KR20000043191A - Manufacturing method of monitoring apparatus of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 검사장치 제조방법에 관한 것으로, 특히 활성영역 상부에 모스전계효과 트랜지스터를 형성하고 검사하고자 하는 불순물영역과 외부 패드와 연결시킬 수 있는 콘택을 형성하기 위한 불순물영역을 별도로 형성하여 상기 검사하고자 하는 불순물영역에 콘택식각에 의한 손상에 의한 누설전류를 제외한 접합 누설전류특성을 측정하기 위한 검사장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a test device for a semiconductor device. In particular, an MOS field effect transistor is formed over an active region, and an impurity region for forming an impurity region for inspection and a contact for connecting to an external pad are separately formed. The present invention relates to an inspection apparatus for measuring junction leakage current characteristics excluding leakage current due to damage due to contact etching in an impurity region to be inspected.
반도체소자가 고집적화되어 감에 따라 MOS FET의 게이트 전극도 폭이 줄어들고 있으나, 게이트전극의 폭이 N배 줄어들면 게이트전극의 전기 저항이 N배 증가되어 반도체소자의 동작 속도를 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서 게이트전극의 저항을 감소시키기 위하여 가장 안정적인 MOSFET 특성을 나타내는 폴리실리콘층/산화막 계면의 특성을 이용하여 폴리실리콘층과 실리사이드의 적층 구조인 폴리사이드가 저 저항 게이트로서 사용된다.As the semiconductor devices become more integrated, the gate electrodes of the MOS FETs also decrease in width, but when the width of the gate electrodes decreases by N times, the electrical resistance of the gate electrodes increases by N times, which reduces the operating speed of the semiconductor devices. Therefore, in order to reduce the resistance of the gate electrode, polyside, which is a laminated structure of the polysilicon layer and the silicide, is used as the low resistance gate by using the property of the polysilicon layer / oxide layer interface showing the most stable MOSFET characteristics.
일반적으로 p 또는 n형 반도체기판에 n 또는 p형 불순물로 형성되는 pn 접합은 불순물을 반도체기판에 임플란트한 후, 열처리로 활성화시켜 확산영역을 형성한다. 따라서 채널의 폭이 감소된 반도체소자에서는 확산영역으로부터의 측면 확산에 의한 숏채널 효과(short channel effect)를 방지하기 위하여 접합깊이를 얕게 형성하여야 하며, 드레인으로의 전계 집중에 의한 접합 파괴를 방지하게 위하여 소오스/드레인 영역을 LDD 구조로 형성하는 등의 방법이 있다.In general, a pn junction formed of a p or n type semiconductor substrate with n or p type impurities is implanted into the semiconductor substrate and then activated by heat treatment to form a diffusion region. Therefore, in a semiconductor device having a reduced channel width, the junction depth should be shallow to prevent short channel effects due to side diffusion from the diffusion region, and to prevent junction breakage due to electric field concentration to the drain. For this purpose, there are methods such as forming a source / drain region into an LDD structure.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 따른 반도체소자의 검사장치 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing an inspection apparatus for a semiconductor device according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 종래기술에 따른 반도체소자의 검사장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an inspection apparatus of a semiconductor device according to the prior art.
먼저, p형 반도체기판(11)에서 소자분리영역으로 예정되는 부분에 소자분리절연막(13)을 형성한다.First, an element isolation insulating film 13 is formed in a portion of the p-type semiconductor substrate 11 that is intended as an element isolation region.
다음, n+ 임플란트마스크(도시않됨)을 사용하여 상기 반도체기판(11)에 n+불순물을 이온주입하여 불순물영역(15)을 형성한다.Next, an impurity region 15 is formed by ion implanting n + impurities into the semiconductor substrate 11 using an n + implant mask (not shown).
그 다음, 전체표면 상부에 평탄화막(17)을 형성하고, 상기 불순물영역(15)에서 콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 콘택마스크를 이용한 식각공정으로 콘택홀을 형성한다.Next, the planarization layer 17 is formed on the entire surface, and a contact hole is formed by an etching process using a contact mask that exposes a portion of the impurity region 15 to be a contact.
