KR100759253B1 - Method for menufacturing pressure sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하부 금속 배선의 상부에 반사 방지막, 제 1 절연층 및 제 1 TiN층을 차례로 형성하는 단계; 제 1 TiN층을 패터닝하여 MIM 커패시터 예정 영역과 압력 센서 예정 영역에 각각 제 1 TiN층 패턴을 형성하는 단계; 압력 센서 예정 영역의 제 1 TiN층 패턴을 덮는 폴리이미드층, 하드 마스크층 및 제 2 절연층과, MIM 커패시터 예정 영역의 제 1 TiN층 패턴과 제 2 절연층 일부를 덮는 제 2 TiN층 패턴을 각각 형성하는 단계; 압력 센서 예정 영역 표면을 덮는 제 3 절연층을 형성하는 단계; 제 1 절연층과 그 하부의 반사 방지막과 하부 금속 배선을 식각하여 MIM 커패시터 예정 영역과 압력 센서 예정 영역의 하부 금속 배선을 분리시키는 단계; 전표면에 층간 절연막을 형성하고 폴리이미드층과 MIM 커패시터 예정 영역의 제 2 TiN층 패턴을 각각 노출시키는 제 1 및 제 2 비아홀을 형성하며 제 2 비아홀을 통해 폴리이미드층을 제거하는 단계; 제 1 및 제 2 비아홀에 제 1 및 제 2 금속 플러그를 각각 형성하고 제 1 금속 플러그와 접속된 상부 금속 배선을 형성하는 단계; 및 전표면에 보호층을 형성한 후 보호층을 식각하여 압력 센서 영역의 상부와 상부 금속 배선을 노출시키는 단계를 포함한 압력 센서의 제조 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of sequentially forming an anti-reflection film, a first insulating layer and a first TiN layer on the lower metal wiring; Patterning the first TiN layer to form a first TiN layer pattern in the MIM capacitor predetermined region and the pressure sensor predetermined region, respectively; A polyimide layer, a hard mask layer, and a second insulating layer covering the first TiN layer pattern of the pressure sensor predetermined region, and a second TiN layer pattern covering a portion of the first TiN layer pattern and the second insulating layer of the MIM capacitor predetermined region. Forming each; Forming a third insulating layer covering the pressure sensor predetermined region surface; Etching the first insulating layer, the anti-reflection film below the lower metal wiring, and separating the lower metal wiring of the MIM capacitor predetermined region and the pressure sensor predetermined region; Forming an interlayer insulating film on the entire surface, forming first and second via holes exposing the polyimide layer and the second TiN layer pattern of the predetermined region of the MIM capacitor, respectively, and removing the polyimide layer through the second via holes; Forming first and second metal plugs in the first and second via holes, respectively, and forming upper metal wires connected to the first metal plugs; And forming a protective layer on the entire surface and then etching the protective layer to expose the upper portion and the upper metal wiring of the pressure sensor region.
폴리이미드층, 압력 센서, MIM 커패시터Polyimide Layer, Pressure Sensor, MIM Capacitor
Description
도 1a 내지 도 1l 은 본 발명에 따른 압력 센서의 제조 방법을 나타내는 단면도.1A to 1L are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 서브 레이어 105: 하부 금속 배선100: sublayer 105: lower metal wiring
110: 반사 방지막 120: 제 1 절연층110: antireflection film 120: first insulating layer
130: 제 1 TiN층 130a, 130b: 제 1 TiN층 패턴130:
140: 폴리이미드층 150: 하드 마스크층140: polyimide layer 150: hard mask layer
160: 제 2 절연층 170a, 170b: 제 2 TiN층 패턴160: second
180: 제 3 절연층 190: 층간 절연막180: third insulating layer 190: interlayer insulating film
200: 제 1 금속 플러그 210: 제 2 금속 플러그200: first metal plug 210: second metal plug
220: 상부 금속 배선 230: 제 1 보호층220: upper metal wiring 230: first protective layer
240: 제 2 보호층 310: 제 1 비아홀240: second protective layer 310: first via hole
320: 제 2 비아홀 400a: MIM 커패시터 예정 영역320: second via
400b: 압력 센서 예정 영역400b: pressure sensor expected area
본 발명은 압력 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, CMOS IC 로직 공정의 상부 금속 배선 하부에 압력 센서 및 아날로그용 MIM 커패시터를 동시에 구현함으로써 센서 모듈과 신호처리 모듈을 원칩화할 수 있는 압력 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a pressure sensor, and more particularly, a pressure capable of one-chip sensor module and signal processing module by simultaneously implementing a pressure sensor and an analog MIM capacitor under the upper metal wiring of a CMOS IC logic process It relates to a method for manufacturing a sensor.
