KR20050059266A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 기술 분야, 특히 층간 절연막의 콘택트 홀 형성 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the field of semiconductor technology, and in particular to a method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming a contact hole in an interlayer insulating film.
반도체 장치의 제조 과정에 있어서, 웨이퍼 주면에 형성된 층간 절연막(주로 산화 실리콘을 주성분으로 하는 절연막)에, 플라즈마를 이용한 드라이 에칭 방법으로 콘택트 홀을 형성하고, 그 콘택트 홀내에 반도체 혹은 금속을 충전하는 공정이 있다. 이 콘택트 홀 형성에서는, 베이스의 반도체 영역 표면 혹은 하층 배선이 노출할 때까지 에치 스톱하지 않고 완전하게 개공하는 것이 반도체 장치의 수율 향상에 불가결하다. 따라서, 콘택트 홀의 미세화에 수반하여, 에칭의 난이도가 높아지고 있는 상황하에 있어서, 원하는 에칭 처리를 행하기 위해, 에칭의 진행 상황, 특히 에칭 깊이를 정확하게 파악하여, 프로세스 조건에 반영시키는 것이 극히 중요하게 된다.In the process of manufacturing a semiconductor device, a step of forming a contact hole in an interlayer insulating film (mainly an insulating film mainly composed of silicon oxide) formed on a wafer main surface by a dry etching method using plasma, and filling a semiconductor or metal in the contact hole. There is this. In this contact hole formation, it is indispensable for the improvement of the yield of a semiconductor device to open completely without etch stop until the surface of a base semiconductor area | region or lower wiring is exposed. Therefore, in the situation where the difficulty of etching increases with the miniaturization of the contact hole, in order to perform a desired etching process, it is extremely important to accurately grasp the progress of the etching, particularly the etching depth, and to reflect it in the process conditions. .
콘택트 홀 형성이 도중에 에치 스톱하여 베이스의 반도체 영역 또는 배선이 노출하지 않는 상황을 비개공(非開孔)이라고 한다. 종래, 이 비개공에 의한 수율의 저하를 억제하기 위해, 주사 전자 현미경 SEM(Scanning Electron Microscopy) 등에 의한 단면 관찰이나 전위 콘트라스트 방식에 의한 비개공 검사를 행하여, 불량의 원인을 특정하고 있었다.The situation where the contact hole formation is etched off halfway and the semiconductor region or wiring of the base is not exposed is referred to as non-opening. Conventionally, in order to suppress the fall of the yield by this non-opening, the cross-sectional observation by scanning electron microscope (Scanning Electron Microscopy) etc., or the non-opening test by the potential contrast system were performed, and the cause of the defect was identified.
그러나, 종래의 방법에서는, 실제로 로트로부터 웨이퍼를 발출하여 SEM 등의 검사 장치용의 샘플(시료)을 작성할 필요가 있다. 이 때문에, 논프로덕트 웨이퍼가 필요한 점과, 제조 프로세스에의 피드백에 시간이 걸리는 점 때문에, 생산성의 저하를 초래하고 있었다. 또, 논프로덕트 웨이퍼란 반도체 장치의 제조에 직접 기여하지 않는 웨이퍼를 말한다.In the conventional method, however, it is necessary to actually extract the wafer from the lot and prepare a sample (sample) for an inspection apparatus such as an SEM. For this reason, productivity was reduced because of the need for a non-product wafer and the time required for feedback to the manufacturing process. In addition, a non-product wafer means the wafer which does not directly contribute to manufacture of a semiconductor device.
또한, 홀 지름의 미세화가 진행하여, 직경이 100nm 이하로 되어가고 있는 상황하에서는, 자외로부터 가시역 파장의 광은 패턴 경계의 영향없이 패턴 저부까지 입사하기 어렵고, 패턴 상부와 저부의 광로 길이차를 이용한 간섭 파형 측정 방식으로는, 실용할 만한 S/N비를 충분히 얻을 수 없다.In addition, under the situation that the hole diameter is becoming finer and the diameter becomes 100 nm or less, light of the visible wavelength from the ultraviolet light is hardly incident to the bottom of the pattern without the influence of the pattern boundary, and the optical path length difference between the top of the pattern and the bottom is small. With the interference waveform measuring method used, a practical S / N ratio cannot be sufficiently obtained.
