KR20000045866A - 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 - Google Patents
반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20000045866A KR20000045866A KR1019980062462A KR19980062462A KR20000045866A KR 20000045866 A KR20000045866 A KR 20000045866A KR 1019980062462 A KR1019980062462 A KR 1019980062462A KR 19980062462 A KR19980062462 A KR 19980062462A KR 20000045866 A KR20000045866 A KR 20000045866A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thickness
- monitoring
- roughness
- semiconductor device
- polycrystalline film
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
- G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법에 관한 것으로서, 화학적기상증착 내지 물리적기상증착법으로 반도체기판에 측정 시료인 다결정실리콘막을 증착하고, 비콘택식의 측정용 현미경과 기판과 동일 재질의 프로브를 사용하여 다결정막의 거칠기를 측정하고, 미리 설정된 다결정막의 거칠기와 두께간의 관계값으로부터 측정된 거칠기정도에 대응하는 측정 시료의 두께값을 연산해서 다결정막의 두께를 모니터링한다. 따라서, 본 발명은 반도체소자의 다결정실리콘의 거칠기가 두께와 높은 상관계수를 가지고 있으므로 다결정실리콘의 거칠기를 이용하여 막 두께를 측정할 수 있어 두께 측정을 위한 별도의 모니터링 웨이퍼를 제작하지 않아도 되며 동시에 두께 모니터링에 필요한 공간이 작아지므로 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 별도의 모니터링용 웨이퍼 추가 제작 및 웨이퍼 기판의 손상없이 다결정막의 두께를 모니터링할 수 있는 반도체소자의 다결정막 두께 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 메모리소자를 제작하는 공정중에서 박막 증착 공정의 모니터링 방법은 별도의 모니터링 웨이퍼를 사용하거나 런 웨이퍼(run wafer)의 측정용 패턴에서 두께를 측정하고 있다. 그 중에서도 반도체소자의 박막이 다결정실리콘막일 경우 런 웨이퍼 또는 별도의 모니터링 웨이퍼에서 두께 측정용 현미경을 이용하여 막의 광학 특성을 측정함으로써 두께를 측정하고 있다.
이와 같이 반도체소자의 다결정실리콘막의 두께를 현미경으로 측정하는 방법은 웨이퍼 손상이 없으며 측정에 소요되는 시간이 적다는 장점이 있으나 막 표면에서 빛의 산란이 심하게 일어나는 경우에는 측정이 잘 이루어지지 않으며 입사광의 크기가 커서 런 웨이퍼에서의 두께 모니터링을 위해서는 수백㎛×수백㎛ 크기의 측정용 패턴이 필요하다는 단점이 있다.
또한, 다결정실리콘의 도펀트 농도, 결정화 정도에 따라 입사광의 반사도가 달라지므로 광학 측정시 측정이 잘 안 이루어지며 정확한 측정을 위해서는 많은 기준 데이터와 근사식이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 반도체소자의 다결정막 두께를 측정함에 있어 현미경으로 측정 시료의 표면 거칠기를 측정하여 이 거칠기에 대응하는 두께 관계식으로부터 해당 시료의 두께 정도를 모니터링할 수 있는 반도체소자의 다결정막 두께 모니터링 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법은 반도체소자의 제조공정중에서 화학적기상증착 내지 물리적기상증착법으로 반도체기판에 증착되는 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법에 있어서, 반도체기판에 측정 시료인 다결정막을 형성하는 단계와, 측정용 현미경으로 다결정막의 거칠기를 측정하는 단계와, 원자간력 현미경으로 상기 다결정막의 거칠기를 측정하는 단계와, 미리 설정된 상기 다결정막의 두께와 상기 측정한 거칠기와 두께간의 관계값으로부터 거칠기정도에 대응하는 측정 시료의 두께값을 연산해서 다결정막의 두께를 모니터링하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명의 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법은 다결정막의 거칠기 측정시 웨이퍼 손상이 없도록 비 콘택 방식으로 하며, 반도체기판과 동일 재질의 프로브를 이용한다. 또한, 관계식에 사용되는 두께 측정을 위해서는 투과형 전자현미경, 자외선-가시광선 영역의 스펙트로스코피, 엘립소메트리, 스펙트로스코픽 엘립소메트리, 및 전자 주사 현미경 중에서 어느 하나를 선택해서 사용한다. 본 발명에 따르면, 반도체소자의 다결정실리콘의 거칠기가 두께와 높은 상관계수를 가지고 있으므로 다결정실리콘의 거칠기를 이용하여 막 두께를 측정할 수 있으며 이로 인해 다결정실리콘막을 사용하는 모든 고집적 반도체소자의 경우 두께 측정을 위한 별도의 모니터링 웨이퍼를 제작하지 않아도 되는 제조 공정의 단순화에 기여하며 동시에 두께 모니터링에 필요한 공간이 작아지므로 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법을 설명하기 위해 다결정실리콘막의 두께 측정상태를 나타낸 도면,
도 2는 다결정실리콘막의 두께와 거칠기와의 상관관계를 나타낸 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 실리콘기판 20: 다결정실리콘막
30: 측정용 프로브 40: 원자간력 현미경의 컨트롤러
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법을 설명하기 위해 다결정실리콘막의 두께 측정상태를 나타낸 도면으로서, 본 발명은 반도체소자 공정중에서 다결정막의 한 실시예인 다결정실리콘막 증착 공정시 다음과 같은 방법을 이용하여 이막의 두께를 모니터링한다.
