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Damascene공정법 및 각 박막의 역할

Damascene공정은 Cu배선을 별도의 etch 없이 증착하기 위한 공정 방법이다.구리는 알루미늄과 다르게 etch가 불가능합니다. 그 이유는 F를 통한 dry etch를 하게되면 CuF가 형성되는데 이 물질은 융점이 매우 높아 제거하기가 어렵기 때문에, 보통 CMP과정을 통해 제거시켜 줍니다.따라서 별도의 etch없이 빈공간에 Cu를 채워주기 위한 방법으로 생각하면 된다.dual damascened의 경우에는 via에 텅스텐을 채우고, damascene으로 구리를 채우는게 번거롭기 때문에 한번에 구멍을 뚫어 구리를 채우는 과정이라고 볼 수 있다.1.M1 주변의 박막은 TaN Cu의 기판으로의 확산 방지막이다. M1위에는 확산방지막으로 SiCN을 사용한다. 그 이유는 TaN를 사용하게 되면 TaN는 전도성이 있기 때문에 전기가 흘러 쇼트가 발생하기 때문이다. 따라서 silicon nitride에 탄소를 도핑한 박막을 사용하게 된다.SiCN는 silicon nitride에 비해 낮은 유전율을 갖고 있기 때문에 시간 지연이 짧아 지게 된다.또 한, 만약이 SiCN박막이 존재하지 않는다면 다음 과정의 plasma etch시 Cu 도선에 이온 충돌로 Sputter 현상이 발생하여 옆의 SiOC벽면에 붙게 될 것이다.2.SiOC 증착후 또 SiCN/SiOC 를 증착한다.이러한 이유는 Etch시 micro loading, 즉 패턴마다 etch 속도 차이가 생기는데, 그러면 구리 배선을 증착 시 저항이 일정치 않은 문제가 생긴다. 따라서 중간의 SiCN층은 etch stop layer로 etch의 정도가 달라지는 것을 막기 위한 것으로 생각하면 된다.다시 설명하자면, SiOC를 모두 Etch후, SiCN Etch하고 다시 SiOC를 etch 하면 한번에 SiOC etch하는 것보다 micro loading이 적게 일어난다는 것이다.3.PR을 코팅하고 마스크로 develop까지 마침 상태이다.4.3번 과정에서의 PR로 첫번쨰 SiOC까지 etch 후 PR strip 한다.그 후 다시 PR을 코팅하고 위 사진과 같이 develop한다.5.이번에는 두번째 SiOC까지만 etch한다.PR strip 후 Cleaning까지 마친다.6.M1위의 Nitride 박막 제거한다.Cu는 공기중 노출 시 자연산화 되어 Oxide층이 생긴다. 이를 제거후 파란색의 확산방지막 TaN를 증착한다.또 그 위에 PVD로 Cu를 얇게 깔아준다. 그 이유는 TaN위에 바로 전해도금을 할 경우, Cu가 잘 붙지 않기 때문에 Seed layer의 역할을 해주며, 얇은 구리 박막이 전해도금시 전류도 잘 흘려주기 때문이다.7.전해도금으로 형성된 구리도선. 위의 필요없는 부문은 CMP로 제거하여 완성된 모습이다.전해도금은 웨이퍼를 음 전극으로 만들어 수용액 상의 구리이온이 이동하게 하고, 웨이퍼에 전자를 전달하게 되면 환원반응이 일어나게 되어 구리전선이 형성된다. 이 때 seed layer의 역할이 전자가 흐르게 되는 것이다.구리는 첨가물을 추가하게 되면 생성한 구멍부터 step coverage 없이 잘 채워지게 된다.

공학/기술| 2019.04.13| 6페이지| 2,000원| 조회(449)

증착, tan, 구리배선, Silicon nitride, SiCN, 다마신, 듀얼다..

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반도체 공정설계 전 과정

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공학/기술| 2019.04.12| 12페이지| 3,000원| 조회(360)

pr, PMOS, silicide, implant, LDD, Cleaning, Ni..