종래의 차량용 압력 센서의 경우, 외부로부터의 입력 신호를 감지하는 센서 모듈과 센서 모듈로부터 나온 신호를 구체적인 데이터로 처리하기 위한 신호처리 모듈을 별도로 포함한다. 따라서, 양 모듈 중 어느 한쪽이 정상적으로 동작하지 않을 경우 비정상적으로 구동할 뿐만 아니라, 많은 공간을 필요로 한다.In the case of a conventional vehicle pressure sensor, a sensor module for detecting an input signal from the outside and a signal processing module for processing a signal from the sensor module to specific data separately. Therefore, when either of the modules does not operate normally, not only does it drive abnormally, but also requires a lot of space.
이와 같은 종래의 압력 센서의 문제점을 개선하기 위해서는 종래의 CMOS 집적 과정에서 센서 모듈 제조 공정을 포함시킴으로써 원칩(One-chip)화할 필요가 있다.In order to improve the problem of the conventional pressure sensor, it is necessary to make one-chip by including a sensor module manufacturing process in the conventional CMOS integration process.
본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 센서 모듈과 신호처리 모듈을 원칩화할 수 있는 압력 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the above-mentioned problem, and an object of this invention is to provide the manufacturing method of the pressure sensor which can make the sensor module and the signal processing module one chip.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 압력 센서의 제조 방법은, 하부 금속 배선의 상부에 반사 방지막, 제 1 절연층 및 제 1 TiN층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 제 1 TiN층을 패터닝하여, MIM 커패시터 예정 영역 및 압력 센서 예정 영역에 제 1 TiN층 패턴을 각각 형성하는 단계; 상기 압력 센서 예정 영역의 제 1 TiN층 패턴의 상부와 측벽을 덮는 폴리이미드층, 하드 마스크층 및 제 2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연층 표면의 일부와 상기 MIM 커패시터 예정 영역의 제 1 TiN층 패턴을 덮는 제 2 TiN층 패턴을 각각 형성하는 단계; 상기 압력 센서 예정 영역의 상부 표면을 덮는 제 3 절연층을 형성하는 단계; 상기 MIM 커패시터 예정 영역 및 압력 센서 예정 영역 사이의 노출된 상기 제 1 절연층 및 그 하부의 상기 반사 방지막과 하부 금속 배선을 식각하여, MIM 커패시터 예정 영역 및 압력 센서 예정 영역의 하부 금속 배선을 전기적으로 분리시키는 단계; 전체 표면 상부에 층간 절연막을 형성하고, 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 폴리이미드층과 상기 MIM 커패시터 예정 영역의 제 2 TiN층 패턴을 각각 노출시키는 제 1 및 제 2 비아홀을 형성한 후, 상기 제 2 비아홀을 통하여 상기 폴리이미드층을 제거하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 비아홀을 매립하는 제 1 및 제 2 금속 플러그를 각각 형성하고, 상기 제 1 금속 플러그와 접속되는 상부 금속 배선을 형성하는 단계; 및 전체 표면 상부에 보호층을 형성한 후, 상기 보호층을 식각하여 상기 압력 센서 영역과 상기 상부 금속 배선을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the manufacturing method of the pressure sensor according to the present invention comprises the steps of sequentially forming an anti-reflection film, the first insulating layer and the first TiN layer on the upper metal wiring; Patterning the first TiN layer to form a first TiN layer pattern in a MIM capacitor predetermined region and a pressure sensor predetermined region, respectively; Forming a polyimide layer, a hard mask layer, and a second insulating layer covering the top and sidewalls of the first TiN layer pattern of the pressure sensor predetermined region; Forming a second TiN layer pattern covering a portion of a surface of the second insulating layer and a first TiN layer pattern of a predetermined region of the MIM capacitor; Forming a third insulating layer covering an upper surface of the pressure sensor predetermined region; The exposed first insulating layer between the MIM capacitor predetermined region and the pressure sensor predetermined region and the anti-reflection film and the lower metal wiring exposed therefrom are etched to electrically connect the lower metal wiring of the MIM capacitor predetermined region and the pressure sensor predetermined region. Separating; An interlayer insulating layer is formed over the entire surface, and the first and second via holes exposing the second TiN layer pattern of the predetermined region of the polyimide layer and the MIM capacitor are formed by etching the interlayer insulating layer; Removing the polyimide layer through via holes; Forming first and second metal plugs respectively filling the first and second via holes, and forming upper metal wires connected to the first metal plugs; And forming a protective layer over the entire surface, and then etching the protective layer to expose the pressure sensor region and the upper metal wiring.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described in detail with reference to an accompanying drawing.
