KR20110076618A - Semiconductor device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 반도체 소자의 테스트 패턴 및 그 분석 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to a test pattern of a semiconductor device and a method of analyzing the same.
반도체 고집적화 기술의 발달에 따라, 기판상에 캐패시터 소자를 형성하는 기술이 개발된 바 있다. 반도체 소자 형태의 캐패시터로는 PIP(Polysilicon/Insulator/Polysili con)와 MIM(Metal/Insulator/Metal) 형태가 주로 사용된다.With the development of high semiconductor integration technology, a technology for forming a capacitor element on a substrate has been developed. As the semiconductor device type capacitor, PIP (Polysilicon / Insulator / Polysili con) and MIM (Metal / Insulator / Metal) types are mainly used.
반도체 기판 상에 형성된 캐패시터의 고주파영역 측정을 위해서는, 고주파 영역의 측정장비의 정확한 보정작업(RF Calibration 과 PAD De-embedding)을 한 후에 측정결과로부터 품질계수(Quality Factor 혹은 Q-factor)를 추출할 수 있다. 품질계수는 캐패시터의 순수한 캐패시턴스가 기생으로 존재하는 저항성분의 비로 나타낸다. In order to measure the high frequency region of the capacitor formed on the semiconductor substrate, after performing the accurate calibration (RF Calibration and PAD De-embedding) of the measuring equipment of the high frequency region, the quality factor (Q-factor) can be extracted from the measurement result. Can be. The quality factor is expressed as the ratio of resistive components in which the pure capacitance of the capacitor is parasitic.
그런데, 캐패시터가 가지는 캐패시터 성분 이외의, 기생성분(기생 저항, 기생 인덕턴스, 기생 캐패시터 등)이 정확하게 측정되지 못하거나 아주 작은 값을 가지기 때문에 캐패시터의 품질계수가 부정확하게 측정되는 문제점이 있다.However, since the parasitic components (parasitic resistance, parasitic inductance, parasitic capacitor, etc.) other than the capacitor component of the capacitor are not accurately measured or have a very small value, there is a problem that the quality factor of the capacitor is incorrectly measured.
실시예는 반도체 소자 캐패시터의 특성을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 반도체 소자의 테스트 패턴 및 그 분석 방법을 제공한다.The embodiment provides a test pattern of a semiconductor device and an analysis method thereof for enabling accurate measurement of characteristics of a semiconductor device capacitor.
실시예에 의한 반도체 소자의 테스트 패턴은, 기판에 형성된 반도체 소자 캐패시터; 상기 캐패시터의 테스트값 측정을 위해 상기 기판에 형성된 복수개의 GND 패드; 상기 GND 패드 간을 연결하는 복수개의 GND 라인; 상기 캐패시터의 인근에 배치된 신호 패드; 상기 캐패시터와 상기 신호 패드를 연결하는 브릿지; 및 상기 브릿지에 개재되며 상기 캐패시터보다 상대적으로 고저항 값을 갖는 더미 저항체를 포함한다.The test pattern of the semiconductor device according to the embodiment, the semiconductor device capacitor formed on the substrate; A plurality of GND pads formed on the substrate for measuring test values of the capacitors; A plurality of GND lines connecting between the GND pads; A signal pad disposed in the vicinity of the capacitor; A bridge connecting the capacitor and the signal pad; And a dummy resistor interposed in the bridge and having a relatively higher resistance value than the capacitor.
실시예에 의한 반도체 소자의 테스트 패턴의 분석 방법은, 상기 제1항의 반도체 소자의 테스트 패턴을 이용하여 상기 캐패시터와 상기 더미 저항체의 저항을 측정하는 단계와; 상기 측정된 저항에서 상기 더미 저항체의 저항값을 감산하여 상기 캐패시터의 저항을 산출하는 단계를 포함한다.An analysis method of a test pattern of a semiconductor device according to an embodiment may include: measuring resistance of the capacitor and the dummy resistor using the test pattern of the semiconductor device of claim 1; Calculating the resistance of the capacitor by subtracting the resistance value of the dummy resistor from the measured resistance.
