KR100447971B1 - 다층구조의 자기장 센서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다층 구조의 자기장 센서 제조방법에 관한 것으로, 하부층에 배리어막을 형성하는 단계; 상기 배리어막상에 자성 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막내에 일정간격을 두고 다수개의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 다수개의 트렌치내에 구리막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.

Description

다층구조의 자기장 센서 제조방법{Method for fabricating magnetic sensor of multilayer structure}

본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구리 전기도금 증착방법을 이용한 코발트/구리로 이루어진 다층구조의 자기장 센서 형성방법에 관한 것이다.

현재 RF 반도체소자의 작동을 위해서는 유도자(inductor)가 필수적이다. 그러나, 유도자에서 발생하는 자기장은 주위 도체에 위도기 전력에 의한 와전류(eddy current)를 유발하게 된다.

이렇게 발생된 와전류는 원하지 않는 신호를 발생시키거나 노이즈로 작용하여 반도체소자 동작시에 문제점을 발생시킨다.

따라서, 특히 인접하는 트랜지스터의 경우 와전류에 의한 신호왜곡으로 반도체소자의 오동작을 유발시킬 수 있다.

그러므로, 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정하므로써 자기장을 제어할 수 있는 센서가 필요하다.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 우수한 매립능력을 가지는 전기도금 증착방법을 이용하여 다층 구조의 층수를 증가시켜 자기장센서의 감도를 향상시킬 수 있는 다층구조의 자기장 센서 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 다층 구조의 자기장 센서 제조방법을 설명하기 위한 자기장 센서를 형성하는 공정별 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 4-포인트 프로브를 나타낸 모형도.

도 5는 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 자기장에 따른 자화의 방향을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 유도자와 자기장센서를 탑재한 RF 반도체소자의 단면도.

[도면부호의설명]

11 : 배리어막 13 : 코발트막

15 : 콘택홀 17 : 구리막

17a : 구리막패턴 30 : 반도체기판

40 : 자기장센서 50 : 유도자

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다층 구조의 자기장 센서 제조방법은, 하부층에 배리어막을 형성하는 단계; 상기 배리어막상에 자성 금속막을 형성하는 단계; 상기 금속막내에 일정간격을 두고 다수개의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 다수개의 트렌치내에 구리막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 다층구조의 자기장센서 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 다층 구조의 자기장 센서 제조방법을 설명하기 위한 자기장 센서를 형성하는 공정별 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 4-포인트 프로브를 나타낸 모형도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 자기장에 따른 자화의 방향을 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 다층구조의 자기장 센서 제조방법에 있어서, 유도자와 자기장센서를 탑재한 RF 반도체소자의 단면도이다.

본 발명에 따른 다층구조의 자기장센서를 제조하기 위해, 먼저 반도체소자내에 자기장 센서가 필요한 층을 선정한다.

예를들면, 코발트 살리사이드 공정을 적용하는 소자일 경우 공정의 단순화를 위해 코발트(Co)박막 증착단계에서 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 다층 구조의 자기장 센서 형성방법은, 도 1에 도시된 바와같이, 먼저 하부층(미도시)상에 구리배리어막(11)을 증착한다. 이때, 상기 배리어막으로는 Ta, TaN, TiN, WN 등이 사용가능하고, 증착방법으로는 스퍼터링, CVD 등이 가능하다. 또한, 배리어막의 두께는 약 100 내지 1000 Å 정도로 증착한다.

그다음, 상기 구리배리어막(11)상에 스퍼터링방식을 이용하여 약 100 내지 10000 Å 두께의 코발트막(13)을 증착한다.

이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 코발트막(13)상에 감광물질을 도포하고 이를 노광 및 현상공정을 거쳐 선택적으로 제거하여 감광막패턴(미도시)을 형성한다.

그다음, 상기 감광막패턴(미도시)을 마스크로 상기 코발트막(13)을 선택적으로 제거하여 상기 트렌치(15)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(15)의 길이는 1 내지 1000 μm, 폭은 0.05 내지 1 μm, 간격은 0.05 내지 1 μm으로 조절하고, 후속공정에서 형성되는 구리층과 코발층의 반복 횟수(N)는 2 내지 100회로 한다.

이때, 구리막의 두께(간격)은 구리막의 양옆에 있는 코발트막의 자화(magnetization)의 방향이 같지 않도록 설정한다. 왜냐하면, 자기장이 가하지 않았을 때는 두 개의 근접한 자성막의 자화가 서로 다른 방향에 있다가 자기장이 가해지면서 방향이 같아지는 효과, 즉 GMR 현상이 나타날 수 있기 때문이다.

