KR100829385B1 - 반도체 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
유연성 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 반도체 소자는, 다수의 소자 모듈을 포함하고, 유연성과 절연성을 갖는 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판; 다수의 비아홀을 가지며 유연성과 절연성을 갖는 제2 절연성 고분자 물질로 이루어진 제1 절연층; 상기 각 비아홀에 형성되며 유연성과 도전성을 갖는 제1 전도성 고분자 물질로 이루어진 다수의 컨택 플러그; 상기 제1 절연층 상에 상기 컨택 플러그와 전기적으로 연결되도록 형성되며 유연성과 도전성을 갖는 제2 도전성 고분자 물질로 이루어진 다수의 금속 배선; 및 상기 금속 배선 상에 형성되며 유연성과 절연성을 갖는 제3 절연성 고분자 물질로 이루어진 제2 절연층을 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 반도체 소자를 구성하는 절연층이나 금속 배선을 유연성을 갖는 고분자 물질로 형성함으로써, 외부의 충격에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있고 휨이 필요한 어떠한 장소에도 적용이 가능하므로 제품 적용 가능성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제품에 대한 품질을 향상시킬 수 있다.
반도체 소자, 유연성, 고분자 물질
Description
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 기판 3: 소자 모듈
5: PMD층 7: 컨택 플러그
9: 금속 배선 11: IMD층
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히 유연성 있는(flexible) 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
정보 기술의 발달에 따라 반도체 소자는 널리 사용되고 있다. 특히, 디스플 레이 분야나 모바일 분야에서는 유연성 있는 반도체 소자가 널리 요구된다. 즉, 유연성 있는 반도체 소자는 휨이 가능한 소자로서, 소자를 휘어지게 실장하거나 접어서 실장하는 경우에 널리 사용될 수 있다.
유연성 있는 반도체 소자는 충격에 의해 깨지지 않아야 하고 원 상태로 복원이 되는 성질을 가져야 한다.
하지만, 통상의 반도체 소자는 실리콘(Si)을 기반으로 하는 기판 상에 금속 물질을 기반으로 하는 배선이 형성된다. 이러한 경우, 기판이나 배선이 모두 유연성이 없는 재질로 형성됨에 따라 충격에 의해 깨지거나 원 상태로 복원되지 않게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 유연성 있는 물질을 기반으로 반도체 소자를 형성하여, 깨짐을 방지하고 원 상태로 복원될 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 반도체 소자는, 다수의 소자 모듈을 포함하고, 유연성과 절연성을 갖는 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판; 다수의 비아홀을 가지며 유연성과 절연성을 갖는 제2 절연성 고분자 물질로 이루어진 제1 절연층; 상기 각 비아홀에 형성되며 유연성과 도전성을 갖 는 제1 전도성 고분자 물질로 이루어진 다수의 컨택 플러그; 상기 제1 절연층 상에 상기 컨택 플러그와 전기적으로 연결되도록 형성되며 유연성과 도전성을 갖는 제2 도전성 고분자 물질로 이루어진 다수의 금속 배선; 및 상기 금속 배선 상에 형성되며 유연성과 절연성을 갖는 제3 절연성 고분자 물질로 이루어진 제2 절연층을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 반도체 소자의 제조 방법은, 유연성과 절연성을 갖는 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판을 형성하는 단계; 유연성과 절연성을 갖는 제2 절연성 고분자 물질로 이루어진 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층을 패터닝하여 다수의 비아홀을 형성하는 단계; 상기 각 비아홀 내에 유연성과 도전성을 갖는 제1 전도성 고분자 물질로 이루어진 다수의 컨택 플러그을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 상에 유연성과 도전성을 갖는 제2 도전성 고분자 물질을 증착하고 패터닝하여 다수의 금속 배선을 형성하는 단계; 및 상기 금속 배선 상에 유연성과 절연성을 갖는 제3 절연성 고분자 물질로 이루어진 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판(1)에 다수의 소자 모듈(3)이 형성된다. 기판(1)은 유연성과 절연성을 갖는 제1 절연성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 절연성 고분자 물질은 폴리이미드(polyimide)일 수 있다. 본 발명에서는 상기 제1 절연성 고분자 물질로 폴리이미드를 예로 들어 설명하였지만, 상기 제1 절연성 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 고분자 물질이 사용되어도 상관없다. 폴리이미드는 절연성과 유연성이 우수한 물질로 널리 알려져 있다. 소자 모듈(3)은 소정의 기능을 갖는 모듈로서, 예컨대 메모리나 로직 회로일 수 있다. 이러한 메모리나 로직 회로에는 다수의 트랜지스터나 저항기나 캐패시터 등이 포함될 수 있다.