그리고, 상기 평탄화막(17) 상부에 도전층(도시않됨)을 형성한 다음, 전면식각공정 또는 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, 이하 CMP 라 함)공정으로 상기 평탄화막(17)이 노출될 때까지 상기 도전층을 제거하여 상기 콘택홀을 매립하는 콘택플러그(19)를 형성한다.In addition, when the conductive layer (not shown) is formed on the planarization layer 17, and then the planarization layer 17 is exposed by an entire surface etching process or a chemical mechanical polishing process. Until then, the conductive layer is removed to form a contact plug 19 filling the contact hole.
그 후, 상기 평탄화막(17) 상부에 상기 콘택플러그(19)와 접속되는 도전배선(21)을 형성한다. (도 1참조)Thereafter, a conductive wiring 21 connected to the contact plug 19 is formed on the planarization film 17. (See Fig. 1)
그러나, 상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 검사장치 제조방법은, 검사하고자하는 부분의 임플란트영역에 직접 콘택을 형성하여 정션의 누설전류 특성을 측정하는 방식으로서 정션의 형성공정시 임플란트공정으로 발생한손상과 콘택형성시 발생한 손상이 모니터링되기 때문에 상기 모니터링된 정션의 특성의 변화 및 불안정한 현상이 정션의 변화에 의한 것인지, 콘택형성시 발생한 손상에 의한 것인지 구분하기 어려운 문제점이 있다.However, the method of manufacturing a semiconductor device inspection apparatus according to the related art as described above is a method of measuring a leakage current characteristic of a junction by directly forming a contact in an implant region of a portion to be inspected. Since damages and damages generated during contact formation are monitored, there is a problem that it is difficult to distinguish whether the change in the characteristics of the monitored junction and the unstable phenomenon are due to the change of the junction or the damages generated during contact formation.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 모스트랜지스터를 이용하여 접합영역의 순수한 누설전류 특성을 측정하여 소자의 수율 및 신뢰성이 저하되는 것을 방지하는 반도체소자의 검사장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a method for manufacturing a device for inspecting a semiconductor device which prevents deterioration of yield and reliability of a device by measuring pure leakage current characteristics of a junction region using a MOS transistor in order to solve the problems of the prior art. The purpose is.
도 1 은 종래기술에 따른 반도체소자의 검사장치를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing an inspection apparatus of a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 는 본 발명에 따른 반도체소자의 검사장치를 도시한 평면도.2A is a plan view showing an inspection apparatus of a semiconductor device according to the present invention.
도 2b 는 도 2a 의 선A-A'에 따른 단면도.FIG. 2B is a sectional view along line A-A 'of FIG. 2A;
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
11, 12 : 반도체기판 13, 14 : 소자분리절연막11, 12: semiconductor substrate 13, 14: device isolation insulating film
15 : 접합영역 16 : 게이트 절연막15 junction region 16 gate insulating film
17 : 평탄화막 18 : 게이트 전극17 planarization film 18 gate electrode
19, 30, 32 : 콘택플러그 20 : LDD영역19, 30, 32: contact plug 20: LDD area
21 : 도전배선 22 : 절연막 스페이서21: conductive wiring 22: insulating film spacer
24a : 제1불순물영역 24b :제2불순물영역24a: first impurity region 24b: second impurity region
26 : 제1평탄화막 28 : 제2평탄화막26: first flattening film 28: second flattening film
34 : 외부패드 36 : 전압입력패드34: external pad 36: voltage input pad
이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체소자의 검사장치 제조방법은,In order to achieve the above object, a method for manufacturing an inspection device for a semiconductor device according to the present invention
n웰과 p웰이 구비된 반도체기판 상부에 게이트 절연막을 형성하는 공정과,forming a gate insulating film on the semiconductor substrate including n-well and p-well;
상기 게이트 절연막 상부에 게이트 전극을 형성하는 공정과,Forming a gate electrode on the gate insulating film;
상기 게이트 전극의 양쪽 반도체기판에 불순물을 이온주입하여 불순물영역을 형성하는 공정과,Forming an impurity region by implanting impurities into both semiconductor substrates of the gate electrode;
전체표면 상부에 평탄화막을 형성하는 공정과,Forming a planarization film over the entire surface;
상기 평탄화막 상부에 상기 게이트 전극 일측의 불순물영역에서 외부 패드 콘택으로 예정되는 부분과 게이트 전극에 전압을 인가하기 위한 패드콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 공정과,Forming a photoresist pattern on the planarization layer exposing a portion of the impurity region on one side of the gate electrode to an external pad contact and a portion of the gate contact to apply a voltage to the gate electrode;
상기 감광막 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 평탄화막을 제거하여 콘택홀을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과,Removing the planarization layer by using the photoresist pattern as an etching mask to form a contact hole, and then removing the photoresist pattern;
상기 콘택홀을 매립하는 콘택플러그를 형성하는 공정과,Forming a contact plug to fill the contact hole;
상기 평탄화막 상부에 도전층을 형성하는 공정과,Forming a conductive layer on the planarization film;
도전배선 마스크를 식각마스크로 상기 도전층을 식각하여 상기 콘택플러그와 접속되는 패드를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And etching the conductive layer using the conductive wiring mask as an etch mask to form a pad connected to the contact plug.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail according to the present invention.
