[반도체 8대공정/미세화공정] 금속 배선 공정

지금까지 반도체 공정을 통해 제작한 것을 최종적으로 회로의 형태로 구현하기 위해서는 금속을 통해 배선을 반드시 해주어야 합니다. 왜냐하면 결국 회로는 배선 된 선로를 통해서 전자들이 움직이며 상호작용하기 때문입니다. 즉, 전자가 지나갈 수 있는 길을 터주는 공정이라고 생각해주시면 간단합니다.

 

금속 배선 공정에 사용하는 금속은 아래와 같이 여섯가지의 특징을 만족해야합니다.

 첫째, 얇은 박막으로 증착할 수 있어야 하기 때문에 웨이퍼와 부착성이 좋아야합니다.

 둘째, 전류를 전달할 수 있는 물질이므로 전기저항이 낮아야 합니다.

 셋째, 이후 진행 될 배선공정에서 금속의 특성이 변하지 않는 즉, 열적, 화학적 안정성이 좋아야합니다.

 넷째, 패턴에 따라 금속선을 형성시키는 작업이 쉬운지 확인해야합니다.

 다섯째, 공정 미세화에 따라 박막이 얇게 형성되므로, 끊어지지 않고 오래갈 수 있는 신뢰성이 보장되어야합니다.

 여섯째, 양산(대량생산)을 하는데 있어서 가격적인 장점이 있어야합니다. (저렴해야함)

 

위 조건을 만족하는 금속은 대표적으로 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti)등이 있습니다.

아래 그림은 배선 공정이 끝난 모습을 그림으로 표현한 것입니다.

금속 배선 공증은 앞서 소개드린 증착공정(Deposition)을 통하여 이루어지게 됩니다.

위 그림은 알루미늄 금속을 이용하여 배선공정을 마무리한 상태입니다. 알루미늄은 산화막과 부착성이 뛰어난 좋은 소재입니다. 하지만 단점이라면 알루미늄 배선과정에서 실리콘과 만나면 서로 결합하려는 성질을 가지고 있어, 접합면을 파괴하는 현상이 발생할 수 있습니다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 배리어 메탈을 증착하여 접합면이 파괴되는 것을 막을 수 있습니다.