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BCC와 FCC 구조인자 값 구하기(대표원자 변경), 회절각을 이용하여 결정구조 및 격자파라미터 예측

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공학/기술| 2019.04.12| 2페이지| 1,000원| 조회(1,053)

BCC, FCC, X선회절, 결정구조, 브래그법칙, 구조인자

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Si wafer 산소 및 물로 인한 산화 후 두께, ion implant/post implant annealing 후 junction depth 구하기

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공학/기술| 2019.04.12| 3페이지| 1,000원| 조회(119)

반도체, 연습문제, Dose, Si oxidation, Si에서P확산계수, 6, 7, 8장 연습문제

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Al-Si합금 조직사진을 통한 경도값 예측 실험

금속과세라믹기초설계#2 [수요일6조]Al-Si합금을 이용한 경도값 측정 및 조직사진 분석1. 개요이번 실험에서는 Al-Si합금을 이용하여 시료의 기계적 물성을 측정한다. Al에 Si원소를 첨가하여 만든 합금의 경우, 여러가지 기계적 성질이 향상된다. 내마모성이 향상하고 열팽창율의 저하, 유동성이 향상되어 산업적으로 유동성을 요하는 기계의 케이스류, 얇은 기계부품 등에 이용된다. 또 Si 원소의 합금 첨가량이 폭넓고 고체상-액체상의 공존범위를 필요에 따라 좁고 넓게 조절도 가능하기에 낮은 융점을 이용한 용접 등의 접합용 합금으로도 용이하며 양극산화피막 특성이 우수하여 건축 외장재용 합금으로도 사용된다.실험에 이용되는 합금은 Al-10%Si 아공정 합금이다. 미세조직을 관찰하여 공정조직과 초정상의 상분율을 계산하여 실제 상분율과 비교하여 차이가 있다면 그 이유에 대해 논의해 볼 것 이며, 경도값을 계산하여 순수 Al의 경도값과 비교해 볼 것이다..2. 실험방법2-1. 시료준비시료가 매우 작아 Polishing작업이 용이하지 않기 때문에 Mounting작업이 필요하다. 틀의 중앙에 시료를 위치시키고 폴리코트와 경화제를 2000:1 비율로 섞은 용액을 섞어서 부어준다. 3~5시간이 지난 후 굳힌 시료를 이용하여 실험을 한다.2-2. Polishing & GrindingIndenter를 찍기 전 표면을 가공한다. 800C, 1500C, 2000C 순서대로 각각 수직으로 진행한 후 Al suspension을 이용하여 Grinding한다. 실험에서 사용하는 시료는 얇고 강도가 약해 Polishing과정 중에 시료가 깍이기 쉬우므로 짧은 시간내에 해야하며, Indenter의 정확한 측정을 위해 최대한 평평하게 연마해야 한다.2-3. Indenter비커스 경도기를 이용해 시료 표면의 경도를 측정하는 과정이다. 시료 표면에 압흔 자국을 10N 하중으로 10초간 충분한 간격을 두고 다섯번 찍어준다. 이를 현미경으로 관찰하여 기록한다.2-4. Etching미세조직을 관찰하기 위해 형성되며 온도가 내려가면서 그 초정상의 크기가 점점 커지며 고상선을 지나면서 먼저생긴 초정상 주위로 Al과 Si의 공정조직이 형성된다. 반대로 아공정 합금에서는 액상선을 통과하면서 Al초청상이 형성 되고 고상선을 통과하면서 Al초정상 주위로 공정조직이 형성될 것이다. 이번 실험에서의 시료는 Si비율이 10 at%로 아공정 합금이다. 주로 Si함량이 12.2%인 A4032합금, 12%인 A332합금 등이 산업적으로 쓰이는 Al-Si 과공정 합금이고 7.0%인 A356는 과공정 합금에 비해 높은 강도와 연성이 요구되는 곳에 사용되곤 한다상태도를 보고 임의의 조성과 온도에서의 각각의 상분율을 계산할 수 있다. 