실시예에 의하면, 반도체 소자 캐패시터의 특성을 정확하게 측정할 수 있도록 하는 반도체 소자의 테스트 패턴 및 그 분석 방법을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide a test pattern of a semiconductor device and an analysis method thereof for enabling accurate measurement of characteristics of a semiconductor device capacitor.
첨부한 도면을 참조로 하여 실시예들에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 및 그 분석 방법을 구체적으로 설명한다. 이하, "제 1 ", "제 2 " 등으로 언급되는 경우 이는 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 부재들을 구분하고 적어도 두 개를 구비하고 있음을 보여주는 것이다. 따라서, 상기 "제 1 ", "제 2 "등으로 언급되는 경우 부재들이 복수 개 구비되어 있음이 명백하며, 각 부재들이 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수도 있다. 또한, 첨부한 도면의 각 구성요소들의 크기(치수)는 발명의 이해를 돕기 위하여 확대하여 도시한 것이며, 도시된 각 구성요소들의 치수의 비율은 실제 치수의 비율과 다를 수도 있다. 또한, 도면에 도시된 모든 구성요소들이 본 발명에 반드시 포함되어야 하거나 한정되는 것은 아니며 본 발명의 핵심적인 특징을 제외한 구성 요소들은 부가 또는 삭제될 수도 있다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.A test pattern and a method of analyzing the semiconductor device according to the embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, when referred to as "first", "second", etc., this is not intended to limit the members but to show that the members are divided and have at least two. Thus, when referred to as "first", "second", etc., it is apparent that a plurality of members are provided, and each member may be used selectively or interchangeably. In addition, the size (dimensions) of each component of the accompanying drawings are shown in an enlarged manner to help understanding of the invention, the ratio of the dimensions of each of the illustrated components may be different from the ratio of the actual dimensions. In addition, not all components shown in the drawings are necessarily included or limited to the present invention, and components other than the essential features of the present invention may be added or deleted. In the description of an embodiment, each layer (film), region, pattern, or structure is formed “on” or “under” a substrate, each layer (film), region, pad, or pattern. In the case where it is described as "to", "on" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed. Also, the criteria for top, bottom, or bottom of each layer will be described with reference to the drawings. In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
도 1은 실시예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴의 평면도이다.1 is a plan view of a test pattern of a semiconductor device according to an embodiment.
실시예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴은 반도체 캐패시터 소자의 고주파 특성 중 하나인 품질계수(Quality factor)를 정확하게 측정하기 위한 것이다. 반도체 캐패시터 소자는 MIM(Metal-Insulator-Metal) 캐패시터, MOM(Metal-Oxide- Metal) 캐패시터, PIP(Polysilicon-Insulator-Polysilicon) 캐패시터 등을 포함할 수 있다. The test pattern of the semiconductor device according to the embodiment is for accurately measuring a quality factor, which is one of the high frequency characteristics of the semiconductor capacitor device. The semiconductor capacitor device may include a metal-insulator-metal (MIM) capacitor, a metal-oxide-metal (MOM) capacitor, a polysilicon-insulator-polysilicon (PIP) capacitor, or the like.