또, 일본 특허공개 2000-131028호 공보나 일본 특허공개 2001-284323호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 콘택트 홀의 에칭 깊이를 실시간으로 모니터링하는 수단으로서는, 패턴 상부와 저부의 광로 길이차에 의한 간섭 파형으로부터 에칭 깊이를 구하는 방식이 있다.In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-131028 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-284323, as a means for monitoring the etching depth of a contact hole in real time, an interference waveform caused by the optical path length difference between the upper and lower portions of the pattern is measured. There is a method for obtaining the etching depth from the.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에서 이용하는 에칭 깊이 검사 기능이 있는 드라이 에칭 장치의 개략도.1 is a schematic view of a dry etching apparatus having an etching depth inspection function used in a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 웨이퍼의 부분 단면도.2 is a partial sectional view of a wafer according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 관한 웨이퍼의 평면도.3 is a plan view of a wafer according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 관한 검출 광조사 위치의 주사 과정을 도시하는 설명도.4 is an explanatory diagram showing a scanning process of a detection light irradiation position according to the first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 관한 평탄부와 홀부의 반사율의 파장 의존성과 간섭 피크의 파장 시프트량을 나타내는 특성도.Fig. 5 is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the reflectance of the flat portion and the hole portion and the wavelength shift amount of the interference peak according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 관한 간섭 피크의 파장 시프트량과 에칭 시간의 관계를 나타내는 특성도.Fig. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength shift amount of the interference peak and the etching time according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 관한 에칭 완료시의 파장 시프트량과 웨이퍼 처리 매수의 관계를 나타내는 특성도.Fig. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the wavelength shift amount and the number of wafer processing sheets at the time of etching completion according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에서 이용하는 멀티 챔버 방식의 플라즈마 에칭 장치의 개략도.8 is a schematic diagram of a multi-chamber plasma etching apparatus used in the first embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에서 이용하는 에칭 깊이 검사 기능이 있는 언로드 로크실의 개략도.Fig. 9 is a schematic diagram of the unload lock chamber with etching depth inspection function used in the second embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 임피던스 측정의 측정확도와 측정 주파수의 관계를 나타내는 특성도.Fig. 10 is a characteristic diagram showing a relationship between measurement accuracy and measurement frequency of impedance measurement according to the second embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 관한 웨이퍼 주면의 평탄부에서의 상부 전극과 하부 전극 사이의 용량을 나타내는 등가 회로도.Fig. 11 is an equivalent circuit diagram showing a capacitance between an upper electrode and a lower electrode in the flat part of the wafer main surface according to the second embodiment of the present invention.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 관한 웨이퍼 주면의 홀부에서의 상부 전극과 하부 전극 사이의 용량을 나타내는 등가 회로도.Fig. 12 is an equivalent circuit diagram showing the capacitance between the upper electrode and the lower electrode in the hole portion of the main surface of the wafer according to the second embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 관한 에칭 깊이와 ΔC의 관계를 나타내는 특성도.Fig. 13 is a characteristic diagram showing the relationship between the etching depth and ΔC according to the second embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에서 이용하는 에칭 깊이 검사 기능이 있는 드라이 에칭 장치의 개략도.14 is a schematic diagram of a dry etching apparatus having an etching depth inspection function used in a third embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 제3 실시예에 관한 첨가 O2 유량과 에치 스톱이 발생하는 최대 애스펙트비의 관계를 나타내는 특성도.Fig. 15 is a characteristic diagram showing a relationship between an added O 2 flow rate and a maximum aspect ratio at which an etch stop is generated according to the third embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 관한 O2 유량의 제어 단계를 나타내는 시퀀스도.Fig. 16 is a sequence diagram showing a control step of O 2 flow rate according to the third embodiment of the present invention.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 관한 HARC 형성 공정에서의 반도체 장치의 부분 단면도.Fig. 17 is a partial sectional view of a semiconductor device in a HARC forming step according to a third embodiment of the present invention.
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 관한 SAC 형성 공정에서의 반도체 장치의 부분 단면도.Fig. 18 is a partial sectional view of a semiconductor device in a SAC forming process according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 목적은 수율 및 생산성 향상을 도모할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve yield and productivity.
본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.Among the inventions disclosed in the present application, an outline of typical ones will be briefly described as follows.
본 발명은 진공 용기와, 상기 진공 용기 내에 설치된 반도체 웨이퍼를 설치하기 위한 서셉터와, 상기 진공 용기에 원료 가스를 도입하기 위한 가스 도입 수단, 및 고주파 전력 도입 수단을 갖는 플라즈마 에칭 장치가 준비되고, 상기 가스 도입 수단에 의해 상기 진공 용기 내에 도입된 가스를 상기 고주파 전력으로 플라즈마화하여, 상기 플라즈마 분위기 내에서 반도체 웨이퍼 주면에 선택적으로 복수의 홀을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 홀을 형성하는 공정의 동안 혹은 그 후에 상기 반도체 웨이퍼 주면의 평탄부와 홀부에 연속 스펙트럼을 갖는 광을 조사시켜, 상기 평탄부와 상기 홀부의 반사율 변화를 측정하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a plasma etching apparatus including a vacuum container, a susceptor for installing a semiconductor wafer provided in the vacuum container, a gas introduction means for introducing a source gas into the vacuum container, and a high frequency power introduction means. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of converting a gas introduced into the vacuum container by the gas introduction means into the high frequency power to selectively form a plurality of holes in a main surface of a semiconductor wafer in the plasma atmosphere. During or after the step of forming the hole, a step of irradiating light having a continuous spectrum to the flat part and the hole part of the main surface of the semiconductor wafer, and measuring the reflectance change of the flat part and the hole part. .
본 발명에 따르면, 에칭 과정에 있어서, 간편하게 광학 특성을 측정함으로써, 비파괴로 에칭 상태, 특히 콘택트 홀의 에칭 깊이를 모니터링하여, 조기의 로트 정지나 프로세스 조건으로의 피드백을 행하는 것이다. 이에 따라, DRAM(Dynamic Randam Access Memory)으로 대표되는 다량 소품종 생산 뿐만 아니라, 소량 다품종 생산이 필요한 로직 제품 등에서도 생산성의 향상에 공헌할 수 있다.According to the present invention, in the etching process, by simply measuring the optical characteristics, the etching state, in particular the etching depth of the contact hole, is monitored non-destructively, and the early lot stoppage and the feedback to the process conditions are performed. As a result, it is possible to contribute to the improvement of productivity not only in the production of a large amount of small articles represented by DRAM (Dynamic Randam Access Memory), but also in a logic product that requires the production of a small quantity of small articles.
본 발명을 더욱 상세하게 서술하기 위해, 첨부의 도면에 따라 이를 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the present invention in more detail, this is described in accordance with the accompanying drawings.
