KR100790276B1 - 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 웨이퍼의 STI 영역에 입사광을 조사하는 단계; STI 영역에서의 굴절률을 추출하는 단계; 상기 STI 영역에서의 굴절률에 변화가 있는지 확인하는 단계; 상기 STI 영역에서의 굴절률의 변화 유무에 보이드의 유무를 판단하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에 관한 것이다.

STI, 보이드

Description

반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법{Method for Moniterring Defect of the Semiconductor Device}

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법을 도시한 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 모니터링 방법에서 보이드가 없는 STI 에서의 빔의 경로와 강도를 나타내는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에서 보이드가 있는 STI 에서의 빔의 경로와 강도를 나탸내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에서 STI 내에 보이드의 유무에 따른 R.I 값을 보여주는 그래프이다.

본 발명은 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는

반도체 소자의 집적도가 증대됨에 따라, 넓은 영역을 차지하는 로코스 방식의 소자분리막 대신 좁은 면적을 차지하며 소자분리 효과가 탁월한 STI{shallow trench isolation} 방식의 소자분리막이 사용되고 있다.

현재 반도체 소자의 디자인 룰이 0.1㎛ 이하로 감소함에 따라, 반도체 소자의 각 패턴의 선폭은 물론 STI 막을 구성하는 트렌치의 폭 역시 감소하고 있다, 이과 같이 트렌치의 깊이는 일정한 상태에서 그 폭이 감소되면, 트렌치의 어스펙트 비(aspect ratio)가 증대되어, 일반적인 실리콘 산화막에 의해 트렌치를 완벽하게 충진시키기 어렵다.

이러한 높은 어스펙트비를 갖는 STI를 보이드 없이 매립하기 위해서는, 층간 매립특성이 우수한 USG(undoped silicate glass) 또는 HDP(high density) 절연물을 사용하거나, 상기한 층간 매립특성이 우수한 절연막을 2번에 걸쳐 이중으로 매립하는 방식도 사용되고 있다.

그러나, 상기 STI 에 보이드가 발생하면 소자의 누설전류가 증가되어 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용하여 결국 반도체 소자의 수율을 저하시키는 원인이 될 수 있다.

현재 반도체 공정에서 STI에서 보이드를 확인하는 방법은 STI 내에 USG 매립 이후 SEM(주사전자현미경: Scanning Electron Microscope)으로 단면을 측정하는 방법과, In-line 에서 게이트 패턴 형성 이후에 SEM으로 확인이 가능하다.

그러나, STI의 USG(B) 매립 이후 SEM으로 단면측정으로 보이드를 확인하는 방법은 웨이퍼를 절단해야만 측정이 가능하고 웨이퍼와 USG 간의 경계면 확인이 용이하지 않아 D-HF(diluted -HF)에 노출시켜 웨이퍼와 USG의 경계면을 식각한 후 SEM 으로 측정을 하게 된다.

상기와 같은 측정을 하게 되면 웨이퍼와 USG 경계면 뿐만 아니라 STI 내에 발생된 보이드까지 식각되므로 측정하려는 보이드의 크기 및 위치가 왜곡되는 문제가 있으며 또한 공정 진행 중(In-line)에서는 측정이 불가능하다는 단점이 있다.

또한 인-라인에서 게이트 패턴 형성 이후 SEM 을 통한 보이드 확인 시에는 USG 매립공정시 신속한 피드백(feed-back)이 어려운 단점이 있어 보이드 발생 시에 후속 조치가 불가능한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법은 광학측정 방법에 의해 웨이퍼를 절단하지 않고 웨이퍼 상에 형성된 STI 내의 보이드를 검출할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 반도체 소자의 보이드 검출을 모니터링 방법은, 웨이퍼의 STI 영역에 입사광을 조사하는 단계; STI 영역에서의 굴절률을 추출하는 단계; 상기 STI 영역에서의 굴절률에 변화가 있는지 확인하는 단계; 상기 STI 영역에서의 굴절률의 변화 유무에 보이드의 유무를 판단하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 다른 형태를 구현할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도로서, 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법은 다음과 같은 순서로 진행된다.

우선, 광학장비(미도시)에 의해 웨이퍼(1)에 STI(2)가 형성된 부분에 입사광을 조사한다.(S10) 상기 광학장비에는 각 매질에 따른 굴절률 및 매질의 두께에 따른 강도의 수치 등이 저장되어 있어 이를 출력하여 확인할 수 있다.

여기서, 상기 웨이퍼 표면으로 조사되는 입사광은 반사성능이 우수하여 상기 웨이퍼 표면에서의 회절 및 간섭가능성을 줄 일수 있는 단파장 광을 사용하며, 특히 자외선광을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 STI(2) 내로 입사된 후 상기 STI(2) 내의 굴절률을 추출한다.(S20)

상기 STI(2)에서의 굴절률 값이 일정한지 혹은 변화가 있는지 확인(S30)하여 보이드의 유무를 검출한다.(S40)

도 2는 웨이퍼의 STI 내에 보이드가 없는 패턴에서 입사된 입사광과 반사된 반사광의 경로와 강도를 나타내는 단면도이다.

여기서, 상기 웨이퍼(1)는 일반적인 반도체 소자에 사용되는 웨이퍼 기판이고 소자분리 절연막인 STI(2)에는 USG(B)(undoped silicate glass)로 산화막이 형성되어 있다.

도 2를 참조하면, 상기 입사광은 굴절률이 다른 두 매질인 공기(A)-USG(B)를 통해 입사된 후 상기 STI(2) 하부면에서 반사되어 다시 USG(B)-공기(A)를 거쳐 반 사되어 나오는 경로를 나타내고 있다. 여기서 공기(A)의 굴절률은 1이고 USG(B)의 굴절률은 1.46 정도이다.

Snell의 법칙에 의해 굴절률이 작은 소한 매질에서 굴절률이 큰 밀한 매질로 빛이 입사될 때, 밀한 매질에서의 굴절각은 입사각보다 작게 되고 그 반대의 경우는 크게 된다. 이것은 속력이 빠른 매질(소한 매질)에서 속력이 느린 매질(밀한 매질)로 진행할 때 입사각이 같을 경우 굴절각이 작을수록 굴절률이 크게 된다. 빛에 대한 굴절률은 공기(A)를 기준으로(공기의 굴절률= 1) 할 때 빛의 속력이 얼마나 느려지느냐를 나타내는 양이다. 공기(A) 중에서의 속력과 어떤 다른 매질에서의 속력의 차가 클수록 빛이 많이 꺾이게 되고, 따라서 굴절률은 크다는 것을 나타낸다.

따라서, 연속적인 파장을 갖는 광이 조사되었을 때 빛은 공기(A)와 USG(B)라는 서로 다른 매질을 통과하여 USG(B) 내부로 입사된 광은 공기(A) 중에서의 입사광 보다는 작지만 특정한 강도의 신호로 굴절된 후 다시 공기(A) 중으로 반사된다.

상기와 같이 입사광이 소한 매질인 공기(A)를 거쳐 밀한 매질인 USG(B)로 입사되면 상기 입사광은 입사각보다 작은 굴절각을 가지고 USG(B) 내부로 굴절된 후 다시 USG(B) 하부의 웨이퍼와의 경계면에 의해 반사되어 동일한 각도로 상기 USG(B)를 거쳐 소한 매질인 공기(A) 중으로 반사광이 반사되어 진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 USG(B) 내부에는 보이드가 없는 상태이므로 USG(B) 영역에서의 입사되는 굴절각과 반사되는 굴절각은 동일한 경로와 강도를 가지며, 또한, 상기 공기(A) 중에서의 입사광과 반사광도 동일한 경로와 강도를 가지 게 된다.

따라서, 상기 공기(A)에서의 굴절률은 1의 값을 나타내고 상기 USG(B) 영역에서의 굴절률은 1,46의 값이 나타나, 상기 USG(B) 영역에서의 굴절률에 변화가 없으므로 상기 USG(B) 내부는 보이드가 없는 것을 알 수 있다.

도 3은 웨이퍼의 STI 내에 보이드가 형성되어 있을 때 입사광과 굴절된 광과 반사광의 경로와 강도를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하여, 조사된 입사광은 소한 매질인 공기(A)를 거쳐 밀한 매질인 USG(B)로 입사되고 상기 입사광은 입사각보다 작은 굴절각을 가지고 USG(B) 내부로 굴절되는데 이때, 상기 USG(B) 내에 보이드가 발생한 경우 USG(B)로 입사된 입사광은 USG(B)-보이드(3)-USG(B)라는 서로 다른 매질을 통과하여 굴절되고 다시 USG(B) 하부의 웨이퍼 경계면에 의해 반사되어 USG(B)-보이드(3)-USG(B)의 다른 매질을 통과하여 굴절된 후 공기(A) 중으로 반사광이 반사된다.

여기서 상기 공기(A) 중으로 반사되는 반사광은 USG(B) 내부에서 복수회 굴절된 후 반사된 상태이므로 입사광의 경로 및 강도와 다른 경로 및 강도를 가지게 된다.

따라서, 상기 공기(A) 중에서의 굴절률은 1이 값을 나타내고 상기 USG(B) 영역에서의 굴절률은 1,46의 값을 나타내며, 보이드(3)에서의 굴절률은 다시 1이라는 변화된 값이 나타나므로 상기 USG(B) 내부는 보이드(3)가 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 USG(B) 내에 보이드(30가 있다는 것이 검출되면 다시 입사광의 각도에 변화를 준 다음 상기 웨이퍼(1)로 입사광을 조사한다. 그러면 상기 입사광 은 공기(A)를 거쳐 상기 USG(B) 내에서 복수회 굴절된 후 공기(A) 중으로 반사되면 상기 반사광의 경로 및 강도를 검출하여 상기 USG(B) 내의 보이드의 크기를 알 수 있게 된다.

도 4를 참조하면, 도 4는 입사광의 파장에 따라 매질이 공기(A)(Air)일 때와 산화막(Oxide) 일 때의 굴절률(refraction index:R.I)를 나타내는 것으로, 파장에 따른 굴절률 값은 산화막과 공기(A) 중 일때 차이를 가지게 되는 것을 알 수 있으며, 따라서 입사광의 굴절률의 값을 출력하여 비교하면 STI(2) 내의 보이드 유무를 검출 할 수 있게 된다.

상기와 같이 STI의 USG(B)에 보이드가 검출되면 인-라인(in-line, 공정이 진행중인 상태)에서 신속하게 피드백 하여, 보이드(3)가 발생된 상기 STI(2) 영역에 습식식각 방법을 사용하여 보이드(3)가 검출된 부분까지 식각한 후 보이드(3) 영역 내부로 산화막을 증착함으로써 STI(2) 내에 보이드(3)를 제거할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사항 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이. 본 발명에 따른 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법은 인-라인(in-line)에서 STI 내로 특정한 파장을 갖는 광을 조사함으로써 STI 내의 굴절률 값을 추출하여 이를 언제든지 모니터링하여 보이드 유 무를 검출 할 수 있으므로 신속한 피드백이 가능하여 후속처리공정에 의해 STI 내의 보이드를 감소 시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 웨이퍼의 STI 영역에 입사광을 조사하는 단계;

   STI 영역에서의 굴절률을 추출하는 단계;

   상기 STI 영역에서의 굴절률에 변화가 있는지 확인하는 단계;

   상기 STI 영역에서의 굴절률의 변화 유무에 따라 보이드의 유무를 판단하는 단계; 및

   상기 STI 영역에서 보이드가 확인되면 피드백하여 후속공정에 의해 상기 보이드를 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 STI 영역에서 굴절률이 일정하면 보이드가 없는 것으로 판단하고,

   상기 STI 영역에서 굴절률에 변화가 있으면 보이드가 있는 것으로 판단하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 보이드의 검출시,

   상기 입사광의 각도에 변화를 주어 상기 보이드의 크기를 확인할 수 있는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보이드의 검출은 인-라인(in-line) 단계에서 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 후속공정은 상기 STI 영역의 보이드가 형성된 부분까지 습식식각방법으로 제거한 후 산화막을 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 STI 영역에는 USG로 산화막이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 보이드 검출을 위한 모니터링 방법.

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