KR20040034913A

KR20040034913A - Method of manufacturing standard sample of semiconductor device

Info

Publication number: KR20040034913A
Application number: KR1020020063562A
Authority: KR
Inventors: 박환식; 전상문; 최선용; 박종철; 전충삼
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-04-29

Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a standard sample of a semiconductor device is provided to reduce manufacturing cost by using one thin film having plural regions of different thickness. CONSTITUTION: A first thin film(110) is formed on a semiconductor substrate(100). The first thin film(110) includes one or more regions having difference thickness. A second thin film(120C) is formed on the first thin film(110). The second thin film(120C) includes a flat surface or one or more regions having different height. A process for forming the first and the second thin films includes a process for coating a thin film, a process for forming a photoresist pattern on the thin film to expose partially the thin film, a process for etching the exposed region, and a process for removing the photoresist pattern.

Description

METHODS OF MANUFACTURING STANDARD SAMPLE OF SEMICONDUCTOR DEVICE

본 발명은 반도체 소자의 기준시료 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두께 측정용 반도체 소자의 기준시료 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a reference sample of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a reference sample of a semiconductor device for measuring thickness.

대량의 데이터를 단시간에 처리하기 위해, 제품에 사용되고 있는 반도체 소자는 초집적화 되고 있는 추세이다. 따라서, 반도체 소자 내에 형성되는 수많은 박막의 두께는 더욱 더 얇아지고 있다. 상기 박막은 때에 따라서, 반도체 소자의 성능과 직결되어 이를 정확히 측정하여야 한다.In order to process a large amount of data in a short time, semiconductor devices used in products have become an ultra-integrated trend. Therefore, the thickness of many thin films formed in a semiconductor element is getting thinner and thinner. The thin film is sometimes directly connected to the performance of the semiconductor device and must be accurately measured.

반도체 소자의 제조공정은 다수의 단계를 거치게 되며, 후속하는 공정을 진행하기 전에 소자의 불량을 판별하기 위해, 각 공정별로 형성된 박막의 두께를 측정한다. 그러나, 동일 장비라 하더라도 각 공정별로 설치된 두께 측정장비 간의 오차로 인해, 동일한 두께에 대한 측정값이 서로 달라 공정의 혼선을 초래할 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 제조공정을 진행하면서 형성되는 박막의 두께를 측정하고 상기 박막 두께의 신뢰도를 확인하기 위해서는 공정 중에 측정된 측정값과 비교할 수 있는 기준시료의 측정값이 중요하다.The manufacturing process of the semiconductor device goes through a number of steps, and the thickness of the thin film formed by each process is measured to determine the defect of the device before proceeding to the subsequent process. However, even if the same equipment, due to the error between the thickness measuring equipment installed for each process, the measurement value for the same thickness is different from each other may cause confusion of the process. Therefore, in order to measure the thickness of the thin film formed during the manufacturing process of the semiconductor device and to verify the reliability of the thin film thickness, the measured value of the reference sample which can be compared with the measured value measured during the process is important.

상기 기준시료는 실제 공정 중에 형성하려는 박막과 동일한 두께로 형성되어 상기 공정 중에 형성된 박막에 대해 절대값의 역할을 한다. 즉, 각 단계마다 설치된 두께 측정장비로 동일한 기준시료의 두께를 측정한 후, 상기 기준시료의 실제 두께와 각 단계에 설치된 두께 측정장비의 측정값을 비교하여 상기 측정값의 오차 여부에 따라 상기 공정 단계에 설치된 측정장비의 프로그램을 수정하여 공정 중에 형성된 소자의 박막 두께에 대한 정확한 측정값을 얻게 된다.The reference sample is formed to the same thickness as the thin film to be formed during the actual process serves as an absolute value for the thin film formed during the process. That is, after measuring the thickness of the same reference sample with the thickness measuring equipment installed in each step, and compares the actual thickness of the reference sample and the measured value of the thickness measuring equipment installed in each step the process according to the error of the measured value The program of the measuring equipment installed in the step is modified to obtain an accurate measurement of the film thickness of the device formed during the process.