(제1 실시예)(First embodiment)
본 발명의 실시예에 이용하는 에칭 깊이 검사 기능이 있는 드라이 에칭 장치의 구성도를 도 1에 도시한다. 이 에칭 장치에 따르면, 가스 도입관(2), 샤워 플레이트(3)를 통해 진공 용기(1)에 원료 가스를 도입하고, 고주파 전원(6)에서 발생한 고주파 전계에 의해 플라즈마를 형성한다. 진공 용기(1)(에칭 처리실)내는 터보 분자 펌프와 같이 고배기(高排氣)는 가능한 진공 배기 수단(도시 생략)에 의해 감압되고, 그 내부의 압력 조정은 컨덕턴스 벨브(21)로 행한다. 진공 용기(1)내에는 하부 전극(7)이 있고, 이 하부 전극(7)상에 반도체 웨이퍼(8)가 설치된다. 반도체 웨이퍼(8)는 예를 들면 단결정 실리콘(Si)으로 이루어지고, 그 내부에는 천구(淺溝) 분리 영역 및 그 천구 분리 영역으로 구획된 반도체 영역(활성 영역)을 갖는다. 그리고, 반도체 웨이퍼(8)의 주면에는 이산화실리콘(구체적으로는 TEOS막)으로 이루어지는 절연막(층간 절연막)을 갖는다. 이 하부 전극(7)에는 고주파 바이어스 전원(9)이 접속되어 있다. 고주파 파이어스 전원(9)의 주파수는 400kHz∼1.56MHz, 바람직하게는 800kHz이다. 진공 용기(1)내를 감압 분위기로 유지하고, 고주파 바이어스 전원(9)에 의해 하부 전극(7)에 발생하는 약 0.5kV∼2kV의 Vpp(Peak to Peak) 전압에 의해 플라즈마 내의 이온을 끌어 들여 절연막의 에칭을 행한다.The structural diagram of the dry etching apparatus with an etching depth test function used for the Example of this invention is shown in FIG. According to this etching apparatus, source gas is introduce | transduced into the vacuum container 1 through the gas introduction pipe 2 and the shower plate 3, and a plasma is formed by the high frequency electric field which the high frequency power supply 6 generate | occur | produced. Like the turbomolecular pump in the vacuum chamber 1 (etching chamber), the high exhaust gas is decompressed by a possible vacuum exhaust means (not shown), and the pressure adjustment therein is performed by the conductance valve 21. The lower electrode 7 is provided in the vacuum container 1, and the semiconductor wafer 8 is provided on this lower electrode 7. As shown in FIG. The semiconductor wafer 8 is made of, for example, single crystal silicon (Si), and has a celestial separation region and a semiconductor region (active region) partitioned by the celestial separation region. The main surface of the semiconductor wafer 8 has an insulating film (interlayer insulating film) made of silicon dioxide (specifically, a TEOS film). The high frequency bias power supply 9 is connected to this lower electrode 7. The frequency of the high frequency Fire power supply 9 is 400 kHz to 1.56 MHz, preferably 800 kHz. The inside of the vacuum vessel 1 is maintained in a reduced pressure atmosphere, and the high frequency bias power supply 9 draws ions in the plasma by a peak to peak (Vpp) voltage of about 0.5 kV to 2 kV generated at the lower electrode 7. The insulating film is etched.
다음으로, 에칭 장치에 내장된 에칭 깊이 검사 기능(에칭 깊이 측정 장치)에 대해 상세하게 설명한다.Next, the etching depth inspection function (etching depth measuring device) built in the etching apparatus will be described in detail.
본 실시예의 에칭 깊이 측정 장치는 진공 용기(1)의 상부에 설치되어 있다. 즉, 진공 용기(1)의 천정부에는 검출광(15)을 도입하기 위한 석영창(14)이 구비되어 있다. 이 석영창에는 렌즈(13)를 통해 검출광인 Xe 램프(11)로부터의 백색광(350nm 이상의 연속 스펙트럼)이 입사한다. 검출광의 일부 성분은 웨이퍼(8)상을 조사하고, 반사광이 동일 광로를 지나 빔 스플리터에서 반사되어, 검출계에 입사한다. 또한, 검출광 중, 다른 성분은 참조광으로서 빔 스플리터(12)를 거쳐 직접 검출계로 유도된다. 검출계는 분광기(16), 다이오드 어레이(17)에 의해 구성되어 있으며, 입사한 입사광 강도, 반사광 강도의 파장 분포를 순시적으로 측정할 수 있다. 렌즈(13)는 웨이퍼(8)상에 초점을 맞추기 위해, 상하 이동 스테이지(도시 생략)에 설치되어 있다. 그리고, 이들 에칭 깊이 측정 장치는 수평 방향으로 이동 가능한 XY 이동 테이블(18)에 설치되어 있다. XY 이동 테이블(18)은 D/A 변환부(38)를 통해 계산기(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 계산기(20)는 A/D 변환부(19)를 통해 다이오드 어레이(17)에 전기적으로 접속되어 있다.The etching depth measuring apparatus of this embodiment is provided on the upper portion of the vacuum container 1. That is, the quartz window 14 for introducing the detection light 15 is provided in the ceiling part of the vacuum container 1. White light (continuous spectrum of 350 nm or more) from the Xe lamp 11 which is detection light enters through this quartz window. Some components of the detection light irradiate onto the wafer 8, and the reflected light passes through the same optical path and is reflected by the beam splitter and enters the detection system. In addition, other components of the detection light are guided directly to the detection system via the beam splitter 12 as reference light. The detection system is constituted by the spectrometer 16 and the diode array 17, and can measure the wavelength distribution of incident incident light intensity and reflected light intensity instantaneously. The lens 13 is provided in a vertical movement stage (not shown) for focusing on the wafer 8. And these etching depth measuring apparatuses are provided in the XY movement table 18 which can move to a horizontal direction. The XY shift table 18 is electrically connected to the calculator 20 via the D / A converter 38. In addition, the calculator 20 is electrically connected to the diode array 17 via the A / D converter 19.
