KR100889556B1 - 반도체 소자의 인덕터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 인덕터에 충실도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 인덕터는 나선형 구조의 인덕터 소자에 있어서, 하부구조물이 형성된 반도체 기판과; 반도체 기판상에 적어도 하나 이상의 금속배선층과; 상기 금속배선층 상에 적어도 하나 이상의 인덕터 배선층; 및 상기 인덕터 배선과 반도체 기반 사이에 형성된 공간층을 포함하여 구성된다.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 반도체 기판과 인턱터의 금속 배선이 접촉하는 면적 줄이고, 이들 사이에서 발생하는 커패시터 성분을 제거하기 위하여, 반도체 기판과 인덕터 금속배선 사이에 포토레지스터를 제거함으로써 기판 손실(Substrate loss)를 방지하고 충실도(Quality Factor)를 높여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
충실도, Substarate loss
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 인덕터에 충실도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 인덕터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고주파 집적회로(RF IC)설계에 있어서는 임피던스 정합을 위해 인덕터(Inductor)가 요구되는데, 이때 인덕터의 인덕턴스(Inductance)뿐만 아니라 충실도(Quality Factor)는 정합회로의 성능을 결정하는 중요한 요소이다.
이러한 인덕터를 구현하기 위한 방법으로는 off-chip 인덕터, 본드 와이어 인덕터(bond wire inductor), 나선형 인덕터 등으로 구현이 된다.
이들 각각에 있어서, Off-Chip 인덕터는 소형화 및 원가 상승에 문제가 발생하고, 본드 와이어 인덕터는 우수한 특성을 보이지만 공정상의 문제로 인덕턴스의 오차가 크다는 단점이 있어 주로 인덕턴스의 오차가 적은 나선형 인덕터가 주로 사용된다.
여기서, 나선형 인덕터(Spiral inductor)는 실리콘 기판 위에 다수의 금속배선과, 이들을 절연하기 위한 절연층과, 인덕터 배선을 포함하여 구성된다.
이러한 인덕터에 높은 충실도를 확보하기 위해서는 금속배선에서 발생되는 기생 저항 성분을 줄이는 것과, 기판으로 통하는 와전류(Eddy Current) 및 변위 전류(Displacement Current)의 손실을 줄여야 한다.
그러나, 종래의 인덕터는 실리콘 기판의 비유전율이 비교적 높기 때문에 금속선이 차지하는 면적과 아래쪽 접지 부분 사이에 커패시터 성분이 존재하게 되어 실리콘 기판의 유전 특성에 의한 캐패시터 성분에 의해 에너지가 바닥의 접지면을 통해 빠져나가게 되는 문제점이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 실리콘 기판에 의한 에너지 손실을 줄여 충실도를 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 인덕터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 나선형 구조의 인덕터 소자에 있어서, 하부구조물이 형성된 반도체 기판과; 반도체 기판상에 적어도 하나 이상의 금속배선층과; 상기 금속배선층 상에 적어도 하나 이상의 인덕터 배선층; 및 상기 인덕터 배선과 반도체 기반 사이에 형성된 공간층을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 소자 인덕터의 제조방법은 나선형 구조의 인덕터 소자의 제조방법에 있어서, 하부구조물이 형성된 반도체 기판을 준비하는 제 1 단계와; 반도체 기판상에 적어도 하나 이상의 금속배선층이 형성되는 제 2 단계와; 상기 금속배선층 상에 적어도 하나 이상의 인덕터 배선층이 형성되는 제 3 단계; 및 상기 인덕터 배선층이 형성된 하부에 공간층이 형성되는 제 4 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 인덕터 및 그 제조방법은 반도체 기판과 인턱터의 금속 배선이 접촉하는 면적 줄이고, 이들 사이에서 발생하는 커패시터 성분을 제거하기 위하여, 반도체 기판과 인덕터 금속배선 사이에 포토레지스터를 제거함으로써 기판 손실(Substrate loss)를 방지하고 충실도(Quality Factor)를 높여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 인덕터 제조과정을 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 1을 참조하면, STI(Shallow Trench Isolation)구조로 형성된 복수의 소자분리막(104)과 반도체 소자를 구동하기 위한 복수의 트랜지스터(106)를 갖는 하부 구조물이 형성되어 있는 반도체 기판(102)에 제 1 절연막(108)을 형성한다. 