우선, 도 1a 를 참조하면, 서브 레이어(100), 하부 금속 배선(105), 반사 방지막(110), 제 1 절연층(120) 및 제 1 TiN층(130)을 순차적으로 형성한다. 이 경 우, 예를 들면, 하부 금속 배선(105)은 PVD법을 이용하여 Al 로 형성하고, 반사 방지막(110)은 PVD법을 이용하여 TiN 으로 형성한다. 또한, 제 1 절연층(120)은 PE-CVD법을 이용하여 질화물로 형성하면 된다.First, referring to FIG. 1A, the
도 1b 를 참조하면, 제 1 TiN층(130)의 패터닝을 위한 마스크를 형성한 후 제 1 TiN층(130)을 패터닝하여, 커패시터 예정 영역(400a) 및 압력 센서 예정 영역(400b)에 제 1 TiN층 패턴(130a, 130b)을 각각 형성한다. 제 1 TiN층(130)의 패터닝을 위한 마스크 공정은 높은 정밀도를 요구하지 않으므로, i-line 공정을 이용하는 것이 가능하며, TiN 식각 시에는 Cl2/BCl3 의 가스 조합을 이용한다.Referring to FIG. 1B, after forming a mask for patterning the
도 1c 를 참조하면, 압력 센서 예정 영역(400b)의 제 1 TiN층 패턴(130b)의 상부와 측벽을 덮는 폴리이미드층(140) 및 하드 마스크층(150)을 형성한다. 여기서, 폴리이미드층(140)의 두께는 5000Å 내지 10000Å 정도로 한다. 또한, 폴리이미드층(140)은, 2000rpm 내지 7000rpm 의 스핀 코팅 속도로 도포하여 형성하고, 50℃ 내지 120℃ 의 온도 및 1분 내지 5분 동안의 소프트 베이킹과 150℃ 내지 210℃ 의 온도 및 1분 내지 2분 동안의 하드 베이킹을 실시하여 그 내부의 솔벤트(Solvent)를 제거하는 것이 바람직하다. 이 경우, 폴리이미드층(140)의 안정화를 위하여 N2 가스에 노출된 상태 및 400℃ 의 온도에서 폴리이미드층(140)의 경화 과정을 실시하는 것이 더욱 바람직하다. 폴리이미드층(140)의 상부에 하드 마스크층(150)을 형성하는 것은, 폴리이미드 패터닝 후 포토 레지스트(미도시)를 스트립할 때 폴리이미드층까지 함께 제거되는 것을 방지하기 위함이므로, 하드 마스크층(150)을 먼저 형성한 다음에 마스크 작업을 하는 것이 좋다. 또한, 제 1 TiN층 패턴(130b)을 둘러싸는 형태의 층을 형성하기 위한 식각 공정 시, 하드 마스크층(150)은 CHF3/O2/Ar 또는 CHF3/CF4/O2/Ar 을 이용하여 식각하면 되고, 폴리이미드층(140)은 O2 를 이용하여 식각하면 되는데, 다만 폴리이미드층(140)의 식각 시에는 이방성 에칭을 위해 O2 유량을 수십 sccm 정도로 낮추고 바이어스 전력을 거는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1C, a
도 1d 를 참조하면, 폴리이미드층(140) 및 하드 마스크층(150)의 상부와 측벽을 덮는 제 2 절연층(160)을 형성한다. 제 2 절연층(160)은 PE-CVD법으로 산화막을 증착한 후 i-line 공정을 이용하여 제 2 절연층(160)의 형성을 위한 마스크를 형성한 뒤 산화막 식각을 실시하여 형성하면 된다. 이 경우, 바람직하게는, 압력 센서 예정 영역(400b)을 제외한 영역에는 마스크를 형성시키지 않아 산화막이 식각되도록 하며, 산화막의 식각 조건은 질화물로 이루어진 제 1 절연층(120)이 제거되지 않도록 산화물에 대한 식각 선택비가 높은 조건으로 한다. 산화막에 대한 선택비가 높은 산화막 식각 조건은, 보다 구체적으로는, CxFy(x, y 는 자연수)/O2/Ar 의 가스 조합에서 x/y 가 크거나 O2 유량이 낮도록 한다.Referring to FIG. 1D, a second insulating