또, 본 실시예에서는 광원, 광학계, 검출계가 1세트 구비되어, 평탄부 측정 및 홀부 측정이 실시간으로 행해지는 것이다. 그러나, 검사 스루풋 향상을 위해, 광원, 광학계 및 검출계를 2세트 구비하여, 하나는 홀부 측정용, 다른 하나는 평탄부 측정용으로 하여도 된다.In the present embodiment, one set of the light source, the optical system, and the detection system is provided, and the flat part measurement and the hole part measurement are performed in real time. However, in order to improve inspection throughput, two sets of light sources, an optical system, and a detection system may be provided, one for hole measurement and the other for flat part measurement.
상기와 같이 구성된 에칭 깊이 측정 장치를 이용한 측정 방법을, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 이하에 설명한다. 또, 도 2는 웨이퍼(Si 기판(40))상에 산화막(23)을 퇴적시키고, 복수의 콘택트 홀 형성용의 홀을 갖는 레지스트 마스크(22)로 산화막(23)에 홀 패턴을 전사하고 있는 상태를 도시하는 웨이퍼의 부분 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 산화막(23)(절연막)상에 형성된 레지스트 마스크(22)는 복수의 홀 패턴부와 홀 패턴이 형성되어 있지 않은 평탄부를 갖는다. 도 3은 홀 패턴이 형성된 웨이퍼의 평면도이다. 웨이퍼(8)의 주면에는 IC 칩을 구성하는 패턴(24)이 격자 형상으로 배열되어 있다. 그리고, 각 칩 패턴(24)내에는 홀 패턴(복수의 홀)이 형성되어 있다. 도 4는 홀 패턴이 밀집하고 있는 칩 패턴내의 일부분을 도시하는 평면도이다.The measuring method using the etching depth measuring apparatus comprised as mentioned above is demonstrated below with reference to FIGS. 2 shows that an oxide film 23 is deposited on a wafer (Si substrate 40), and a hole pattern is transferred to the oxide film 23 by a resist mask 22 having holes for forming a plurality of contact holes. It is a partial sectional view of the wafer which shows a state. As shown in FIG. 2, the resist mask 22 formed on the oxide film 23 (insulating film) has a plurality of hole pattern portions and a flat portion where no hole pattern is formed. 3 is a plan view of a wafer on which a hole pattern is formed. On the main surface of the wafer 8, patterns 24 constituting the IC chip are arranged in a lattice shape. A hole pattern (plural holes) is formed in each chip pattern 24. 4 is a plan view showing a part of the chip pattern in which the hole patterns are dense.
우선, 도 1에 있어서, 도 3에 도시한 웨이퍼 패턴(24)의 데이터가 입력되어 있는 계산기(20)로부터, 홀 패턴이 형성되어 있지 않은 평탄부의 위치를 산출하여, XY 이동 테이블(18)에서 평탄부 측정용의 검출광 위치를 결정한다. 검출광(15)은 Xe 램프(11)로부터 렌즈(13)를 통해, 웨이퍼(8)상의 측정 위치에 조사된다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 홀 패턴이 형성되어 있지 않은 평탄부(22A)에 검출광(15A)이 수직 입사 혹은 소정 각도를 유지하며 경사 입사된다. 그 때, 웨이퍼상의 측정 위치에서 초점이 맞도록, 상하 이동 스테이지를 상하시킨다. 여기에서, 분광기(16), 다이오드 어레이(17)를 이용하여, 입사광과 반사광의 강도비인 반사율의 파장 의존성을 측정하고, 참조 데이터로서 계산기(20)에 저장한다. 평탄부 측정에서는 레지스트 마스크(22) 표면에서의 반사광과, 레지스트(22)와 산화막(23)의 계면에서의 반사광과의 위상 편차에 의해 간섭이 발생하게 된다.First, in FIG. 1, the position of the flat part in which the hole pattern is not formed is calculated from the calculator 20 into which data of the wafer pattern 24 shown in FIG. The detection light position for flat part measurement is determined. The detection light 15 is irradiated from the Xe lamp 11 to the measurement position on the wafer 8 via the lens 13. That is, as shown in FIG. 2, the detection light 15A is incident on the flat portion 22A where the hole pattern is not formed, or is inclined at an angle while maintaining a predetermined angle. At that time, the vertical movement stage is moved up and down so as to focus at the measurement position on the wafer. Here, using the spectroscope 16 and the diode array 17, the wavelength dependence of the reflectance which is the intensity ratio of incident light and reflected light is measured, and stored in the calculator 20 as reference data. In the flat part measurement, interference occurs due to a phase deviation between the reflected light on the surface of the resist mask 22 and the reflected light at the interface between the resist 22 and the oxide film 23.
