[엔지닉]반도체 8대 공정, 금속 배선 공정과 산화공정

안녕하세요, 동동이입니다😊
반도체 8대공정 빡공스터디 8일차, 금속 배선 공정과 산화공정인데요.
빠르게 미션정리만 하고 넘어갈게요!

8일차 인증

구리 배선 채택 이유
- 소자가 미세해짐에 따라, 게이트 지연은 감소하지만, 배선에 의한 지연은 급격히 증가함
- 회로 지연의 주 원인은 금속 배선의 단면적 감소와, 금속 배선 간 간격의 감소임. (저항 증가, 기생 정전용량 증가)
- 따라, 알루미늄 보다 낮은 비저항을 이용해, 성능을 향상시킴
- 구리 배선은 선폭이 좁아 금속 배선 층수를 줄일 수 있음
- 구리는 알루미늄 대비 전자이동 특성이 우수하고 비등점 및 격자/입자 경계 확산 활성화 에너지가 높음

구리 배선 문제점 및 해결책
① 식각이 어려움
- 식각 시 휘발성 있는 반응 부산물로 만들어 제거해야 하지만, 구리 배선 시 휘발성 있는 반응 부산물을 만들 지 못함
② 실리콘 산화막을 통한 확산이 잘됨
- 금속 입자의 실리콘 내부에 침투되면, 실리콘 소자의 오염을 초래함

다마신(Damascene) 공정을 적용해 식각이 불필요하고 확산 방지막을 사용하여 완벽히 구리를 감싸줄 필요가 있음

산화막 내 전하의 발생 원인
산화물 고정 전하(Fixed Oxide Charge)
- 산화에 참여하지 못한 잉여 실리콘으로 실리콘 과잉 상태가 되어 발생
- 주로 산화 완료 후 Cooling 시 저온 산화에서 산화막 형성에 필요한 Ea를 충분히 얻지 못할 때 발생함

계면 포획 전하(Interface trapped charge)
- Si, SiO2 계면에서 O2와 결합하지 못한 Dangling bond에 의해 발생
- 에너지 밴드 상에서, Si의 금지대역 내에 존재함
- 캐리어의 Trap Site로 작용해 정공이나 전자를 포획함

유동성 이온 전하(Mobile ionic charge)
- Clean room의 수준이 높아서 현재 문제가 되지 않음
- 알칼리 이온의 오염으로 발생함
- 100ºC 이상 또는 높은 전계에서 산화막 내부를 이동하며 특성 전하를 가져옴

산화막 포획 전하(Oxide Trapped Charge)
- SiO2 내부의 불완전한 결합으로 인해 결합이 깨지면서 발생
- 주로 이온 주입 및 플라즈마 식각 등 고에너지를 가진 전자 충격이 원인임
- 소자 동작 시 전자의 trap site 및 FN 터널링을 일으킬 수 있음
- 산화막 어디 든 존재할 수 있음