KR20020055474A - Substrate structure for integrated systems and the method for manufacturing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적 시스템을 위한 기판(또는 웨이퍼) 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 탄성표면파(Surface Acoustic Wave; 이하 SAW)를 이용한 수동 소자와 능동 소자를 하나의 칩에 집적화시키기 위한 기판 구조와 집적화시키는 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a substrate (or wafer) structure for an integrated system and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a substrate structure for integrating a passive element and an active element using a surface acoustic wave (SAW) and a single chip, and a manufacturing method for integrating the same.
최근 하나의 칩에 다수의 소자를 집적화시켜 시스템을 구성하는 에스.오.씨(System On Chip)에 대한 연구가 큰 부가가치를 창출하는 것으로 알려져 많은 연구를 수행하고 있다. 특히, RF 영역에서 집적화된 시스템을 구성하기 위해서는 트랜지스터와 같은 능동(active) 부품과 안정도(Q) 값이 큰 인덕터나 필터를 한 칩(chip)에 구성하는 것이 필요하다.Recently, research on S.O.C (System On Chip), which forms a system by integrating a large number of devices in one chip, is known to create a great added value, and many studies have been conducted. In particular, in order to construct an integrated system in the RF domain, it is necessary to configure an active component such as a transistor and an inductor or a filter having a high stability (Q) value on one chip.
기존의 방법으로는 금속 공정의 발달과 기판의 저항 증가를 통해 비교적 높은 안정도(Q) 값을 갖는 인덕터를 하나의 칩에 집적할 수 있었으나 여전히 주파수가 높아지면 기판에 의한 영향을 받을 수 밖에 없고, 같은 기판에 만들어지는 트랜지스터 또한 기판의 영향을 받아 그 특성이 저하되었다.In the conventional method, the inductor having a relatively high stability (Q) value can be integrated in one chip through the development of the metal process and the increase in the resistance of the substrate. However, when the frequency is increased, it is inevitably affected by the substrate. Transistors made on the same substrate were also affected by the substrate and degraded.
이런 의미에서 절연성 기판을 사용할 수 있으면 고주파 특성을 크게 개선할 수 있음은 물론이다. 고주파(RF) 시스템은 고성능의 필터를 필요로 하는데, 현재 유망하게 사용되는 것은 안정도(Q) 값이 큰 SAW 필터이다. 이 필터는 기존의 중간주파수(Intermediate Frequency; IF)나 RF를 포함하는 시스템에서 개별부품 형태로 IC에 연결되거나, 다른 압전성 웨이퍼에서 제작된 후 본딩(bonding)을 통하여 IC에 연결되어 시스템 구현에 사용되었으나, 각각 소형화나 공정의 복잡도 및 소자의 수율에 있어 문제가 있었다.In this sense, the use of an insulating substrate can greatly improve the high frequency characteristics. High frequency (RF) systems require high performance filters, and the most promising ones are SAW filters with high stability (Q) values. The filter is connected to the IC in the form of discrete components in a system containing an existing intermediate frequency (IF) or RF, or manufactured on another piezoelectric wafer and then connected to the IC through bonding to be used for implementing the system. However, there have been problems in miniaturization, process complexity, and device yield, respectively.
즉, SAW를 이용한 수동 소자와 능동 소자 예컨대 트랜지스터나 다이오드를 바로 같은 기판에 집적화할 수 없는 점을 고려하여 IC 칩에 SAW 필터를 본딩하는 연구가 발표되었으나 이는 공정이 복잡하고 어려우며, 패키지에 필요한 와이어(wire) 공정을 이중으로 해야 하는 문제점이 발생되었다.In other words, research on bonding SAW filters to IC chips has been published considering that passive devices and active devices such as SAW cannot be integrated directly on the same substrate. However, the process is complicated and difficult, and the wire required for the package has been published. A problem arises in that the process must be doubled.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 기존의 집적회로 공정을 이용하여 능동 소자(트랜지스터 및 다이오우드)와 높은 안정도(Q) 값을 가진 고성능의 SAW 소자를 함께 집적화할 수 있는 집적 시스템을 위한 기판의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, the present invention can integrate the active device (transistor and diode) and the high performance SAW device having a high stability (Q) value using the existing integrated circuit process. It is an object of the present invention to provide a structure of a substrate for an integrated system.