다음으로, 실제로 측정하는 측정 위치를 계산기(20)로부터 출력하고, XY 이동 테이블(18)을 구동하여, 검출광의 위치를 일단 결정한다. 평탄부와 마찬가지로, 검출광(15)은 Xe 램프로부터 렌즈를 통해, 웨이퍼상의 측정 위치에 조사된다. 또한, 웨이퍼상의 측정 위치에서 초점이 맞도록, 상하 이동 스테이지를 상하시킨다. 즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 홀 패턴이 형성되어 있는 홀부(22B)에 검출광(15B)이 입사된다. 이 때의 입사는 상기 평탄부(22A)로의 입사와 동일 조건으로 행해진다. 즉, 평탄부(22A)로의 입사가 수직 입사라면 홀부(22B)로의 입사도 수직 입사로 된다.Next, the measurement position actually measured is outputted from the calculator 20, the XY shift table 18 is driven, and the position of the detection light is determined once. Similar to the flat portion, the detection light 15 is irradiated from the Xe lamp to the measurement position on the wafer through the lens. In addition, the vertical movement stage is moved up and down so as to focus at the measurement position on the wafer. That is, as shown in FIG. 2, the detection light 15B enters into the hole part 22B in which the hole pattern is formed. Incident at this time is performed on the same conditions as the incidence to the flat part 22A. That is, if the incidence into the flat portion 22A is vertical incidence, the incidence into the hole 22B is also vertical incidence.
그리고, 도 4에 도시하는 바와 같이, XY 이동 테이블을 주사시켜, 검출광의 반사율의 파장 의존성을 각 점에서 측정한다. 먼저 취득한 참조 데이터의 간섭 피크 위치에 대한 파장 시프트량을 계산하여, 그 값이 최대가 되는 곳에 XY 이동 테이블을 고정한다. 이 공정에 의해, 로직 제품과 같이 홀부의 피치가 큰 패턴에서도, 웨이퍼마다 항상 검출광 조사 영역(25)에 들어가는 홀의 수를 일정하면서도 최대로 유지할 수 있어, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.4, the XY shift table is scanned, and the wavelength dependence of the reflectance of a detection light is measured at each point. First, the wavelength shift amount with respect to the interference peak position of the acquired reference data is calculated, and the XY shift table is fixed where the value becomes maximum. By this process, even in a pattern with a large pitch of the hole part like a logic product, the number of holes that enter the detection light irradiation area 25 can be kept constant and maximum for each wafer at all times, thereby making it possible to improve the measurement accuracy.
본 실시예에서는 검출광의 파장을 측정 대상의 홀 지름의 2배 이상으로 설정하고 있기 때문에, 홀부는 에칭의 진행과 함께 매크로한 포러스화가 진행되고 있다고 파악할 수 있어, 도 5에 나타내는 바와 같이 간섭 피크의 파장 시프트가 생긴다. 이 참조 데이터와의 간섭 피크의 파장 시프트량(Δλ)은 측정 영역의 체적 변화를 부여한다.In this embodiment, since the wavelength of the detection light is set to two or more times the diameter of the hole to be measured, it can be understood that the hole portion is subjected to macroporous formation as the etching progresses, and as shown in FIG. Wavelength shift occurs. The wavelength shift amount [Delta] [lambda] of the interference peak with this reference data gives a volume change of the measurement area.
따라서, 홀부의 산화막 두께와 레지스트막 두께가, 평탄부의 그것과 동일하다고 상정하고, 패턴 데이터로부터 홀 지름을 산출하면, 체적 변화량은 에칭 깊이로 변환된다. 상기 공정 중, 평탄부 및 홀부의 측정 위치 결정 공정 이외의 공정을 에칭 도중에 반복하여 실시함으로써, 실시간으로 에칭 깊이를 측정하는 것이 가능해진다.Therefore, assuming that the oxide film thickness of the hole portion and the resist film thickness are the same as those of the flat portion, and the hole diameter is calculated from the pattern data, the volume change amount is converted into the etching depth. During the above steps, the etching depth can be measured in real time by repeatedly performing steps other than the measurement positioning steps of the flat part and the hole part during the etching process.
다음으로, 레지스트 선택비의 산출 방법을 설명한다. 먼저 취득한 평탄부에서의 반사율의 파장 의존성의 참조 데이터와, 미리 저장되어 있는 웨이퍼의 막두께 구조의 산화막 두께를 이용하여 다중 반사 간섭 모델에 기초하여 산출한 이론 곡선 데이터와의 비교로부터, 그 시점에서의 레지스트막 두께를 산출할 수 있다. 따라서, 초기 막두께와의 차가 그 시점에서의 레지스트 삭감량이 된다. 한편, 이미 설명한 바와 같이, 참조 데이터에 대한 간섭 피크 위치의 파장 시프트량으로부터 홀부의 에칭 깊이가 구해져 있기 때문에, 그 값을 레지스트 삭감량으로 나눔으로써, 레지스트 선택비를 구할 수 있다.Next, the calculation method of a resist selectivity ratio is demonstrated. From the comparison of the reference data of the wavelength dependence of the reflectance at the flat portion obtained first with the theoretical curve data calculated based on the multiple reflection interference model using the oxide film thickness of the film thickness structure of the wafer stored beforehand, The resist film thickness of can be calculated. Therefore, the difference with the initial film thickness becomes the resist reduction amount at that time. On the other hand, since already described, since the etching depth of a hole part is calculated | required from the wavelength shift amount of the interference peak position with respect to reference data, the resist selectivity can be calculated | required by dividing the value by the resist reduction amount.
