KR100403319B1 - 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 테스트 패턴(Test pattern) 형성 방법에 관한 것으로, 특히 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 텅스텐(W)의 부식 정도를 시각적으로 또는 전기적으로 검사하여 플라즈마(Plasma)에 의한 축전 현상을 전기적으로 검사할 수 있는 테스트 패턴을 형성하고, 상기 테스트 패턴을 사용하여 플라즈마의 균일도를 정성적으로 체크(Check)할 수 있어 소자의 특성, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 특징이 있다.

Description

반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법{Method for forming a test pattern of semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 테스트 패턴(Test pattern) 형성 방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마(Plasma)에 의한 축전 현상을 전기적으로 검사할 수 있는 테스트 패턴을 형성하여 소자의 특성, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

현재 반도체 소자의 제조 공정에 있어서, 플라즈마를 사용한 증착 공정 또는 식각 공정은 플라즈마에 의해 웨이퍼 내부에 전하가 축전되는 즉 축전 현상이 발생되어 게이트 산화막의 열화 및 텅스텐 플러그의 훼손을 유발시키는 문제점이 있었다.

그러나, 종래에는 상기 플라즈마에 의한 웨이퍼 내부의 축전 현상을 검사할 수 있는 테스트 패턴이나 또는 그 방법이 없었다는 문제점이 있었다.

다만, 상기 축전 현상을 검사하기 위해 CCE(Charge Collection Electrode)와 EPROM(Electrically Programmable ROM) 센서(Sensor)를 결합한 참(Charm) 웨이퍼가 개발되었으나, 상기 참 웨이퍼의 제조 공정이 복잡하고, 가격이 비싸다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 텅스텐의 부식 정도를 시각적으로 또는 전기적으로 검사하여플라즈마에 의한 축전 현상을 전기적으로 검사할 수 있는 테스트 패턴을 형성하고, 상기 테스트 패턴을 사용하여 플라즈마의 균일도를 정성적으로 체크하는 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 양의 전압에 따라 발생하는 금속 부식의 3가지 상태를 도시한 도면.

도 2a는 전해액의 pH 값과 양의 전압에 따른 알루미늄의 부식 상태를 도시한 도면.

도 2b는 전해액의 pH 값과 양의 전압에 따른 텅스텐의 부식 상태를 도시한 도면.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법을 도시한 단면도.

도 4는 도 3b의“A”부위의 텅스텐 플러그와 알루미늄 배선을 확대하여 도시한 평면도.

도 5는 pH 값이 4.3인 전해액에서 알루미늄 배선과 텅스텐 플러그의 부식 상태는 나타낸 사진도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 하부 구조물 13 : 하부 금속 배선

15 : 층간 산화막 23 : 텅스텐 플러그

25 : 알루미늄 배선

본 발명의 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법은 제 1 금속 배선을 포함한 하부 구조물 상에 비아홀이 구비된 층간 산화막을 형성하는 단계, 상기 비아홀을 매립하는 플러그를 형성하는 단계, 상기 플러그 및 플러그와 인접한 층간 산화막 상에 제 2 금속 배선을 형성하되, 상기 플러그 일부를 노출시키는 단계 및 상기 플러그가 부식되는 범위의 pH 값을 갖는 전해액에 상기 구조물을 담가 상기 플러그의 부식 여부에 따라 플라즈마에 의한 축전 현상을 검사하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

도 1은 양의 전압에 따라 발생하는 금속 부식의 3가지 상태를 도시한 도면이다.

그리고, 도 2a는 전해액의 pH 값과 양의 전압에 따른 알루미늄의 부식 상태를 도시한 도면이고, 도 2b는 전해액의 pH 값과 양의 전압에 따른 텅스텐의 부식 상태를 도시한 도면이다.

일반적으로 전해액 속에서 금속이 양극으로 작동할 때, 상기 금속은 산화 반응 즉 상기 금속이 전자를 잃고 양이온화 하는 반응을 통해 전해액 속으로 녹아들어 간다.

도 1을 참조하면, 상기 산화 반응은 그 반응 속도와 표면의 보호막 형성 상태에 따라 활성 상태, 불활성 상태 및 준 활성 상태의 3 가지로 분류할 수 있으며, 전해액의 pH 값과 각 금속에 인가된 양의 전압에 의해 그 상태가 결정된다.

이때, 상기 준 활성 상태는 양의 전압이 가장 높을 때 발생되며, 금속의 표면이 산화막에 의해 보호되어 있지만, 금속의 부식 속도가 상기 불활성 상태보다 크고 양의 전압에 비례한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 알루미늄은 불활성 상태이고 텅스텐은 준 활성 상태이다.

즉, 알루미늄은 불활성 상태이므로 표면에 보호 산화막이 형성되어 인가되는 양의 전압에 상관없이 부식되지 않는다. 그 반면 텅스텐은 준 활성 상태이므로 인가되는 양의 전압이 낮을 때는 부식되지 않지만, 특정 전압 이상이 되면 인가된 양의 전압에 비례하는 속도로 부식된다.