또한, 본 발명은 상기 기판 구조를 이용함으로서 IC와 SAW 소자를 집적화할 수 있는 집적 시스템을 위한 기판 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a substrate manufacturing method for an integrated system capable of integrating IC and SAW devices by using the substrate structure.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은 절연성과 압전성을 동시에 갖는 단결정 기판 상에 비정질 산화막을 형성하고 그 위에 단결정 실리콘막을 형성하여 하나의 기판에 능동소자(트랜지스터 및 다이오우드)와 고성능 SAW 소자를 제작할 수 있는 기판 구조와 이를 바탕으로 상기 기판에 트랜지스터와 SAW 소자를 집적화하는 집적 시스템을 위한 기판 구조 및 그 제조방법이 제시된다.As a technical idea for achieving the above object of the present invention, the present invention forms an amorphous oxide film on a single crystal substrate having both insulation and piezoelectricity, and forms a single crystal silicon film thereon, thereby forming an active element (transistor and diode) on one substrate. A substrate structure for fabricating a high performance SAW device, and a substrate structure for an integrated system integrating transistors and SAW devices on the substrate and a method of manufacturing the same are provided.
도 1은 본 발명에 따라 압전성과 절연성을 동시에 갖는 단결정 기판의 구조를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing the structure of a single crystal substrate having both piezoelectricity and insulation in accordance with the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 단결정 기판을 이용하여 동일 칩(chip) 상에 트랜지스터와 SAW 소자를 같이 집적한 구조의 단면도FIG. 2 is a cross-sectional view of a structure in which transistors and SAW devices are integrated together on the same chip using the single crystal substrate shown in FIG.
도 3a 내지 도 3d는 스마트 컷(smart cut)법을 이용하여 도 1에 도시된 단결정 기판의 구조를 형성하기 위한 공정 단면도3A to 3D are cross-sectional views of a process for forming the structure of the single crystal substrate shown in FIG. 1 using the smart cut method.
도 4a 내지 도 4d는 소자 웨이퍼(Device wafer)로 SOI 웨이퍼를 이용하여 도 1에 도시된 단결정 기판의 구조를 형성하기 위한 공정 단면도4A to 4D are cross-sectional views for forming a structure of the single crystal substrate shown in FIG. 1 using an SOI wafer as a device wafer.
도 5a 내지 도 5d는 도 1에 도시된 단결정 기판 상에 트랜지스터와 SAW 소자를 함께 집적화하기 위한 과정의 공정 단면도5A to 5D are cross-sectional views of a process for integrating a transistor and a SAW device together on the single crystal substrate shown in FIG.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예로서 도 1에 도시된 압전성과 절연성을 동시에 갖는 단결정 기판 위에 버퍼층 없이 바로 실리콘 필름을 갖는 웨이퍼 구조를 나타낸 공정 단면도6A to 6C are cross-sectional views illustrating a wafer structure in which a silicon film is directly provided on a single crystal substrate having both piezoelectric and insulating properties as shown in FIG. 1 without a buffer layer.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 단결정 기판 20: 비정질 절연막10: single crystal substrate 20: amorphous insulating film
30: 단결정 실리콘막 35: 액티브영역30: single crystal silicon film 35: active region
40: 제 1절연막 50: 게이트전극40: first insulating film 50: gate electrode
60: 제 2절연막 70: 제 1금속막 패턴60: second insulating film 70: first metal film pattern
80: 제 3절연막 90: 제 2금속막 패턴80: third insulating film 90: second metal film pattern
100: 실리콘기판 120: 실리콘영역100: silicon substrate 120: silicon area
140,160,220: 산화막 200: 비정질 실리콘막140, 160, 220: oxide film 200: amorphous silicon film
이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따라 압전성과 절연성을 동시에 갖는 단결정 기판의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a single crystal substrate having both piezoelectricity and insulation in accordance with the present invention.
