KR20110078929A - A semiconductor and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 저항기(Thin Film Resistor, TFR)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film resistor (TFR).
박막 저항기(Thin Film Resistor, TFR)는 금속을 증착 등의 방법에 의해 박막으로 만들어 기판에 붙인 저항기를 말한다. 절연 기판 위에 진공 증착, 스퍼터링 등으로 형성시킨 저항막에 이용되는 재료. Ni-Cr, Ta, Ta₂N, Cr-SiO 등이 있다. 박막 저항기는 단독 부품으로 사용되거나 박막 회로에 사용된다.Thin Film Resistor (TFR) refers to a resistor attached to a substrate by forming a thin film of metal by a deposition method. A material used for a resist film formed on an insulating substrate by vacuum deposition, sputtering, or the like. Ni-Cr, Ta, Ta₂N, Cr-SiO and the like. Thin film resistors are used as single components or in thin film circuits.
도 1은 일반적인 박막 저항기를 포함하는 반도체 소자의 단면도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 반도체 소자는 반도체 기판(미도시) 상에 형성되는 제1 산화막(210), 제1 산화막(210) 상에 형성되는 박막 저항기(215), 및 제1 산화막 상에 형성되는 제2 산화막(220), 및 제2 산화막(220)을 관통하여 박막 저항기와 연결되는 비아 콘택(230)을 포함한다.1 is a cross-sectional view of a semiconductor device including a general thin film resistor. Referring to FIG. 1, a semiconductor device is formed on a
도 1에 도시된 박막 저항기(215)는 해드(head) 부분(218)에 비아 콘택(230)이 직접 접촉하므로 비아 콘택(230)의 저항 변화에 따라 영향을 받으므로 균일한 저항값을 갖기 힘들다.In the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 균일하고 안정된 저항 값을 갖는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a uniform and stable resistance value and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상에 제1 금속 배선들을 형성하는 단계, 상기 제1 금속 배선들 상에 제1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제1 절연층을 식각하여 홈을 형성하는 단계, 상기 홈 내부에 매립되도록 박막 저항 재료를 상기 제1 절연층 상에 형성하는 단계, 상기 홈 내부에 매립된 박막 저항 재료의 양 측면 및 제1 금속 배선들 각각의 일부를 노출하는 제1 비아홀들을 형성하는 단계, 상기 제1 비아홀들에 금속 물질을 매립하여 박막 저항 재료의 양 측면과 연결되는 제1 콘택들을 형성하는 단계, 제1 콘택들이 형성된 제1 절연층 상에 제2 금속 배선들을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include forming first metal wires on a semiconductor substrate and forming a first insulating layer on the first metal wires. Forming a groove by etching the first insulating layer, forming a thin film resistor material on the first insulating layer to be embedded in the groove, both sides and the second of the thin film resistor material embedded in the groove; Forming first via holes exposing a portion of each of the first metal wires; embedding a metal material in the first via holes to form first contacts connected to both sides of the thin film resistive material; Forming second metal lines on the formed first insulating layer.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자는 반도체 기판 상에 형성되는 제1 금속 배선들, 상기 제1 금속 배선들 상에 형성되는 제1 절연층, 상기 제1 절연층 내에 형성되는 홈, 상기 홈 내부에 매립되는 박막 저항기, 상기 박막 저항기의 양 측면들 각각과 인접하는 제1 금속 배선들 각각을 연결하도록 제1 절연층 내에 형성되는 제1 콘택들, 및 상기 제1 절연층 상에 형성되는 제2 금속 배선들을 포함한다.The semiconductor device according to the embodiment of the present invention for achieving the above object is the first metal wirings formed on the semiconductor substrate, the first insulating layer formed on the first metal wirings, the first insulating layer A groove formed in the groove, a thin film resistor embedded in the groove, first contacts formed in the first insulating layer to connect each of the first metal wires adjacent to both sides of the thin film resistor, and the first Second metal wires formed on the insulating layer.