KR100390980B1

KR100390980B1 - A semiconductor device

Info

Publication number: KR100390980B1
Application number: KR10-2000-0083831A
Authority: KR
Inventors: 이덕원; 김운용
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2003-07-12
Also published as: KR20020054667A

Abstract

본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, RF 반도체소자의 인덕터에서 발생하는 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정하여 인덕터에 피드백해 자기장의 세기를 제어하는 자성/반자성/자성 샌드위치 구조의 자기장 센서를 구비하여, GMR 현상을 이용하여 반도체 소자 내에 존재하는 자기장을 감지할 수 있으며, 자기장의 세기에 따른 전기적 저항의 변화 폭이 다르므로 저항 측정을 통하여 자기장의 세기를 측정할 수 있고 자기장이 트랜지스터에 미치는 영향을 파악할 수 있으며 인더턱에서 발생하는 자기장을 감지하여 자기장의 세기를 측정하고 인덕터에 피드백함으로써 자기장의 세기를 제어할 수 있는 기술이다.The present invention relates to a semiconductor device, comprising: a magnetic / semi-magnetic / magnetic sandwich structure magnetic field sensor for sensing a magnetic field generated from an inductor of an RF semiconductor device, measuring the strength of the magnetic field and feeding it back to the inductor to control the strength of the magnetic field In addition, the magnetic field in the semiconductor device can be detected by using the GMR phenomenon, and the change of the electrical resistance according to the strength of the magnetic field is different. Therefore, the strength of the magnetic field can be measured by measuring the resistance and the effect of the magnetic field on the transistor can be detected. It is a technology that can control the strength of magnetic field by detecting the magnetic field occurring in the induct and measuring the strength of the magnetic field and feeding it back to the inductor.

Description

Semiconductor device

본 발명은 반도체소자에 관한 것으로, 특히 구리와 코발트를 이용하여 샌드위치 구조를 가지는 자기장 센서를 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a magnetic field sensor having a sandwich structure using copper and cobalt.

현재 RF 반도체소자의 작동을 위하여 인덕터가 필수적이다. 그러나, 인덕터에서 발생하는 자기장은 주위 도체에 유도기전력에 의한 외전류 ( eddy current )를 유발하게 된다. 발생된 외전류는 원하지 않는 신호를 발생시키거나 노이즈로 작용하여 반도체소자의 동작시 오동작을 유발할 수 있다.Inductors are essential for the operation of RF semiconductor devices. However, the magnetic field generated by the inductor causes an eddy current caused by induced electromotive force in the surrounding conductor. The generated external current may generate an unwanted signal or act as a noise, which may cause a malfunction in the operation of the semiconductor device.

따라서, 인접하는 트랜지스터의 경우, 외전류에 의한 신호 왜곡으로 반도체 소자의 오동작을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.Therefore, in the case of adjacent transistors, there is a problem that may cause malfunction of the semiconductor device due to signal distortion caused by external current.

그러므로 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정함으로써 자기장을 제어할 수 있는 센서를 필요로 한다.Therefore, there is a need for a sensor that can control the magnetic field by sensing the magnetic field and measuring the strength of the magnetic field.

본 발명의 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기위하여, GMR 현상을 이용하여 전기적 저항을 급격히 감소시키는 자기장 센서가 구비되는 반도체소자를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems of the prior art of the present invention, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a magnetic field sensor that rapidly reduces the electrical resistance by using the GMR phenomenon.

도 1 은 본 발명에 따른 반도체소자의 자기장 센서를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a magnetic field sensor of a semiconductor device according to the present invention.

