8. 금속 증착 및 패터닝 공정 – 반도체 회로에 신호를 흐르게 하다

8. 금속 증착 및 패터닝 공정 – 반도체 회로에 신호를 흐르게 하다

전기 신호가 흐르기 위해선 회로 간의 연결이 필요합니다. 이 연결을 만들어주는 작업이 바로 금속 증착 및 패터닝 공정입니다.

이 단계에서는 웨이퍼 위에 금속을 얇게 증착하고, 정해진 회로 모양대로 패턴을 형성해 신호가 흐를 길을 만듭니다.

1) 금속 증착 – 전류가 흐를 길을 깔다

가장 많이 사용되는 금속은 알루미늄(Al), 구리(Cu)입니다. 최근에는 전도성과 내식성이 뛰어난 텅스텐(W)이나 코발트(Co)도 부분적으로 사용됩니다.

• PVD (물리 기상 증착): 진공에서 금속을 기화시켜 웨이퍼에 부착
• CVD (화학 기상 증착): 기체 반응으로 금속 박막을 형성
• ALD (원자층 증착): 정밀한 초박막 형성, 구리 배선 등에 사용

금속 증착의 핵심은 균일한 두께와 밀착력입니다. 회로 전체에 걸쳐 동일한 성능을 유지해야 하기 때문입니다.

2) 금속 패터닝 – 배선 형태로 깎아내기

금속층이 쌓였다면, 이제는 불필요한 부분을 제거해 회로가 원하는 모양으로 남기게 해야 합니다. 이 작업이 바로 금속 패터닝(Metal Patterning)입니다.

• 에칭(식각): PR 패턴을 기준으로 금속층을 제거
• Damascene 공정: 홈을 먼저 파고, 금속을 채운 뒤 평탄화

Damascene 공정은 구리 배선에 특히 적합하며, CMP를 통해 금속층을 깔끔하게 정리할 수 있어 고집적 회로에 필수입니다.

3) 다층 배선 구조 – 층층이 이어지는 회로

반도체는 단일층 배선으로 끝나지 않습니다. 수십 개의 금속층이 쌓여 복잡한 신호망을 형성하게 됩니다.

• 각 층은 절연막으로 분리
• 비아(Via)로 상하층을 연결
• CMP로 매층 평탄화 처리

이 구조 덕분에 수십억 개의 트랜지스터가 연결되어 논리 연산과 저장이 가능해집니다.

4) 주요 장비사 및 기술

• Applied Materials: PVD, CVD, CMP 장비 분야 글로벌 리더
• Lam Research: Etch & Damascene 공정 특화
• Tokyo Electron (TEL): 금속 박막 증착 및 후처리 장비
• ASM, Jusung, Wonik: 증착·패터닝 장비 내재화 시도 중

다음 글 예고

9편에서는 완성된 반도체 칩을 검사하고 테스트하는 공정으로 넘어갑니다. 수율을 높이고 불량을 줄이는 품질 보증 단계의 핵심을 소개합니다.