도 1의 구조를 살펴보면, 단결정 기판(10) 상에는 비정질 절연막(20)이 형성되어 있으며, 그 상부에는 단결정 실리콘막(30)이 적층되어 있다.Referring to the structure of FIG. 1, an amorphous insulating film 20 is formed on a single crystal substrate 10, and a single crystal silicon film 30 is stacked on the single crystal substrate 10.
단결정 기판(10)은 압전성(piezoelectricity)과 절연성을 동시에 갖으며, 예컨대 압전성을 보이는 기판의 결정방향을 가진 쿼트(quartz)를 사용할 수 있다.The single crystal substrate 10 may have piezoelectricity and insulation at the same time. For example, a quartz having a crystal direction of the substrate exhibiting piezoelectricity may be used.
이와 같은 압전성 단결정 기판(10) 위에는 비정질 절연막(20)을 형성하는데, 이는 압전성 단결정 기판(10)과 실리콘막 사이의 열팽창 계수 차이를 해결할 수 있는 일종의 버퍼층 역할을 하기 때문이며, 그 예로서 실리콘 산화막을 사용된다.The amorphous insulating film 20 is formed on the piezoelectric single crystal substrate 10 because it serves as a kind of buffer layer that can solve the difference in thermal expansion coefficient between the piezoelectric single crystal substrate 10 and the silicon film. Used.
또한, 상기 버퍼층 역할의 비정질 절연막(20)은 실리콘 집적회로 공정과정에서 단결정 실리콘막(30)과 단결정 기판(10) 사이의 열 팽창 계수 차이를 흡수하여 제작이 원할히 이루어 지도록 한다.In addition, the amorphous insulating film 20 serving as the buffer layer absorbs the difference in thermal expansion coefficient between the single crystal silicon film 30 and the single crystal substrate 10 in a silicon integrated circuit process so that the fabrication is smoothly performed.
비정질 절연막(20)의 두께는 1 nm ∼ 2 m Å 사이의 값에서 적절한 값이 선택될 수 있다. 또한, 단결정 실리콘막(30)에서 만들어지는 트랜지스터와 압전성 단결정 기판(10)을 격리시켜 압전성으로 인한 소자의 특성저하를 막을 수 있다.As for the thickness of the amorphous insulating film 20, an appropriate value may be selected from a value between 1 nm and 2 mPa. In addition, the transistor formed in the single crystal silicon film 30 and the piezoelectric single crystal substrate 10 may be isolated to prevent deterioration of device characteristics due to piezoelectricity.
이 때, 단결정 실리콘막(30)의 두께는 구현하고자 하는 트랜지스터의 종류에 따라 달라지는데 예컨대 모스(MOS) 소자를 SAW 필터와 같이 집적하고자 하면 비교적 얇은 두께의 실리콘 필름을 사용하며, 바이폴라 트랜지스터와 같은 소자를 집적화하고자 할 때는 1 m Å 정도 또는 그 이상의 다소 두꺼운 실리콘 필름을 사용할 수 있다.In this case, the thickness of the single crystal silicon film 30 varies depending on the type of transistor to be implemented. For example, when a MOS device is integrated with a SAW filter, a silicon film having a relatively thin thickness is used, and a device such as a bipolar transistor is used. If you want to integrate a rather thick silicon film of about 1 m 또는 or more can be used.
도 2는 도 1에 도시된 기판 구조에 MOS 트랜지스터와 SAW 필터를 함께 집적회로 공정을 이용하여 구현한 최종 단면도를 나타낸 것이다.FIG. 2 is a final cross-sectional view of an integrated circuit process using a MOS transistor and a SAW filter in the substrate structure illustrated in FIG. 1.