본 실시예에서 측정 대상이 되는 캐패시터(100)는 메탈(Metal)을 이용하여 하부전극을 형성하고, 그 위에 절연체(Insulator)층을 형성한 후, 절연체 층 위에 다시 메탈을 이용하여 상부전극을 형성하는 형태의 MIM 캐패시터인 경우를 예시하기로 한다. In the present embodiment, the
캐패시터(100)의 측정을 위한 실시예에 따른 테스트 패턴은, 제1 상부 GND 패드(10) 및 제2 상부 GND패드(20)와 이들을 연결하는 상부 GND 라인(15)과, 제2 하부 GND패드(30) 및 제1 하부 GND패드(40)과 이들을 연결하는 하부 GND 라인(35)과, 캐패시터(100)의 양 측에 형성된 제1 신호패드(50) 및 제2 신호패드(60)와, 신호패드(50, 60)와 캐패시터(100)를 연결하는 브릿지(55, 65, 75, 85)와, 양 측 브릿지(55, 65, 75, 85)의 중간에 연결된 제1 더미 저항체(70) 및 제2 더미 저항체(80)를 포함한다.The test pattern according to the embodiment for measuring the
상부 및 하부 GND 패드(10, 20, 30, 40)는 측정을 위한 GND 패드이고, 신호패드(50, 60)는 고주파 신호 입출력을 위한 패드이다. The upper and
제1 상부 GND 패드(10) 및 제2 상부 GND패드(20)와 이들을 연결하는 상부 GND 라인(15)은 반도체 공정에 의한 금속층으로 연결될 수 있다.The first
제1 하부 GND패드(40) 및 제2 하부 GND패드(30)과 이들을 연결하는 하부 GND 라인(35)은 반도체 공정에 의한 금속층으로 연결될 수 있다.The first
여기서, 상부 패드(10, 20) 및 라인의 구성(15)과 하부 패드(30, 40) 및 라 인의 구성(35)은 상호 전기적으로 분리되어 있다. Here, the
또한, 상부 패드(10, 20) 및 라인의 구성(15)과 하부 패드(30, 40) 및 라인의 구성(35)은 캐패시터(100)의 양 측에 형성된 신호패드(50, 60), 브릿지(55, 65, 75, 85), 더미 저항체(70, 80))와 같은 금속층에 형성되나 전기적으로 분리되어 있다.In addition, the
제1 신호패드(50)와 제2 신호패드(60)는 각각 캐패시터(100)의 좌우에 연결된다. 제1 신호 패드(50)는 RF 신호가 입력되는 RF 입력 포트(RF INPUT port)로 동작한다. 제2 신호 패드(60)는 RF 신호 포트로서 RF 출력 포트(RF Output port)로 동작한다. The
제1 신호패드(50)와 캐패시터(100)를 연결하는 제1 브릿지(55) 및 제2 브릿지(75)에는 제1 더미 저항체(70)가 연결된다. 제2 신호패드(60)와 캐패시터(100)를 연결하는 제3 브릿지(65) 및 제4 브릿지(85)에는 제2 더미 저항체(80)가 연결된다.The
제1 더미 저항체(70)는 전기적 저항성분을 갖는 저항체로서, 제1 브릿지(55) 및 제2 브릿지(75)와 전기적으로 연결된다. 제1 더미 저항체(70)는 캐패시터(100)의 저항보다 대략 25~100% 이상 큰 고저항을 갖는다. 이러한, 제1 더미 저항체(70)는 반도체 증착 과정(evaporation, sputtering)을 통해 증착된 NiCr, TaN 합금 저항체 박막(Thin film)으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 더미 저항체(70)는 반도체 공정 불순물 주입과정(Ion implant)을 통해 Boron이 증착된p+ poly silicon박막과 Phosphorus n+ poly silicon 박막(Thin film)으로 형성될 수 있다.The
제2 더미 저항체(80)는 전기적 저항성분을 가진 저항체로서, 제3 브릿지(65) 및 제4 브릿지(85)와 전기적으로 연결된다. 제2 더미 저항체(80)는 캐패시터(100)의 저항보다 대략 25~100% 이상 큰 고저항을 갖는다. 제2 더미 저항체(80) 또한, 반도체 증착 과정(evaporation, sputtering)을 통해 증착된 NiCr, TaN 합금 저항체 박막(Thin film)으로 형성되거나, 반도체 공정 불순물 주입과정(Ion implant)을 통해 Boron이 증착된p+ poly silicon박막과 Phosphorus n+ poly silicon 박막(Thin film)으로 형성될 수 있다.The
이러한 구성에 의해, 캐패시터(100)의 품질 측정을 위해 제1 신호패드(50) 및 제2 신호패드(60)에 고주파 신호가 입출력 되면, 캐패시터(100)보다 상대적으로 큰 저항을 갖는 제1 더미 저항체(70) 및 제2 더미 저항체(80)가 추가된 저항값을 얻을 수 있다. 이는, 통상적인 캐패시터(100)의 등가 저항이 RF 측정을 위한 특성 임피던스 50 ohm보다 극히 작은값(0.1 ohm 이하)을 가짐으로 인해 캐패시터(100)가 가지고 있는 기생 저항이 작게 측정되어 측정상의 오류가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 저항값을 이미 알고 있는 고 저항체(70, 80)를 추가하여 저항값을 측정한 후 고 저항체(70, 80)에 의한 저항값을 전기적으로 제거해줌으로써 캐패시터(100) 고유의 기생 저항값을 알아낼 수 있다. 여기서, 고 저항체(70, 80)의 저항값은 캐패시터(100)의 저항값 보다 25~100% 이상의 값으로 설정하여 저항값 측정 시 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. 이러한 구성에 따라 측정된 정확한 기생 저항값의 측정을 통해서 캐패시터의 품질계수(Q-factor) 또한, 정확하게 파악할 수 있다. In this configuration, when a high frequency signal is input and output to the
도 2는 도 1의 반도체 소자 테스트 패턴의 등가 회로도이다.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device test pattern of FIG. 1.