여기서, 제 1 절연막(108)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 및 스퍼터링(Sputtering)등의 증착방법을 이용하여 증착한다. 이때, 제 1 절연막(108)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 또는 유기 절연 물질로 형성된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 절연막(108)을 포토 및 식각 공정으로 패터닝하여 제 1 홀(110)을 형성한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 홀에 제 1 포토레지트(potoresist)(112)를 채우고 상부에 실리레이션(Silylation)하여 제 1 실리레이션막(114)을 형성한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(106)가 형성된 제 1 절연막(108)의 상부에 포토 및 식각 공정을 이용하여 금속 배선이 형성되기 위한 제 1 비아홀(116)을 형성한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 비아홀(116)을 채우고 기판의 전면에 제 1 금속층(118)을 형성된다. 여기서, 제 1 금속층(118)은 전해도금법(ECP; Electro Chemical Plating)으로 형성한다. 이때, 제 1 금속층(118)은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등으로 형성된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제 1 금속층(118)을 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)공정으로 제 1 실리레이션막(114)의 표면이 노출되도록 제 1 금속배선(118a)을 형성한다.
이어, 제 1 실리레이션막(114) 및 제 1 금속배선(118a)을 포함한 제 1 절연막(108)의 전면에 제 2 절연막(120)을 형성한다. 여기서, 제 2 절연막(120)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 및 스퍼터링(Sputtering)등의 증착방법을 이용하여 증착한다. 이때, 제 2 절연막(120)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 또는 유기 절연 물질로 형성된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제 2 절연막(120)을 포토 및 식각 공정으로 제 1 포토레지스(120)가 노출되는 제 2 홀(110a)을 형성한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제 2 홀(110a)에 제 2 포토레지트(122)를 채우고 상부에 실리레이션(Silylation)하여 제 2 실리레이션막(124)을 형성한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제 2 절연막(120)의 상부에 포토 및 식각 공정을 이용하여 금속 배선이 형성되기 위한 제 2 비아홀(126)을 형성한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 제 2 비아홀(126)을 채우고 기판의 전면에 제 2 금속층을 형성한 후 제 2 금속층을 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)공정으로 제 2 실리레이션막(124)의 표면이 노출되도록 제 2 금속배선(128)을 형성한다.
이러한, 일련의 한층을 이루는 금속배선 제조공정을 이용하여, 도 11에 도시된 바와 같이 반도체 기판 상에 복층구조에 다수의 금속배선이 형성된다.
도 11을 참조하면, 하부구조물(104, 106)이 형성된 반도체 기판(102)상에 제 1 절연막(108)과, 제 1 절연막(108)을 패터닝한 후 형성된 제 1 포토레지스트(112)와, 제 1 절연막(108)의 내부에 형성된 제 1 금속배선(118a)과, 제 2 절연막(120)과, 제 2 절연막(120)을 패터닝하여 형성된 제 2 포토레지스트(122), 제 2 절연막(120)의 내부에 형성된 제 2 금속배선(128)과, 제 3 절연막(138)과, 제 3 절연막(138)을 패터닝한 후 형성된 제 3 포토레지스트(130), 제 3 절연막(138)의 내부에 형성된 제 3 금속배선(136)과, 제 4 절연막(140)과, 제 4 절연막(140)을 패터닝한 후 형성된 제 4 포토레지스트(132), 제 4 절연막(140)의 내부에 형성된 제 4 금속배선(142)과, 제 5 절연막(146)과, 제 5 절연막(146)을 패터닝한 후 형성된 제 5 포토레지스트(134), 제 5 절연막(146) 내부에 형성된 제 5 금속배선(144) 및 제 5 포토레지스트(134) 상에 형성된 제 5 실리레이션막(148)을 포함하여 구성된다.
