선 공정에 대하여

안녕하세요! 오늘은 반도체 8대 공정 중 여섯번째 공정인 금속 배선 공정에 대해 복습해보겠습니다!

 

금속 배선 공정은 8대 공정 중 전공정의 마지막 단계로, EDS공정과 패키지 공정은 후공정에 해당합니다.

 

1. 전공정 복습

 

앞의 공정을 간단히 정리하자면 웨이퍼의 기본 원료가 되는 실리콘으로 잉곳을 형성해 일정한 두께로 썰어내 표면을 갈아주어 웨이퍼를 제조합니다. 

이후 웨이퍼를 보호하기 위해 산화 공정을 통해 SiO₂의 단열막을 형성해준 다음,

웨이퍼에 감광액을 도포해 마스크를 통해 특정 패턴이 형성되도록 빛에 노출시키고 이후 패턴 부분 외 불필요한 산화막을 제거하는 식각공정을 거칩니다.

반도체이므로 전기적 특성을 부여해주기 위해 얇은 필름을 증착하는 박막 증착 과정을 거치면 전공정의 마지막 단계 금속 배선 공정에 도달하게 됩니다!

 

 

2. 금속 배선 공정 정의

 

위에서 설명한 과정들을 거치면 위 그림처럼 전도성을 가지는 웨이퍼를 얻게 됩니다. 

이 전기가 흐르도록 전기적 신호가 필요한데 따라서 회로 패턴을 따라 전기가 흐르는 길인 금속길을 만들어줘야합니다.

바로 이 과정이 금속 배선 공정에 해당됩니다!

 

금속길에 사용되는 금속 재료의 필요 조건으로는 다음과 같습니다.

 

① 부착성이 좋아야함

② 낮은 저항

③ 열적, 화학적 안정성

④ 패터닝이 쉬워야함

⑤ 가격이 비싸지 않아야함

 

위에 해당되는 금속으로는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W)이 있습니다.

 

금속 배선 공정의 방식으로는 물리적 방식인 PVD와 화학적 방식 CVD, ALD로 나뉩니다.

 

3. 핵심 기술

금속 배선 공정의 핵심기술은 스텝 커버리지(step coverage), 즉, 단차 피복으로 얼마나 균일하게 증착이 되느냐에 대한 기술입니다.

스텝 커버리지(측면) = b/a, 스텝 커버리지(하부) = c/a

스텝 커버리지가 1에 가까울수록 우수한 박막 증착이 이루어졌다고 할 수 있습니다.

 

마지막으로 금속 배선 공정에서 배리어 메탈(barrier metal)이라는 금속이 필요한데 이는 일부 금속과 다른 층 사이의 얇은 금속층으로 접착성을 향상시키고 접합면 사이 파괴를 방지하는 역할을 합니다.

출처: 삼성 반도체 이야기

특히 알루미늄은 산화막과 부착성이 좋고 가공성이 뛰어나 금속 배선 재료로 우수한데 알루미늄은 실리콘과 만나면 서로 섞이려는 성질을 가지고 있습니다. 

그로 인해 실리콘 웨이퍼의 경우 알루미늄 배선 과정에서 접합면이 파괴될 수 있기 때문에 배리어 메탈이 필요합니다!

 

이 과정들을 거치면 위 그림처럼 알루미늄으로 전기가 통하도록 금속길을 만든 웨이퍼를 얻을 수 있게됩니다!

 

 

다음은 후공정인 EDS공정에 대해 알아보고 복습하는 글로 찾아오겠습니다!

 

 

 

이 글은 유튜브 삼성 뉴스룸과 삼성 반도체 블로그를 참고하여 작성하였습니다!