KR20090060632A - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 소자의 인덕터 형성 방법이 개시된다. 상기 반도체 소자의 인덕터 형성 방법은 반도체 기판상에 나선형의 제1 금속 배선을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 배선이 매립되도록 형성된 제1 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선의 일부분을 드러내는 접속구를 형성하고 접속구가 형성된 상기 제2 절연막 위에 제2 금속막을 형성하는 단계, 상기 제2 금속막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제2 절연막 위에 상기 제1 금속 배선과 대응되는 제2 금속 배선을 형성하기 위한 포토 레지스터 패턴을 형성하고 상기 포토 레지스터 패턴을 식각 마스크로하여 상기 제2 절연막 및 상기 제2 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제2 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제3 절연막은 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 제2 금속막 사이의 식각률의 차이에 기인하는 상기 제2 금속 배선 상부의 식각을 방지한다.
인덕터(inductor)
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 Q(Quality factor)를 갖는 반도체 소자의 인덕터 제조 방법에 관한 것이다.
인덕터는 고주파 송수신을 위해 필요한 수동 소자로서, 무선 통신 시장의 확대에 따라 부상하고 있는 RF(radio frequency) 소자 및 아날로그 소자에 필수적으로 사용된다.
인덕터는 트랜지스터, 커패시터, 및 저항에 비하여 단일소자로는 칩의 면적을 가장 많이 차지하며, 주변의 재질,구조 및 내부 물질에 따른 기생 커패시턴스 및 저항 성분 때문에 고주파 특성에 많은 제약을 받는다.
인덕터는 기판의 최상부 금속을 2차원 평면상에 절곡시키면서 구현하는데, 사각형(rectangular type), 팔각형(octagonal type), 원형(circular type) 등의 모양으로 형성될 수 있으나, 나선형(spiral type)으로 형성될 수도 있다.
도 1은 일반적인 나선형 인덕터의 평면도를 나타낸다. 상기 나선형 인덕터는 나선형 권선 구조를 갖는 제1 금속 배선(3), 및 상기 제1 금속 배선(3)과 비아 콘 택(미도시)을 통하여 연결되는 하부에 형성된 제2 금속 배선(5)을 갖는다.
RF 칩에 사용되는 인덕터의 선택도(Quality factor, Q)를 높이기 위하여, 즉 높은 인덕턴스(inductance)를 갖는 하이 큐 인덕터(High Q inductor)를 구현하기 위해서는 상기 제1 금속 배선(3)의 두께를 증가시키거나, 상기 제1 금속 배선(3)의 하부에 형성된 산화막(oxide layer, 미도시)의 두께를 감소시켜야 한다.
도 2a는 하이 큐 인덕터를 구현하기 위한 식각 공정(etching process) 전의 일반적인 단면도를 나타내고, 도 2b는 하이 큐 인덕터를 구현하기 위한 식각 공정 후의 단면도를 나타낸다. 도 2a에 도시된 바와 같이 식각 공정 전의 상기 하이 큐 인덕터는 반도체 기판(10) 위에 형성된 제1 절연막(15)과 제2 절연막(20, 및 40), 상기 제2 절연막(20, 및 40)에 형성된 나선형의 제1 금속 배선(30), 상기 제2 절연막(20 및 40) 상에 형성된 제2 금속막(50), 및 상기 제2 금속막(50) 위에 형성된 상기 제1 금속 배선(30)과 대응되게 형성된 포토 레지스터 패턴(55)을 포함한다.
도 2b에 도시된 바와 같이 하이 큐 인덕터를 구현하기 위한 식각 공정에서 상기 제2 금속막(50)의 경우 상기 포토 레지스터 패턴(55)에 대한 식각 선택도가 작아서 식각 공정 후 제2 금속 배선(52)의 상부(53)가 식각되어 하이 큐 인덕터를 구현할 수 없게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인덕터의 구현을 위한 식각 공정에서 상기 인덕터를 형성하는 금속 배선의 상부의 식각을 방지하여 하이 큐 인 덕터를 형성하는 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터 형성 방법은 반도체 기판상에 나선형의 제1 금속 배선을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 배선이 매립되도록 형성된 제1 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선의 일부분을 드러내는 접속구를 형성하고 접속구가 형성된 상기 제2 절연막 위에 제2 금속막을 형성하는 단계, 상기 제2 금속막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계, 상기 제2 절연막 위에 상기 제1 금속 배선과 대응되는 제2 금속 배선을 형성하기 위한 포토 레지스터 패턴을 형성하고 상기 포토 레지스터 패턴을 식각 마스크로하여 상기 제2 절연막 및 상기 제2 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제2 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제3 절연막은 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 제2 금속막 사이의 식각률의 차이에 기인하는 상기 제2 금속 배선 상부의 식각을 방지한다.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터는 반도체 기판 위에 형성된 제1 절연막과, 상기 제1 절연막 상에 형성된 나선형의 제1 금속 배선과, 상기 제1 금속 배선 위에 상기 제1 금속 배선이 매립되도록 형성되고, 상기 제1 금속 배선의 일부분을 드러내는 접속구를 가지는 제2 절연막과, 상기 제2 절연막 상에 형성된 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선과 대응되게 형성되며, 상기 접속구를 통하여 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결되는 제2 금속 배선과, 상기 제2 금속 배선을 형성하기 위한 식각 공정시 상기 제2 금속 배선 상부의 식각을 방지하기 위하여 상기 제2 금속 배선 위에 형성된 제3 절연막을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터 및 그 형성 방법은 인덕터의 금속 배선을 형성하기 위한 금속막 위에 절연막을 추가적으로 증착하여 식각 공정시 상기 금속 배선 상부가 식각되어 상기 제2 금속 배선의 두께가 감소되는 것을 방지하여 하이 큐 인덕터를 형성할 수 있다.
