KR101087183B1 - Method for forming thin film resistor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공정 수 및 비용 감소와 소자 특성 향상을 기대할 수 있는 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법에 관한 것이다. 이 방법은, 반도체 기판 상에 트렌치를 갖는 제 1 층간절연막을 형성하는 단계; 트렌치를 매립하는 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 제 1 금속배선을 포함한 제 1 층간절연막 상에 제 1 금속배선의 소정 부분들을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀들을 갖는 제 2 층간절연막을 형성하는 단계; 결과물 상에 박막 레지스터용 금속막을 형성하는 단계; 제 2 층간절연막이 노출될 때까지 박막 레지스터용 금속막을 씨엠피하여 제 1 콘택홀들을 매립하는 다수의 박막 레지스터들을 형성하는 단계; 제 2 층간절연막을 추가적으로 식각하여 제 1 금속배선의 소정 부분을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 제 2 콘택홀을 매립하는 플러그를 형성하는 단계; 및 결과물 상에 박막 레지스터들 및 플러그와 연결되는 제 2 금속배선들을 형성하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method for forming a thin film resistor of a semiconductor device which can be expected to reduce the number of processes and costs and to improve device characteristics. The method includes forming a first interlayer insulating film having a trench on a semiconductor substrate; Forming a first metal interconnect to fill the trench; Forming a second interlayer insulating film having a plurality of first contact holes exposing predetermined portions of the first metal wiring on the first interlayer insulating film including the first metal wiring; Forming a metal film for a thin film resistor on the resultant; CMPing the metal film for the thin film resistor until the second interlayer insulating film is exposed to form a plurality of thin film resistors filling the first contact holes; Additionally etching the second interlayer insulating film to form a second contact hole exposing a predetermined portion of the first metal wiring; Forming a plug to fill the second contact hole; And forming second metal wires connected to the thin film resistors and the plug on the resultant.
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of processes for describing a method of forming a thin film resistor of a conventional semiconductor device.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A to 2D are cross-sectional views of processes for explaining a method of forming a thin film resistor of a semiconductor device according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30: 반도체 기판 31: 제 1 층간절연막30
32: 트렌치 33: 제 1 금속막32: trench 33: first metal film
33a: 제 1 금속배선 34: 제 2 층간절연막33a: first metal wiring 34: second interlayer insulating film
C1,C2,‥‥,Cn: 제 1 콘택홀들 35: 제 2 금속막C 1 , C 2 , ..., C n : first contact holes 35: second metal film
35a: 박막 레지스터들 36: 제 2 콘택홀35a: thin film resistors 36: second contact hole
37: 플러그 38a,38b: 제 2 금속배선들37:
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이고, 특히, 공정 수 및 비용을 감소시킬 수 있고, 소자의 특성 향상을 기대할 수 있는 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a thin film resistor of a semiconductor device, which can reduce the number of processes and costs, and can improve the characteristics of the device.
박막 레지스터는 집적회로에 의해 이용되는 저항기의 형태이고 그 명칭으로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 저항 재료의 박막층으로 형성된다. 실리콘 크롬(SiCr), 니켈 크롬(NiCr), 탄탈륨 나이트라이드(TaN) 및 티타늄 나이트라이드(TiN)를 포함하는 다수의 저항 재료가 박막 레지스터를 형성하는데 이용된다.The thin film resistor is formed of a thin film layer of a resistive material, as can be inferred from its name and in the form of a resistor used by an integrated circuit. A number of resistive materials are used to form thin film resistors, including silicon chromium (SiCr), nickel chromium (NiCr), tantalum nitride (TaN) and titanium nitride (TiN).
도 1a 내지 도 1e는 종래 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views of processes for describing a method of forming a thin film resistor of a conventional semiconductor device.