도 1e 를 참조하면, 제 2 절연층(160) 표면의 일부와 MIM 커패시터 예정 영역(400a)의 제 1 TiN층 패턴(130a)을 덮는 제 2 TiN층 패턴(170a, 170b)을 각각 형성한다. 제 2 TiN층 패턴(170a, 170b)은 PVD법을 이용하여 TiN 을 증착하고, i-line 공정을 이용하여 마스크를 형성시킨 후, Cl2/BCl3 의 가스 조합을 이용하여 패터닝함으로써 각각 형성한다.Referring to FIG. 1E, second
도 1f 를 참조하면, 압력 센서 예정 영역(400b)의 상부 표면을 덮는 제 3 절연층(180)을 형성한다. 제 3 절연층(180)은, 예를 들면, PE-CVD법으로 산화막을 증착하고, i-line 공정으로 마스크를 형성한 다음 산화막을 식각하여 형성한다. 상기 산화막의 바람직한 식각 조건은 제 2 절연층(160)의 경우와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 1F, a third
도 1g 를 참조하면, MIM 커패시터 예정 영역(400a) 및 압력 센서 예정 영역(400b) 사이의 노출된 제 1 절연층(120) 및 그 하부의 반사 방지막(110)과 하부 금속 배선(105)을 식각하여, MIM 커패시터 예정 영역(400a) 및 압력 센서 예정 영역(400b)의 하부 금속 배선(105)을 전기적으로 분리시킨다. 이 경우, 식각을 위한 마스크를 먼저 형성하는데, 이 때 이용하는 마스크는 비교적 높은 정밀도를 요구하므로 KrF 나 ArF용 포토 레지스트(미도시)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들면, 질화물로 이루어진 제 1 절연층(120)의 식각에는 CHF3/O2/Ar 이나 CHF3/CF4/O2/Ar 의 가스 조합을 이용하고, Al 로 이루어진 하부 금속 배선(105)의 식각에는 Cl2/BCl3 의 가스 조합을 이용할 수 있다. 다만, Cl 계열의 식각제를 사용할 경우에는 대기와의 접촉으로 인한 연속적인 부식 반응을 막기 위해 식각 공정이 완료된 후에는 대기 중에 노출시키지 않은 상태로 포토 레지스트 스트립 공정 및 습식 세정(Wet Cleaning) 공정을 실시하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1G, the exposed
도 1h 를 참조하면, 전체 표면 상부에 층간 절연막(190)을 형성하고, 폴리이미드층(140)과 MIM 커패시터 예정 영역(400a)의 제 2 TiN층 패턴(170a)을 각각 노출시키도록 제 1 및 제 2 비아홀(310, 320)을 식각 형성한 후, 제 2 비아홀(320)을 통하여 폴리이미드층(140)을 제거한다. 비아홀(310, 320)의 형성을 위한 마스크는 Al 식각용 마스크와 마찬가지로 높은 정밀도를 요구하므로, KrF 나 ArF용 포토 레지스트(미도시)를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 비아 식각 공정 시에는, CxHyFz(x, y 는 음이 아닌 양의 정수)/O2/Ar 을 이용하면 좋다. 비아 식각 공정이 완료된 후에는 비아 마스크용 포토 레지스트(미도시)를 제거하는데, 이 때 O2 유량을 100sccm 내지 2000sccm 까지 충분히 흘려서 폴리이미드층(140)도 동시에 제거하도록 한다.Referring to FIG. 1H, an
도 1i 를 참조하면, 제 1 및 제 2 비아홀(310, 320)을, 예를 들면 CVD법에 의해 텅스텐으로 매립하여, 제 1 및 제 2 금속 플러그(200, 210)를 각각 형성한다. 이 경우, 텅스텐의 원활한 매립을 위해, PVD법으로 30Å 내지 200Å 두께의 Ti/TiN 배리어 금속층(미도시)을 먼저 증착해 두는 것이 바람직하다. 또한, 텅스텐의 매립이 끝나면, 플러그 간의 격리를 위해 전체 표면 상부를 CMP 공정으로 마무리하는 것이 좋다.Referring to FIG. 1I, the first and second via
