[반도체공정] 다마신(Damascene)이란?

다마신(Damascene) 사용 이유

그동안 반도체 선폭을 구성할 때 상대적으로 저렴한 알루미늄(Al)을 사용했다. 하지만 반도체 선폭이 좁아짐에 따라 더 작은 선폭 구현이 가능한 구리(Cu)를 사용하기 시작했다.

 

구리는 알루미늄보다 30% 낮은 비저항 성질을 가지고 있어, 전도도가 높고 더 작은 선폭 구현이 가능했다. 뿐만 아니라 EM 발생 확률이 줄어들어 Void, Hilock을 줄일 수 있어 내구성과 신뢰도가 우수한 재료였다.

 

그러나 구리를 식각하기 위해 발생하는 화합물이 가스 형태로 배출되어야 하는데, 구리 화합물은 휘발되지 않아 배선 형성에 어려움이 있었다. 이를 해결하기 위해 다마신(Damascene)공법이 계발되었다.

알루미늄 vs 구리 (출처-SK하이닉스)

다마신(Damascene)

기판에 홈을 파서 물질(Cu)을 채우고 표면을 평탄화(CMP)시켜 도금하는 상감기법을 말한다. 

 

다마신은 구리 증착에 있어 기존 PVD, CVD, ALD보다 우수한 결과를 가져다주었다.

• PVD를 이용한 Cu 증착은 Step Coverage가 매우 불량하게 형성되고, Void가 형성될 수 있었다. 
• ALD는 증착속도가 너무 느리고, 막질 품질의 중요도가 떨어지는 금속막에 ALD를 적용하는 것은 불필요한 공정비용을 발생했다. 
• CVD를 이용한 구리 증착도 Gap을 완전히 채워도 Seam(틈새)이 남는 문제 발생했다.

다마신 방식은 이러한 결함이 발생하지 않으면서 증착률을 높여 완벽하게 빈 공간을 채울 수 있었다.
10nm의 금속선 폭에서도 구현이 가능해 향후 공정에서도 오랫동안 사용될 가능성이 크다. 선폭이 좁아지고 기능이 복잡해져 가는 현 반도체 상황과 비례하여 다마신 공정이 중요성은 커지고 있다.

다마신 공정(출처-SK하이닉스)