그러나, 반도체 소자의 제조공정은 대규모로 진행되며, 소자 내에 형성되는 두께가 다른 박막의 개수 또한 다양하다. 각각의 박막 두께별로 기준시료를 제작하게 되면, 기준시료를 대량으로 제작하여야 한다. 뿐만 아니라, 반도체 소자의 디자인룰(design rule)의 변화 속도가 급속하게 진행되면서 기준시료 제작의 횟수 또한, 증가하여 부가적인 작업을 더 필요로 한다. 특히, 다층박막의 경우에는 두께를 측정하게 되면, 실제 반도체 공정이 포함하고 있는 많은 변수들로 인해, 비록 하부의 층이 기준시료의 실제 두께와 부합하더라도, 후속에 상부에 박막이 형성되면서 하부에 형성된 박막의 원래 두께가 수축되는 경우가 있다. 따라서, 상기 다층박막의 경우까지 고려하게 되면, 기준시료의 개수는 급속하게 증가하게 된다. 이로 인해, 반도체 기판에 대한 비용의 증가로 반도체 소자의 원가 상승을 초래하여 공정 상의 손실은 막대해진다.However, the manufacturing process of the semiconductor device proceeds on a large scale, and the number of thin films having different thicknesses formed in the device also varies. When the reference sample is produced for each thin film thickness, the reference sample must be manufactured in large quantities. In addition, as the rate of change of the design rule of the semiconductor device is rapidly progressed, the number of times of fabricating the reference sample is also increased, which requires additional work. In particular, in the case of multi-layered thin films, due to many variables included in the actual semiconductor process, even if the lower layer matches the actual thickness of the reference sample, a thin film is formed on the upper part at a lower part. The original thickness of the formed thin film may shrink. Therefore, when considering the case of the multilayer thin film, the number of reference samples increases rapidly. As a result, an increase in the cost for the semiconductor substrate leads to an increase in the cost of the semiconductor device, resulting in huge process losses.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 다층박막으로 이루어진 반도체 소자의 기준시료 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a reference sample of a semiconductor device consisting of the multilayer thin film.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예1에 의한 2층 구조로 이루어진 반도체 소자의 기준시료 제조방법에 대한 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views of a method for manufacturing a reference sample of a semiconductor device having a two-layer structure according to Example 1 of the present invention.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 실시예2에 의한 3층 구조로 이루어진 반도체 소자의 기준시료 제조방법에 대한 단면도이다.2A to 2B are cross-sectional views of a method of manufacturing a reference sample of a semiconductor device having a three-layer structure according to a second embodiment of the present invention.

상기 목적을 달성하기 위한 반도체 소자의 기준시료 제조방법은, 반도체 기판 상에 두께가 각기 다른 하나 이상의 영역을 갖는 제1 박막을 형성하는 단계 및 상기 제1 박막 상에 상부면이 평탄하거나 상기 상부면의 높이가 각기 다른 하나 이상의 영역을 갖는 하나 이상의 제2박막을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a reference sample of a semiconductor device includes forming a first thin film having at least one region having a different thickness on a semiconductor substrate, and having a top surface flat or the top surface on the first thin film. Forming at least one second thin film having at least one region having different heights.

이와 같이, 하나의 반도체 기판에 두께가 서로 다른 여러 영역을 정의하여 기준시료를 제작함으로써, 하나의 기준시료로 다수의 반도체 공정에 대응할 수 있다.As described above, by defining a plurality of regions having different thicknesses on one semiconductor substrate, a reference sample may be manufactured, and one reference sample may correspond to a plurality of semiconductor processes.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 기준시료의 제조방법은 반도체 기판 상에 두께가 각기 다른 하나 이상의 영역을 갖는 제1 박막을 형성하는 단계 및 상기 제1 박막 상에 상부면이 평탄하거나 상기 상부면의 높이가 각기 다른 하나 이상의 영역을 갖는 하나 이상의 제2박막을 형성하는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a reference sample of the present invention includes the steps of forming a first thin film having at least one region having a different thickness on a semiconductor substrate, and one having a flat upper surface or a different height of the upper surface on the first thin film. Forming at least one second thin film having more than one region.

이때, 상기 제1 및 제2 박막을 형성하는 단계는, ⅰ) 박막을 도포하는 단계, ⅱ) 상기 박막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하여 상기 박막의 일부 영역을 노출시키는 단계, ⅲ) 상기 노출된 영역을 소정 두께 식각하는 단계 및 ⅳ) 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 ⅲ)단계 진행 후, 상기 식각된 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하여 상기 식각된 영역의 일부 영역을 노출시키는 단계 및 상기 노출된 일부 영역을 소정 두께 식각하는 단계를 n회 반복 수행한다.The forming of the first and second thin films may include: i) applying a thin film; ii) exposing a portion of the thin film by forming a photoresist pattern on the thin film; Etching a region by a predetermined thickness; and iii) removing the photoresist pattern. After the step iii), the photoresist pattern is formed on the etched region to expose a portion of the etched region and the exposed portion is etched a predetermined thickness n times.