상술한 텅스텐과 알루미늄의 물성 차이를 이용하여 본 발명은 플라즈마에 의한 웨이퍼 내부의 축전 현상을 검사하는 발명이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a와 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법을 도시한 단면도이다.

그리고, 도 4는 도 3b의“A”부위의 텅스텐 플러그와 알루미늄 배선을 확대하여 도시한 평면도이고, 도 5는 pH 값이 4.3인 전해액에서 알루미늄 배선과 텅스텐 플러그의 부식 상태는 나타낸 사진도이다.

도 3a를 참조하면, 하부 금속 배선(13)을 포함한 하부 구조물(11) 상에 층간 산화막(15)을 형성한다. 이때 상기 하부 금속 배선(13)을 후속 공정으로 형성될 알루미늄 배선과 텅스텐 플러그를 통해 유입된 전하들을 축적시킬 수 있는 면적으로 형성한다.

그리고, 비아 콘택 마스크를 사용한 사진 식각 공정에 의해 상기 층간 산화막(15)을 식각하여 비아홀을 형성한다.

이어, 상기 비아홀을 포함한 전면에 텅스텐층을 형성하고, 상기 층간 산화막(15)을 식각 방지막으로 상기 텅스텐층을 평탄화 식각 하여 텅스텐 플러그(23)를 형성한다. 이때, 상기 평탄화 식각 공정은 플라즈마를 사용한 전면 식각을 사용하여 실시하거나 화학적 기계 연마 방법을 사용하여 실시한다. 그리고, 플라즈마에 의한 축전에 의해 유발되는 텅스텐 플러그 부식에 의한 결함을 제외한 다른 공정 상의 한계에 의한 텅스텐 플러그의 결함이 발생하지 않도록 상기 텅스텐 플러그(23)를 크게 형성한다.

도 3b를 참조하면, 상기 텅스텐 플러그(23)를 포함한 층간 산화막(15) 상에 알루미늄(Al)층을 형성한다.

그리고, 금속 배선용 마스크를 사용한 사진 식각 공정에 의해 알루미늄층을 식각하여 알루미늄 배선(25)을 형성한다.

이때, 상기 알루미늄 배선(25) 형성 공정 시 상기 텅스텐 플러그(23)를 오버 랩(Over-lap)시키지 않고 도 3b 및 도 4에서와 같이, 일부 노출(A)시킨다.

상술한 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴을 사용하여 플라즈마에 의한 웨이퍼 내부의 축전 현상을 검사하는 방법은 다음과 같다.

상기 텅스텐 플러그(23)와 알루미늄 배선(25)을 포함한 구조물을 pH 값이 4 ∼ 10인 전해액에 담군다.

이때, 상기 텅스텐 플러그(23)와 알루미늄 배선(25)은 플라즈마에 의해 전하가 축적된 상태에서 상기 전해액에 담그기 때문에 둘 다 양의 전압이 된다.

상술한 바와 같이 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 상기 알루미늄 배선(25)은 불활성 상태가 되어 부식되지 않지만, 상기 텅스텐 플러그(23)는 준 활성 상태가 되어 부식되기 때문에 상기 텅스텐 플러그(23)의 부식 정도를 시각적으로 또는 전기적으로 검사하여 플라즈마를 사용한 증착 공정 또는 식각 공정을 진행하는 도중에 웨이퍼에 전하가 축적된 정도를 측정할 수 있다.

본 발명의 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법은 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 부식 여부에 따른 알루미늄과 텅스텐의 물성 차이를 이용하여 상기 텅스텐의 부식 정도를 시각적으로 또는 전기적으로 검사하여 플라즈마에 의한 축전 현상을 전기적으로 검사할 수 있는 테스트 패턴을 형성하고, 상기 테스트 패턴을 사용하여 플라즈마의 균일도를 정성적으로 체크할 수 있어 소자의 특성, 수율 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 제 1 금속 배선을 포함한 하부 구조물 상에 비아홀이 구비된 층간 산화막을 형성하는 단계;

   상기 비아홀을 매립하는 플러그를 형성하는 단계;

   상기 플러그 및 플러그와 인접한 층간 산화막 상에 제 2 금속 배선을 형성하되, 상기 플러그 일부를 노출시키는 단계;

   상기 플러그가 부식되는 범위의 pH 값을 갖는 전해액에 상기 구조물을 담가 상기 플러그의 부식 여부에 따라 플라즈마에 의한 축전 현상을 검사하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법.
2. 하부 금속 배선을 포함한 하부 구조물 상에 비아홀이 구비된 층간 산화막을 형성하는 단계;

   상기 비아홀을 매립하는 텅스텐 플러그를 형성하는 단계;

   상기 텅스텐 플러그 및 텅스텐 플러그와 인접한 층간 산화막 상에 알루미늄배선을 형성하되, 상기 텅스텐 플러그 일부를 노출시켜 전해액의 pH 값이 4 ∼ 10의 범위에서 상기 텅스텐 플러그의 부식 여부에 따라 플라즈마에 의한 축전 현상을 검사하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 테스트 패턴 형성 방법.