도 2 은 본 발명에 따른 자기장 센서가 구비되는 반도체소자의 단면도.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device provided with a magnetic field sensor according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11 : 하부 코발트막 13 : 구리막11 lower cobalt film 13 copper film

15 : 상부 코발트막 21 ; 제1층간절연막15: upper cobalt film 21; First interlayer insulating film

23 : 자기장 센서 25 : 금속층23 magnetic field sensor 25 metal layer

27 : 제2층간절연막 29 : 인덕터27: second interlayer insulating film 29: inductor

31 : 자기장31: magnetic field

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자는,In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention,

RF 반도체소자의 인덕터에서 발생하는 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정하여 인덕터에 피드백해 자기장의 세기를 제어하는 자성/반자성/자성 샌드위치 구조의 자기장 센서가 구비되는 것과,Magnetic field sensor having a magnetic / semi-magnetic / magnetic sandwich structure for sensing the magnetic field generated from the inductor of the RF semiconductor device, measuring the strength of the magnetic field and feeding it back to the inductor to control the strength of the magnetic field;

상기 샌드위치 구조는 Co/Cu/Co, NiCo/Cu/NiCo, Fe/Cr/Fe, Fe/Cu/Fe, Co/Ag/Co 또는 Fe/Ag/Fe 로 구성되는 것을 특징으로 한다.The sandwich structure is characterized by consisting of Co / Cu / Co, NiCo / Cu / NiCo, Fe / Cr / Fe, Fe / Cu / Fe, Co / Ag / Co or Fe / Ag / Fe.

한편, 본 발명의 원리는 다음과 같다.On the other hand, the principle of the present invention is as follows.

비자성 물질인 구리와 자성 물질인 코발트를 이용한 Co/Cu/Co 의 샌드위치 구조에서 관찰되는 GMR 현상을 이용한 것이다.The GMR phenomenon observed in the sandwich structure of Co / Cu / Co using nonmagnetic copper and magnetic cobalt is used.

상기 GMR 이란 자기장에 따라 전기적 저항이 급격히 감소하는 현상이다.The GMR is a phenomenon in which the electrical resistance decreases rapidly with the magnetic field.

현재 반도체 공정에 쓰이는 구리와 코발트를 이용하여 Co/Cu/Co 의 샌드위치 구조를 가지되, 구리 막의 두께를 조절하여 구리막의 양 옆에 있는 코발트 막의 자화 ( megnetization ) 의 방향이 다를 경우 GMR 효과를 얻을 수 있다.It has a sandwich structure of Co / Cu / Co using copper and cobalt, which is used in the current semiconductor process, but when the thickness of the copper film is adjusted, the direction of magnetization of the cobalt film on both sides of the copper film is different to obtain a GMR effect. Can be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 마스크의 제조방법은,투명기판 상의 차광영역을 노출시키는 감광막패턴을 형성하는 공정과,상기 감광막패턴에 의해 노출되는 차광영역에 이온 주입 공정을 실시하여 표면을 거칠게 형성하는 공정과,상기 차광영역에 선택적으로 불투명층을 형성하는 공정과,상기 감광막패턴을 제거하여 불투명층이 구비된 노광마스크를 형성하는 공정을 포함하는 것과,상기 불투명층은 전체표면상부에 불투명층을 형성하고 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 공정으로 평탄화식각하여 상기 차광영역 상에만 형성하는 것을 제1특징으로 한다.또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광 마스크의 제조방법은,투명기판 상에 소정 두께의 희생막을 형성하는 공정과,상기 희생막 상에 차광영역을 노출시키는 감광막패턴을 형성하는 공정과,상기 감광막패턴 사이로 노출되는 차광영역 상의 희생막에 이온 주입 공정을 실시하여 상기 희생막의 표면을 거칠게 형성하는 공정과,상기 차광영역의 희생막 상에 불투명층을 선택적으로 형성하는 공정과,상기 감광막패턴을 제거한 다음, 상기 불투명층을 마스크로 하여 상기 희생막을 식각하여 불투명층과 희생막의 적층구조가 차광영역에 구비되는 노광마스크를 형성하는 공정을 포함하는 것과,상기 불투명층은 전체표면상부에 증착하고 상기 감광막패턴을 식각장벽으로 하는 화학적 기계적 연마공정으로 평탄화식각하여 상기 차광영역 상에만 형성하는 것과,상기 희생막의 식각공정은 건식식각방법으로 실시하는 것과,상기 희생막의 식각공정은 습식식각방법으로 실시하여 상기 불투명층패턴 하부에 언더컷이 구비되는 것을 제2특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an exposure mask, including forming a photoresist pattern that exposes a light shielding area on a transparent substrate, and performing an ion implantation process on the light shielding area that is exposed by the photoresist pattern. Forming a rough mask, selectively forming an opaque layer in the light shielding region, and removing the photosensitive film pattern to form an exposure mask having an opaque layer, wherein the opaque layer is formed on an entire surface of the opaque layer. A first feature is to form an opaque layer and planarize it by chemical mechanical polishing (CMP) to form only on the light shielding area. Further, a method of manufacturing the exposure mask of the present invention for achieving the above object. The process of forming a sacrificial film having a predetermined thickness on a transparent substrate, and exposing a light shielding area on the sacrificial film Forming a photoresist layer pattern, performing an ion implantation process on the sacrificial layer on the light shielding region exposed between the photoresist layer pattern to roughly form the surface of the sacrificial layer, and selectively forming an opaque layer on the sacrificial layer of the light shielding region And removing the photoresist pattern, and then etching the sacrificial layer using the opaque layer as a mask to form an exposure mask having a laminated structure of the opaque layer and the sacrificial layer in a light shielding area. The layer is deposited on the entire surface and planarized by a chemical mechanical polishing process using the photoresist pattern as an etch barrier to be formed only on the light shielding area, and the etching process of the sacrificial film is performed by a dry etching method, The etching process is performed by a wet etching method so that the undercut is formed under the opaque layer pattern. What is provided is set as a 2nd characteristic.