이번 실험에서는 10% Si이 포함된 함금을 사용하므로 상태도에서 10%인 지점에서 수직선을 긋는다. Al초정상의 경우 고용한도선인 577℃에서 조직의 성장이 정지하므로 Al초정상의 상분율은 고용한도선에서 계산해야 한다. 상분율을 계산할 때는 지렛대 법칙(lever rule)을 이용하여 계산하고 계산하면 다음과 같다------------------------[Al초정상]=(12.6-10)/(12.6-1.65)=0.24[공정조직Al]=(100-10)/100X(1-0.24)=0.68[공정조식Si]=(10-0)/100X(1-0.24)=0.08---------------------------------------------------3-2. 직선측정법미세조직 사진을 통해 상분율을 계산하는 방법이다. 조직사진에서 4~5개의 일정 길이 이상을 그은 후 구하려는 조직이 그 직선에 걸리는 부분의 비율을 계산하는 방법이다. 각각 계산한 수치의 평균값을 이용한다.3-3. 격자측정법모눈종이를 이용하여 상분율을 계산하는 방법이다. 일정 범위 내에 구하려는 조직이 차지하는 칸의 비율을 구하는 방법이다. 걸치는 부분은 생략하여 구한다.3-4. 비커스 경도기경도 측정기 중 하나로 대면각이 136°인 정사각뿔형의 다이아몬드 압자를 정하중으로 약 ~120kg 걸어서 시료에 압흔을 내어 홈직형상을 관찰할 수 있게 해준다. 보통 1μm까지 Polishing작업을 한 이후에 이루어져야 하며 시간이 너무 길거나 너무 짧으면 조직이 타거나 불분명하게 나올 수 있으니 적당한 시간이 중요하다. 관찰하려는 목적에 따라 micro/macro etching으로 나뉘기도 하며 때에 따라 용액의 혼합법을 달리해야 한다.건식 에칭의 경우 이온 또는 가스에 의해 에칭하는 비교적 최근의 에칭 방법이다.에칭을 한 후 광학현미경, 투과전자현미경 등으로 조직의 형태를 관찰하여 재료의 기계적 성질이나 특정 조직의 비율을 예측할 수 있다.3-7. 재료강화기구재료의 강도를 향상시키는 여러가지 방법이 존재한다. 그 종류는 다음과 같다-결정립 미세화-석출경화 및 분산강화-마르텐사이트 강화-가공경화-용질원자 첨가결정립 미세화의 경우 grain size를 감소시키면 그에 비례해 항복강도가 향상한다는 Hall Petch이론에 따른 강화방법이다. 주로 저온영역에서 큰 효과가 있다.석출경화 및 분산강화는 석출상 또는 시료 내에 미세한 불용성입자를 분산시켜 전위의 이동을 방해하여 재료를 강화시킨다.마르텐사이트 강화는 고온의 금속을 냉각시키는 과정 중에 냉각속도를 매우 빠르게 하여 용질원자가 확산을 하지 못해 재료가 강해지는 강화 방법이다.가공경화는 금속을 변형시키면 단단해지는 성질을 이용한 강화방법이다. 인장 시 항복점을 지나면 그 이상의 변형에서는 강한 응력을 보이는데 이를 가공경화라 한다용질원자 첨가에 의한 강화는 용질 원자가 첨가될 시 재료의 변형-응력 곡선이 전반적으로 상승하는 강화 현상이다. 여러가지 고용강화 기구에 의해 설명되는데 그 중 탄성적 상호작용과 적층결함 상호작용에 지배적이다. 탄성적 상호작용는 용질원자가 첨가됨에 따라 용질원자 주변에 탄성응력장이 형성되어 전위와의 상호작용으로 전위가 고착하여 재료가 강화된다. 적층결함 상호작용은 Suzuki 상호작용이라고도 불리는데 조밀면의 전위가 부분전위로 분해되면서 적층결함이 형성되는데 그 결함에 용질원자들이 편석되어 적층결함 에너지가11.6112.04측정길이(↘방향)[cm]11.5611.8511.7611.5111.56대각선평균값11.6811.6511.7511.5611.8대각선환산값[mm]0.1560.1550.1570.1540.157경도값[HV]77.778,776.779.776.7따라서 경도값의 평균치를 계산해보면(77.7+78.7+76.7+79.7+76.7)/5=78HV이다.이 값을 A1050 합금의 경도와 비교해보면, A1050은 불순물의 비율이 0.1%이하인 순수 알루미늄이라고 볼 수 있는데, 경도 값이 대략 20~30HV정도 되는 것을 보아 합금의 경도가 더 높다. 