Metallization

Metallization . 금속 막의 용도 . 적층 방법 . 진공 시스템 . 스퍼터링 . 요약 금속 막의 용도 . 배선 금속의 경우 : 주로, 알루미늄(Al) . 고 전류 밀도의 경우 : 금(Au)/몰리브덴(Mo)/ 백금(Pt), 내열 금속류 (Pt, W, Ti) . 게이트 전극의 경우 : 폴리 실리콘 (Poly-Si) . 알루미늄(Al) 의 장점 . 1. 좋은 전기 전도도 . 2. SiO2에 우수한 부착력 . 3. 패턴 형성의 용이성 . 4. 높은 순도 (99.9999~99.99999%). 5. 실리콘과의 우수한 전기 접촉 . 박막 배선 금속 막의 용도 . 알루미늄(Al) 의 단점 . 1. 전기적 이동 (Electromigration) . 회로 동작 중에 알루미늄 선에 전기장이 걸려 알루미늄의 이동 발생 . . 전류에 의해 열이 발생할 경우나 온도 기울기가 있을 경우에 촉진 . (해결법) 1. 접촉부분의 overlap 면적을 증대 . 2. 막의 두께를 균일하게 생성 . 3. 구리를 4% 첨가하여 해결 . 2. 접촉 저항을 낮추기 위한 열처리 공정이 필요 . 열처리 공정 시 , 알루미늄과 실리콘이 공융 (Eutectic) 되어접합의 단락 발생 . (해결법) 1. 열처리 온도를 450℃로 제한하여 , 공융 현상이 발생하지 않도록 처리함 . 2. 순수한 알루미늄 대신에 1~2%의 실리콘이 첨가된 알루미늄을 사용하여 , 공융시 실리 콘 기판으로부터의 실리콘 유입을 막음 . 3. 차단막(Barrier layer) 사용. TiW, TiW/Pt 전기적 이동 (Electromigration) 적층 방법 . Evaporation 종류 1. Thermal Evaporation 2. E-beam Evaporation . Evaporation 특징 -Density : higher than sputtering (EB) -Poor Adhesion -Metal, Alloy, nitride, oxide -Very high-vacuum required -0.1 ~ 5 um range 적층 방법 . 진공 챔버 (Vacuum Chamber) . 챔버 내에 공기가 있으면 , 증발된 고 에너지의 알루미늄 원자는 산소와 결합해 Al2O3를 생성하여 절연체를 형성 . . 5ⅹ10-5Torr 이하의 낮은 압력을 유지하기 위해 스테인레스 강으로 chamber 를구 성. 진공 증착기 적층 방법 . Step Coverage -회로의 구조가 복잡해짐에 따라 스텝의 수와 높이가 증가하여 문제 발생 . -PR coating 이나, 금속 박막의 증착에 있어서 step coverage 가 좋아야 함 . Conformal Planarizing Non-conformal -좋은 step coverage 를 형성하기 위해 , 1. 천체형 웨이퍼 홀더 : dome 형태의 홀더를 사용하여 증착시 회전 시키므로써 균일한 두께의 막 을 생성 . 2. 가열기: 웨이퍼 홀더의 온도를 400℃로 가열하여 , 알루미늄 원자가 모세관 현상으로 스텝 코너 에 스며들게 함 . 3. 비스듬한 측면 : silicon oxide 를 over etch 해서 step 의 경사를 완만하게 만들어 금속 막 증착 . 진공 시스템 Two basic principles of pumping Pressure Ranges Vacuum Pumps Gas Transfer -Rotary Vane Pump -Rotary Piston Pump -Diffusion Pump -Turbomolecular Pump Gas Capture -Sorption Pump -Cryo Pump -Ion Pump -Titanium Sublimation Pump 진공 시스템 Rotary Vane Pump -Oil Sealed mechanical pump for rough pumping or for backing HV pump Pumping Speed (S) : 50∼3000L/min (typically ∼600L/min) -Ultimate Pressure (P) : ∼10-4torr -Hydrocarbon contamination by the back-streaming of mechanical pump oil vapor (a proper trap needed) 진공 시스템 Rotary Vane Pump . 작동원리 . 기체 분자의 흡입 . 고립 . 압축 . 배기 진공 시스템 Diffusion Pump (DP) -DP is operated by boiling a fluid (often a hydrocarbon oil) -Gas molecules are pushed toward the boiler by momentum transfer from the large oil molecules. Pumping Speed (S) : 200∼8000L/min (typically ∼1000L/min) Ultimate Pressure (P) : 10-7∼10-9torr (typically ∼10-7torr) 진공 시스템 Diffusion Pump (DP) < Advantage > -Pump any gas and handle large gas loads -High pumping speed for relative low cost -No vibration and no noise < Disadvantage > -Hydrocarbon contamination -Lots of energy to operate 진공 시스템 Turbomolecular Pump -Transport gas molecules by momentum transfer from the very high speed rotating blade to the gas molecules. Pumping Speed (S) : 100∼5000L/min (H2 -Clean pump (no back-streaming of oil) -Ease of service and operation < Disadvantage > -Difficult to remove light gas molecules (esp. H2 and He) -Relatively expensive 스퍼터링 . Sputtering 종류 1. DC/RF Sputtering 2. Magnetron Sputtering 3. Reactive Sputtering . Sputtering 특징 -Various materials (oxide, nitride…) -Residual Stress, -Less density -Requires high vacuum depending on material -0.1 ~ 5 um range 스퍼터링 . Magnetron Sputtering force Lorentz: )(BvEedtdvmF ... .... . 요약