KR100781438B1 - 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 기술에 관한 것으로, 주사전자현미경으로 관찰하기 위해 전자빔을 방사하는 전자빔칼럼과, 전자빔칼럼에서 방사되는 전자빔이 시편에 조사되어 나타나는 2차 전자상을 촬영하는 모니터링부와, 결함 부위만 식각되거나 증착되어 토폴로지가 형성되도록 하기 위해 특정 이온을 방사하며, 방사되는 이온에 의해 임의의 금속배선들을 절단하여 강제 절연될 수 있게 하는 이온칼럼을 포함하되, 이온 빔을 방사하여 반도체 금속배선 중 임의의 금속배선을 절연시키고, 주사전자현미경을 통해 절연된 금속배선을 포함하는 반도체 금속배선을 촬영하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, FIB(Focus Ion Beam) 기술을 이용하여 금속배선을 절연시킨 후 SEM(Scanning Electron Microscope) 장비를 통해 관찰되는 금속배선의 명암에 따라 불량 금속배선을 보다 정확히 확인할 수 있는 바, 제조 공정상 제품 신뢰도를 높일 수 있다.

마이크로 브리지, SEM, FIB

Description

반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ANALYZING MICRO-BRIDGE OF INTER METAL LAYER}

도 1은 전형적인 반도체 금속배선 공정을 설명하는 단면도,

도 2는 도 1의 평면도로서, 금속층 간에 발생된 마이크로 브리지를 설명하는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법에 적용되는 FIB(Focus Ion Beam) 장비에 대한 개략적인 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법을 설명하기 위한 SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영된 금속배선 단면도.

본 발명은 반도체 금속배선의 결함 분석 기술에 관한 것으로, 특히 금속층과 금속층 간의 마이크로 브리지를 신뢰성 있게 검출하는데 적합한 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상, 반도체 소자 제조 공정에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 산화공정, 사진식각공정, 확산공정 및 금속공정 등의 웨이퍼 가공공정을 반복 진행하여 특정회로를 형성한 후, 후속되는 와이어 본딩(wire bonding)공정 및 몰딩(molding)공정 등을 수행하여 반도체소자를 제작한다.

그러나 상기 웨이퍼 가공공정 후에는 여러 가지 원인에 의해서 다수의 결함(defect)이 웨이퍼 상에 발생한다. 즉, 웨이퍼 상에 형성된 패턴과 패턴이 연결되는 패턴 브리지(bridge) 현상, 웨이퍼 상에 형성된 막질의 식각불량, 소자와 소자를 연결시키는 콘택홀(contact hole)의 개구부위 불량 또는 배선의 단선 등의 여러 가지 문제가 발생한다.

상기와 같은 문제점이 발생된 반도체 소자는 반도체 장치로 제작된 후, 필연적으로 동작불량을 야기할 수 있기 때문에, 상기 웨이퍼 가공공정이 진행된 웨이퍼를 대상으로 분석공정을 진행하여 웨이퍼를 구성하고 있는 각 칩(chip)의 불량여부를 확인하여 선별한 후, 불량 칩 가운데 재생가능한 칩은 수리하고, 불량 칩이 생산된 런(run)은 조기에 조치함으로써 불량 칩이 더 이상 생산되는 것을 방지하고 있다.

과거의 반도체 웨이퍼 결함 분석방법은, 먼저, 작업자가 가장 수율이 낮은 런에서 방출된 웨이퍼 가운데 가장 낮은 불량요인을 가지고 있는 웨이퍼를 선택하고, 전자빔을 주사하여 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 스캐닝하는 마이크로스코프(microscope) 또는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope : 이하 SEM이라 함) 등을 이용하는 분석 작업을 진행하였다.

한편, 반도체 소자 제조 공정, 특히 금속배선 제조 공정에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 Ti/TiN과 같은 절연막 상에 금속층, 예컨대 Al(알루미늄)(10)을 형성 하여 금속배선을 형성하고 있다.

이와 같은 금속배선 제조 공정에서도 결함이 발생할 수 있는데, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같은 마이크로 브리지(A)가 금속층과 금속층 간에 발생할 수 있다.

그런데 종래에는, SEM을 이용한 웨이퍼 결함 분석, 특히 금속배선의 결함을 분석함에 있어 마이크로 브리지와 같은 결함 현상을 검출하기가 용이하지 않다는 문제가 있다. 즉, 금속배선 간의 마이크로 브리지(A)는 그 크기가 매우 작기 때문에 결함 현상을 인지하고 있음에도 불구하고 SEM을 이용하여 결함을 검출하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 집속 이온 빔(Focused Ion Beam : 이하 FIB라 함) 기술을 이용하여 금속배선을 절연시킨 후 SEM 장비를 통해 관찰되는 금속배선의 명암에 따라 불량 금속배선을 보다 정확히 확인할 수 있는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 집속 이온 빔 장비를 이용하여 반도체 금속배선의 마이크로 브리지를 분석하는 방법으로서, 이온 빔을 방사하여 상기 반도체 금속배선 중 임의의 금속배선을 절연시키는 단계와, 주사전자현미경을 통해 상기 절연된 금속배선을 포함하는 반도체 금속배선을 촬영하는 단계를 포함하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법을 제공한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따르면, 주사전자현미경으로 관찰하기 위해 전자빔을 방사하는 전자빔칼럼과, 상기 전자빔칼럼에서 방사되는 전자빔이 시편에 조사되어 나타나는 2차 전자상을 촬영하는 모니터링부와, 결함 부위만 식각되거나 증착되어 토폴로지가 형성되도록 하기 위해 특정 이온을 방사하며, 상기 방사되는 이온에 의해 임의의 금속배선들을 절단하여 강제 절연될 수 있게 하는 이온칼럼을 포함하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

실시예의 설명에 앞서, 본 발명의 핵심 기술 요지는, 반도체 FIB 장비를 이용하여 금속배선의 일부를 절단(절연)시킨 후 마이크로 브리지가 발생한 부분을 SEM으로 보다 명확히 관찰할 수 있게 한다는 것으로, 이러한 기술 사상으로부터 본 발명의 목적으로 하는 바를 용이하게 달성할 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법에 적용되는 FIB 장비에 대한 개략적인 구성도이다.

먼저, FIB 장비는, 반도체 소자의 표면 분석, 결함 분석, 미세 가공, 회로 수정 등의 다양한 용도로 활용되는 것으로, 특히 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope : TEM) 시편을 제조할 때 표면 식각 또는 단면 절단 공정에 이용되며, 반도체 소자의 회로를 수정할 때, 결함 있는 부위를 자르거나 재 연결하 는데 이용되고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 적용되는 FIB 장비는, 주사전자현미경으로 관찰하기 위해 전자빔을 방사하는 전자빔칼럼(100)과, 상기 전자빔칼럼(100)에서 방사되는 전자빔이 시편에 조사되어 나타나는 2차 전자상을 촬영하는 모니터링부(102)와, 결함 부위만 식각되거나 증착되어 토폴로지가 형성되도록 하기 위해 특정 이온, 예컨대 Ga 이온을 방사하는 이온칼럼(104)으로 구성된다.

이러한 구성으로 인해 웨이퍼 상에서 결함이 발생된 부분에 토폴로지를 형성하여 주사전자현미경으로 관찰할 수 있도록 한다.

특히, 본 실시예에서는, 상기 이온칼럼(104)에서 방사되는 Ga 이온에 의해 임의의 금속배선들을 절단하여 강제 절연될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다. 절연된 다수의 금속배선들은 전자빔칼럼(100)과 모니터링부(102)에 의해 SEM 촬영이 가능하게 된다.

이를 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법을 설명하기 위한 SEM 촬영된 금속배선 단면도를 예시적으로 도시한 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 이온칼럼(104)에 의해 절연되는 금속배선은, 도면부호 10a, 10b, 10c로 각각 예시되며, 그렇지 않은 금속배선은 10d, 10e, 10f로 각각 예시되어 있다. 통상의 경우, 절단된 금속배선이라면 모니터링부(102)에 의해 절연부분이 어둡게 관찰될 것이며(10a, 10b), 절단되지 않은 금속배선이라면 모니터링부(102)에 의해 금속배선 부분이 밝게 보일 것이다(10d, 10e, 10f).

그러나 금속배선과 금속배선 간의 마이크로 브리지가 발생한 경우, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이 금속배선(10c)과 금속배선(10d) 간에 마이크로 브리지(A)가 발생한 경우에는, 금속배선(10c)을 절단하였다 하더라도 모니터링부(102)에서는 금속배선(10c)이 밝게 관찰된다.

따라서 사용자는 금속배선(10c)과 금속배선(10d) 간에 마이크로 브리지 현상이 발생되었음을 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 FIB 장비를 이용하여 금속배선을 절연시킨 후 SEM 장비를 통해 관찰되는 금속배선의 명암에 따라 불량 금속배선을 보다 정확히 확인할 수 있게 구현한 것이다.

본 발명에 의하면, FIB 기술을 이용하여 금속배선을 절연시킨 후 SEM 장비를 통해 관찰되는 금속배선의 명암에 따라 불량 금속배선을 보다 정확히 확인할 수 있는 바, 제조 공정상 제품 신뢰도를 높일 수 있다.

이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상과 범주 내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.

Claims (5)

1. 집속 이온 빔 장비를 이용하여 반도체 금속배선의 마이크로 브리지(micro bridge)를 분석하는 방법으로서,

   이온 빔을 방사하여 상기 반도체 금속배선 중 임의의 금속배선을 절연시키는 단계와,

   주사전자현미경을 통해 상기 절연된 금속배선을 포함하는 반도체 금속배선을 촬영하는 단계

   를 포함하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 촬영 단계는,

   마이크로 브리지에 의해 명암이 상이하게 나타나는 절연된 금속배선이 촬영되는 것을 특징으로 하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 절연된 금속배선 중 마이크로 브리지가 발생한 금속배선은 명암이 밝은 상태로 촬영되는 것을 특징으로 하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 방법.
4. 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 장치로서,

   주사전자현미경으로 관찰하기 위해 전자빔을 방사하는 전자빔칼럼(electron beam column)(100)과,

   상기 전자빔칼럼(100)에서 방사되는 전자빔이 시편에 조사되어 나타나는 2차 전자상을 촬영하는 모니터링부(102)와,

   상기 금속배선의 결함이 발생한 부분에 토폴로지(topology)를 형성하기 위해 특정 이온을 방사하며, 상기 방사되는 이온에 의해 임의의 금속배선들을 절단하여 강제 절연될 수 있게 하는 이온칼럼(ion column)(104)

   을 포함하는 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 이온칼럼(104)에 의해 절연된 금속배선들 간에 마이크로 브리지가 발생한 경우, 상기 마이크로 브리지가 발생한 금속배선은 명암이 밝은 상태로 상기 모니터링부(102)에서 촬영되는 것을 특징으로 반도체 금속배선의 마이크로 브리지 분석 장치.

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