종래 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법은, 도 1a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(10) 상에 제 1 층간절연막(11)을 형성한 다음, 제 1 층간절연막(11)의 일부분을 소정 두께만큼 식각하여 트렌치(12)를 형성한다. 이어서, 결과물 상에 트렌치(12)를 매립하도록 Cu막(13)을 형성한다.In a conventional method of forming a thin film resistor of a semiconductor device, as shown in FIG. 1A, a first
그런 후에, 도 1b에 도시한 바와 같이, 제 1 층간절연막(11)이 노출될 때까지 Cu막(13)을 씨엠피(chemical mechanical polishing: CMP)하여 트렌치(12)를 매립하는 제 1 금속배선(13a)을 형성한다. 그런다음, 제 1 금속배선(13a)을 포함한 제 1 층간절연막(11) 상에 얼라인 키 형성영역(도시안됨)을 한정하는 감광막 패턴(14)을 형성한다. 그리고나서, 감광막 패턴(14)을 식각 마스크로 이용하여 제 1 층간절연막(11)을 소정 두께만큼 식각하여 얼라인 키(15)를 형성한다.Thereafter, as shown in FIG. 1B, the first metal wiring to fill the
다음으로, 도 1c에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(14)을 제거한 후, 결과물 상에 박막 레지스터용 금속막(16) 및 식각정지막 형성용 절연막(17)을 차례로 형성한다. 박막 레지스터용 금속막(16)으로는 TaNX막을 이용하고, 식각정지막 형성용 절연막(17)으로는 Si3N4막을 이용한다.Next, as shown in FIG. 1C, after the
이어서, 도 1d에 도시한 바와 같이, 식각정지막 형성용 절연막(17) 및 박막 레지스터용 금속막(16)을 선택적으로 식각하여 박막 레지스터(16a) 및 식각정지막(17a)을 형성한다. 그런 후에, 결과물 상에 제 2 층간절연막(18)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, the etch stop film forming
그리고나서, 도 1e에 도시한 바와 같이, 제 2 층간절연막(18)을 선택적으로 식각하여 박막 레지스터(16a) 및 제 1 금속배선(13a)의 소정 부분들을 노출시키는 콘택홀들(c1,c2,c3,c4)을 형성한다. 그런다음, 각각의 콘택홀들(c
1,c2,c3,c4)을 Cu막으로 매립하여 플러그들(19a,19b,19c,19d)을 형성한다. 이후, 결과물 상에 각각의 플러그들(19a,19b,19c,19d)과 각각 연결되는 제 2 금속배선들(20a,20b,20c,20d)을 형성한다.Then, as illustrated in FIG. 1E, the contact holes c 1 and c exposing the predetermined portions of the
그러나, 이러한 종래 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법은, 얼라인 키(15) 형성을 위한 마스크 공정이 추가됨에 따라 공정 수 및 비용이 추가되는 문제점이 있다. 그리고, 박막 레지스터(16a)와 제 2 금속배선들(20a, 20b)의 연결을 위한 플러그(19a, 19b)들이 박막 레지스터(16a)의 소정 부분에 직접적으로 콘택되기 때문에, 박막 레지스터(16a)의 고유한 저항 특성에 변화가 일어나서 소자의 특성이 열화될 수도 있다.
However, the conventional method of forming a thin film resistor of a semiconductor device has a problem in that the number and cost of processes are added as a mask process for forming the
따라서, 본 발명은 선행기술에 따른 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법에 내재되었던 상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은, 공정 수 및 비용을 감소시킬 수 있고, 소자의 특성 향상을 기대할 수 있는 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법을 제공함에 있다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems inherent in the method of forming a thin film resistor of a semiconductor device according to the prior art, and an object of the present invention is to reduce the number of processes and the cost, and The present invention provides a method for forming a thin film resistor of a semiconductor device which can be expected to improve characteristics.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일면에 따라, 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법이 제공되고: 이 방법은, 반도체 기판 상에 트렌치를 갖는 제 1 층간절연막을 형성하는 단계; 트렌치를 매립하는 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 제 1 금속배선을 포함한 제 1 층간절연막 상에 제 1 금속배선의 소정 부분들을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀들을 갖는 제 2 층간절연막을 형성하는 단계; 결과물 상에 박막 레지스터용 금속막을 형성하는 단계; 제 2 층간절연막이 노출될 때까지 박막 레지스터용 금속막을 씨엠피하여 제 1 콘택홀들을 매립하는 다수의 박막 레지스터들을 형성하는 단계; 제 2 층간절연막을 추가적으로 식각하여 제 1 금속배선의 소정 부분을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 제 2 콘택홀을 매립하는 플러그를 형성하는 단계; 및 결과물 상에 박막 레지스터들 및 플러그와 연결되는 제 2 금속배선들을 형성하는 단계;를 포함한다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a method of forming a thin film resistor of a semiconductor device, the method comprising: forming a first interlayer insulating film having a trench on a semiconductor substrate; Forming a first metal interconnect to fill the trench; Forming a second interlayer insulating film having a plurality of first contact holes exposing predetermined portions of the first metal wiring on the first interlayer insulating film including the first metal wiring; Forming a metal film for a thin film resistor on the resultant; CMPing the metal film for the thin film resistor until the second interlayer insulating film is exposed to form a plurality of thin film resistors filling the first contact holes; Additionally etching the second interlayer insulating film to form a second contact hole exposing a predetermined portion of the first metal wiring; Forming a plug to fill the second contact hole; And forming second metal wires connected to the thin film resistors and the plug on the resultant.
본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 제 1 및 제 2 금속배선은 Al 및 Cu로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다.According to another aspect of the present invention, the first and second metal wirings are made of any one selected from the group consisting of Al and Cu.
본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 제 2 층간절연막은 TEOS, OSG 및 FSG로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다. According to another aspect of the invention, the second interlayer insulating film is made of any one selected from the group consisting of TEOS, OSG and FSG.
본 발명의 다른 일면에 따라, 상기 박막 레지스터용 금속막은 TaNX, TiNX, WSiNX, NiCr 및 FeSi로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다.According to another aspect of the invention, the thin film resistor metal film is made of any one selected from the group consisting of TaN X , TiN X , WSiN X , NiCr and FeSi.