또한 상기 인덕터의 금속 배선 형성을 위한 식각 공정 후 상기 금속막 위에 증착한 상기 절연막을 제거하는 추가적인 공정없이 상기 하이 큐 인덕터를 형성하기 위한 다음 공정을 수행함으로써 공정을 간소화할 수 있다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터 제조 방법을 나타낸다. 먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 제1 절연막(105)을 형성하고, 상기 제1 절연막(105) 전면에 제1 금속막(110)을 형성한다. 상기 제1 절연막(105)은 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, Si(OC2H5)4)이고, 상기 제1 금속막(110)은 구리(Cu)일 수 있다. 노출(exposure) 및 현상(develop) 공정 을 통하여 상기 제1 금속막(110) 위에 나선형의 제1 포토 레지스터 패턴(115)을 형성한다.
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 제1 포토 레지스트 패턴(115)을 식각 마스크로 하여 상기 제1 금속막(110)을 선택적으로 식각하여 제1 금속 배선(112)을 형성한다.
다음으로 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 제1 금속 배선(112) 위에 상기 제1 금속 배선(112)이 매립되도록 제2 절연막(120)을 형성한다.
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 제2 절연막(120) 위에 상기 제1 금속 배선(112) 상부의 일부분을 노출시키기 위하여 제2 포토 레지스터 패턴(121)을 형성한다.
다음으로 도 3e에 도시된 바와 같이 상기 제2 포토 레지스터 패턴(121)을 식각 마스크로 하여 상기 제2 절연막(120)을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선(112) 상부의 일부분을 노출시키는 접속구(122)를 형성한다.
다음으로 도 3f에 도시된 바와 같이 상기 접속구(122)가 형성된 상기 제2 절연막(120) 위에 제2 금속막(130)을 형성한다. 상기 제2 금속막(130)은 하이 큐 인덕터의 구현을 위하여 상기 접속구(122)의 두께보다 더 두껍게 형성한다.
다음으로 도 3g에 도시된 바와 같이 상기 제2 금속막(130) 위에 제3 절연막(140)을 형성한다.
다음으로 도 3h 및 도3i에 도시된 바와 같이, 상기 제3 절연막(140) 위에 상기 제1 금속 배선(112)과 대응되는 제2 금속 배선(132)을 형성하기 위한 제2 포토 레지스터 패턴(150)을 형성한 후 상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)을 식각 마스크로 하여 상기 제3 절연막(140) 및 상기 제2 금속막(130)을 식각하여 상기 제2 금속 배선(132)을 형성한다.
예컨대, 상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)은 상기 제2 금속 배선(132)의 경계선이 상기 제1 금속 배선(132)의 경계선과 일치하도록 형성될 수 있다.
상기 제3 절연막(140)은 상기 제1 금속 배선(112)과 대응되는 제2 금속 배선(132)을 형성하기 위한 상기 제2 포토 레지스트 패턴(150)과 상기 제2 금속막(130) 사이의 식각률의 차이에 기인하여 발생하는 상기 제2 금속 배선(132) 상부의 식각을 방지하는 역할을 한다.
상기 제2 절연막(120)의 경우 식각률이 빠르고, 상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)과의 식각 선택도가 커서 상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)의 두께가 2.4 마이크로 미터(um) 정도면 충분한 식각 마진이 있다.
그러나 상기 제2 금속막(130)의 경우 상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)과의 관계에서 식각 선택도가 작아서 상기 식각 마진이 부족하다.
여기서 상기 식각 선택도(SR= Ef/Er)는 마스크 층의 식각률(Er, 예컨대, 상기 제2 포토 레지스트 패턴(150)의 식각률)과 막 아래 쪽의 식각률(Ef, 예컨대, 상기 제2 금속막(130)의 식각률)의 비를 나타낸다.
상기 제2 포토 레지스터 패턴(150)을 식각 마스크로하여 상기 제2 금속막(130)을 선택적으로 식각하여 형성되는 상기 제2 금속 배선(132)의 상부는 상기 포토 레지스터 패턴(150)이 소모됨에 따라 식각됨으로써 상기 제2 금속 배선(132) 의 두께가 감소될 수 있다. 이로 인하여 하이 큐 인덕터의 구현이 어렵게 된다.