도 2를 살펴 보면, 기판은 크게 소자 영역(a)과 SAW 영역(b)으로 나뉘어지며, 소자 영역(a)의 단결정 기판(10) 상부에는 비정질 절연막(20)이 증착되어 있다. 비정질 절연막(20) 상부의 소정 부위에는 액티브영역(35)이 정의되어 있으며, 나머지 영역은 절연을 위한 제 1절연막(40)(예; 산화막)이 적층되어 있다.Referring to FIG. 2, the substrate is divided into an element region a and an SAW region b, and an amorphous insulating layer 20 is deposited on the single crystal substrate 10 of the element region a. An active region 35 is defined in a predetermined portion of the amorphous insulating layer 20, and a first insulating layer 40 (eg, an oxide layer) for insulating is stacked in the remaining region.
제 1절연막(40)의 상부에는 제 1금속층과 소자 사이의 절연을 위한 제 2절연막(60)(예; 산화막)이 형성되어 있으며, 액티브영역(35)으로 정의된 상부에는 게이트전극(50)이 형성되어 있다.A second insulating layer 60 (eg, an oxide film) is formed on the first insulating layer 40 to insulate the first metal layer from the device, and the gate electrode 50 is formed on the upper portion of the first insulating layer 40. Is formed.
제 2절연막(60)이 식각된 콘택 부위에는 제 1금속막 패턴(70)이 형성되어 있으며, 그 상부의 전표면에는 제 1금속층과의 절연을 위한 제 3절연막(80)(예; 산화막)이 형성되어 있다.A first metal film pattern 70 is formed on the contact portion where the second insulating film 60 is etched, and a third insulating film 80 (eg, an oxide film) for insulating the first metal layer is formed on the entire surface of the second insulating film 60. Is formed.
제 1금속막 패턴(70) 상부와 접촉되는 비아콘택 부위에는 제 2금속막 패턴(90)이 형성되어 있으며, SAW영역(b)의 단결정 기판(10) 상부에도 제 2금속막 패턴(90)이 형성되어 있다.The second metal film pattern 90 is formed on the via contact portion in contact with the upper portion of the first metal film pattern 70. The second metal film pattern 90 is also formed on the single crystal substrate 10 in the SAW region b. Is formed.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 IC 칩에 SAW 필터가 형성된 쿼트(quartz) 기판을 접합(bonding)하여 형성한 기존의 구조에 비해 훨씬 단순하며, 공정상의 복잡도나 수율의 향상을 기대할 수 있다.As shown in FIG. 2, the present invention is much simpler than a conventional structure formed by bonding a quart substrate on which an SAW filter is formed on an IC chip, and can improve process complexity and yield. have.
즉, 기존의 방법은 패키징을 위해 IC 칩과 본딩된 SAW 필터 칩에 각각 와이어(wiring) 작업을 2번 해야 하는 부담이 있다. 또한, 본딩되는 SAW 필터 칩을 통해 IC 칩의 패드(pad)가 드러나도록 해야 하기 때문에 두꺼운 SAW 필터의 기판에 관통 구멍(through-hole)을 형성해야 하는 어려움이 있었다.In other words, the conventional method has a burden of wiring twice for each IC chip and bonded SAW filter chip for packaging. In addition, since the pad of the IC chip must be exposed through the bonded SAW filter chip, there is a difficulty in forming a through-hole in the substrate of the thick SAW filter.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시된 단결정 기판의 구조를 형성하기 위한 공정 단면도로서 SOI(Silicon On Insulator)를 만드는 방법 중의 하나인 스마트 컷(smart cut) 방법을 이용한다. 간단히 그 과정을 언급하면 다음과 같다.3A to 3D illustrate a process cross-sectional view for forming the structure of the single crystal substrate illustrated in FIG. 1, and use a smart cut method, which is one of methods for making a silicon on insulator (SOI). In brief, the process is as follows.