그 다음, 스퍼터링 방식을 이용하여 상기 구리막(13) 상부에 상부 코발트막(15)을 증착함으로써 자기장 센서를 형성한다.Next, a magnetic field sensor is formed by depositing an upper cobalt film 15 on the copper film 13 using a sputtering method.

이때, 상기 상부 코발트막(15)은 10∼100 Å 두께로 형성하되, 상기 하부 코발트막(11)과 같은 두께로 형성하지 않아도 된다.In this case, the upper cobalt film 15 may be formed to have a thickness of 10 to 100 GPa, and may not be formed to the same thickness as the lower cobalt film 11.

상기한 바와같이,As mentioned above

반도체소자 내에 Co/Cu/Co 의 샌드위치 구조의 센서를 탑재하는 경우 전기적 저항의 측정을 통하여 반도체 소자 내의 자기장을 감지할 수 있다.When a sensor having a sandwich structure of Co / Cu / Co is mounted in a semiconductor device, a magnetic field in the semiconductor device may be detected by measuring electrical resistance.

그 다음, 상기 감광막패턴(32b)에 노출되는 투명기판(30) 상에 불투명층을 선택적으로 형성한다. (도 3e 참조) 이때, 상기 불투명층을 형성하기 전 공정으로 상기 감광막패턴(32b)에 노출되는 투명기판(30)에 이온주입공정을 실시하여 투명기판(30)의 표면을 변화시킨 다음, 불투명층을 증착하면 이온주입된 부분(34)에 선택적 증착이 용이하게 된다. (도 3c, 도 3d 참조)Next, an opaque layer is selectively formed on the transparent substrate 30 exposed to the photosensitive film pattern 32b. In this case, an ion implantation process is performed on the transparent substrate 30 exposed to the photoresist pattern 32b to change the surface of the transparent substrate 30 before the opaque layer is formed. Depositing the layer facilitates selective deposition on the ion implanted portion 34. (See FIG. 3C, FIG. 3D)