제1신호패드(50)로 RF신호가 입력되어 캐패시터(100)를 통해 제2신호패드(60)로 출력되는 경우 발생하는 저항 및 리액턴스를 표시한 것이다.The RF signal is input to the
Cmim은 캐패시터(100)의 캐패시터 성분이고, R1 및 R2는 기생 저항 성분이다. L1 및 L2는 기생 인덕턴스 성분이다. C1 및 C2는 캐패시터(100)의 접지와 캐패시터(100)에서 발생한 기생 캐패시터 성분이며, PAD1 및 PAD2는 신호패드(50, 60)의 성분이다.Cmim is a capacitor component of the
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 테스트 패턴 분석을 위한 패턴 평면도로서, 도 3은 캐패시터(100)를 제외한 오픈(Open)회로의 도면이고, 도 4는 제2 브릿지(75)과 제4 브릿지(85)사이를 없앤 쓰루(Thru)회로의 도면이다. 3 and 4 are plan views for analyzing a test pattern according to an embodiment. FIG. 3 is a view of an open circuit except for the
도 3은 제1 더미 저항체(70)와 저항체와 제2 더미 저항체(80)를 전기적으로 제거하기 위한 디임베딩(De-embedding)과정을 위한 패턴으로서, 캐패시터(100)가 제거된 더미 저항체(70, 80)를 포함한 PAD 디임베딩을 위한 오픈(Open)회로의 패턴을 도시한 것이다.3 is a pattern for a de-embedding process for electrically removing the
캐패시터(100)의 양 측에 연결된 신호패드(50, 60)의 구성을 상호 오픈 시킴으로써, 제1 더미 저항체(70)가 연결된 제1 신호패드(50) 및 브릿지(55, 75)의 기생 캐패시턴스와, 제2 더미 저항체(80)가 연결된 제2 신호패드(60) 및 브릿지(65, 85)의 기생 캐패시턴스를 추출하여 제거할 수 있다. By opening the configuration of the
이는, 캐패시터(100)가 스스로 가진 기생 캐패시터를 제외한 부분인 제1 신호패드(50), 제1 브릿지(55), 제1 더미 저항체(70)와 제2 신호패드(60) 제3 브릿지(65) 제2 더미 저항체(80) 제4 브릿지(85)에서 발생하는 추가적인 기생 캐패시터 를 제거하기 위한 것이다.The
도 4는 제1 더미 저항체(70)와 저항체와 제2 더미 저항체(80)를 전기적으로 제거하기 위한 디임베딩(De-embedding)과정을 위한 패턴으로서, 캐패시터(100)가 제거되고 제2 브릿지(75)와 제1 더미 저항체(70)가 전기적으로 연결된 쓰루(Thru)회로의 패턴을 도시한 것이다.4 is a pattern for a de-embedding process for electrically removing the
캐패시터(100)의 양 측에 연결된 신호패드(50, 60)의 구성을 상호 쓰루(thru) 시킴으로써, 제1 더미 저항체(70)가 연결된 제1 신호패드(50) 및 브릿지(55, 75)의 기생 캐패시턴스와, 제2 더미 저항체(80)가 연결된 제2 신호패드(60) 및 브릿지(65, 85)의 기생 캐패시턴스를 추출하여 제거할 수 있다. Through the configuration of the
이는 캐패시터(100)가 스스로 가진 기생 저항성분과 기생 인덕턴스를 제외한 부분인 제1 신호패드(50), 제1 브릿지(55), 제1 더미 저항체(70), 제2 브릿지(75)와 제2 신호패드(60), 제3 브릿지(65), 제2 더미 저항체(80), 제4 브릿지(85)에서 발생하는 추가적인 기생 저항성분 및 기생 인덕턴스 성분을 제거하기 위한 것이다.The
도 5 및 도 6은 반도체 소자의 테스트 결과 그래프이다. 도 5 및 도 6의 그래프에서 실선은 더미 저항체(70, 80)를 연결하지 아니한 상태에서 측정한 캐패시터의 저항값 및 Q값이고, 점선은 실시예에 따라 더미 저항체(70, 80)를 연결한 후 측정한 값이다.5 and 6 are graphs of test results of semiconductor devices. In the graphs of FIGS. 5 and 6, the solid line represents the resistance value and the Q value of the capacitor measured without the