도 2a 는 본 발명에 따른 반도체소자의 검사장치를 도시한 평면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 선A-A'에 따른 단면도로서 서로 연관지어 설명하기로 한다.FIG. 2A is a plan view showing an inspection apparatus of a semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
먼저, p형 또는 n형 반도체기판(12)에 n웰마스크(도시않됨)를 이용한 임플란트공정으로 n웰(도시않됨)을 형성하고, p웰마스크(도시않됨)를 이용한 임플란트공정으로 p웰(도시않됨)을 형성한다.First, n wells (not shown) are formed on an p-type or n-type semiconductor substrate 12 by an n-well mask (not shown), and p-wells (not shown) are used in an implant process using a p-well mask (not shown). Not shown).
다음, 상기 반도체기판(12)에서 소자분리영역으로 예정되는 부분에 소자분리절연막(14)을 형성한다.Next, an element isolation insulating film 14 is formed on a portion of the semiconductor substrate 12 that is intended to be an element isolation region.
그 다음, 상기 반도체기판(12) 상부에 게이트 절연막(16)을 형성하고, 제1도전층(도시않됨)을 형성한다. 이때, 상기 제1도전층은 다결정실리콘층 또는 텅스텐실리사이드층 또는 폴리사이드층 또는 금속층을 사용할 수 있다.Next, a gate insulating layer 16 is formed on the semiconductor substrate 12, and a first conductive layer (not shown) is formed. In this case, the first conductive layer may use a polysilicon layer, a tungsten silicide layer, a polyside layer, or a metal layer.
그 다음, 상기 제1도전층에서 게이트 전극으로 예정되는 부분을 보호하는 게이트 전극 마스크를 식각마스크로 상기 제1도전층을 식각하여 게이트 전극(18)을 형성한다. 상기 게이트 전극(18)은 다결정실리콘층, 폴리사이드 또는 금속층 등으로 형성할 수 있다.Next, the gate electrode 18 is formed by etching the first conductive layer with an etch mask using a gate electrode mask that protects a portion of the first conductive layer that is intended as the gate electrode. The gate electrode 18 may be formed of a polysilicon layer, a polyside, or a metal layer.
그리고, 상기 게이트 전극(18)의 양쪽 반도체기판(12)에 n형의 저농도 불순물을 이온주입하여 엘.디.디.(lightly doped drain, 이하 LDD 라 함)영역(20)을 형성한다.An n-type low concentration impurity is ion-implanted into both semiconductor substrates 12 of the gate electrode 18 to form a lightly doped drain (LDD) region 20.
다음, 전체표면 상부에 절연막(도시않됨)을 형성한 후, 전면식각하여 상기 게이트 전극(18)의 측벽에 절연막 스페이서(22)를 형성한다.Next, an insulating film (not shown) is formed on the entire surface, and then the entire surface is etched to form an insulating film spacer 22 on the sidewall of the gate electrode 18.
