KR100824635B1 - 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터 제조 방법에 관한 것으로서, 인덕터의 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 기판을 패터닝하여 제1 관통홀을 형성하고, 상기 제1 관통홀 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제1 관통전극을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 관통전극이 형성된 실리콘 기판 상에 절연막을 증착하고, 상기 절연막을 패터닝하여 상기 제1 관통홀과 어라인되는 제2 관통홀 및 인덕터홀을 형성하는 단계; (c) 상기 제2 관통홀 및 상기 인덕터홀의 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제2 관통전극 및 인덕터를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 절연막 상에 보호막을 증착하고, 백 그라인드(Back Grind) 공정을 통하여 상기 실리콘 기판의 하부에 상기 제1 관통전극이 드러나도록 하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터 제조 방법을 제공함으로써, RF 소자의 설계 및 공정을 단순화시킬 수 있으며, 인덕터의 라이브러리화가 가능하다.
반도체, 인덕터, 시스템 인 패키지, 관통홀, 관통전극
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 실리콘 기판 102: 배리어 메탈
104: 제1 관통전극 106: 절연막
108: 제2 관통전극 110: 인덕터
112: 보호막
본 발명은 시스템 인 패키지(System In Package: SIP)를 이용한 인덕터 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인덕터와 트랜지스터를 분리하여 제조하고, 시스템 인 패키지를 통하여 인덕터와 트랜지스터를 연결하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
반도제 소자 중에서 RF(Radio Frequency) 소자로는 트랜지스터, 인덕터, 캐패시터, 저항, 버렉터 따위가 있으며 그 중 인덕터는 RF 칩(Chip) 내에서 반드시 사용하는 소자이다.
인덕터는 RF 소자 중 단일소자로는 칩의 면적을 가장 많이 차지하게 되므로, 이러한 칩의 고집적화를 위해서는 인덕터에 대한 동일 소자값을 유지하면서 소자 면적을 최소화하는 것이 중요하다.
또한, 인덕터와 같은 수동 소자는 원하지 않는 기생 저항 및 기생 용량 등으로 인해서 인덕터의 주요 특성 변수인 특성계수(Q) 및 자기 공명 주파수(Self Resonant Frequency)(fωο)가 낮아지게 되어 고주파 집적회로에 적용할 때 소자의 특성이 떨어지게 된다.
이러한 인덕터의 주요 특성 변수가 낮아지는 것을 방지하기 위해서는 기생 저항 및 기생 용량을 감소시키는 것이 중요한 과제이다. 이를 위하여 인덕터를 제조함에 있어 저항이 작은 금속(예를 들면, 금(Au)과 같은 금속)을 사용하여 금속 배선을 형성하거나, 금속 배선의 두께를 두껍게 형성하거나 또는 유전막의 두께를 두껍게 형성하여 기생 저항 및 기생 용량을 감소시켰다.
하지만, 종래의 반도체 소자 공정에 따르면, 인덕터의 제조시 금속막의 두께가 두껍기 때문에 공정에 어려움이 많고, 특히 인덕터가 제조되는 기판이 트랜지스터와 금속 배선이 형성된 소자들이기 때문에 공정 조건이 까다로우며, 인덕터 공정에서 잘못되면, 아래 기판에 생성된 소자들도 못쓰게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 인덕터에 전류가 흐르면, 인덕턴스에 의해 자기장이 형성되고, 이 자기장은 아래 금속 배선의 전류에 영향을 미치게 된다. 여기서, 인덕턴스는 RF 회로 에서 저항 역할을 하기도 하기 때문에 동작하는 소자에 미치는 영향도 크다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,인덕터와 트랜지스터를 분리하여 제조하고, 시스템 인 패키지를 통하여 인덕터와 트랜지스터를 연결하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인덕터의 제조 방법에 있어서, (a) 실리콘 기판을 패터닝하여 제1 관통홀을 형성하고, 상기 제1 관통홀 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제1 관통전극을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 관통전극이 형성된 실리콘 기판 상에 절연막을 증착하고, 상기 절연막을 패터닝하여 상기 제1 관통홀과 어라인되는 제2 관통홀 및 인덕터홀을 형성하는 단계; (c) 상기 제2 관통홀 및 상기 인덕터홀의 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제2 관통전극 및 인덕터를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 절연막 상에 보호막을 증착하고, 백 그라인드(Back Grind) 공정을 통하여 상기 실리콘 기판의 하부에 상기 제1 관통전극이 드러나도록 하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(100)을 패터닝하여 제1 관통홀을 형성한다. 여기서, 제1 관통홀의 깊이는 50~500 ㎛이고, 제1 관통홀의 CD는 1~10 ㎛이다. 이어서, 제1 관통홀 내벽에 물리 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 증발(Evaporation), 레이저 박리(Laser Ablation), 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 및 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 등의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Ti, TiN, Ti/TiN, Ta, TaN, Ta/TaN, TaN/Ta, Co, Co 화합물, Ni, Ni 화합물, W, W 화합물, 질화물 등의 배리어 메탈(Barrier Metal)(102)을 20~1000 Å 두께로 증착한다.