이를 보아 대략 10%정도의 Si의 첨가는 재료의 경도를 향상시킴을 예측할 수 있다. 그 이유는 Hume-Rothery이론에 따르면 Si원자의 고용도가 크고 그로 인해 고용강화가 현상이 일어나는 것으로 볼 수 있다.4-2. 조직사진을 통한 상분율 계산모눈종이를 이용하여 계산 하는 것 보다 간단한 직선측정법을 이용하기 위해 조직사진에서 4~5개의 직선을 그어준다. 조직사진에서 흰 색의 조직이 alpha-Al의 초정상이며 검정색의 조직은 Al과 Si이 층상구조를 이루고 있는 공정조직이다. 층상구조는 약 수백 nm정도의 크기를 갖기 때문에 위와 같은 광학현미경 사진으로는 관찰이 어렵다.상분율 측정을 위하여 사진에 100mm의 직선을 임의의 방향으로 5개 그어주고 Al 초정상의 상분율을 구하기 위해 각 조직사진에서 흰색의 조직이 걸리는 길이를 모두 구해 5개의 평균값을 계산한다.①(1.8+1.7+1.3+1.5+1.3+0.8+1.1+2.8+1.2+1.1+1.7+1.5+2.1+1.2+6.3+1.2+3.3+4.0+1.7+1.2+1.8+3.6)/100=0.442②(11+10+3.5+3.1+1.7+3.6+3.6+3.8+2.1)/100=0.424③(3.4+2.8+2.8+2.4+2.7+5.1+3+3+1.5+2.4+2.2+2.4+4.6)/100=0.383④(1.8+1.2.+1.5+1+1.3+2.4+1.1+2.3+2.5+2.8+1.7+9.5)/다. 조직 사진을 보고 구하는 방법은 다소 원시적 이였기도 하였으며 조직 사진의 위치마다 조직의 분포가 몰려 있는 경우가 있어 값의 차이가 생긴 걸로 보인다.경도값은 대부분의 위치에서 비슷한 값을 보인다. 이로 보아 연마 과정이 우수하게 됐으며 그로 인해 인덴터의 대각선 길이도 대부분 일정하다. 측정한 경도값을 순수 알루미늄의 경도값과 비교하여 Si원자 첨가에 따른 고용강화 효과를 볼 수 있었다. 이로 보아 순금속 보다 불순물원자가 첨가 될 때 재료가 강화되는 걸 확인할 수 있었다.참고문헌https://blog.naver.com/atkisado/221033746606- AlSi 합금 물성 Hyperlink "http://www.riss.kr/link?id=T14431158" http://www.riss.kr/link?id=T14431158-아공정 AlSi합금 Hyperlink "http://cafe.naver.com/metalhint/41437" http://cafe.naver.com/metalhint/41437-직선측정법 Hyperlink "http://www.aluminum.to/html/02_05.htm" http://www.aluminum.to/html/02_05.htm-알루미늄합금 Hyperlink "https://blog.naver.com/lovintor/220139780084" https://blog.naver.com/lovintor/220139780084-경도 환산 Hyperlink "https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1114&docId=192903167&qb=67mE7Luk7IqkIOqyveuPhA==&enc=utf8&section=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0&pid=TXYdjspVuElssceQg9ossssssOo-271978&sid=mdCyAIWgSpBEnMpHO/Qmng%3D%3D" https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id참고

공학/기술| 2019.02.24| 8페이지| 2,000원| 조회(338)

Al-Si합금, Al합금, Al상태도, hume-rothery법칙, 상분율계산법

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