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법은 박막 저항기의 상부에 직접 콘택이 연결되는 것이 아니라 박막 저항기의 양 측면들 각각을 하부 금속 배선과 연결되는 콘택들 각각과 연결하고, 하부 금속 배선을 다른 콘택을 통하여 상부 금속 배선과 연결함으로써 균일한 저항값을 얻을 수 있는 효과가 있다.The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the embodiment of the present invention do not directly connect a contact to an upper portion of the thin film resistor, but connect each of both sides of the thin film resistor to each of the contacts connected to the lower metal wire, and the lower metal wire. By connecting to the upper metal wiring through the other contact has the effect of obtaining a uniform resistance value.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. Looking at the present invention in detail.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다. 3A to 3H illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저 도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(미도시) 상에 제1 절연층(310)을 형성한다. 예컨대, 반도체 기판 상에 제1 산화막(310)을 증착한다. First, as shown in FIG. 3A, a first
그리고 제1 절연층(310) 상에 제1 금속 배선들(315)을 형성한다. 예컨대, 제1 산화막(310) 상에 금속 물질(예컨대, 알루미늄, 또는 구리)을 증착하고, 포토리쏘그라피(photolithography) 공정을 수행하여 제1 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 증착된 금속 물질을 반응성 이온 식각하여 제1 금속 배선들(315)을 형성할 수 있다.In addition,
그리고 제1 금속 배선들(315)이 형성된 제1 절연층(310) 상에 제2 절연층(320)을 형성한다. 예컨대, 제1 금속 배선들(315)이 형성된 제1 절연층(310) 상 에 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 이용하여 제2 산화막(320)을 증착할 수 있다.The second insulating
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 박막 저항기(Thin Film Resistor, TFR)가 형성될 영역(A)에 해당하는 제2 절연층(320)에 홈(330)을 형성한다. 이때 홈(330)은 인접하는 금속 배선들(313,314)의 인접하는 가장자리 영역들과 일부 오버랩되도록 형성된다. Next, as shown in FIG. 3B, a
예컨대, 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 제2 절연층(320) 상에 박막 저항기 형성을 위한 제2 포토레지스트 패턴(325)을 형성한다. 제2 포토레지스트 패턴(325)은 추후에 진행되는 박막 저항기 형성을 위하여 제2 절연층(320)의 일부를 노출하도록 패터닝된다. 그리고 제2 포토레지스트 패턴(325)을 마스크로 이용하여 제2 절연층(320)을 일부 식각하여 박막 저항기가 형성될 영역(A)에 해당하는 제2 절연층(320)에 홈(330)을 형성한다.For example, a photolithography process is performed to form a second
다음으로 도 3c에 도시된 바와 같이, 제2 포토레지스트 패턴(325)을 애싱(ashing) 공정을 이용하여 제거한다. 그리고 홈(330)이 매립되도록 제2 절연층(320) 상에 박막 저항기를 형성하기 위한 물질(335, 이하 "박막 저항기 재료"라 한다)을 형성한다. 예컨대, 홈(330)이 형성된 제2 절연층(320) 상에 증착 또는 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 니켈 크롬 합금(Ni-Cr), 탄탈럼(Ta) 또는 크롬-실리콘 합금(Cr-Si)을 형성할 수 있다. 이때 홈의 깊이는 30~50Å일 수 있으며, 홈(330)에 매립되는 박막 저항기 재료(335)의 두께는 30~50Å일 수 있다.Next, as shown in FIG. 3C, the
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이, 홈(330)에 매립된 박막 저항기 재 료(335)가 제2 절연층(320) 상에 잔류하도록 박막 저항기 재료(335) 및 제2 절연층(320)을 관통하여 제1 금속 배선들(315) 각각의 일부 영역을 노출하는 비아홀들(via holes, 341 내지 346)을 형성한다. 이때 홈에 잔류하는 박막 저항기 재료를 박막 저항기(335-1)라 한다.Next, as shown in FIG. 3D, the thin
이때 제2 절연층(320) 상에 잔류하는 박막 저항기 재료(335-1) 및 그 하부의 제2 절연층(320) 내에는 비아홀이 형성되지 않으며, 박막 저항기(335-1)의 측면(350) 및 인접하는 제1 금속 배선들(313,314)의 일부 영역을 노출하는 제1 비아홀들(343,344)이 형성된다. 또한 인접하는 제1 금속 배선들(313,314)의 다른 일부 영역을 노출하는 제2 비아홀들(342,345)이 형성된다.In this case, no via hole is formed in the thin film resistor material 335-1 remaining on the second