도 5에서와 같이, 자화간의 방향이 같지 않도록 구리막의 두께를 설정하는 것이 중요하다.

따라서, 구리막 양 옆에 있는 코발트막의 자화간의 상호작용이 구리막의 두께에따라 진동하는 특성이 있으므로 이를 통해 구리막의 두께를 설정할 수 있다.

이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 구리시드막(미도시)을 증착한다. 이때, 증착방법으로는 스퍼터링, CVD 등이 가능하고, 두께는 100 내지 2000 Å으로 한다.

그다음, 도 2에 도시된 바와같이, 전기도금증착방법으로 구리막(17)을 증착하여 상기 트렌치(15)를 매립한다. 이때, 전기도금 증착방법의 우수한 매립능력을 이용하여 높은 에스펙트비를 가지는 트렌치를 채울 수 있다.

이어서, 도 3에 도시된 바와같이, 상기 구리막(17)을 CMP 공정을 이용하여 평탄화시켜 상기 트렌치(15)내에 구리막패턴(17a)을 형성한다.

그다음, 도 4에 도시된 바와같이, 포토 공정 및 에치 공정에 의한 패터닝공정을 진행하여 4-포인트 프로브 패턴을 형성한다.

이어서, 도 6에 도시된 바와같이, 최종적으로 해당 반도체소자의 후속공정을 진행하여 유도자와 자기장센서를 탑재한 반도체소자를 완성한다.

상기 유도자와 자기장 센서를 탑재한 반도체소자의 제조방법에 대해 간략하게 설명하면, 먼저 반도체기판(30)내의 소정영역내에 상기와 같은 공정에 의해 형성되는 자기장센서(40)부분을 탑재한다.

그다음, 상기 자기장센서(40)가 탑재된 반도체기판(30)의 상면 주위에 금속배선(33)을 형성한후 전체 구조의 상면에 절연막(35)을 증착한다.

이어서, 절연막(35)상에 유도자(50)를 형성하여 반도체소자를 완성한다.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 다층구조의 자기장센서 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 다층구조의 자기장센서 제조방법에 의하면, 비자성 물질인 구리와 자성물질인 코발트로 이루어진 (Cu/Co) × N층의 다층구조(N≥2)에서 관찰되는 GMR(giant magnetoresistance) 현상을 이용하여 반도체소자내에 존재할 수 있는 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정할 수 있다. 본 발명에서는 자기장을 가할때의 저항이 자기장을 가하지 않을 때에 비해 약 50 % 이상 감소할 수 있다.

또한, 자기장의 세기에 따라 변하는 저항의 폭이 다르므로 저항의 변하는 정도를 이용하여 자기장의 세기를 측정할 수 있다. 구리와 코발트는 현재 반도체공정에 쓰이는 물질이므로 코발트/구리 다층구조를 가지는 센서의 적용이 수월하다.

그러나, Ni/Cu, NiCo/Cu, Fe/Cu 등의 다층 구조를 이용하여도 유사한 자기장 감지효과를 얻을 수 있다.

한편, 반도체소자내에 존재하는 자기장을 감지하고 자기장의 세기를 측정하므로써 자기장의 세기에 따른 트랜지스터의 특성을 관찰할 수 있다.

또한, RF 반도체소자에 쓰이는 유도자에서 발생하는 자기장의 세기를 측정하여 다시 유도자에 피드백함으로써 자기장의 세기를 제어할 수 있다.

그리고, GMR 현상은 모든 자기장의 방향에 대해 관찰이 되므로 유도자의 위치 및 구조에 상관없이 자기장의 감지가 가능하다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (5)

1. 하부층에 배리어막을 형성하는 단계;

   상기 배리어막상에 자성 금속막을 형성하는 단계;

   상기 금속막내에 일정간격을 두고 다수개의 트렌치를 형성하는 단계;

   상기 다수개의 트렌치내에 구리막패턴을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 다층구조의 자기장센서 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부 배리어막으로는 Ta, TaN, TiN, WN 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 자기장센서 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 하부 배리어막은 스퍼터링방식 또는 CVD방식으로 증착하되, 100 내지 1000 Å 두께로 증착하는 것을 특징으로하는 다층구조의 자기장센서 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 자성금속막은 100 내지 10000 Å두께로 증착하는 것을 특징으로하는 다층구조의 자기장센서 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 트렌치길이는 1 내지 1000 μm, 폭은 0.05 내지 1 μm, 간격은 0.05 내지 1μm인 것을 특징으로하는 다층구조의 자기장센서제조방법.