이후, 제1 관통홀에 물리 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 증발(Evaporation), 레이저 박리(Laser Ablation), 전기도금법(ECP: Electro Copper Plating), 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 및 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 등의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Al, Al 화합물, Cu, Cu 화합물, W, W 화합물 등의 금속물질을 평판 기준으로 50~900 ㎛ 두께로 매립하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치백(Etch Back) 등의 공정을 이용하여 평탄화함으로써, 제1 관통전극(104)을 형성한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 관통전극(104)이 형성된 실리콘 기판(100) 상에 전기로, CVD 및 PVD 등의 방법을 이용하여 절연막(106)을 증착한다. 여기서, 절연막(106)은 SiO2, BPSG, TEOS, SiN 및 Low-k 등의 물질을 약 1~10 ㎛ 두께로 증착하게 된다. 이후, 절연막(106)을 패터닝하여 제1 관통홀과 어라인되는 제2 관통홀 및 인덕터홀을 형성하고, 제2 관통홀 및 인덕터홀 내벽에 PVD, 스퍼터링, 증발, 레이저 박리, 원자층 증착 및 CVD 등의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Ti, TiN, Ti/TiN, Ta, TaN, Ta/TaN, TaN/Ta, Co, Co 화합물, Ni, Ni 화합물, W, W 화합물, 질화물 등의 배리어 메탈(102)을 20~1000 Å 두께로 증착한다.
이후, 제2 관통홀 및 인덕터홀에 PVD, 스퍼터링, 증발, 레이저 박리, ECP, ALD 및 CVD 등의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Al, Al 화합물, Cu, Cu 화합물, W, W 화합물 등의 금속물질을 평판 기준으로 2~20 ㎛ 두께로 매립하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치백(Etch Back) 등의 공정을 이용하여 평탄화함으로써, 제2 관통전극(108) 및 인덕터(110)를 형성한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 제2 관통전극(108) 및 인덕터(110)가 형성된 절연막(106) 상에 전기로, CVD, PVD 등의 방법을 이용하여 SiO2, BPSG, TEOS, SiN 등의 보호막(112)을 약 0.3~5 ㎛ 두께로 증착한다. 이후, 백 그라인드(Back Grind) 공정을 통하여 실리콘 기판(100)의 하부에 제1 관통전극(104)이 드러나도록 한다. 이때, 실리콘 기판(100)의 두께는 50~500 ㎛의 두께가 되도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터 제조 방법을 제공함으로써, RF 소자의 설계 및 공정을 단순화시킬 수 있으며, 인덕터의 라이브러리화가 가능하다.
Claims (6)
- 인덕터의 제조 방법에 있어서,(a) 실리콘 기판을 패터닝하여 제1 관통홀을 형성하고, 상기 제1 관통홀 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제1 관통전극을 형성하는 단계;(b) 상기 제1 관통전극이 형성된 실리콘 기판 상에 절연막을 증착하고, 상기 절연막을 패터닝하여 상기 제1 관통홀과 어라인되는 제2 관통홀 및 인덕터홀을 형성하는 단계;(c) 상기 제2 관통홀 및 상기 인덕터홀의 내벽에 배리어 메탈을 증착한 후, 금속물질을 매립하고 평탄화하여 제2 관통전극 및 인덕터를 형성하는 단계; 및(d) 상기 절연막 상에 보호막을 증착하고, 백 그라인드(Back Grind) 공정을 통하여 상기 실리콘 기판의 하부에 상기 제1 관통전극이 드러나도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 제1 관통홀의 깊이는 50~500 ㎛이고, 상기 제1 관통홀의 CD는 1~10 ㎛인 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 배리어 메탈은 Ti, TiN, Ti/TiN, Ta, TaN, Ta/TaN, TaN/Ta, Co, Co 화합물, Ni, Ni 화합물, W, W 화합물, 질화물 중 적어도 하나 이상을 포함하며, 물리 기상 증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(Sputtering), 증발(Evaporation), 레이저 박리(Laser Ablation), 원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition) 및 화학 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition) 중 하나의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 20~1000 Å 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에서, 상기 단계 (a)는,상기 제1 관통홀에 PVD, 스퍼터링, 증발, 레이저 박리, ECP, ALD 및 CVD 중 하나의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Al, Al 화합물, Cu, Cu 화합물, W, W 화합물 중 하나 이상을 포함하는 금속물질을 평판 기준으로 50~900 ㎛ 두께로 매립하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치백(Etch Back) 중 하나의 공정을 이용하여 평탄화함으로써, 상기 제1 관통전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에서,상기 절연막은 SiO2, BPSG, TEOS, SiN 및 Low-k 중 하나 이상을 포함하며, 전기로, CVD 및 PVD 중 하나의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 1~10 ㎛ 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
- 제1항에서, 상기 단계 (c)는,상기 제2 관통홀 및 상기 인덕터홀에 PVD, 스퍼터링, 증발, 레이저 박리, ECP, ALD 및 CVD 중 하나의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 Al, Al 화합물, Cu, Cu 화합물, W, W 화합물 중 하나 이상을 포함하는 금속물질을 평판 기준으로 2~20 ㎛ 두께로 매립하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 에치백(Etch Back) 중 하나의 금속 박막 증착 방법을 이용하여 평탄화함으로써, 상기 제2 관통전극 및 상기 인덕터를 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템 인 패키지를 이용한 인덕터의 제조 방법.
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