모아의 기웃기웃 · 이해의 작업대

전공정 연재 9 / 10웨이퍼 위 회로 형성 · 평탄화(CMP)

쌓고 깎은 웨이퍼는 어떻게 다시 평평해질까?

회로를 만들다 생긴 높이 차이를 줄여 봐요. 구리 배선 단면에서 언제 멈춰야 하는지도 확인해 보세요.

왜 평탄화가 필요할까?

높이 차이가 작아지면 다음 포토 공정에서 초점을 맞추기 쉬워요. 구리 배선은 표면의 여분을 걷어내야 이웃한 홈끼리 전기적으로 분리돼요.

Applied Materials CMP 공정 · SK하이닉스 금속 배선

웨이퍼 준비부터 회로 형성까지 · 전공정 보기

구리 배선을 깎다가 어디서 멈출까?

구리가 홈과 홈 사이를 덮고 있어요

도금한 뒤에는 홈 안뿐 아니라 절연막 표면 위에도 구리가 남아요.

연마 전에는 구리가 표면 전체를 덮고, 연마 뒤에는 홈 안에 남아요.
실제 장비에서는 회로 면이 패드를 향해 아래로 놓여요. 이 단면은 회로 면을 위로 돌려 보여 주며, 얇은 방지막은 생략했어요.
구리절연막패드슬러리

슬러리의 화학 성분이 구리 표면에 반응하고, 패드와 입자가 표면을 문질러 제거해요. 너무 오래 연마하면 홈 속 구리도 낮아질 수 있어요.

SK하이닉스 패드·슬러리·세정 설명 · MIT 구리 CMP 단면 연구

같은 시간에 웨이퍼 5곳은 얼마나 깎일까?

실험 평균 제거율
289 nm/분
실험 제거율 비균일도
6.5%
모형의 초기 여분
300 nm

구리로 덮은 300 mm 시험 웨이퍼에서 보고된 평균과 비균일도예요. 아래 5곳의 제거율은 두 수치가 결과에 어떻게 영향을 주는지 보여 주는 모형 값이에요.

평균 제거율만 기준으로 300 nm를 걷는 데 약 62.3초가 걸려요.

웨이퍼 다섯 위치에서 계산한 제거 깊이는 아래 표에서도 확인할 수 있어요.
점선은 300 nm 목표예요. 금색 막대는 목표에 못 미친 위치, 하늘색 막대는 목표에 도달한 위치예요.
모형 위치제거율목표와의 차이

비균일도는 이 논문과 같이 제거율 표준편차 ÷ 평균 제거율 × 100으로 계산해요. 모형에서는 각 위치의 제거율이 시간 내내 일정해요. 실제로는 아래층이 드러나면 제거율이 달라지고, 연마 종료점도 따로 확인해요.

Hu 외 300 mm 구리 CMP 실험 · Applied Materials 광학 종료점 검출

HBM의 TSV에서는 어디에 쓰일까?

칩을 위아래로 연결하는 TSV를 구리로 채우고, 웨이퍼 표면의 여분을 CMP로 걷어내요. 칩을 접합할 때 맞닿는 면의 높이를 다듬는 데도 CMP를 써요.

SK하이닉스 TSV 제조 흐름 · Applied Materials HBM 접합과 CMP