예컨대. 포토리쏘그라피 공정을 수행하여 홈(330)에 매립된 박막 저항기 재료(335-1) 부분은 덮고, 제1 금속 배선들(315) 각각의 일부 영역에 대응하는 박막 저항기 재료의 다른 일부 영역은 노출하는 제3 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 제3 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 박막 저항기 재료(335) 및 제2 절연층(320)을 식각하여 제1 금속 배선들(315)의 일부를 노출하는 비아 홀들(341 내지 346)을 형성할 수 있다.for example. A photolithography process is performed to cover the portion of the thin film resistor material 335-1 embedded in the
다음으로 도 3e에 도시된 바와 같이, 비아 홀들(341 내지 346)이 매립되도록 텅스텐과 같은 금속 물질을 매립하여 콘택들(351,352,354,355,355,357, 이하 "351 내지 357"이라 한다)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 3E, a metal material such as tungsten is embedded to fill the
예컨대, 비아 홀들(341 내지 346)이 형성된 반도체 기판 상에 금속 물질을 증착하고, 박막 저항기(335-1)가 노출될 때까지 CMP(chemical mechanical polishing) 공정을 수행하여 콘택들(351 내지 357)을 형성할 수 있다. 이때 박막 저항기(335-1)의 양 측면 각각은 콘택들(353, 354)에 연결된다.For example, a metal material is deposited on the semiconductor substrate on which the
다음으로 도 3f에 도시된 바와 같이, 콘택들(351 내지 357)이 형성된 반도체 기판 상에 금속 물질(360)을 형성한다. 다음으로 도 3g에 도시된 바와 같이, 포토리쏘그라피 및 식각 공정을 수행하여 금속 물질(360)을 패터닝하여 제2 금속 배선(365)을 형성한다. 제2 금속 배선(365)은 박막 저항기(335-1)에 연결된 콘택들(353, 354)과는 연결되지 않도록 패터닝된다.Next, as shown in FIG. 3F, the
다음으로 도 3h에 도시된 바와 같이 제2 금속 배선(365))이 형성된 반도체 기판 상에 제3 절연층(370)을 형성한다. 예컨대, 제3 절연층(370)은 산화막일 수 있다.Next, as shown in FIG. 3H, a third
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 반도체 소자는 반도체 기판(200) 상에 형성되는 제1 절연층(210), 제1 절연층(210) 상에 형성되는 제1 금속 배선들(212,214,216,218, 이하 "212 내지 218"이라 한다), 제1 금속 배선들(212 내지 218) 상에 형성되는 제2 절연층(220), 제2 절연층(220) 내에 형성되는 홈(recess, 미도시), 홈 내부에 매립되는 박막 저항기(230), 제2 절연층(220) 내에 형성되는 콘택들(222,224,225,226,227, 이하 "222 내지 227"이라 한다), 제2 절연층 상에 형성되는 제2 금속 배선들(242,244,246,248, 이하 "242 내지 248"이라 한다), 및 제2 금속 배선들(242 내지 248) 상에 형성되는 제3 절연층(250)을 포함한다. 2 illustrates a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the semiconductor device may include a first insulating
박막 저항기(230)는 인접하는 제1 금속 배선들(214,216)의 인접하는 가장 자 리 영역들과 일부 오버랩되도록 형성된다.The
박막 저항기(230)의 양 측면들 각각은 콘택들(222 내지 227) 중 상응하는 콘택(224 또는 225)과 연결되며, 박막 저항기(230)의 양 측면들 각각에 연결되는 콘택들 각각은 인접하는 제1 금속 배선들(214, 216) 각각과 연결된다.Each of both sides of the
인접하는 제1 금속 배선들(214,216) 각각은 콘택들(222 내지 227) 중 어느 하나의 콘택(223 또는 226)에 의하여 제2 금속 배선들(244 또는 246)과 연결된다.Each of the adjacent
실시 예에 따른 반도체 소자 및 그 제조 방법은 박막 저항기의 상부에 직접 콘택이 연결되는 것이 아니라 박막 저항기의 양 측면들 각각을 하부 금속 배선과 연결되는 콘택들 각각과 연결하고, 하부 금속 배선을 다른 콘택을 통하여 상부 금속 배선과 연결함으로써 균일한 저항값을 얻을 수 있다. The semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the embodiment do not directly connect a contact to an upper portion of the thin film resistor, but connect each of both sides of the thin film resistor to each of the contacts connected to the lower metal wire, and connect the lower metal wire to another contact. By connecting with the upper metal wiring through the uniform resistance value can be obtained.
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. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1은 일반적인 박막 저항기를 포함하는 반도체 소자의 단면도를 나타낸다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device including a general thin film resistor.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자를 나타낸다.2 illustrates a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 나타낸다. 3A to 3H illustrate a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
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