상기 제1 및 제2 박막은 광을 투과시킬 수 있는 물질로 이루어진다.The first and second thin films are made of a material capable of transmitting light.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실시예1Example 1

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 제1박막(110)을 균일하게 도포한다. 상기 제1박막(110)은 실제 공정에서 도포될 방식에 의해 도포된다. 상기 방식은 화학 기상 증착 방식(Chemical Vapor Deposition), 물리적 기상 증착 방식(Physical Vapor Deposition), 스핀 코팅 방식(Spin Coating) 등으로서, 통상적으로 반도체 소자의 제조공정에서 사용되고 있는 방식이다. 상기 제1박막(110)은 절연막을 이루고 있는 실리콘 산화물과 같은 광을 투과시키는 물질일 수 있으며, 두께 측정장치의 종류에 따라 도전성 패턴을 형성하기 위해 사용되고 있는 금속물질과 같은 광을 반사시키는 물질일 수 있다. 상기 제1박막(110)은 상기 기판(100) 상에 도포된 후, 영역을 여러 부분으로 구분하여 각 영역별로 두께를 각기 다르게 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1A, the first thin film 110 is uniformly coated on the semiconductor substrate 100. The first thin film 110 is applied by the method to be applied in the actual process. The method is a chemical vapor deposition method (Physical Vapor Deposition), a physical vapor deposition method (Physical Vapor Deposition), a spin coating method (Spin Coating), etc., are commonly used in the manufacturing process of a semiconductor device. The first thin film 110 may be a material that transmits light, such as silicon oxide forming an insulating film, and may be a material that reflects light, such as a metal material used to form a conductive pattern according to a type of thickness measuring device. Can be. After the first thin film 110 is coated on the substrate 100, the first thin film 110 may be divided into various parts to form different thicknesses for each area.

상기 제1박막(110) 상에 제2박막(120a)을 도포한다. 상기 제2박막(120a)의 두께는 실제 공정에서 사용되는 두께로서 필요에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 상기 제2박막(120a)을 도포하는 방식은 상기 제1박막(110)을 도포한 방식과 같이 통상적으로 반도체 소자의 제조공정에서 사용하고 있는 박막 형성방식이다. 또한, 상기 제2박막(120a)을 이루고 있는 물질은 두께 측정장비의 특성에 따라, 광을 투과시키는 물질일 수 있으며, 광을 반사시키는 물질일 수 있다.The second thin film 120a is coated on the first thin film 110. The thickness of the second thin film 120a may be variously adjusted as necessary as the thickness used in the actual process. The method of applying the second thin film 120a is a thin film forming method commonly used in a semiconductor device manufacturing process, such as the method of applying the first thin film 110. In addition, the material forming the second thin film 120a may be a material that transmits light or may be a material that reflects light, depending on the characteristics of the thickness measuring equipment.

도 1b를 참조하면, 상기 제2박막(120a) 상에 제1포토레지스트(미도시)를 도포한다. 상기 제1포토레지스트가 덮여 있는 상기 제2박막(120a)의 제1영역(A)을 노출시키도록 상기 제1포토레지스트를 통상의 사진 식각 공정에 의해 패터닝하여 제1포토레지스트 패턴(130)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a first photoresist (not shown) is coated on the second thin film 120a. The first photoresist is patterned by a conventional photolithography process so as to expose the first region A of the second thin film 120a covered with the first photoresist, thereby forming the first photoresist pattern 130. Form.

도 1c를 참조하면, 상기 제1포토레지스트 패턴(130)이 노출시키는 제1영역(A)을 상부로부터 일부 제1식각한다. 상기 제1영역의 제1식각된 제2박막(120b) 두께는 반도체 소자의 제조공정 중에 형성될 박막 두께중 하나이다.Referring to FIG. 1C, the first region A exposed by the first photoresist pattern 130 is partially etched from the top. The thickness of the first etched second thin film 120b of the first region is one of thin film thicknesses to be formed during the manufacturing process of the semiconductor device.