도 1j 를 참조하면, 제 1 금속 플러그(200)와 접속되는 상부 금속 배선(220)을 형성한다. 이 경우, 예를 들면, 우선 Al 증착을 하고, 바크(BARC)나 옥시나이트라이드(Oxynitride)를 반사 방지막으로서 적용하고 마스크를 형성시킨 후, Cl2/BCl3 의 가스 조합으로 Al 식각을 함으로써, Al 로 이루어진 상부 금속 배선(220)을 형 성한다.Referring to FIG. 1J, an
도 1k 를 참조하면, 전체 표면 상부에 보호층을 형성한다. 보호층은 질화물로부터의 스트레스를 완충시켜주는 역할을 하는 제 1 보호층(230)과 최종 보호막으로서 조직이 치밀하고 경도가 높아 외부 불순물의 침투를 막아주는 역할을 하는 제 2 보호층(240)의 2 중 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들면, 제 1 보호층(230)은 PE-CVE법을 이용하여 산화막으로 형성하고, 제 2 보호층(240)은 외부 불순물 방호 효과가 뛰어난 PE-질화막으로 형성하는 것이 좋다.Referring to FIG. 1K, a protective layer is formed on the entire surface. The protective layer includes a first
도 1l 을 참조하면, 보호층(230, 240)을 식각하여 압력 센서 영역(400b)과 상부 금속 배선(220)을 노출시킨다. 압력 센서 영역(400b)의 상부를 노출시키는 것은 압력 센서가 외압을 측정할 수 있도록 하기 위함이며, 상부 금속 배선(220)을 노출시키는 것은 상부 금속 배선(220)과 접속되는 금속 패드(미도시)를 그 위에 형성하기 위함이다. 보호층(230 및 240)의 식각 시에는, CxHyFz(x, y, z 는 음이 아닌 양의 정수)/O2/Ar 의 가스 조합을 이용하며, O2 플라즈마나 오존을 이용하여 마스크로 사용된 포토 레지스트를 제거한 후 습식 세정을 실시한다.Referring to FIG. 1L, the
본 발명에 따른 압력 센서의 제조 방법에 의하면, CMOS IC 로직 공정의 상부 금속 배선 하부에 압력 센서 및 아날로그 MIM 커패시터를 동시에 구현함으로써 센서 모듈과 신호처리 모듈을 원칩화할 수 있으며, 이로써 칩 사이즈를 대폭 줄이고 제조 원가를 크게 낮출 수 있다. 뿐만 아니라, 압력 센서 제조 공정의 단순화를 통 하여 소자 신뢰성을 향상시킬 수 있다.According to the method of manufacturing a pressure sensor according to the present invention, the sensor module and the signal processing module can be one-chip by simultaneously implementing the pressure sensor and the analog MIM capacitor under the upper metal wiring of the CMOS IC logic process, thereby greatly reducing the chip size. Manufacturing costs can be significantly lowered. In addition, device reliability can be improved by simplifying the pressure sensor manufacturing process.
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