상기 소자 모듈(3)을 포함하는 기판(1) 상에 PMD(pr-metallic dielectric)층(5)이 형성되고, 상기 PMD층(5)을 관통하여 상기 각 소자 모듈(3)과 전기적으로 연결된 다수의 컨택 플러그(7)가 형성된다. 상기 PMD층(5)은 유연성과 절연성을 갖는 제2 절연성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다. 본 발명에서는 상기 제2 절연성 고분자 물질로 폴리이미드를 예로 들어 설명하였지만, 상기 제2 절연성 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 고분자 물질이 사용되어도 상관없다. 상기 콘택 플러그는 유연성과 도전성을 갖는 제1 전도성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 전도성 고분자 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이 이외에 상기 제1 전도성 고분자 물질은 유연성과 전도성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
상기 컨택 플러그(7)를 포함하는 상기 PMD층(5) 상에 각 소자 모듈(3)을 전기적으로 연결하기 위해 각 컨택 플러그(7)를 전기적으로 연결한 다수의 금속 배 선(9)이 형성된다. 상기 금속 배선(9)은 유연성과 전도성을 갖는 제2 전도성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제2 전도성 고분자 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이 이외에 상기 제2 전도성 고분자 물질은 유연성과 전도성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
상기 금속 배선(9) 상에 IMD(inter-metallic dielectric)층(11)이 형성된다. 상기 IMD층(11)은 상기 금속 배선(9)을 보호할 수 있다. 필요에 따라, 상기 IMD층(11)을 관통하여 상기 금속 배선(9)이 노출될 수 있다. 이와 같이 노출된 금속 배선(9)은 외부의 다른 소자와 전기적으로 연결되어, 상기 다른 소자로부터 전기적인 신호를 전달받아 금속 배선(9)으로 공급될 수 있다. 상기 IMD층(11)은 유연성과 절연성을 갖는 제3 절연성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 상기 제3 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다.상기 제3 절연성 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자는 기판(1), PMD층(5) 및 IMD층(11)이 유연성과 절연성을 갖는 고분자 물질로 형성되고, 컨택 플러그(7)와 금속 배선(9)이 유연성과 전도성을 갖는 고분자 물질로 형성됨으로써, 종래와 동일한 소자 기능을 가지면서 유연성을 가짐에 따라, 원하는 동작을 수행할 수 있고 나아가 외부의 충격에 의해 소자가 깨지지 않게 되어 제품에 대한 품질을 향상시킬 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 유연성과 절연성을 갖는 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판(1)이 마련된다. 상기 제1 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다. 상기 절연성 제1 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 고분자 물질을 사용해도 상관없다.
상기 기판(1) 상에 소정의 기능을 갖는 다수의 소자 모듈(3)이 형성된다. 소자 모듈(3)은 예컨대 메모리나 로직 회로일 수 있다. 상기 소자 모듈(3)은 통상의 반도체 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 소자 모듈(3)을 포함하는 기판(1) 상에 유연성과 절연성을 갖는 제2 절연성 고분자 물질을 증착하여 PMD층(5)을 형성한다. 상기 제2 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다. 상기 절연성 제2 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 고분자 물질을 사용해도 상관없다.
상기 PMD층(5)을 패터닝하여 상기 각 소자 모듈(3)을 노출시켜 다수의 비아홀(6)을 형성한다. 상기 PMD층(5)은 스핀 코팅 공정, CVD 공정 및 공중합 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 증착될 수 있다.
스핀 코팅 공정은 점성을 갖는 액체 상태의 제2 절연성 고분자 물질을 기판(1) 상에 적하한 다음, 상기 기판(1)을 회전시켜 원심력에 의해 기판(1)의 전면에 PMD층(5)을 형성한다. 이와 같이 형성된 PMD층(5)은 경화 공정에 의해 경화될 수 있다.
공중합 공정은 모노머(monomer)로 이루어진 제2 고분자 물질을 전해액에 혼합하고, 전기 도금 공정(ECP: electoplating chemical polishing)을 이용한 환원 반응에 의하여 기판(1) 상에 중합 반응을 일으켜 제2 고분자 물질을 형성할 수 있다.