본 발명의 또 다른 일면에 따라, 상기 박막 레지스터용 금속막은 CVD, PVD 또는 ALD에 의해 형성된다.According to another aspect of the present invention, the thin film resistor metal film is formed by CVD, PVD or ALD.
(실시예)(Example)
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating processes of forming a thin film resistor of a semiconductor device according to the present invention.
본 발명에 따른 반도체 소자의 박막 레지스터 형성방법은, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30) 상에 제 1 층간절연막(31)을 형성한 다음, 제 1 층간절연막(31)의 일부분을 소정 두께만큼 식각하여 트렌치(32)를 형성한다. 이어서, 결과물 상에 트렌치(32)를 매립하도록 제 1 금속막(33)을 형성한다. 제 1 금속막(33)은 Al 및 Cu로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다.In the method of forming a thin film resistor of a semiconductor device according to the present invention, as shown in FIG. 2A, a first interlayer
그런 후에, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제 1 층간절연막(31)이 노출될 때까지 제 1 금속막(33)을 씨엠피하여 트렌치(32)를 매립하는 제 1 금속배선(33a)을 형성한다. 그 다음, 제 1 금속배선(33a)을 포함한 제 1 층간절연막(31) 상에 제 2 층간절연막(34)을 형성하고 나서, 제 2 층간절연막(34)을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선(33a)의 소정 부분들을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀들(C1,C2,‥‥,C
n) 을 형성한다. 제 2 층간절연막(34)은 TEOS(tetra ethyl ortho silicate), OSG(organo silicate glass) 및 FSG(fluoro silicate glass)로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어지며, 제 2 층간절연막(34)의 두께는 후속으로 형성되는 박막 레지스터의 길이를 결정짓게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 2B, the
그런다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 결과물 상에 박막 레지스터용 제 2 금속막(35)을 형성한다. 제 2 금속막(35)은 TaNX, TiNX, WSiNX, NiCr 및 FeSi로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다. 제 2 금속막(35)은 CVD(chemical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition) 또는 ALD(atomic layer deposition)에 의해 형성된다.Then, as shown in Fig. 2C, a
이어서, 도 2d에 도시한 바와 같이, 제 2 층간절연막(34)이 노출될 때까지 제 2 금속막(35)을 씨엠피하여 제 1 콘택홀들(C1,C2,‥‥,Cn)을 매립하는 다수의 박막 레지스터들(35a)을 형성한다. 그리고나서, 제 2 층간절연막(34)을 추가적으로 식각하여 제 1 금속배선(33a)의 소정 부분을 노출시키는 제 2 콘택홀(36)을 형성한다. 그런다음, 제 2 콘택홀(36)을 Cu막으로 매립하여 플러그(37)를 형성한다.Then, as shown in Figure 2d, the second
이후, 결과물 상에 박막 레지스터들(35a) 및 플러그(37)와 각각 연결되는 제 2 금속배선들(38a,38b)을 형성한다. 제 2 금속배선들(38a,38b)은 Al 및 Cu로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진다.Thereafter,
이와 같은 방법으로 박막 레지스터들(35a)을 형성하면, 얼라인 키를 형성할 필요가 없고, 플러그(37)와 다수의 박막 레지스터들(35a)이 병렬연결되어 플러그 (37)와 박막 레지스터(35a)가 직접적으로 콘택되지 않는다.When the
본 발명의 상기한 바와 같은 구성에 따라, 제 1 금속배선의 소정 부분들을 노출시키는 다수의 제 1 콘택홀들을 갖는 제 2 층간절연막을 형성한 후, 제 1 콘택홀들을 매립하는 다수의 박막 레지스터들을 형성함으로써, 얼라인 키 형성 공정을 생략시켜 공정 수 및 비용을 감소시킬 수 있다. 그리고, 플러그와 다수의 박막 레지스터들이 병렬연결되므로, 플러그와 박막 레지스터가 직접적으로 콘택되지 않는다. 따라서, 박막 레지스터의 고유한 저항 특성이 변화되는 것을 방지하여, 소자의 특성 향상을 기대할 수 있다.According to the above-described configuration of the present invention, after forming a second interlayer insulating film having a plurality of first contact holes exposing predetermined portions of the first metal wiring, the plurality of thin film resistors filling the first contact holes are formed. By forming, the number of steps and cost can be reduced by omitting the alignment key forming step. In addition, since the plug and the plurality of thin film resistors are connected in parallel, the plug and the thin film resistor are not directly contacted. Therefore, it is possible to prevent the inherent resistance characteristics of the thin film resistor from changing and to improve the characteristics of the device.
본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니고 이하의 특허청구의 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not so limited and it is intended that the invention be limited without departing from the spirit or the scope of the invention as defined by the following claims. It will be readily apparent to one of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made.
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