다음, 상기 이온주입된 부분(34) 상에 불투명층패턴(36)을 형성한다. 여기서, 상기 불투명층패턴(36)은 상기 이온주입된 부분(34)을 포함한 전체표면상부에 불투명층을 증착하고 상기 감광막패턴(32b)을 식각장벽으로 하는 화학적 기계적 연마 공정으로 평탄화식각하여 형성한다.상기 감광막패턴(32b)을 제거하여 불투명층패턴(36)이 구비되는 노광마스크를 형성한다. ( 도 3e 참조)도 4a 내지 도 4e 는 본 발명의 제2실시예에 따른 노광마스크의 제조방법을 도시한 단면도로서, 투명기판(40) 상부에 소정 두께의 희생막(42a)과 감광막(44a)을 순차적으로 형성하고, 패턴으로 예정되는 부분을 노출시키는 노광마스크를 이용한 사진공정으로 감광막패턴(44b)을 형성한 다음, 상기 감광막패턴(44b) 사이의 희생막(42a) 상에 불투명층패턴(48)을 형성한다. 이때, 상기 불투명층패턴(48)은 전체표면상부에 불투명층을 증착하고 상기 감광막패턴(44b)을 식각장벽으로 하는 화학적 기계적 연마 공정으로 평탄화식각하여 형성한다.그 다음, 상기 감광막패턴(44b)을 제거하고, 상기 희생막(42a)을 건식식각방법으로 제거하여 프로파일이 수직하게 형성된 희생막패턴(42b)과 불투명층패턴(48)의 적층구조가 형성된 노광마스크를 형성한다.Next, an opaque layer pattern 36 is formed on the ion implanted portion 34. Here, the opaque layer pattern 36 is formed by depositing an opaque layer on the entire surface including the ion implanted portion 34 and planarizing etching by a chemical mechanical polishing process using the photoresist pattern 32b as an etch barrier. The photosensitive film pattern 32b is removed to form an exposure mask including the opaque layer pattern 36. 4A to 4E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an exposure mask according to a second embodiment of the present invention, wherein a sacrificial film 42a and a photoresist 44a having a predetermined thickness are disposed on an upper portion of the transparent substrate 40. ) Is formed sequentially, and the photoresist pattern 44b is formed by a photolithography process using an exposure mask that exposes a predetermined portion as a pattern, and then an opaque layer pattern is formed on the sacrificial layer 42a between the photoresist pattern 44b. Form 48. In this case, the opaque layer pattern 48 is formed by depositing an opaque layer on the entire surface and planarizing etching by a chemical mechanical polishing process using the photoresist pattern 44b as an etch barrier. Next, the photoresist pattern 44b is formed. Next, the sacrificial layer 42a is removed by a dry etching method to form an exposure mask having a stacked structure of the sacrificial layer pattern 42b and the opaque layer pattern 48 having a vertical profile.

한편, 상기 자기장 센서는, 반도체 소자 내에 존재하는 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정함으로써 자기장의 세기에 따른 트랜지스터의 특성을 관찰 할 수 있다.On the other hand, the magnetic field sensor, by detecting the magnetic field present in the semiconductor device and by measuring the strength of the magnetic field can observe the characteristics of the transistor according to the strength of the magnetic field.

또한 RF 반도체 소자에 사용되는 인덕터에서 발생하는 자기장의 세기를 측정하여 다시 인덕터에 피드백 함으로써 자기장의 세기를 제어할 수 있다.In addition, the strength of the magnetic field can be controlled by measuring the strength of the magnetic field generated in the inductor used in the RF semiconductor device and feeding it back to the inductor.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 제3실시예에 따른 노광마스크의 제조방법을 도시한 단면도로서, 도 3a 내지 도 3e 에 도시된 제1실시예에서와 같은 방법으로 감광막패턴(52)에 노출된 투명기판(50) 상에 불투명층패턴(54)을 선택적으로 증착한 다음, 화학적 기계적 연마방법으로 상기 감광막패턴(52)과 불투명층패턴(54)을 연마하여 불투명층패턴(54)의 두께를 조절하는 방법을 나타낸다.5A and 5B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an exposure mask according to a third embodiment of the present invention, and are exposed to the photosensitive film pattern 52 in the same manner as in the first embodiment shown in FIGS. 3A to 3E. The opaque layer pattern 54 is selectively deposited on the transparent substrate 50, and then the photoresist layer pattern 52 and the opaque layer pattern 54 are polished by a chemical mechanical polishing method, thereby forming a thickness of the opaque layer pattern 54. It shows how to adjust.