도 6은 에칭 시간과 파장 시프트량의 관계를 나타낸 것이다. 에칭이 진행하는 경우에는 곡선 a에 나타내는 바와 같이, 에칭 시간에 대해 파장 시프트량이 증가해 가지만, 도중에 에치 스톱이 발생한 경우에는 곡선 b와 같이 그 시점으로부터 파장 시프트량이 일정치를 나타낸다. 본 실시예에서는, 예를 들면 에칭 처리중에 곡선 b가 얻어진 경우, 에치 스톱이라고 판단하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 고개공성(高開孔性) 조건으로 레시피를 변경하여 처리를 계속한다. 이에 따라 비개구에 대한 금속 매립, 즉 콘택트 불량을 방지할 수 있어, 스루풋을 유지한 채로, 수율 향상 및 생산성을 향상할 수 있는 시스템을 구축하는 것이 가능해진다.6 shows the relationship between the etching time and the wavelength shift amount. When etching progresses, as shown by the curve a, the wavelength shift amount increases with respect to the etching time, but when an etch stop occurs in the middle, the wavelength shift amount shows a constant value from that point as shown by the curve b. In the present embodiment, for example, when the curve b is obtained during the etching process, it is determined that it is an etch stop, and as shown in Fig. 7, the recipe is changed to a high porosity condition to continue the process. As a result, it is possible to prevent the metal filling of the non-opening, that is, the contact failure, and to build a system that can improve the yield and productivity while maintaining the throughput.
본 실시예에서는 광원, 광학계, 검출계가 1세트 구비되어 있는 경우를 설명하였지만, 광원으로부터의 검출광을 빔 스플리터 등 광학 소자로 분할하여 광학계, 검출계를 2세트 구비함으로써도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 홀부에서의 검출광의 반사율 측정만을 웨이퍼마다 행함으로써, 경시 변화의 모니터에도 이용할 수 있다.In this embodiment, the case where one set of the light source, the optical system, and the detection system is provided, but the same effect can be obtained by dividing the detection light from the light source into an optical element such as a beam splitter and providing two sets of the optical system and the detection system. have. In addition, by measuring only the reflectance of the detection light at the hole for each wafer, it can also be used for monitoring the change over time.
또한, 본 실시예에서는 실시간으로 에칭 깊이 측정을 행하는 구성을 설명하였는데, 이 에칭 깊이 측정 장치는 가스 분위기를 불문하고 설치가 가능하다. 즉, 에칭 깊이 측정 장치는, 에칭을 행하는 진공 용기 이외에, 예를 들면 도 8에 도시하는 언로드 로크실(29)과 같은, 에칭후에 웨이퍼를 반송하여 어느 시간 정체하는 장소에도 설치 가능하다. 이에 따라, 스루풋을 저하시키는 일 없이, 에칭 깊이를 모니터링할 수 있다. 콘택트 홀의 에칭 깊이를 모니터링함으로써, 계속하여 에칭 처리해야 할 반도체 웨이퍼에 대한 처리 정지나 에칭 프로세스 조건으로의 피드백을 행한다.In addition, although the structure which performs etching depth measurement in real time was demonstrated in this Example, this etching depth measuring apparatus can be installed regardless of a gas atmosphere. That is, the etching depth measuring apparatus can be installed in a place where the wafer is conveyed after etching and stagnant for a certain time, such as the unload lock chamber 29 illustrated in FIG. 8, in addition to the vacuum container for etching. As a result, the etching depth can be monitored without lowering the throughput. By monitoring the etching depth of the contact hole, processing stop for the semiconductor wafer to be etched subsequently or feedback to the etching process conditions is performed.
계속해서, 이와 같이 하여 형성된 스루홀내에는, 텅스텐(W) 혹은 동(Cu)과 같은 금속이 매립된다.Subsequently, a metal such as tungsten (W) or copper (Cu) is embedded in the through hole formed in this way.
(제2 실시예)(2nd Example)
도 9 내지 도 13을 참조하여, 정전 용량 측정에 의해 에칭 깊이를 관측하는 실시예를 설명한다.With reference to FIGS. 9-13, the Example which observes an etching depth by capacitance measurement is demonstrated.
본 실시예에 따르면, 측정 수단은 언로드 로크실, 예를 들면 도 8에 도시한 언로드 로크실(29)에 설치되어 있다. 언로드 로크실은 에칭 처리실에서 처리된 웨이퍼를 웨이퍼 카세트로 배출하기 위한 중간 진공실이다.According to this embodiment, the measuring means is provided in the unload lock chamber, for example, the unload lock chamber 29 shown in FIG. The unload lock chamber is an intermediate vacuum chamber for discharging the processed wafer into the wafer cassette in the etching processing chamber.