도 3a를 살펴보면, 먼저 임플란트 공정을 이용하여 높은 도즈(1016cm-2이상)의 수소 이온을 실리콘 기판(100)에 적정 깊이로 이온 주입함으로서 실리콘영역(120)을 형성하며, 수소 이온은 실리콘 표면에 있는 1 nm ∼ 500 nm Å 두께의 산화막(140)을 통해 이온 주입된다.Referring to FIG. 3A, a silicon region 120 is formed by first implanting a high dose (10 16 cm −2 or more) of hydrogen ions into a silicon substrate 100 at an appropriate depth by using an implant process. Ion implantation is carried out through an oxide film 140 having a thickness of 1 nm to 500 nm.
이때, 이온 주입 에너지에 의해 주입되는 이온의 침투 범위(Rp)가 결정되며,이것은 결국 최종 형성되는 단결정 실리콘막(30)의 두께로 직결된다.At this time, the penetration range Rp of the ions implanted by the ion implantation energy is determined, which is directly connected to the thickness of the single crystal silicon film 30 finally formed.
도 3b를 살펴 보면, 압전성과 절연성을 동시에 가진 단결정 기판(10) 위에 열 팽창계수를 완화할 수 있는 비정질 절연막(20)(예; 산화막)이 형성되어 있는 핸들 웨이퍼(handle wafer)를 보이고 있다.Referring to FIG. 3B, a handle wafer in which an amorphous insulating film 20 (for example, an oxide film) is formed on the single crystal substrate 10 having both piezoelectricity and insulation property to relax the thermal expansion coefficient is shown.
도 3c를 살펴 보면, 도 3a의 소자 웨이퍼(Device wafer)를 도 3b의 핸들 웨이퍼에 본딩하는데, 도 3a의 산화막(140)과 핸들 웨이퍼 상의 산화막 즉, 비정질 절연막(20)이 본딩 인터페이싱(interfacing)이 되는 경우 산화막-산화막이 본딩되기 때문에 본딩의 결합력이 다른 경우에 비해 높아진다.Referring to FIG. 3C, the device wafer of FIG. 3A is bonded to the handle wafer of FIG. 3B. The oxide film 140 of FIG. 3A and the oxide film on the handle wafer, that is, the amorphous insulating film 20, are bonded to each other. In this case, since the oxide film-oxide film is bonded, the bonding strength of the bonding becomes higher than in the other cases.
이 때, 웨이퍼(Wafer)들을 본딩하고 열을 가하게 되면 도 3a의 소자 웨이퍼(device wafer)는 수소가 이온주입된 영역을 따라 잘라지게 된다.At this time, when the wafers are bonded and heat is applied, the device wafer of FIG. 3A is cut along the region where hydrogen is implanted.
그 후, 남아있는 실리콘막의 표면에 소자를 만들기 위해서는 경면을 만들어야 하는데 이를 위해 화학적·기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정을 수행하여 단결정 실리콘막(30)을 형성함으로써 도 3d와 같은 기판 구조가 형성되며, 여기에 집적회로 공정을 거처 능동소자와 SAW 필터를 같이 집적화 할 수 있다.Thereafter, in order to make a device on the surface of the remaining silicon film, a mirror surface must be made. To this end, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to form a single crystal silicon film 30, thereby providing a substrate structure as shown in FIG. 3D. The active element and the SAW filter can be integrated together through an integrated circuit process.
도 4a 내지 도 4d는 소자 웨이퍼(Device wafer)로 기존의 SOI 웨이퍼를 이용하여 도 1에 도시된 단결정 기판의 구조를 형성하기 위한 공정 단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views for forming a structure of the single crystal substrate shown in FIG. 1 using a conventional SOI wafer as a device wafer.
