이번 포스팅에는 반도체 CMOS Interconnect 종류에 대한 포괄적인 내용을 알아보겠습니다. 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 하나는 소자 내부간의 연결이고, 다른 하나는 소자 간의 연결입니다. 소자 내부의 연결은 소자의 구성 요소인 게이트, 소스, 드레인 등을 연결해주는 선로입니다. 소자 간의 연결은 소자와 소자를 연결해주는 선로나 구조입니다. 소자 간의 연결은 다시 Metal Line, Contact, Via 등으로 구성됩니다.
중요성
반도체 칩 내에서 다양한 구성 요소를 연결하는 역할을 합니다. 반도체 칩은 수많은 트랜지스터로 구성되어 있으며, 이들을 연결하는 것이 중요합니다. 전기 신호 전달과 데이터 교환, 칩 내의 다양한 부품 간의 통신으로 디바이스의 전체적인 성능에 큰 영향을 미칩니다.
Metal Layers
금속 층으로, 이 금속 층을 통해 전기 신호가 흐릅니다. 각 Metal Layer는 특정한 기능을 수행하며, 이를 통해 전기적인 연결을 가능하게 합니다. 주요 소재로는 알루미늄 (Aluminum)과 구리 (Copper)가 있습니다. 각각의 소재는 특성과 성능 면에서 다소 차이가 있으며, 이는 사용되는 기술 및 제품의 목적에 따라 선택됩니다. 초기에는 주로 알루미늄이 Metal Layer로 사용되었습니다. 알루미늄은 가볍고 가격이 저렴하지만, 고온 환경에서의 안정성이 낮아져 구리로 대체되었습니다. 구리는 전기 전도성이 우수하며, 알루미늄보다도 높은 전류 밀도를 가지고 있어 고성능을 제공합니다.
유전체 Layers
Metal Layers 간의 간섭을 방지하고 신호 간 간섭을 방지하며 전기적인 특성을 제어하는 역할을 합니다. 주로 절연체로 구성되며, 실리콘 산화물이 사용됩니다. 고유한 전기적 특성을 가진 절연체는 전기적으로 안정적인 환경을 제공하여 신호의 왜곡을 최소화합니다.
Contact
Si과 Metal Layers 간 연결합니다. 신호를 전달하거나 연결하는 역할을 수행합니다. 이 연결은 반도체 칩 내에서 다양한 회로와 부품들 간의 통신을 가능케 하며, 전체적인 기능을 구현하는 데 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 칩의 Si 표면에 존재하는 Layer로, 다수의 트랜지스터와 다양한 회로 구성 요소들 간을 연결합니다.
Via
Metal Layers 와 Metal Layers 간의 연결을 가능케 하는 구조로, 신호가 한 층에서 다른 층으로 이동할 수 있도록 합니다. 또한 최근에는 다중 레벨의 Via가 사용되어 반도체 칩의 복잡한 구조를 가능하게 하며 고집적 회로 구성을 가능하게 합니다.
기술은 계속해서 발전하고 있습니다. 미세화, 3D 적층, 신소재 도입 등의 기술적인 혁신들이 이뤄지고 있어, 더 나은 성능과 효율을 제공할 것입니다. 또한, AI와 같은 신기술의 발전에 따라 고 대역폭과 저 지연이 요구되는 환경에서 CMOS Interconnect 기술은 더욱 중요한 역할을 할 것입니다.