도 9에 있어서, 언로드 로크실(29)의 천정부에는 웨이퍼의 표면에 대향하도록, 측정용 상부 전극(제2 전극)(30)이 설치되어 있다. 이 측정용 상부 전극(30)은 진공 용기와 절연체(31)로 전기적으로 아이솔레이션되어 있다. 웨이퍼에 대향하는 상부 전극(3O)의 단부면은 직경 0.1mm 내지 3mm의 원 형상 평면을 이루고 있다. 그리고, 이 상부 전극(30)은 웨이퍼 표면과의 간격을 0.1㎛ 내지 50㎛로 설정할 수 있도록 상하 이동 스테이지(32)에 설치되어 있고, 간격을 모니터링하기 위해, 전극 선단부에는 레이저 변위계(33)가 설치되어 있다. 한편, 웨이퍼가 설치되는 측정용 하부 전극(제1 전극)(35)은 XY 양방향으로 이동할 수 있는 XY 이동 테이블(36)상에 설치되어 있어, 임의의 위치를 측정할 수 있다. 이 XY 이동 테이블(36)은 A/D 변환부(38A)를 통해 계산기(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 상하 이동 스테이지(32)는 A/D 변환부(38B)를 통해 계산기(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 레이저 변위계(33)는 A/D 변환부(19)를 통해 계산기(20)에 전기적으로 접속되어 있다. 하부 전극(35)에는 웨이퍼 이면의 산화막을 관통하여, 항상 안정되게 콘택트가 취해지도록 선단이 예리한 돌기 전극(34)이 복수 구비되어 있다. 그리고, 상부 전극(30), 하부 전극(35) 사이에는 임피던스 메터(37)가 전기적으로 접속되어 있어, 전극간의 용량을 측정할 수 있다. 임피던스 메터(37)는 A/D 변환부(38C)를 통해 계산기(20)에 전기적으로 접속되어 있다.In FIG. 9, the upper part of the unloading lock chamber 29 is provided with a measuring upper electrode (second electrode) 30 so as to face the surface of the wafer. The measuring upper electrode 30 is electrically isolated from the vacuum container and the insulator 31. The end surface of the upper electrode 30 facing the wafer forms a circular plane having a diameter of 0.1 mm to 3 mm. The upper electrode 30 is provided on the vertical movement stage 32 so as to set a distance from the wafer surface to 0.1 µm to 50 µm. In order to monitor the gap, a laser displacement meter 33 is provided at the tip of the electrode. It is installed. On the other hand, the measurement lower electrode (first electrode) 35 on which the wafer is mounted is provided on the XY movement table 36 which can move in the XY directions, and can measure any position. This XY movement table 36 is electrically connected to the calculator 20 via the A / D converter 38A. The vertical movement stage 32 is electrically connected to the calculator 20 via the A / D converter 38B. The laser displacement meter 33 is electrically connected to the calculator 20 via the A / D converter 19. The lower electrode 35 is provided with a plurality of protruding electrodes 34 having sharp edges that penetrate the oxide film on the back surface of the wafer so that contacts are always stably obtained. And the impedance meter 37 is electrically connected between the upper electrode 30 and the lower electrode 35, and the capacitance between electrodes can be measured. The impedance meter 37 is electrically connected to the calculator 20 via the A / D converter 38C.
다음으로, 에칭 깊이의 측정 방법을 설명한다.Next, the measuring method of an etching depth is demonstrated.
우선, 도 9에 도시하는 바와 같이 에칭후의 웨이퍼(8)를 반송하여 하부 전극(35)상에 설치한다. 웨이퍼에 따라서는 이면에 산화막이 형성되어 있기 때문에, 돌기 전극을 대어 확실하게 콘택트를 취한다. 이 경우, 어느 2점의 돌기간의 저항을 웨이퍼 설치마다 측정하면, 이면 콘택트의 재현성이 보증된다. 단, 미소한 돌기 전극이 아니라도 확실히 콘택트가 취해지는 수단이라면, 본 실시예의 범위에 들어가는 것은 물론이다.First, as shown in FIG. 9, the wafer 8 after etching is conveyed and installed on the lower electrode 35. As shown in FIG. Since an oxide film is formed on the back surface of some wafers, the projection electrodes are reliably contacted. In this case, when the resistance of any two projection periods is measured for each wafer installation, the reproducibility of the back contact is assured. However, of course, if it is a means which a contact is taken reliably even if it is not a minute protrusion electrode, it goes without saying that it falls in the scope of a present Example.
다음으로, 계산기(20)에 미리 저장되어 있는 웨이퍼의 패턴 데이터를 기초로, XY 이동 테이블(36)을 구동시켜, 패턴이 없는 평탄부의 측정 위치에 전극(30)을 이동한다. 그 후, 레이저 변위계(33)의 출력치를 피드백하면서 상하 이동 스테이지(32)를 구동하여, 웨이퍼(8) 표면과 상부 전극(30) 표면과의 간격을 설정치로 고정한다. 도 10은 임피던스 메터의 측정확도와 측정 주파수의 관계를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는, 측정확도가 최소로 되도록 측정 주파수를 100kHz로 하였다.Next, the XY movement table 36 is driven based on the pattern data of the wafer previously stored in the calculator 20 to move the electrode 30 to the measurement position of the flat portion without the pattern. Then, the vertical movement stage 32 is driven while feeding back the output value of the laser displacement meter 33, and the space | interval of the surface of the wafer 8 and the surface of the upper electrode 30 is fixed to a set value. 10 shows the relationship between the measurement accuracy of the impedance meter and the measurement frequency. In this embodiment, the measurement frequency is set to 100 kHz so that the measurement accuracy is minimized.
이 평탄부의 측정 위치에서 임피던스 측정을 행한다. 측정 결과는, 도 11에 나타내는 바와 같이 전극-웨이퍼 간격 용량(Cg), 레지스트 용량(Cm), 산화막 용량(Cf)이 직렬로 접속된 합성 용량과 등가이다.Impedance measurement is performed at the measurement position of this flat part. As shown in FIG. 11, the measurement result is equivalent to the synthesized capacitance in which the electrode-wafer gap capacitance Cg, the resist capacitance Cm, and the oxide film capacitance Cf are connected in series.