도 4a를 살펴 보면, 소자 웨이퍼(Device wafer)인 SOI 웨이퍼를 본딩하기 전에 단결정 실리콘막(30) 표면 위에 1 nm ∼ 2 m Å 두께의 산화막(140)을 형성한다.Referring to FIG. 4A, an oxide film 140 having a thickness of 1 nm to 2 mÅ is formed on the surface of the single crystal silicon film 30 before bonding the SOI wafer, which is a device wafer.
도 4b를 살펴 보면, 먼저 압전성과 절연성을 동시에 가진 단결정 기판(10) 위에 열 팽창계수를 완화하는 비정질 절연막(20)(예; 산화막)이 형성되어 있는 핸들 웨이퍼를 보이고 있다.Referring to FIG. 4B, first, a handle wafer in which an amorphous insulating film 20 (for example, an oxide film) is formed on the single crystal substrate 10 having both piezoelectricity and insulation property is alleviated.
도 4c를 살펴 보면, 산화막(140) 표면을 핸들 웨이퍼의 산화막 즉, 비정질 절연막(20) 표면에 접촉하여 본딩하게 되면 결국 산화막-산화막이 본딩되어 접합 계면의 결합력이 높아지게 된다.Referring to FIG. 4C, when the surface of the oxide film 140 is bonded to the oxide film of the handle wafer, that is, the surface of the amorphous insulating film 20, the oxide film-oxide film is bonded, thereby increasing the bonding strength of the bonding interface.
도 4d를 살펴 보면, 본딩 후 SOI 웨이퍼의 기판 실리콘과 배리드 산화막(Buried Oxide; BOX) 즉, 산화막(160)를 제거하고 CMP 공정을 거쳐 경면의 소자를 만들 수 있는 웨이퍼 구조가 형성된다.Referring to FIG. 4D, after bonding, a wafer structure capable of removing a substrate silicon and a buried oxide (BOX), that is, an oxide layer 160, of a SOI wafer and forming a mirror surface device through a CMP process is formed.
도 5a 내지 도 5d는 도 1에 도시된 단결정 기판 상에 트랜지스터와 SAW 소자를 함께 집적화하기 위한 과정의 공정 단면도로서 도 1의 기판 구조에 MOS 트랜지스터와 SAW 필터를 집적화하는 과정을 나타낸 것이다.5A through 5D are cross-sectional views illustrating a process of integrating a transistor and an SAW device together on the single crystal substrate illustrated in FIG. 1, and illustrate a process of integrating a MOS transistor and an SAW filter in the substrate structure of FIG. 1.
도 5a를 살펴 보면, 단결정 기판(10) 상에 비정질 절연막(20)과 제 1절연막(40)(예; 산화막)을 순차적으로 적층한다.5A, an amorphous insulating film 20 and a first insulating film 40 (eg, an oxide film) are sequentially stacked on the single crystal substrate 10.
이 때, 제 1절연막(40)의 일부에 액티브(active)영역(35)을 정의하고, 나머지 영역은 절연을 위해 산화막을 형성하였다.In this case, an active region 35 is defined in a portion of the first insulating layer 40, and an oxide layer is formed in the remaining region for insulation.
또한, 후속 공정의 도 5d 에서와 같이 SAW 필터를 만들기 위한 영역에는 모두 산화막을 형성 하였으나, 공정에 따라 SAW 필터가 제작될 영역에 제 1절연막(20)을 남겨두고 나중에 제거하여 SAW 필터를 형성할 수 있음은 당연하다.In addition, as shown in FIG. 5D of the subsequent process, all the oxide films are formed in the region for making the SAW filter, but according to the process, the first insulating film 20 is left in the region where the SAW filter is to be manufactured, and then the SAW filter is removed later. Of course it can.