그 다음, 상기 절연막 스페이서(22)의 양쪽 반도체기판(12)에 고농도 불순물을 이온주입하여 제1불순물영역(24a)과 제2불순물영역(24b)을 형성한다. 이때, 상기 반도체기판(12)의 주변회로에 형성되어 있는 상기 n웰 상에는 고농도의 p형 불순물을 이온주입하고, p웰 상에는 고농도의 n형 불순물을 이온주입고농도 불순물은 n형 또는 p형 불순물을 이온주입한다. 그리고, 상기 게이트 전극(18)의 일측에 있는 제1불순물영역(24a)은 외부와 전기적으로 연결시키기 위한 접합영역이고, 상기 게이트 전극(18)의 타측에 있는 제2불순물영역(24b)은 상기 이온주입공정에 의한 손상으로 유발되는 누설전류를 검사하기 위한 접합영역이다. 여기서, 상기 제2불순물영역(24b)은 모든 종류의 이온주입공정에 의해 형성하는 접합영역이 될 수 있다.Thereafter, high concentration impurities are implanted into both semiconductor substrates 12 of the insulating film spacer 22 to form the first impurity region 24a and the second impurity region 24b. At this time, a high concentration of p-type impurity is implanted into the n well formed in the peripheral circuit of the semiconductor substrate 12, and a high concentration of n-type impurity is implanted into the p well, and the concentration impurity is n-type or p-type impurity. Ion implantation. In addition, the first impurity region 24a on one side of the gate electrode 18 is a junction region for electrically connecting with the outside, and the second impurity region 24b on the other side of the gate electrode 18 is the It is a junction area for inspecting leakage current caused by damage by ion implantation process. Here, the second impurity region 24b may be a junction region formed by all kinds of ion implantation processes.
다음, 전체표면 상부에 층간절연막(26)을 형성하고, 상기 층간절연막(26) 상부에 평탄화막(28)을 형성한다.Next, an interlayer insulating film 26 is formed over the entire surface, and a planarization film 28 is formed over the interlayer insulating film 26.
그 다음, 상기 평탄화막(28) 상부에 상기 제1불순물영역(24a)과 게이트 전극(18) 상에 도전배선 콘택으로 예정되는 부분을 노출시키는 감광막 패턴(도시않됨)을 형성한다.Subsequently, a photoresist pattern (not shown) is formed on the planarization film 28 to expose portions of conductive wiring contacts on the first impurity region 24a and the gate electrode 18.
그리고, 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 평탄화막(28)과 층간절연막(26)을 식각하여 도전배선 콘택홀(도시않됨)을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 제거한다.The planarization layer 28 and the interlayer insulating layer 26 are etched using the photoresist pattern as an etch mask to form a conductive wiring contact hole (not shown), and the photoresist pattern is removed.
다음, 상기 평탄화막(28) 상부에 상기 도전배선 콘택홀을 매립하는 제2도전층(도시않됨)을 형성한다.Next, a second conductive layer (not shown) is formed on the planarization layer 28 to fill the conductive wiring contact hole.
그 다음, 상기 제2도전층을 전면식각 또는 CMP 하여 제1불순물영역(24a) 및 제2불순물영역(24b)과 접속되는 콘택플러그(30, 32)를 형성한다.Next, the second conductive layer is etched or CMP to form contact plugs 30 and 32 connected to the first impurity region 24a and the second impurity region 24b.
그 후, 전체표면 상부에 상기 콘택플러그(30, 32)와 접속되는 제3도전층(도시않됨)을 형성한다.Thereafter, a third conductive layer (not shown) is formed on the entire surface to be connected to the contact plugs 30 and 32.
다음, 도전배선 마스크를 식각마스크로 상기 제3도전층을 식각하여 상기 콘택플러그(30, 32)와 접속되는 외부패드(34)와 전압입력패드(36)을 형성한다.Next, the third conductive layer is etched by using a conductive wiring mask as an etch mask to form an external pad 34 and a voltage input pad 36 connected to the contact plugs 30 and 32.