본 발명의 실시예에서는 시료 표면의 손상을 막기위하여 비콘택 측정용 현미경으로서 원자간력 현미경 (Atom Force Microscopy)을 사용하도록 한다.
이에 본 발명은 원자간력 현미경을 이용하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이 프로브(30) 끝과 측정 시료인 다결정실리콘막(20) 표면과의 상호 간력, 즉 거리를 일정하게 하여 다결정실리콘막(20) 표면의 요철 정도를 측정한다. 이때, 프로브(30)의 끝은 수∼수십Å로 전체 측정 면적이 사용하는 압전 스케너(piezo scanner)에 따라 약 0.5㎛부터 수백 ㎛까지 가능하다. 또한, 원자간력 현미경의 측정 면적은 측정하고자 하는 웨이퍼의 종류 및 테스트 패턴의 크기에 따라 조절이 가능하나 최소한 3×3㎛2이상이어야 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다.
그러므로, 이러한 조건을 만족하도록 웨이퍼 시료를 준비한 후에 화학적기상증착(Chemical Vapor Deposition) 내지 물리적기상증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용하여 반도체기판인 실리콘기판(10)에 측정 시료인 다결정막인 다결정실리콘(20)을 두께를 달리하여 증착한다. 이때, 다결정실리콘막(20)의 증착 온도는 결정성 실리콘 부분이 비정질 실리콘부분에 대하여 50%이상으로 되는 온도로 한다.
그 다음, 런 웨이퍼의 테스트 패턴에서 원자간력 현미경(도시하지 않음)을 이용하여 각 두께별로 반도체소자의 다결정실리콘막(20)의 표면 거칠기를 측정하여 데이터 베이스를 확보하도록 한다. 이때, 측정시 사용되는 프로브(30)는 측정하는 표면의 손상을 막기위하여 기판(10)과 동일한 재질인 실리콘(Si)이어야 한다.
그리고, 원자간력 현미경의 컨트롤러(40)에서 미리 설정된 다결정실리콘막(20)의 거칠기와 두께간의 관계값으로부터 측정된 거칠기정도에 대응하는 측정 시료의 두께값을 연산해서 다결정실리콘막(20)의 두께를 모니터링한다.
도 2는 다결정실리콘막의 두께와 거칠기와의 상관관계를 나타낸 그래프로서, 다결정실리콘막의 두께와 거칠기가 거의 선형적으로 증가함으로 알 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다결정실리콘막 두께 측정방법은 테스트 패턴에서의 거칠기 결과와, 반도체소자의 다결정실리콘증착시 함께 증착한 비패터닝된 모니터링 웨이퍼에서 원자간력 현미경이 아닌 다른 투과형 전자현미경(Transmission Election Microscopy), 자외선-가시광선 영역의 스펙트로스코피(Spectroscopy), 엘립소메트리(Ellipsometry), 스펙트로스코픽 엘립소메트리(Spectroscopic Ellipsometry), 및 전자 주사 현미경(Scanning Electron Microscopy) 중에서 어느 하나를 선택해서 두께를 측정한 결과와의 관계식을 구하여 이를 가지고 두께를 모니터링 할 수 도 있다.