도 5b를 살펴 보면, 상기 액티브영역(35)에 예컨대, 소오스영역과, 드레인영역과, 게이트산화막과, 게이트전극을 구비하는 MOS 트랜지스터를 형성한 후, 그 상부에 제 2절연막(60)(예; 산화막)을 증착하여 제 1금속층과 소자 사이의 절연을 할 수 있도록 하였다.Referring to FIG. 5B, a MOS transistor including, for example, a source region, a drain region, a gate oxide film, and a gate electrode is formed in the active region 35, and then a second insulating layer 60 (eg An oxide film) was deposited so as to insulate the first metal layer from the device.
여기서, MOS 트랜지스터를 예로서 제작하는 공정을 예를 들었으나, 바이폴라 소자나 기타 다른 소자를 제작하는 것도 가능하다. 또한, 제작될 소자의 구조에 따라 실리콘 필름 즉, 단결정 절연막(30)의 두께가 결정되며, 단결정 절연막(30)은 5 nm ∼ 5 m Å 로 형성할 수 있다.Here, although the process of manufacturing a MOS transistor as an example was given, it is also possible to manufacture a bipolar element or other elements. In addition, the thickness of the silicon film, that is, the single crystal insulating film 30 is determined according to the structure of the device to be manufactured, and the single crystal insulating film 30 may be formed at 5 nm to 5 m Å.
도 5c를 살펴 보면, 상기 액티브영역(35)의 소스/드레인 접촉을 위한 콘택홀(contact hole)을 형성한 후 기존의 금속배선 공정을 수행하여 제 1금속막 패턴(70)을 형성한다.Referring to FIG. 5C, after forming a contact hole for source / drain contact of the active region 35, a first metal layer pattern 70 is formed by performing a conventional metallization process.
이어서, 그 상부에 제 1금속층 사이의 절연을 위한 제 3절연막(80)(예; 산화막)을 증착하고 제 1금속층과 제 2금속층을 접촉하기 위한 창인 비아(via) 콘택홀을 형성한 후, 여분의 마스크를 이용하여 SAW 필터가 제작될 영역의 제 3,2,1절연막(60)(40)(20)을 순차적으로 제거한다.Subsequently, a third insulating film 80 (for example, an oxide film) for insulating between the first metal layer is deposited thereon, and a via contact hole, which is a window for contacting the first metal layer and the second metal layer, is formed. Using the extra mask, the third, second and first insulating films 60, 40 and 20 in the region where the SAW filter is to be manufactured are sequentially removed.
이때, SAW 영역에 실리콘 필름 즉, 단결정 절연막(30)이 남아있는 경우에는 이를 함께 제거한다.In this case, when the silicon film, that is, the single crystal insulating film 30 remains in the SAW region, it is removed together.
도 5d를 살펴 보면, 상기 결과물 전표면에 제 2 금속층을 증착하고 패턴닝하여 제 2금속막 패턴(90)를 형성함으로서 트랜지스터와 SAW 필터 사이의 인터컨넥션(interconnection)을 하면서 동시에 SAW 필터를 위한 금속 패턴을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5D, the second metal layer is deposited and patterned on the entire surface of the resultant to form a second metal layer pattern 90, thereby interconnecting the transistor and the SAW filter while simultaneously forming a metal for the SAW filter. Patterns can be formed.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예로서 도 1에 도시된 압전성과 절연성을 동시에 갖는 단결정 기판 위에 버퍼층 없이 바로 실리콘 필름을 갖는 웨이퍼 구조를 나타낸 공정 단면도이다.6A to 6C are cross-sectional views illustrating a wafer structure having a silicon film without a buffer layer on a single crystal substrate having both piezoelectric and insulating properties shown in FIG. 1 as another embodiment of the present invention.
도 6은 도 1에서 보인 기판 구조와 유사한 구조를 구현하기 위한 공정으로서 주요 특징은 기판의 본딩과 에치-백(etch-back)의 과정을 거치지 않기 때문에 제조 공정이 간단하다고 할 수 있다.FIG. 6 is a process for implementing a structure similar to that of the substrate shown in FIG. 1, and a major feature is that the fabrication process is simple because the substrate is not bonded and etched back.
