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인터커넥트

인터커넥트는 집적 회로(IC)의 차도와 고속 도로 역할을 하며 IC의 부품을 기능하는 전체 소자와 외부로 연결합니다. 인터커넥트 레벨(또는 금속층) 개수는 소자의 복잡성에 따라 다르고 비아라고 부르는 식각 구멍에 의해 서로 연결됩니다. 이러한 복잡한 구조의 제조는 칩 제조에서 가장 공정 집약적이고 비용이 많이 드는 부분입니다. 인터커넥트는 소자의 금속층 개수 증가와 배선 밀도 증가가 절연 필름의 발전에 미치는 영향과 이로 인해 요구되는 새로운 공정 단계에 따라 결정됩니다.

어플라이드 머티어리얼즈의 역할

어플라이드 머티어리얼즈 기술은 다음과 같이 인터커넥트 제조에 필요한 모든 공정에 적용됩니다.

  • 절연체(유전체) 증착 및 특수 처리
  • 구리 충진 트렌치와 비아를 만들기 위한 유전체 식각
  • 구리가 유전체로 확산되어 단락이 발생하는 것을 막기 위한 차단층 증착
  • 트렌치와 비아를 충진하기 위한 전기도금을 가능케 하는 구리 시드층 증착
  • 벌크 구리의 전기도금
  • 다음 공정 단계를 위해 구리 오버버든을 제거하고 매끈한 웨이퍼 표면을 만들기 위한 화학 기계적 평탄화

 

패턴 크기가 작아짐에 따라 금속 라인의 폭과 라인 사이의 공간도 작아졌습니다. 실리케이트 유리(SG)는 더 이상 절연 매체로 적합하지 않습니다. 더 빠른 소자 성능과 더 낮은 전력 소비량을 구현하려면 커패시턴스(즉, k 값)가 낮은 유전체가 필요합니다. 과거의 여러 소자 세대를 거치는 동안 어플라이드 머티어리얼즈는 k 값이 낮은 효과적인 절연체로서 다공성 필름을 개발했습니다. 필름 세대마다 k 값이 0.4만큼 낮아지면 인터커넥트 전력 요구량이 10% 감소합니다. 어플라이드 유전체 필름은 전세계 팹에서 사용하는 산업 표준이 되었습니다.

이러한 저 유전율 필름과 극 저 유전율 필름의 성능은 자외선 경화 및 기계적 강도와 전기적 특성을 최적화하기 위한 기타 후처리 공정을 통해 강화되었습니다. 해당 필름은 칩 패키징 공정 후에 최대 150개의 후속 공정 단계를 견뎌야 합니다. 그렇지 못하면 강한 화학 반응과 플라즈마로 인해 원하지 않는 k 값의 증가로 이어질 수 있습니다. 어플라이드에서 개발한 혁신적인 처리 공정은 유전체를 강화하며 전기 특성 검사를 통해 소자의 전력 소비 감소 효과가 확인됩니다.

금속 배선 공정도 패턴 형상 미세화에 따라 새로운 당면 과제에 직면했습니다. 구리가 타깃에서 웨이퍼로 스퍼터링(또는 노킹)되는 라인 오브 사이트 공정인 물리 기상 증착(PVD)으로 시드층을 생성합니다. 측벽이 수직하고 폭이 좁은 고종횡비 형상에서는 시드층의 피복 특성을 개선하는 것이 중대한 당면 과제가 되었습니다. 특히 측면 하부가 문제가 됩니다. 시드층에 불연속이 있으면 구리 충진 내부에 수율을 제한하는 공극이 발생할 수 있습니다. 또한 종횡비 증가로 인해 전기도금 공정 중에 불완전한 충진이 발생할 위험이 높아졌습니다. PVD 분야에서 오랫동안 선두를 지켜온 어플라이드의 최근 기술 혁신은 상향식 충진 기술을 통해 시드층 피복 특성 문제를 해결합니다. 이 기술은 구리로 형상을 부분적으로 충진해서 다운스트림 단계의 공정 요건을 해소하고 전기도금을 위한 형상 종횡비를 줄입니다. 이러한 시드층 증착 기술의 발전을 보완하는 어플라이드의 전기도금 기술은 공극 없는 구리 도금을 구현하고 최적화된 화학 반응으로 웨이퍼 전체에서 균일한 증착을 실현합니다.

인터커넥트 레벨 개수가 증가함에 따라 화학 기계적 평탄화(CMP) 적용 기회가 늘어났습니다. 후속 리소그래피를 위한 평탄면을 얻기 위해서 각각의 증착층을 연마해야 합니다. 그렇지 않으면 해당 층의 평탄도가 떨어져 리소그래피의 초점 심도에서 벗어나게 되며 패턴 형성이 어려워집니다. 구리 CMP 공정이 알루미늄 CMP를 대체했을 뿐만 아니라 형상 크기와 필름 두께도 크게 줄어들었습니다. 어플라이드의 혁신적 기술이 표면 형상에 대한 시스템의 민감도를 높였고 평탄화 공정을 정확하게 제어할 수 있도록 성능 모니터링을 통합했습니다.