도 1d를 참조하면, 상기 제1 영역(A)의 상부에 제2포토레지스트(미도시)를 도포한다. 상기 제2포토레지스트에 의해 덮여 있는 상기 제1영역(A) 중 상기 제1영역(A) 보다 작은 영역인 제2영역(B)을 노출시키도록 통상의 사진 식각 공정에 의해 상기 제2포토레지스트를 패터닝하여 제2포토레지스트 패턴(140)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, a second photoresist (not shown) is coated on the first region A. Referring to FIG. The second photoresist by a conventional photolithography process to expose a second region B, which is a smaller region than the first region A, of the first region A covered by the second photoresist. Is patterned to form a second photoresist pattern 140.

도 1e를 참조하면, 상기 제2포토레지스트 패턴(140)이 노출시키는 상기 제2영역(B)의 제1식각된 제2박막(120c)을 상부로부터 일부 제2식각한다. 상기 제2영역(B)의 제2식각된 제2박막(120c) 두께는 반도체 소자의 제조공정 중에 형성될 박막 두께중 하나이다.Referring to FIG. 1E, the first etched second thin film 120c of the second region B exposed by the second photoresist pattern 140 is partially etched from the top. The thickness of the second etched second thin film 120c of the second region B is one of thin film thicknesses to be formed during the manufacturing process of the semiconductor device.

도 1f를 참조하면, 상기 제1포토레지스트 패턴(130) 및 제2포토레지스트 패턴(140)을 제거하여 구분된 각 영역별로 두께가 다른 박막이 형성된 기준시료를 완성한다.Referring to FIG. 1F, the reference sample is formed by removing the first photoresist pattern 130 and the second photoresist pattern 140 to form a thin film having a different thickness for each divided region.

이와 같은 방법을 반복하여 상기 두께가 각기 다른 영역은 필요에 따라 더 구비할 수 있다.By repeating this method, the regions having different thicknesses may be further provided as necessary.

실시예2Example 2

실시예2의 제조방법은 제2박막을 형성하기까지 실시예1과 동일한 방법으로 진행되므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Since the manufacturing method of Example 2 proceeds in the same manner as in Example 1 until the second thin film is formed, overlapping description will be omitted.

도 2a를 참조하면, 통상적으로 반도체 제조 공정에서 사용되는 방법으로 반도체 기판(200) 상에 제1박막(210)을 균일하게 도포한다. 상기 제1박막(210)은 광을 투과시키는 물질일 수 있으며, 두께 측정장치의 종류에 따라 광을 반사시키는 물질일 수 있다. 상기 제1박막(210)은 상기 기판 상에 도포된 후, 영역을 여러 부분으로 구분하여 각 영역별로 두께를 각기 다르게 형성할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the first thin film 210 is uniformly coated on the semiconductor substrate 200 by a method generally used in a semiconductor manufacturing process. The first thin film 210 may be a material that transmits light, and may be a material that reflects light according to the type of the thickness measuring device. After the first thin film 210 is coated on the substrate, the thickness may be formed differently for each region by dividing the region into various parts.

상기 제1박막(210) 상에 통상적인 박막 형성방법으로 제2박막(220)을 도포한다. 상기 제2박막(220)의 두께는 실제 공정에서 사용되는 두께로서 필요에 따라 다양하게 조절할 수 있다. 두께 측정장비의 특성에 따라, 광을 투과시키는 물질일 수 있으며, 광을 반사시키는 물질일 수 있다.The second thin film 220 is coated on the first thin film 210 by a conventional thin film forming method. The thickness of the second thin film 220 may be variously adjusted as necessary as the thickness used in the actual process. Depending on the characteristics of the thickness measuring equipment, it may be a material that transmits light and may be a material that reflects light.

상기 제2박막(220) 상에 제1포토레지스트패턴(미도시)을 형성하여 상기 제2박막의(220) 일부 영역인 제1영역(미도시)을 노출시킨다. 상기 제1영역을 상부로부터 일부 제1식각한다. 상기 제1 영역의 상부에 제2포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하여 상기 제1영역 보다 작은 영역인 제2영역(미도시)을 노출시킨다. 상기 제2영역에 노출되는 제2박막을 상부로부터 일부 제2식각한다. 이와 같은 방법을 반복하여 상기 두께가 각기 다른 영역은 필요에 따라 더 구비할 수 있다. 필요한 만큼, 영역을 정의한 후, 상기 제1포토레지스트 패턴 및 제2포토레지스트 패턴을 포함하여 영역을 정의하기 위해 사용한 포토레지스트 패턴을 제거한다.A first photoresist pattern (not shown) is formed on the second thin film 220 to expose a first region (not shown), which is a partial region of the second thin film 220. The first area is partially etched from the top. A second photoresist pattern (not shown) is formed on the first area to expose a second area (not shown), which is a smaller area than the first area. The second thin film exposed to the second region is partially etched from the top. By repeating this method, the regions having different thicknesses may be further provided as necessary. As necessary, after defining the region, the photoresist pattern used to define the region is removed, including the first photoresist pattern and the second photoresist pattern.