한편, 상기 평탄화막(28) 상부에 상기 도전배선 콘택홀을 매립하는 제2도전층(도시않됨)을 형성한 다음, 도전배선 마스크를 사용하여 식각하여 외부패드(34)와 전압입력패드(36)를 형성할 수 있다. (도 2b참조)Meanwhile, a second conductive layer (not shown) filling the conductive wiring contact hole is formed on the planarization layer 28, and then etched using a conductive wiring mask to etch the external pad 34 and the voltage input pad 36. ) Can be formed. (See Figure 2b)
상기 공정으로 형성된 NMOS 트랜지스터에 인가하는 전압 상태에 따라 접합영역의 특성이 다르다.The characteristics of the junction region differ depending on the voltage state applied to the NMOS transistor formed by the above process.
우선, 상기 반도체기판(12)은 접지에 연결하고, 상기 게이트 전극(18)에 0 V를 인가하여 상기 NMOS 트랜지스터를 "턴-오프" 상태로 하는 경우 상기 NMOS 트랜지스터의 "턴-오프"에 따라 상기 제1불순물영역(24a)과 제2불순물영역(24b)이 전기적으로 단락되어, 상기 외부패드(34)와 연결되어 있는 제1불순물영역(24a)의 접합특성만 모니터링된다.First, when the semiconductor substrate 12 is connected to the ground, and the NMOS transistor is "turned off" by applying 0 V to the gate electrode 18, the semiconductor substrate 12 is "turned off" according to the "turn-off" of the NMOS transistor. The first impurity region 24a and the second impurity region 24b are electrically shorted to monitor only the bonding characteristics of the first impurity region 24a connected to the external pad 34.
한편, 상기 반도체기판(12)은 접지에 연결하고, 상기 게이트 전극(18)에 소오스전압(Vs) + 3V를 인가하여 상기 NMOS 트랜지스터를 "턴-온" 상태로 하는 경우, 상기 NMOS 트랜지스터의 "턴-온"에 따라 상기 제1불순물영역(24a)과 제2불순물영역(24b)이 전기적으로 연결되어, 상기 제1불순물영역(24a)의 접합특성과 제2불순물영역(24b)의 접합특성이 함께 모니터링된다.On the other hand, when the semiconductor substrate 12 is connected to the ground and the source voltage (Vs) + 3V is applied to the gate electrode 18 to turn the NMOS transistor into a "turn-on" state, the " The first impurity region 24a and the second impurity region 24b are electrically connected to each other according to the turn-on ", so that the junction characteristics of the first impurity region 24a and the junction characteristics of the second impurity region 24b are This is monitored together.
따라서, 상기 제2불순물영역(24b)의 순수한 접합특성을 측정하기 위해서는 상기 NMOS 트랜지스터가 "턴-온"일때 모니터링된 접합특성에서 상기 NMOS 트랜지스터가 "턴-오프"일때 모니터링된 접합특성을 빼면된다.Therefore, in order to measure the pure junction property of the second impurity region 24b, the monitored junction property when the NMOS transistor is "turn-off" is subtracted from the monitored junction property when the NMOS transistor is "turn-on". .
본 발명에 따른 반도체소자의 검사장치 제조방법은, 반도체소자의 제조공정에서 이온주입공정후 불순물영역의 접합 누설전류를 측정하는 검사장치의 제조공정시 검사하고자 하는 불순물영역에 직접 콘택을 형성하지 않고, 모스트랜지스터를 사용하여 상기 불순물영역을 외부 패드와 연결되어 있는 불순물영역과 전기적으로 도통시켜 전기적 특성을 측정하여 규정된 수치와 측정수치의 비교를 통해 불순물영역의 순수한 누설전류 특성을 측정함으로써 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시켜 수율 및 생산성을 향상시키는 이점이 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device inspection device according to the present invention, a contact device is not directly formed in an impurity region to be inspected during a manufacturing process of an inspection apparatus for measuring a junction leakage current of an impurity region after an ion implantation process in a semiconductor device manufacturing process. Using the morph transistor, the impurity region is electrically connected to the impurity region connected to the external pad to measure the electrical characteristics, and the pure leakage current characteristic of the impurity region is measured by comparing the prescribed value with the measured value. There is an advantage in improving yield and productivity by improving properties and reliability.
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