노벨러스, TSV 조립을 위한 혁신적인 구리 전도 기술 개발

- 높은 종횡비(Aspect Ratio)의 TSV 구조에서 새로운 PVD HCM® 공정으로 보이드 없이 (void free) 구리 매립(fill)을 가능케 하다

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2010-03-23 09:55

서울--(뉴스와이어)--노벨러스 시스템(나스닥: NVLS)은 신흥TSV (Through-Silicon-Via) 조립 시장을 겨냥한 진보한 새로운 구리 절연/전도(cooper barrier-seed, CBS) 물리적 증기 증착 (physical vapor deposition, PVD) 공정을 발표했다. 새롭게 발표한 구리 절연/전도 PVD 공정은 특허를 받은 HCM (Hollow Cathode Magnetron)기술과 함께 양산화가 검증된 INOVA®플랫을 사용해 TSV애플리케이션을 위한 전통적인 PVD 전도(seed) 공정보다 두께가 4배 더 얇은 매우 균일한 구리 전도막을 생산할 수 있다. HCM TSV 공정은 우수한 측벽 및 바닥 두께를 산출하고, 후속 TSV 전기 도금(Electroplating)단계에서 보이드 없이(Void-free) 구리를 채울 수 있다.

기존의 2D, 핀 기반 칩 조립 방식 (Pin-based Chip packaging)과 대조적으로, TSV 는 다수의 칩(Chip)들이 서로의 상부에 적층 되어 공간을 절약 할 수 있는 3D 조립을 할 수 있다. 3D로 적층 된 칩(Chip)들은 짧은 TSV구리배선에 의해 서로 연결되어 있어 소자의 구동 속도를 증가시키고, 전력 소모를 줄인다. 3D조립이 가능한 TSV 는 오늘날 점차 크기가 작아지는 모바일 가전제품을 위해 증가된 구동 밀도와 보다 작아진 패키징 단면적을 제공한다.

TSV 구리 배선은 하나의 칩(Chip)에 다른 하나를 연결하는 “Pillars”를 만들기 위해 전기 도금 구리 증착이 뒤 따르는 PVD구리 절연/전도막의 보편적인 상감(damascene)증착 방식을 활용한다. 전통적인 듀얼 상감 구리 배선 구조에서 보면 TSV 구조는 극단적으로 깊어 어떤 경우는 그 깊이가 200 마이크론 이나 된다. 고 종횡비(High aspect-ratio) 구조는 균일한 전도층의 증착을 어렵게 만든다. 균일하지 못한 구리 전도층은 최소한의 측벽 두께로, 후속의 구리 TSV 매립(fill) 단계에서 보이드(void) 형성을 유발할 수 있고, 소자의 신뢰성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 일반적인 TSV통합 단계에서 이와 같은 문제는 여러가지 방법으로 처리된다. 하나의 방법은 비수직 측벽에 비아(Via)를 형성하기 위해 TSV식각 공정을 테이퍼링 함으로써 종횡비의 크기를 완화시키는 것이다. 이 방법은 후속의 PVD 스텝 커버리지를 증가시키는 반면 달성할 수 있는 궁극적인 조립 밀도를 제한 한다. 또 다른 방법은, 비록 소모성 비용이 더 많이 들고, 시스템 생산성이 낮기 때문에 결과적으로 값비싼 제조 과정이기는 하나, TSV 구조 내에 충분한 측벽 두께를 확보하기 위해 더 두꺼운 구리 전도층를 증착하는 방법이 있다.

노벨러스 기술자들은 전통적인 접근 방식에서 기인된 기술적 문제점과 높은 제조 비용을 해결하는 TSV 애플리케이션을 위한 HCM 기반의 진보된 구리 절연/전도 공정을 개발했다. 이 혁신적인 기술은 PVD공정 챔버 내에서 특허를 받은 영구 자석 고리를 사용해 강력하고 국부적으로 이온화 된 영역을 만들고, TSV구조의 측벽에 이온 밀도를 증가시킨다. 이 영역에서 이온 밀도를 증가시키면 보다 넓은 스퍼터된 막 (sputtered film)이 측벽에 부착되어 결과적으로 균일한 증착을 가능하게 한다. 매우 균일한 공정은 기운(tapered) 측벽 구조를 필요로 하지 않고 증착막의 두께가 TSV애플리케이션을 위해 사용된 전형적인PVD 전도 층보다 4배 정도 더 얇아지게 할 수 있다. 그림1에서 처럼, 노벨러스의 진보된 전도 공정은 2000A 의 두께의 구리 전도 층을 사용함으로써 60 마이크론의 깊이와 종횡비가 10:1인 TSV 구조에 보이드 없이 매립이 가능하게 한다. 전통적인 PVD 접근방법에서는 동일한 결과를 얻기 위해 8000A 의 두꺼운 전도 층을 필요로 한다. 4배 얇은 TSV 전도 층은 장비의 생산성을 크게 증가시키고, 전통적인 PVD 와 비교했을 때 소모성 비용을 50% 이상 줄일 수 있다.

노벨러스 반도체 생산 총괄 수석부사장인 푸센 첸(Fusen Chen)박사는 “기술적으로나 생산성 측면의 문제들이 처리될 수 있다고 여겨지기 때문에, TSV 3D 기술은 진보된 반도체 조립 애플리케이션에 큰 희망을 가져다 줍니다”라고 말하며, “노벨러스의 혁신적인 전도 공정은 TSV구성 과정의 구리 절연/전도 부분에서 생겨나는 문제점들을 처리하고, 대량 생산의 요구를 충족시킬 수 있도록 뛰어난 PVD 설비 생산량을 보장하는 얇고 매우 균일한 막을 제공합니다”라고 말했다.

노벨러스의 구리 방지막-전도막 공정 소개

노벨러스는 INOVA® NExT PVD 설비는 HCM (Hollow Cathode Magnetron) IONX 소스 기술 특허를 가지고 있으며, 20나노와 이 이후 세대에 까지 PVD 기술을 연장할 수 있는 매우 균일한 확산 방지막과 확장성 있는 도금 전도막을 제공하고 있다.

노벨러스 회사소개

노벨러스 시스템(Nasdaq:NVLS)은 반도체 업계에 최첨단 공정 설비를 제공하는 글로벌 선도 기업이다. 노벨러스의 제품은 믿을 수 있는 생산성과 혁신적 기술을 고객에게 제공하고 있다. S&P 500 기업이며 캘리포니아주 산호세에 본사를 두고 전세계에 지사를 운영하고 있다. 보다 많은 정보는 www.novellus.com에서 찾을 수 있다.

노벨러스시스템 개요
Novellus Systems(NASDAQ: NVLS)은 세계적인 반도체 부품 기업이다

웹사이트: http://www.novellus.com