도 12에 도시한 바와 같이 제 5 실리레이션막(148)및 제 5 금속배선(144)을 포함한 제 5 절연막(146)의 전면에 제 6 절연막(150)을 형성한다.
이어, 제 6 절연막(150)을 포토 및 시각 공정으로 패터닝하여 인덕터 배선이 형성될 인덕터 홀(152)을 형성한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 인덕터 홀(152)을 채우고 제 6 절연막(150)의 전면에 인덕터 금속층이 형성된다. 여기서, 인덕터 금속층은 전해도금법(ECP; Electro Chemical Plating)으로 형성한다. 이때, 인덕터 금속층은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등으로 형성된다.
이어, 인턱터 금속층을 화학 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)공정으로 제 6 절연막(150)의 표면이 노출되도록 인덕터 배선(154)을 형성한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제 6 절연막(150) 및 제 5 실리레이션막(148)의 하부에 형성되어 있는 복수의 포토레지스트층(148, 134, 132, 130, 122, 112)의 일부를 포토 및 식각 공정을 이용하여 포토레지스트층을 제거하기 위한 제 3 홀(156)을 형성한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 제 3 홀(156)을 통해 실리레이션막(148) 하부에 형성된 복수의 포토레지스트층(148, 134, 132, 130, 122, 112)을 모두 제거한다.
이러한 인덕터 소자의 제조방법에 의하여 반도체 기판과 인턱터의 금속 배선이 접촉하는 면적 줄이고, 이들 사이에서 발생하는 커패시터 성분을 제거하기 위하여, 반도체 기판과 인덕터 금속배선 사이에 포토레지스터를 제거함으로써 기판 손실(Substrate loss)를 방지하고 충실도(Quality Factor)를 높여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 인덕터의 제조방법을 단계적으로 나타낸 단면도.
Claims (17)
- 나선형 구조의 인덕터 소자에 있어서,하부구조물이 형성된 반도체 기판과;반도체 기판상에 적어도 하나 이상의 금속배선층과;상기 금속배선층 상에 적어도 하나 이상의 인덕터 배선층; 및상기 인덕터 배선층과 반도체 기반 사이에 형성된 공간층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속배선층은,반도체 기판상에 형성된 하부 금속배선층과;상기 하부 금속배선층상에 형성된 상부 금속배선층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 2 항에 있어서,상기 상부 금속배선층은 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 2 항에 있어서,상기 하부 금속배선층은,상기 반도체 기판의 전면에 형성된 하부 절연막과;상기 하부 절연막의 일측을 패터닝하여 형성된 하부홀과;상기 하부홀에 형성된 하부 포토레지스트층과;상기 포토레지스층 상에 실리레이션하여 형성된 실리레이션막과;상기 하부 절연막의 타측을 패터닝하여 형성된 하부 비아홀과;상기 하부 비아홀을 채우고 상기 실리레이션막을 포함한 하부 절연막의 전면에 형성된 하부 금속층과;상기 하부 금속층을 화학 기계적 연마하여 형성된 하부 금속배선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 4 항에 있어서,상기 하부 금속층은 전해도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 4 항에 있어서,상기 상부 금속배선층은,상기 실리레이션막 및 상기 하부 금속배선을 포함한 상기 하부 절연막의 전면에 형성된 상부 절연막과;상기 상부 절연막의 일측을 상기 하부 포토레지스트층이 노출되도록 패터닝하여 형성된 상부홀과;상기 상부홀에 형성된 상부 포토레지스트층과;상기 상부 포토레지스트층을 실리레이션하여 형성된 상부 실리레이션막과;상기 상부 절연막의 타측을 패터닝하여 형성된 상부 비아홀과;상기 상부 비아홀을 채우고 상부 실리레이션막을 포함한 상부 절연막의 전면에 형성된 상부 금속층과;상기 상부 금속층을 상기 상부 실리레이션막이 노출되도록 화학 기계적 연마공정으로 형성된 상부 금속배선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 6 항에 있어서,상기 상부 금속층은 전해도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 제 1 항에 있어서,상기 인덕터 배선층은,상기 금속배선층 상에 형성된 절연막과;상기 절연막을 패터닝하여 형성된 인덕터 홀과;상기 인덕터 홀을 채우고 상기 절연막 전면에 형성된 인덕터 금속층과;상기 인덕터 금속층을 화학 기계적 연막 공정으로 형성된 인덕터 배선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 인덕터.