도 2 는 상기 자기장 센서를 탑재한 RF 반도체소자를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing an RF semiconductor device equipped with the magnetic field sensor.

도 2를 참조하면, 자기장 센서(23)가 구비되는 제1층간절연막(21) 상부에 상기 자기장 센서(23)와 접속되는 금속층(25)이 형성된다.Referring to FIG. 2, a metal layer 25 connected to the magnetic field sensor 23 is formed on the first interlayer insulating layer 21 provided with the magnetic field sensor 23.

그리고, 상기 금속층(25) 상부를 평탄화시키는 제2층간절연막(27) 상부에 인덕터(29)가 구비된다.An inductor 29 is provided on the second interlayer insulating layer 27 to planarize the upper portion of the metal layer 25.

이때, 상기 인덕터(29)는 자기장 센서(23) 상측에는 형성되지 않아 상기 자기장 센서(23) 상측으로부터 상기 자기장 센서(23)로 자기장이 인가된다.In this case, the inductor 29 is not formed above the magnetic field sensor 23, and a magnetic field is applied to the magnetic field sensor 23 from the upper side of the magnetic field sensor 23.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자는, GMR 현상을 이용하여 반도체 소자 내에 존재하는 자기장을 감지할 수 있으며, 자기장의 세기에 따른 전기적 저항의 변화 폭이 다르므로 저항의 측정을 통하여 자기장의 세기를 측정할 수 있고 자기장이 트랜지스터에 미치는 영향을 파악할 수 있으며 인더턱에서 발생하는 자기장을 감지하여 자기장의 세기를 측정하고 인덕터에 피드백함으로써 자기장의 세기를 제어할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the semiconductor device according to the present invention can detect a magnetic field existing in the semiconductor device by using a GMR phenomenon, and since the change in the electrical resistance varies according to the strength of the magnetic field, Intensity can be measured, the effect of the magnetic field on the transistor can be measured, and the magnetic field generated from the inductor can be measured to measure the strength of the magnetic field and fed back to the inductor, thereby controlling the strength of the magnetic field.

Claims

Forming a photosensitive film pattern exposing the light shielding area on the transparent substrate;

Forming a rough surface by performing an ion implantation process on the light shielding area exposed by the photosensitive film pattern;

Selectively forming an opaque layer in the light shielding region;

Removing the photoresist pattern to form an exposure mask with an opaque layer.

delete

The method of claim 1,

The opaque layer is formed on the entire surface of the opaque layer and a planar etching by a chemical mechanical polishing process to form only on the light-shielding area, characterized in that the manufacturing method.

Forming a sacrificial film having a predetermined thickness on the transparent substrate;

Forming a photoresist pattern on the sacrificial layer to expose the light blocking region;

Forming a rough surface of the sacrificial layer by performing an ion implantation process on the sacrificial layer on the light blocking region exposed between the photoresist layers;

Selectively forming an opaque layer on the sacrificial film of the light blocking region;

Removing the photoresist pattern, and then etching the sacrificial layer using the opaque layer as a mask to form an exposure mask having a laminated structure of the opaque layer and the sacrificial layer in the light shielding area. .

delete

The method of claim 4, wherein

And the opaque layer is deposited on the entire surface and planarized by a chemical mechanical polishing process using the photoresist pattern as an etch barrier to be formed only on the light shielding area.

The method of claim 4, wherein

The etching process of the sacrificial film is a manufacturing method of the exposure mask, characterized in that carried out by a dry etching method.

The method of claim 4, wherein

The etching process of the sacrificial layer is performed by a wet etching method, a method of manufacturing an exposure mask, characterized in that the undercut is provided under the opaque layer pattern.