상기 PMD 층은 건식 식각 공정, 습식 식각 공정 및 산소(O2)를 이용한 애싱 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다. 건식 식각 공정, 습식 식각 공정 및 애싱 공정은 널리 공지된 바 있다. 이와 같은 패터닝에 의해 다수의 비아홀(6)이 형성될 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 비아홀(6)(7) 내에 다수의 컨택 플러그(7)를 형성한다. 이를 상세히 설명하면, 소정의 제1 전도성 고분자 물질을 상기 PMD층(5) 상에 형성한다. 제1 전도성 고분자 물질은 스핀 코팅 공정, CVD 공정 및 공중합 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 상기 PMD층(5) 상에 형성될 수 있다. 화학적 기계적 연마(CMP:chemical mechanical polishing) 공정을 PMD층(5)이 노출될 때까지 진행한다. 이에 따라, 컨택 플러그(7)는 PMD층(5) 상에는 형성되지 않고 비아홀(6) 내에만 형성될 수 있다. 상기 제1 전도성 고분자 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어 느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이 이외에 상기 제1 전도성 고분자 물질은 유연성과 전도성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 컨택 플러그(7)를 포함하는 PMD층(5) 상에 제2 전도성 고분자 물질(8)을 스핀 코팅 공정, CVD 공정 및 공중합 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 증착한다. 상기 제2 전도성 고분자 물질(8)은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이 이외에 상기 제2 전도성 고분자 물질(8)은 유연성과 전도성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제2 전도성 고분자 물질(8)을 패터닝하여 상기 컨택 플러그(7)와 전기적으로 연결된 다수의 금속 배선(9)을 형성한다. 상기 PMD층(5) 상에 증착된 제2 전도성 고분자 물질(8)은 건식 식각 공정, 습식 식각 공정 및 산소(O2)를 이용한 애싱 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 패터닝될 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 금속 배선(9) 상에 제3 절연성 고분자 물질을 증착하여 IMP층을 형성한다. 상기 제3 절연성 고분자 물질은 스핀 코팅 공정, CVD 공정 및 공중합 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 상기 금속 배선(9) 상에 증착될 수 있다. 상기 IMD층(11)은 유연성과 절연성을 갖는 제3 절연성 고분자 물 질로 이루어질 수 있다. 상기 제3 절연성 고분자 물질은 폴리이미드일 수 있다.상기 제3 절연성 고분자 물질은 유연성과 절연성을 갖는 어떠한 물질이 사용되어도 상관없다.
이상의 설명은 금속 배선을 패터닝 공정에 의해 형성하는 subtractive 방식이다. 이와 같은 subtractive 방식은 종래에 알루미늄(Al)과 같이 패터닝이 용이한 물질을 패터닝하여 금속 배선을 형성하는 경우에 널리 사용되었다.
하지만, 본 발명은 다마신 방식에도 동일하게 적용될 수 있다. 다마신(damascene) 방식은 종래에 패턴 형성이 용이하지 않은 구리(Cu)와 같은 물질을 트렌치 내에 갭필(gapfill)시킨 후 화학적 기계적 연마 공정을 이용하여 금속 배선을 형성하는 경우에 널리 사용되었다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자는 subtractive 방식이나 다마신 방식의 어느 경우에도 용이하게 적용할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판이나 절연성을 갖는 층 그리고 컨택 플러그나 금속 배선 모두를 유연성을 갖는 고분자 물질로 형성함으로써, 외부의 충격에 의해 깨지는 것을 방지할 수 있고 휨이 필요한 어떠한 장소에도 적용이 가능하므로 제품 적용 가능성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제품에 대한 품질을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니 하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
Claims (9)
- 다수의 소자 모듈들을 포함하고, 절연체인 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판;상기 기판상에 형성되고, 비아홀을 가지며, 절연체인 제2 절연성 고분자 물질로 이루어진 제1 절연층;상기 비아홀에 형성되며, 도전체인 제1 전도성 고분자 물질로 이루어진 컨택 플러그;상기 제1 절연층 상에 상기 컨택 플러그와 전기적으로 연결되도록 형성되며, 도전체인 제2 도전성 고분자 물질로 이루어진 배선; 및상기 배선상에 형성되며, 절연체인 제3 절연성 고분자 물질로 이루어진 제2 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 절연성 고분자 물질은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 전도성 고분자 물질 및 제2 도전성 고분자 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 절연체인 제1 절연성 고분자 물질로 이루어진 기판을 형성하는 단계;상기 기판 상에 절연체인 제2 절연성 고분자 물질로 이루어진 제1 절연층을 형성하는 단계;상기 제1 절연층을 패터닝하여 비아홀을 형성하는 단계;상기 비아홀 내에 도전체인 제1 전도성 고분자 물질로 이루어진 컨택 플러그를 형성하는 단계;상기 제1 절연층 상에 도전체인 제2 도전성 고분자 물질을 증착하고 패터닝하여 배선을 형성하는 단계; 및상기 배선상에 절연체인 제3 절연성 고분자 물질로 이루어진 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 절연성 고분자 물질은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 전도성 고분자 물질 및 제2 도전성 고분자 물질은 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리피롤(polypyrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리p페닐렌비닐렌(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리3,4에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4 ethylenedioxy thiophene)), 폴리티에닐렌비닐렌(poly(thienylene vinylene))으로부터 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연층 및 상기 배선은 스핀 코팅 방식, CVD 방식 및 공중합 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 증착되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 절연층과 상기 배선은 건식 식각 공정, 습식 식각 공정 및 산소(O2)를 이용한 애싱 공정 중 어느 하나의 공정을 이용하여 패터닝되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 배선은 subtractive 방식 및 다마신 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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