칩 속 금속 배선은 어떻게 여러 층을 연결할까?

위아래 배선 사이에 비아를 연결하고, 신호가 어느 층까지 닿는지 살펴보세요.

왜 금속 배선이 필요할까?

금속 배선은 트랜지스터가 만든 신호를 다른 소자에 보내고, 전원과 접지도 각 소자에 전달해요. 여러 층으로 나누면 필요한 경로를 만들면서 다른 선과의 접촉을 피할 수 있어요.

웨이퍼 준비부터 회로 형성까지 · 전공정 보기

비아가 아래층(M1)과 위층(M2)을 이어 줘요.

빛 점은 신호가 전달되는 경로를 나타내요. 도식의 움직임은 경로를 보여 주기 위해 느리게 재생합니다.

절연막 위에 무늬를 만들고 식각해요. 비아 구멍의 바닥은 아래층 금속선까지 닿아요.

방지막과 씨앗막을 확대했어요. 포토레지스트와 층 사이의 정지층은 생략한 단면이에요.

구리절연막 확산 방지막구리 씨앗막

같은 길이와 두께에서 구리 폭을 절반으로 줄이면, 비저항을 고정한 모형의 저항은 두 배가 돼요. 길이와 두께도 바꿔볼 수 있어요.

구리 폭 100 nm

구리 두께 100 nm

배선 길이 10 µm

기준 배선도 선택한 두께와 길이를 사용해요. 비저항 2.0 µΩ·cm를 고정하고 비아와 접점의 저항은 생략했어요.

R = ρL ÷ (폭 × 두께)예요. 저항이 크면 같은 전류에서 전압 강하가 커져요. 같은 정전용량을 충전하는 데 더 오래 걸려 신호가 느려질 수도 있어요.

IBM이 두께 50~140 nm의 다마신 구리 배선에서 측정한 비저항이에요. 폭이 좁아지면 단면적이 줄고, 표면 등에서 전자가 산란해 비저항도 커질 수 있어요. 실제 회로에서는 비아의 저항과 구리의 실제 단면적도 고려합니다.

칩 안의 비아는 금속 배선층을 이어 줘요. HBM의 TSV는 실리콘을 관통해 쌓아 올린 DRAM 칩 사이의 연결에 쓰여요.