[금속배선공정] 반도체 Metal 공정 이슈 정리 - IR Drop(RC Delay) Correlation

2023.11.15 - [취업/반도체 이론 정리] - [반도체공정] Metal material(금속 배선 공정)

RC delay

 기생 효과(Parasitic Effect)에 의한 전기 신호 전달 속도의 지연되는 현상이다.

 

여기서 RC의 의미는 아래와 같다.

• R: 기생 효과에 의해 생기는 저항 성분
• C: 기생 효과에 의해 생기는 전하의 축전량(Capacitance) 

RC Delay로 생기는 Delay time

RC delay로 생기는 지연시간(Delay time)은 아래 수식으로 나타낼 수 있다.

 

T_RC  =(𝜌_0∙L_1/t_D)(k_D/𝜀_0)

 

•  𝜌_0  : 배선 재료의 선 저항
• L_1: 배선 길이
• t_D  :절연재의 두께
• k_D: 절연재의 유전 상수
• 𝜀_0: 배선 재료의 전도도

RC Delay

 

 

 

반도체 집적도가 커지면 배선 길이는 길어지고, 배선 재료의 두께는 얇아지므로, 위의 식에서 RC 지연 성분이 점점 커지게 되었다. 반면, gate에서는 미세화와 더불어 신호 처리 속도가 증대되므로 배선에 의한 지연 성분을 상쇄시키는 효과가 있다. 수 um단위의 설계 치수에서는 gate의 신호 전달 속도가 배선에 의한 RC 지연 효과보다 훨씬 우세해 배선에 의한 RC 지연이 크게 문제 되지는 않는다. 1um 이하의 영역(파란색 영역)으로 들어서면서 배선에 의한 RC 지연 효과는 급격하게 지수적으로 상승하게 되고, Gate에 의한 신호 전달 속도의 미미한 증가보다 훨씬 우세하게 작용하여 신호 처리 속도의 심각한 지연을 가져오게 된다.

 

따라서 미세화에 따른 배선 길이의 증가, 절연재 두께의 감소는 피할 수 없는 상황이므로 배선 재료에 대한 고려(교체)가 불가피하며 더불어 capacitance를 줄이기 위해 절연 재료에 대한 고려도 필요하다. 이를 해결하기 위해 현재는 전통적으로 사용해왔던 배선 재료 Al에서 Cu로 교체되고 있는 상황이다.

2023.11.16 - [취업/반도체 이론 정리] - [반도체 금속배선공정] Metal 공정-IR Drop(RC Delay) correlation

[반도체 금속배선공정] Metal 공정-IR Drop(RC Delay) correlation

 

2023.11.15 - [취업/반도체 이론 정리] - [반도체공정] Metal material(금속 배선 공정)

[반도체공정] Metal material(금속 배선 공정)