그리고, 본 발명은 실제로 런 웨이퍼에서 EM박스 등의 테스트 패턴에서 거칠기를 측정하고 이를 스펙을 정하여 반도체소자의 다결정실리콘 증착 두께를 모니터링하여 프로세스를 컨트롤할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 다결정막으로서 다결정실리콘을 예를 들어 설명하였지만 본 발명의 방법은 화학기상증착법 내지 물리기상증착법을 이용하여 증착되는 모든 다결정막의 두께 측정에 적용할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 반도체소자의 다결정막 두께 모니터링 방법은, 반도체소자의 다결정실리콘의 거칠기가 두께와 높은 상관계수를 가지고 있으므로 다결정실리콘의 거칠기를 이용하여 막 두께를 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명은 반도체소자의 다결정실리콘막을 사용하는 모든 고집적 반도체소자의 경우 런 웨이퍼의 스크라이브 라인 영역에 있는 작은 크기의 테스트 패턴(3㎛까지 가능)에서의 거칠기 측정으로 반도체소자의 다결정실리콘의 두께를 알 수 있어 실시간(real time), 실제장소(real place)의 데이터 피드백이 가능하고 두께 모니터링에 필요한 공간이 작아지므로 수율 향상에 기여할 수 있으며 두께 측정을 위한 별도의 모니터링 웨이퍼를 제작하지 않아도 되는 제조 공정의 단순화를 이점으로 한다.
Claims (3)
- 반도체소자의 제조공정중에서 화학적기상증착 내지 물리적기상증착법으로 반도체기판에 증착되는 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법에 있어서,상기 반도체기판에 측정 시료인 다결정막을 형성하는 단계;원자간력 현미경으로 상기 다결정막의 거칠기를 측정하는 단계; 및미리 설정된 상기 다결정막의 두께와 상기 측정한 거칠기와 두께간의 관계값으로부터 거칠기정도에 대응하는 측정 시료의 두께값을 연산해서 다결정막의 두께를 모니터링하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 다결정막의 거칠기 측정시 웨이퍼 손상이 없도록 비 콘택 방식으로 하며, 반도체기판과 동일 재질의 프로브를 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미리 설정된 다결정막의 두께 측정은 투과형 전자현미경, 자외선-가시광선 영역의 스펙트로스코피, 엘립소메트리, 스펙트로스코픽엘리소메트리, 및 전자 주사 현미경중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980062462A KR20000045866A (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980062462A KR20000045866A (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20000045866A true KR20000045866A (ko) | 2000-07-25 |
Family
ID=19569125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019980062462A KR20000045866A (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20000045866A (ko) |
-
1998
- 1998-12-30 KR KR1019980062462A patent/KR20000045866A/ko not_active Application Discontinuation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6521470B1 (en) | Method of measuring thickness of epitaxial layer | |
| US5665905A (en) | Calibration standard for 2-D and 3-D profilometry in the sub-nanometer range and method of producing it | |
| US6417928B2 (en) | Reflectance method for evaluating the surface characteristics of opaque materials | |
| US7838309B1 (en) | Measurement and control of strained devices | |
| KR20030028696A (ko) | 다결정 실리콘 막 생산 공정 | |
| CN112002640B (zh) | 监控退火工艺稳定性的方法 | |
| WO2016204920A1 (en) | In-situ metrology method for thickness measurement during pecvd processes | |
| CN112097626A (zh) | 一种基于电阻法的金属薄膜厚度测量方法 | |
| US5684301A (en) | Monocrystalline test structures, and use for calibrating instruments | |
| US6605512B2 (en) | Manufacturing method of a semiconductor device | |
| Haberland et al. | Real-time calibration of wafer temperature, growth rate and composition by optical in-situ techniques during AlxGa1− xAs growth in MOVPE | |
| CN101958242A (zh) | 制作栅氧化层和栅极多晶硅层的方法 | |
| KR100430792B1 (ko) | 유전체막의 평가 방법, 열처리 장치의 온도 교정 방법 및반도체 메모리 장치의 제조 방법 | |
| KR20000045866A (ko) | 반도체소자의 다결정막의 두께 모니터링 방법 | |
| US6731386B2 (en) | Measurement technique for ultra-thin oxides | |
| US7823440B2 (en) | Systems and methods for characterizing thickness and topography of microelectronic workpiece layers | |
| Ferrarini et al. | Thin Films Characterization and Metrology | |
| Furtsch et al. | Texture and stress profile in thick polysilicon films suitable for fabrication of microstructures | |
| US20060186406A1 (en) | Method and system for qualifying a semiconductor etch process | |
| CN101435104A (zh) | 根据氮化硅薄膜应力校准薄膜沉积机台中机械手位置的方法 | |
| US6221790B1 (en) | Stable thin film oxide standard | |
| US6445194B1 (en) | Structure and method for electrical method of determining film conformality | |
| Hodges et al. | Improved gate process control at the 130-nm node using spectroscopic-ellipsometry-based profile metrology | |
| KR100322878B1 (ko) | 비정질 폴리실리콘층의 결정화 및 그레인 성장 모니터링 방법 | |
| JP2005038996A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |