KR100230984B1 - 반도체장치의 비피에스지에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법 - Google Patents

반도체장치의 비피에스지에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법 Download PDF

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Abstract

비피에스지막(Boronphosphosilicate Glass Film : 이하 'BPSG막'라 함)내에 포함된 불순물인 붕소(B)와 인(P)의 농도가 시간이 경과되더라도 항상 일정하게 유지될 수 있도록 개선시킨 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정용 샘플 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 평탄화막으로서의 BPSG막내부의 불순물 농도를 측정하는 장치의 설정값 보정용 기준시료로 사용되는 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법에 있어서, 기판에 BPSG막을 증착시킨 후 상기 BPSG막 내부에 포함된 수분이 제거되도록 650℃ 내지 750℃ 온도에서 20분 내지 30분 동안 어닐링(Annealing)하는 단계 및 어닐링된 상기 BPSG막상부에 외부의 수분과 상기 BPSG막이 접촉하는 것을 차단하기 위한 차단막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
따라서, 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 장치의 설정치 보정이 정확히 이루어질 수 있어서, 장비의 유지 및 보수가 용이하고, 측정된 결과에 대한 신뢰성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법
본 발명은 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샘플의 BPSG막 내에 포함된 불순물인 붕소(B)와 인(P)의 농도가 시간이 경과되더라도 항상 일정하게 유지될 수 있도록 개선시킨 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체장치의 집적도가 증가함에 따라서 디자인룰이 감소되고, 그에따라 스텝 커버리지(Step Coverage)를 양호하게 하기 위하여 BPSG막이 웨이퍼상의 평탄화막으로 많이 이용되고 있다.
일반적으로 BPSG막은 막의 조성, 플로우(Flow) 온도, 플로우 시간 및 플로우 분위기에 따라 플로우 정도가 달라진다. BPSG막에서 대략 B의 농도를 1wt% 증가시킴에 따라 플로우 온도는 40℃ 정도 저하된다.
즉, BPSG막은 보론과 인의 농도에 따라 원하는 온도에서 플로우가 진행되도록 조절될 수 있으며, 이와 같은 이유로 보론과 인의 농도를 조절하는 것은 매우 중요하다.
그리고 BPSG막에 원하는 정확한 농도의 불순물이 포함되어 있는지 모니터링하기 위해서 BPSG막은 반도체장치 제조공정 중에 X-레이 또는 적외선 등을 이용하여 모니터링된다. 모니터링 장치는 측정 기준의 안정성을 확보하기 위하여 설정값 보정용 기준시료를 필요로 하며, 기준시료로는 시간에 따라 불순물이 일정한 농도로 정확히 유지되는 BPSG막 샘플이 필요하다.
그러나, 종래의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 샘플은 내부에 포함된 불순물인 붕소(B)와 인(P)이 막질 내부 또는 외부의 수분과 반응되어 시간이 경과함에 따라 농도가 변화된다. 즉, 제1a도 및 제1b도와 같이 보론 또는 인의 농도가 시간에 따라 감소하는 추세로 변화되기 때문에 종래의 샘플로 농도 측정 설비를 보정하는 경우 웨이퍼 상에 형성된 BPSG막에 포함된 불순물의 정확한 농도 측정이 이루어지기 어려웠다.
구체적인 샘플 BPSG막 내부의 불순물의 농도 변화는 다음과 같이 이루어진다. BPSG막의 불순물은 초기 기판상에 BPSG막이 증착되는 시점에서 BPSG막 내부에 함유된 수분과 반응하여 희석되므로 그에따라 1차적으로 불순물의 농도변화가 발생된다. 그리고, BPSG막이 증착된 후에 내부에 포함된 불순물은 외부의 수분과 접촉되어 희석되므로 그에 따라 2차적으로 농도변화가 발생된다.
따라서, 전술한 이유로 종래에는 샘플의 BPSG막에 포함된 불순물의 농도가 시간이 지남에 따라서 제1a도 및 제1b도와 같이 변화되므로, 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물의 정확한 농도의 측정을 위한 측정기기의 보정이 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 반도체장치에 증착된 BPSG막에 포함도니 불순물 농도를 측정하는 장치의 보정을 정확히 할 수 있도록 항상 일정한 불순물의 농도를 갖는 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법을 제공하는 데 있다.
제1a도는 종래의 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 샘플의 시간 경과에 따른 내부 불순물인 붕소(B) 농도 변화 상태를 나타내는 그래프이다.
제1b도는 종래의 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 샘플의 시간 경과에 따른 내부 불순물인 인(P) 농도 변화 상태를 나타내는 그래프이다.
제2a도 및 제2b도는 본 발명에 따른 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법의 실시예를 나타내는 웨이퍼 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 실리콘 기판 12 : BPSG막
14 : 차단막
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법은 평탄화막으로서의 BPSG막 내부의 불순물 농도를 측정하는 장치의 설정값 보정용 기준시료로 사용되는 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법에 있어서, 기판에 BPSG막을 증착시킨 후 상기 BPSG막 내부에 포함된 수분이 제거되도록 650℃ 내지 750℃ 온도에서 20분 내지 30분 동안 어닐링(Annealing)하는 단계 및 어닐링된 상기 BPSG막 상부에 외부의 수분과 상기 BPSG막이 접촉하는 것을 차단하기 위한 차단막을 증착하는 단계를 구비하여 이루어진다.
상기 어닐링은 질소분위기에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 차단막은 질화막 또는 산화막일 수 있다.
상기 산화막은 플라즈마 증착방법으로 증착하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2a도 및 제2b도를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예는 BPSG막 내의 불순물 성븐에 영향을 미치는 요소로 작용하는 수분에 대한 샘플의 내성을 강화한 것이다.
실시예는 1차적으로 BPSG막 내부의 수분을 제거하는 단계와 2차적으로 외부 수분과 BPSG막 내부의 불순물과의 접촉을 차단시키는 차단막을 형성하는 단계로 구분될 수 있다.
먼저, 제2a도를 참조하면 실리콘 기판(10) 상에 붕소(B)와 인(P)이 특정 농도로 포함된 BPSG막(12)이 통상의 증착방법으로 증착된다. 증착된 BPSG막(12) 내부에는 소량의 수분이 함유되어 있고, 소량의 수분은 BPSG막(12) 내부의 붕소와 인과 같은 불순물과 반응하게 된다.
이를 방지하기 위하여 어닐링 공정을 수행한다. 즉, 질소 분위기에서 약 700℃의 고온으로 약 20분 내지 약 30분 정도로 BPSG막(12)을 어닐링한다. 어닐링시에 설정 시간과 온도는 상당히 중요한 요소로 작용하고, BPSG막(12)을 너무 높은 온도 또는 장시간 동안 어닐링하면 BPSG막(12) 하부의 실리콘 기판(10) 자체의 변화를 야기한다. 그러므로 적외선 스펙트럼을 이용한 농도측정시에 문제가 발생될 수 있다. 그리고, 너무 저온에서 BPSG막(12)의 어닐링이 이루어지면 BPSG막(12) 내부에 포함된 수분이 완전히 제거되지 않는다. 따라서 전술한 약 700℃의 온도와 약 20분 내지 30분 정도의 어닐링 처리가 가장 이상적이다.
이렇게 BPSG막(12)을 어닐링 처리하면, BPSG막(12) 내부에 포함된 수분이 기화되어 완전히 제거된다.
다음으로, 제2b도를 참조하면 전술한 과정으로 BPSG막(12) 내부의 수분이 완전히 제거되었으므로, 외부 수분이 BPSG막(12)와 접촉 및 침투하는 것을 차단하기 위하여 차단막(14)이 증착된다. 차단막(14)으로는 질화막(Silicon Nitride Film) 또는 플라즈마 방법으로 증착되는 산화막이 증착될 수 있다.
이렇게 질화막 또는 산화막의 차단막(14)은 대략 1000Å 내지 4000Å의 두께로 증착시키며, 정확한 두께는 수분 차단효과를 감안하여 제작자의 의도에 따라 좌우될 수 있다.
차단막(14)이 BPSG막(12) 상부에 증착되면, 외부의 수분이 차단막(14)에 의하여 차단되어 BPSG막(12)과 접촉되지 않게 된다.
그러므로, BPSG막(12)은 내부에 수분이 존재하지 않는 상태에서 외부로부터의 수분과의 접촉이 차단되므로, 내부에 포함된 불순물인 붕소와 인의 농도 변화가 야기되지 않는다.
그리고, 시간이 지속되더라도 기준시료로 제작된 BPSG막(12)은 항상 일정한 농도를 갖게 되어서, 본 발명에 따른 실시예는 필요한 경우 제조공정을 거쳐서 제조된 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 장치의 설정치를 보정할 때 기준이 되는 정확한 농도값을 제공하게 된다.
그러므로, 원하는 정도의 플로우가 이루어질 수 있도록 BPSG막의 불순물 농도 측정 및 제어가 정확히 이루어져서 웨이퍼 상에 증착되는 평탄화막으로서의 BPSG막의 스텝 커버리지가 개선될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 반도체장치의 BPSG막에 포함된 불순물 측정용 장치의 설정치 보정이 정확히 이루어질 수 있어서, 장비의 유지 및 보수가 용이하고, 측정된 결과에 대한 신뢰성이 극대화될 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구 범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

  1. 평탄화막으로서의 비피에스지막(BPSG Film : Boronphosphosilicate Glass Film) 내부의 불순물 농도를 측정하는 장치의 설정값 보정용 기준시료로 사용되는 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법에 있어서, 기판에 비피에스지막을 증착시킨 후 상기 비피에스지막 내부에 포함된 수분이 제거되도록 650℃ 내지 750℃ 온도에서 20분 내지 30분 동안 어닐링(Annealing)하는 단계 및 어닐링 된 상기 비피에스지막 상부에 외부의 수분과 상기 비피에스지막이 접촉하는 것을 차단하기 위한 차단막을 증착하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어닐링은 질소분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 차단막으로 질화막을 1000Å 내지 4000Å의 두께로 증착시킴을 특징으로 하는 상기 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차단막으로 산화막을 1000Å 내지 4000Å의 두께로 형성시킴을 특징으로 하는 상기 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 산화막은 플라즈마 증착방법으로 증착됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치의 비피에스지막에 포함된 불순물 측정시 이용되는 계측설비 설정값 보정용 기준 샘플 제조 방법.
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