Cu Dishing이란?

Cu Dishing는 반도체 제조 공정 중 구리(Cu) 배선 형성 과정에서 발생할 수 있는 현상으로, 화학 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 과정에서 구리 배선이 과도하게 연마되어 움푹 패이는 문제를 말합니다. 이 현상은 특히 낮은 평탄화 정도와 배선 구조에 영향을 미쳐 전기적 성능 저하와 신뢰성 문제를 유발할 수 있습니다.

 

Cu Dishing의 주요 개념

발생 원인:

구리가 유전체보다 연마 저항이 낮아 과도하게 제거될 수 있습니다.

CMP 공정 중 구리와 유전체(절연 물질)의 연마 속도 차이에서 비롯됩니다.

 

특징:

연마 패드와 슬러리의 조합, 압력, 및 연마 시간에 의해 영향을 받음.

주로 구리 배선이 넓은 패턴(large feature size)이나 밀집된 구조에서 발생.

 

영향:

신호 전송 지연: 전기적 성능 저하.

제조 공정 난이도 증가: 평탄화 불량으로 인해 후속 공정에서 불량 발생 가능.

전기적 문제: 배선 두께 감소로 인해 저항 증가.

 

Cu Dishing 완화를 위한 방법

공정 최적화:

패드와 공정 조건을 개선하여 균일한 연마를 유도.

CMP 공정에서 사용되는 슬러리의 조성을 조절하여 구리와 유전체의 연마 속도를 균형 있게 맞추는 방법.

 

구조 설계 개선:

Dummy Pattern 삽입: 배선 밀도가 낮은 영역에 더미 구조를 추가해 연마 균형을 유지.

배선 패턴을 최적화하여 넓은 구리 면적을 줄이고 균일한 밀도를 유지.

 

배리어 층 강화:

구리 위에 TiN 또는 TaN과 같은 배리어 메탈층을 도입해 과도한 연마 방지.

 

Cu Dishing과 관련된 CMP 기술 발전

Cu Dishing을 최소화하기 위해 CMP 장비와 소모품의 정밀도를 향상시키고 있으며, 다음과 같은 기술이 활용됩니다:

EUV 공정에서의 CMP 개선: 극미세 공정을 위해 더 높은 정밀도가 요구됨.

모니터링 및 피드백 시스템: CMP 과정에서 실시간으로 두께를 모니터링하여 과도한 연마를 방지.

 

하이브리드 본딩에서의 Cu Dishing의 활용

Cu Dishing의 발생:

Cu Dishing은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 과정에서 발생하며, 구리 배선이 움푹 들어가거나 유전체보다 낮은 위치에 있게 되는 현상을 말합니다. 하이브리드 본딩에서 이 패인 부분은 유전체 표면보다 약간 낮아 본딩 시 정렬(alignment) 및 밀착(adhesion)을 돕습니다.

 

Cu Dishing의 역할:

Cu Dishing은 본딩 표면에 미세한 패턴을 형성하여 유전체와 구리 사이의 접촉을 최적화합니다. 유전체 계면의 평탄화 효과를 증대하여 본딩 면적의 균일성을 확보합니다.