- 나선형 구조의 인덕터 소자의 제조방법에 있어서,하부구조물이 형성된 반도체 기판을 준비하는 제 1 단계와;반도체 기판상에 적어도 하나 이상의 금속배선층이 형성되는 제 2 단계와;상기 금속배선층 상에 적어도 하나 이상의 인덕터 배선층이 형성되는 제 3 단계; 및상기 인덕터 배선층이 형성된 하부에 공간층이 형성되는 제 4 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 2 단계는,상기 반도체 기판상에 하부 금속배선층을 형성하는 A 단계와;상기 하부 금속배선층 상에 상부 금속배선층을 형성하는 B 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 상부 금속배선층은 적어도 하나 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서 ,상기 A 단계는,상기 반도체 기판에 하부 절연막을 형성하는 단계와;상기 하부 절연막의 일측을 패터닝하여 하부홀을 형성하는 단계와;상기 하부 홀에 하부 포토레지스트를 형성하는 단계와;상기 하부 포토레지스트를 실리레이션하여 하부 실리레이션막을 형성하는 단계와;상기 하부 절연막의 타측을 패터닝하여 하부 비아홀을 형성하는 단계와;상기 하부 비아홀 및 하부 실리레이션막을 포함한 하부 절연막의 전면에 하부 금속층을 형성하는 단계와;상기 하부 금속층을 상기 하부 실리레이션막이 노출되도록 화학 기계적 연마공정으로 하부 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서 ,상기 하부 금속층은 전해도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,제 B 단계는,상기 하부 실리레이션막 및 하부 금속배선을 포함한 하부 절연막의 전면에 상부 절연막을 형성하는 단계와;상기 상부 절연막의 일측을 상기 하부 포토레지스트가 노출되도록 패터닝하여 상부홀을 형성하는 단계와;상기 상부홀에 상부 포토레지스트를 형성하는 단계와;상기 상부 포토레지스트를 실리레이션하여 상부 실리레이션막을 형성하는 단계와;상기 상부 절연막의 타측을 패터닝하여 상부 비아홀을 형성하는 단계와;상기 상부 비아홀 및 상부 실리레이션막을 포함한 상부 절연막의 전면에 상부 금속층을 형성하는 단계와;상기 상부 금속층을 상기 상부 실리레이션막이 노출되도록 화학 기계적 연마공정으로 상부 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서 ,상기 상부 금속배선층은 전해도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,제 3 단계는,상기 금속배선층 상에 절연막을 형성하는 단계와;상기 절연막을 패터닝하여 인덕터 홀을 형성하는 단계와;상기 인덕터 홀을 채우고 상기 절연막 전면에 인덕터 금속층을 형성하는 단계와;상기 인덕터 금속층을 화학 기계적 연막 공정으로 인덕터 배선을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
- 제 16 항에 있어서,제 4 단계는,상기 절연막, 상부 실리레이션막을 관통하고 상기 복수의 포토레지스트층에 일부를 패터닝하여 포토레지스트 제거홀을 형성하는 단계와;상기 포토레지스트 제거홀을 통해 상기 복수의 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 인덕터의 제조방법.
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