본 실시예는 반도체 기판상에 캐패시터(100)를 구현한 후 이를 고주파영역에서 평가할 때, 보다 정확한 소자의 특성을 파악하는데 주요한 목적을 가진다. 실시예에 따라 캐패시터(100)를 평가함에 있어 캐패시터(100)의 등가 저항이 극히 작 음( ~0.1 ohm 이하)으로 RF 측정을 위한 특성 임피던스 50 ohm보다 작아 원래 캐패시터(100)가 가지고 있는 기생 저항이 작게 측정된다. 따라서, MIM 캐패시터(100)에 원래 저항보다 대략 25~100% 이상의 상대적 고 저항인 더미 저항체(70, 80)를 달아서 측정함으로 측정상의 오류를 제거함으로 캐패시터(100) 자체가 가지고 있는 기생 저항값을 알아낼 수 있다. 또한, 정확한 기생 저항값의 측정을 통해서 캐패시터(100)의 품질계수(Q-factor)를 정확하게 파악할 수 있다. The present embodiment has a main purpose when the
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 더미 저항체(70, 80)를 연결한 후 측정한 저항값 및 Q값이 더 신뢰도가 높다는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5 and FIG. 6, it can be confirmed that the resistance value and the Q value measured after connecting the
이상 설명한 바와 같이, 실시예에 따르면, 기존에 고주파 측정장비 자체오류(Natural uncertainty)와 관계없이 캐패시터를 정확하게 측정할 수 있는 패턴으로 캐패시터가 포함된 독특한 측정 패턴과 측정 패턴의 불필요한 성분을 제거하기 위한 디임베딩 패턴으로 구성되어 정확한 품질계수를 구할 수 있다. As described above, according to the embodiment, a pattern for accurately measuring a capacitor regardless of a natural uncertainty of a high frequency measuring device is used to remove a unique measurement pattern including a capacitor and unnecessary components of the measurement pattern. It is composed of a de-embedding pattern to obtain an accurate quality factor.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, and the like described in the above embodiments are included in at least one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the above description has been made with reference to the embodiment, which is merely an example, and is not intended to limit the present invention. It will be appreciated that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1은 실시예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴의 평면도.1 is a plan view of a test pattern of a semiconductor device according to the embodiment.
도 2는 도 1의 반도체 소자 테스트 패턴의 등가 회로도.FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device test pattern of FIG. 1. FIG.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 테스트 패턴 분석을 위한 패턴 평면도.3 and 4 are plan top views for test pattern analysis according to an embodiment.
도 5 및 도 6은 반도체 소자의 테스트 결과 그래프.5 and 6 are graphs of test results of semiconductor devices.
Claims (13)
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