도 2b를 참조하면, 상기 제2박막(220) 상에 제3박막(250)을 통상적으로 사용되는 박막 형성방법에 의해 형성하여 기준시료를 완성한다.Referring to FIG. 2B, the third thin film 250 is formed on the second thin film 220 by a thin film forming method commonly used to complete a reference sample.

실제 공정에서는 박막이 여러층으로 적층된다. 따라서, 상기 제2박막 상에 제3박막을 형성하는 것과 같이 박막이 적층되면 상기 제3박막을 형성하기 전 후로 상기 제2박막의 두께가 변화한다. 즉, 상부에 형성된 제3박막에 의해 하부의 제2박막의 밀도가 높아지는 현상이 발생하여 상기 제3박막을 형성하기 전에 비해 상기 제3박막을 형성한 후에 상기 제2박막의 두께는 상대적으로 감소하게 된다. 따라서, 이와 같은 변수를 고려하여, 광을 투과시키는 물질로 이루어진 제3박막을 형성하고 상기 제3박막 하부에 존재하는 제2박막의 두께를 측정한다.In the actual process, thin films are stacked in multiple layers. Therefore, when a thin film is laminated, such as forming a third thin film on the second thin film, the thickness of the second thin film is changed before and after forming the third thin film. That is, the density of the lower second thin film occurs due to the third thin film formed on the upper side, and the thickness of the second thin film is relatively reduced after the third thin film is formed, compared to before forming the third thin film. Done. Therefore, in consideration of such a variable, a third thin film made of a light transmitting material is formed, and the thickness of the second thin film existing under the third thin film is measured.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 소자의 제조공정 중 박막의 두께를 측정하기 위한 기준시료에 있어서, 하나의 박막을 여러 영역으로 구분하여 각영역마다 두께를 다르게 형성한다. 반도체 소자를 제조하기 위해 적층되는 박막의 수만큼 필요에 따라 상기 영역을 정의하며, 박막을 적층함으로 인해 발생하는 변수를 고려하기 위해 상기 영역이 구분된 박막 상에 다른 박막을 더 구비할 수 있다.As described above, according to the present invention, in the reference sample for measuring the thickness of the thin film during the manufacturing process of the semiconductor device, one thin film is divided into several regions to form different thicknesses for each region. The region may be defined as needed by the number of thin films stacked to fabricate a semiconductor device, and another thin film may be further provided on the thin film in which the regions are divided in order to take into account variables generated by stacking the thin films.

이와 같이 하나의 반도체 기판에 두께가 서로 다른 여러 영역을 정의하여 기준시료를 제작함으로써, 하나의 기준시료로 다수의 반도체 공정에 대응할 수 있다.As described above, a plurality of regions having different thicknesses are defined on a single semiconductor substrate to manufacture a reference sample, and thus a plurality of semiconductor processes may be supported by one reference sample.

따라서, 여러종류의 박막에 대응하는 하나의 기준시료만을 제작함으로 공정의 편의를 도모하며, 상기 기준시료를 제작하기 위해 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다. 즉, 상기 비용의 절감으로 반도체 소자의 제작에 소요되는 원가를 절감시킬 수 있다.Therefore, only one reference sample corresponding to various types of thin films can be manufactured to facilitate the process, and the cost required to produce the reference sample can be reduced. That is, the cost of manufacturing the semiconductor device can be reduced by reducing the cost.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.

Claims

Forming a first thin film having at least one region having a different thickness on the semiconductor substrate; And

And forming at least one second thin film on the first thin film, the at least one second thin film having at least one region having a flat upper surface or a different height of the upper surface.

The method of claim 1, wherein the forming of the first and second thin films comprises:

Iii) applying a thin film;

Ii) forming a photoresist pattern on the thin film to expose a portion of the thin film;

Iii) etching the exposed region by a predetermined thickness; And

And iii) removing the photoresist pattern.

According to claim 2, After the step iii),

Forming a photoresist pattern on the etched region to expose a portion of the etched region; And

And etching the exposed partial region by a predetermined thickness n times.

The method of claim 1, wherein the first and second thin films are made of a material capable of transmitting light.