도 6a를 살펴 보면, 절연성과 압전성이 동시에 있는 단결정 기판(10) 상에 열팽창 계수 차이를 완화할 수 있도록 버퍼층 없이 비정질 실리콘막(200)을 증착한다.Referring to FIG. 6A, an amorphous silicon film 200 is deposited without a buffer layer on the single crystal substrate 10 having both insulation and piezoelectricity to alleviate the difference in thermal expansion coefficient.
도 6b 및 도 6c를 살펴 보면, 비정질 실리콘막(200) 상에 산화막(220)을 증착하고 열을 가하면 비정질 실리콘막(200)은 압전성과 절연성을 동시에 가진 단결정 기판(10)을 시드(seed)로 하여 일종의 재결정화가 이루어진 단결정 실리콘막(30)이 도 6c에서와 같이 형성된다.6B and 6C, when the oxide film 220 is deposited on the amorphous silicon film 200 and heated, the amorphous silicon film 200 seeds the single crystal substrate 10 having both piezoelectric and insulating properties. As a result, a single crystal silicon film 30 having a kind of recrystallization is formed as shown in Fig. 6C.
이러한 방법은 다소 결정의 결함이 예상되지만 공정이 상대적을 간단하다는 장점이 있다. 그러나, 집적회로 공정과정에서 열팽창 계수 차이에 위한 문제를 유발할 수 있다.This method has the advantage that the process is relatively simple, although some crystal defects are expected. However, it may cause a problem for the difference in thermal expansion coefficient during the integrated circuit process.
따라서, 최종 기판 구조인 도 6c는 도 1의 내용과 거의 유사하나 비정질 절연막(20)에 해당하는 버퍼층이 제외되어 있다. 이 기판 구조는 앞서 언급한 것과 같이 압전성과 절연성을 동시에 가진 기판 위에 비정질 실리콘막(200)을 바로 형성한 것으로 비교적 싼 가격에 기판을 형성할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the final substrate structure of FIG. 6C is almost similar to that of FIG. 1, but the buffer layer corresponding to the amorphous insulating film 20 is excluded. As described above, the substrate structure is formed by directly forming an amorphous silicon film 200 on a substrate having both piezoelectricity and insulation property, and thus, the substrate can be formed at a relatively low price.
이 때, 비정질 실리콘막(200)의 두께는 도 1의 내용에서와 같이 구현하고자 하는 소자의 종류에 따라 변하게 된다.At this time, the thickness of the amorphous silicon film 200 is changed according to the type of device to be implemented as shown in FIG.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 집적 시스템을 위한 기판 구조 및 그 제조방법에 따르면, 기존의 경우 처럼 IC 칩과 SAW 소자를 갖는 칩을 본딩 하였으나, 본 발명은 IC 소자와 SAW 소자가 양립할 수 있는 웨이퍼(또는 기판) 구조를 만들기 때문에 같은 하나의 칩 상에 모두 집적화할 수 있다.As described above, according to the substrate structure for the integrated system and the manufacturing method thereof according to the present invention, the IC chip and the chip having the SAW element are bonded as in the conventional case, but the present invention is compatible with the IC element and the SAW element. Because it creates a wafer (or substrate) structure, they can all be integrated on the same chip.
따라서, 본 발명은 기존의 기판 구조에 비해 휠씬 단순할 뿐만 아니라 공정상의 복잡도나 소자의 수율을 향상시킬 수 있어 경제적이고 신뢰성이 더욱 크다고 할 수 있다. 또한, 기생성분의 감소에 의한 성능의 향상을 얻을 수 있다.Therefore, the present invention is not only simpler than the conventional substrate structure, but also can improve the complexity of the process and the yield of the device. In addition, the performance can be improved by reducing the parasitic component.
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