따라서 상기 제2 금속막(130) 위에 상기 제3 절연막(140)을 추가적으로 증착하여 상기 제2 금속 배선(132) 상부의 식각으로 인하여 상기 제2 금속 배선(132)의 두께가 감소하는 것을 방지하여 하이 큐 인덕터를 형성할 수 있다.
상기 제3 절연막(140)은 두께가 4000 ~ 6000 옹스트롬(angstrom), 바람직하게는 6000 옹스트롬일 수 있으며, 상기 제2 금속 배선(132)은 두께가 22000~ 42000 옹스트롬일 수 있으며, 바람직하게는 30000 옹스트롬일 수 있다.
여기서 상기 제3 절연막(140)은 상기 제2 금속막(130)과의 관계에서 상기 식각 선택도가 작은 물질일 수 있다. 예컨대 상기 제3 절연막(140)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, Si(OC2H5)4)일 수 있다.
또한 상기 제2 금속 배선(132) 형성을 위한 식각 공정 후 추가적으로 증착한 상기 제3 절연막(140)을 제거하는 공정없이 상기 하이 큐 인덕터를 형성하기 위한 다음 공정을 수행함으로써 공정을 간소화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터의 단면도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 상기 반도체 소자의 인덕터는 반도체 기판(100) 위에 형성된 제1 절연막(105)과, 상기 제1 절연막(105) 상에 형성된 나선형의 제1 금속 배선(112)과, 상기 제1 금속 배선(112)이 매립되도록 형성되고 상기 제1 금속 배선(112)의 일부분을 노출하는 접속구를 가지는 제2 절연막(120)과, 상기 제2 절연막(120) 상에 형성된 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선(112)과 대 응되게 형성되며 상기 접속구를 통하여 상기 제1 금속 배선(112)과 전기적으로 연결되는 제2 금속 배선(132)과, 상기 제2 금속 배선(132) 상부(132)에 형성된 제3 절연막(142)을 포함한다.
도 3h에서 상술한 바와 같이 상기 제2 금속 배선 상부(132)에 형성된 상기 제3 절연막(142)은 상기 제2 금속 배선(132)을 형성하기 위한 식각 공정시, 상기 제2 금속 배선(132) 상부의 식각을 방지하기 위한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 일반적인 나선형 인덕터의 평면도를 나타낸다.
도 2a는 하이 큐 인덕터를 구현하기 위한 식각 공정 전의 일반적인 단면도를 나타내고, 도 2b는 하이 큐 인덕터를 구현하기 위한 식각 공정 후의 단면도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터 형성 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터의 단면도를 나타낸다.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 반도체 기판, 105: 제1 절연막,
110: 제1 금속막, 112: 제1 금속 배선,
120: 제2 절연막, 121: 제1 포토 레지스터 패턴,
122: 접속구, 130: 제2 금속막,
132: 제2 금속 배선, 140, 142: 제3 절연막,
150: 제2 포토 레지스터 패턴, 160: 제4 절연막.
Claims (5)
- 반도체 기판상에 나선형의 제1 금속 배선을 형성하는 단계;상기 제1 금속 배선이 매립되도록 형성된 제1 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선의 일부분을 드러내는 접속구를 형성하고, 접속구가 형성된 상기 제2 절연막 위에 제2 금속막을 형성하는 단계;상기 제2 금속막 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 및상기 제2 절연막 위에 상기 제1 금속 배선과 대응되는 제2 금속 배선을 형성하기 위한 포토 레지스터 패턴을 형성하고, 상기 포토 레지스터 패턴을 식각 마스크로하여 상기 제2 절연막 및 상기 제2 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제2 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제3 절연막은,상기 포토 레지스트 패턴과 상기 제2 금속막 사이의 식각률의 차이에 기인하는 상기 제2 금속 배선 상부의 식각을 방지하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터 형성 방법.
- 반도체 기판 위에 형성된 나선형의 제1 금속 배선;상기 제1 금속 배선이 매립되도록 형성되고, 상기 제1 금속 배선의 일부분을 드러내는 접속구를 가지는 제1 절연막;상기 제2 절연막 상에 형성된 금속막을 선택적으로 식각하여 상기 제1 금속 배선과 대응되게 형성되며, 상기 접속구를 통하여 상기 제1 금속 배선과 전기적으로 연결되는 제2 금속 배선; 및상기 제2 금속 배선을 형성하기 위한 식각 공정시, 상기 제2 금속 배선 상부가 식각되는 것을 방지하기 위하여 상기 제2 금속 배선 위에 형성된 제2 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제2항에 있어서, 상기 반도체 소자의 인덕터는,상부에 상기 제2 절연막이 형성된 상기 제2 금속 배선이 매립되도록 형성된 제3 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제2항에 있어서,상기 제2 절연막은 두께가 4000 ~ 6000 옹스트롬(angstrom)이고, 상기 제2 금속 배선은 두께가 22000 ~ 42000 옹스트롬인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제2항에 있어서,상기 제2 절연막은 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
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