다음으로, XY 이동 테이블(36)에서 상부 전극(30)의 위치를 측정 위치인 홀부로 가지고 간다. 여기에서도 평탄부의 측정과 마찬가지로 임피던스 측정으로부터 합성 용량을 측정한다. 여기에서, 제1 실시예와 마찬가지로, 에칭에 의해 형성된 홀군을 매크로한 포러스화로 상정하면, 도 12에 나타내는 바와 같이, 홀부의 용량(Ch)과, 산화막이 충전되어 있는 부분(홀부 주변 부분)의 용량(Cf′)의 병렬 용량으로 파악할 수 있다. 따라서, 에칭에 의해 합성 용량은 감소하기 때문에, 평탄부의 값과의 차인 ΔC와 에칭 깊이의 관계는 도 13과 같이 된다. 여기에서는, 산화막 두께 2㎛, 개공 면적의 비율 20%, 전극-웨이퍼 간격 1㎛를 상정하였다. 이 경우, ΔC는 에칭 깊이와 함께 증대하여, 에칭 깊이 2㎛에서 ΔC=0.47(pF)이 된다. 이는 합성 용량에 대해 약 5%의 값으로서 충분히 측정할 수 있는 값이다.Next, the position of the upper electrode 30 is taken to the hole part which is a measurement position in the XY moving table 36. Next, as shown in FIG. Here, as in the measurement of the flat part, the combined capacitance is measured from the impedance measurement. Here, similarly to the first embodiment, assuming that the group of holes formed by etching is macroscopicized, as shown in Fig. 12, the capacitance (Ch) of the hole portion and the portion (hole peripheral portion) filled with the oxide film are shown in FIG. This can be understood as the parallel capacity of the capacity Cf '. Therefore, since the combined capacitance decreases due to etching, the relationship between ΔC and the etching depth, which is a difference from the value of the flat portion, is as shown in FIG. 13. Here, an oxide film thickness of 2 µm, a pore area of 20%, and an electrode-wafer spacing of 1 µm were assumed. In this case, ΔC increases with the etching depth and becomes ΔC = 0.47 (pF) at an etching depth of 2 μm. This is a value that can be fully measured as a value of about 5% relative to the synthetic dose.
다음으로, 측정 위치의 재현성 향상에 대해 설명한다. 제1 실시예에서 설명한 경우와 마찬가지로, 웨이퍼가 설치되어 있는 XY 이동 테이블을 홀부의 측정 위치 부근에서 주사시킨다. 각 위치에서 합성 용량을 측정하여, 그 값의 최소치와 앞서 구한 평탄부의 합성 용량과의 차를 진정한 ΔC로 한다. 이 공정에 의해, 로직 제품과 같이 홀부의 피치가 큰 패턴에서도, 웨이퍼마다 항상 상부 전극의 측정 범위에 들어가는 홀의 수를 일정하면서도 최대로 유지할 수 있기 때문에, 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.Next, the reproducibility improvement of a measurement position is demonstrated. As in the case described in the first embodiment, the XY moving table on which the wafer is provided is scanned near the measurement position of the hole portion. The synthesized capacity is measured at each position, and the difference between the minimum value of the value and the synthesized capacity of the flat portion obtained above is taken as true ΔC. By this process, even in a pattern with a large pitch of the hole part like a logic product, the number of holes that always enter the measurement range of the upper electrode can be kept constant and maximum for each wafer, so that the measurement accuracy can be improved.
상기 검사에 의해 에칭에 의한 스루홀 형성이 확실하게 실행되어 있으면, 그 형성된 스루홀내에는 텅스텐(W) 혹은 동(Cu)과 같은 금속이 매립된다. 즉, 스루홀내에 금속을 매립하는 공정이 실행된다. 만약, 스루홀이 비개구라면, 에칭 처리될 다음의 반도체 웨이퍼에 대해, 그 에칭 조건은 확실하게 개구되는 레시피로 변경된다.If through-hole formation by etching is performed reliably by the above inspection, a metal such as tungsten (W) or copper (Cu) is embedded in the formed through-hole. That is, the process of embedding a metal in a through hole is performed. If the through hole is non-opening, for the next semiconductor wafer to be etched, the etching condition is changed to a recipe that is surely opened.
본 실시예에서도, 제1 실시예와 마찬가지로, 레지스트 선택비를 산출할 수 있다. 먼저 취득한 평탄부에서의 합성 용량과, 미리 저장되어 있는 웨이퍼의 막 두께 구조로부터 산출한 이론 합성 용량과의 비교로부터, 그 시점에서의 레지스트막두께를 산출할 수 있다. 따라서, 초기 막두께와의 차가 에칭 완료후의 레지스트 삭감량이 된다. 한편, 앞서 설명한 바와 같이, 평탄부에서의 합성 용량에 대한 홀부에서의 합성 용량의 차와 산화막 두께, 개공 면적, 전극-웨이퍼 간격의 막 구조로부터 에칭 깊이가 구해지고 있기 때문에, 그 값을 레지스트 삭감량으로 나눔으로써, 레지스트 선택비를 구할 수 있다.Also in this embodiment, the resist selection ratio can be calculated similarly to the first embodiment. The resist film thickness at this point can be calculated from the comparison between the synthesized capacity in the flat portion obtained first and the theoretical synthesized capacity calculated from the film thickness structure of the wafer stored in advance. Therefore, the difference with the initial film thickness becomes the resist reduction amount after the completion of etching. On the other hand, as described above, since the etching depth is obtained from the difference in the compound capacitance at the hole portion with respect to the compound capacitance in the flat portion, and the film structure of the oxide film thickness, the opening area, and the electrode-wafer spacing, the value of resist reduction By dividing by, the resist selection ratio can be obtained.
(제3 실시예)(Third Embodiment)
도 14 내지 도 18을 참조하여, 보다 구체적인 반도체 장치의 제조 방법의 실시예를 이하에 설명한다. 반도체 장치(LSI)의 미세화에 수반하여 고정밀도 에칭이 요구되는 콘택트 홀 형성 공정을 도 17 및 도 18에 도시한다.With reference to FIGS. 14-18, the Example of the manufacturing method of a more specific semiconductor device is described below. 17 and 18 show contact hole forming processes in which high precision etching is required as the semiconductor device LSI is miniaturized.
우선, 도 17은 층간 절연막(구체적으로는 TEOS막)에 대한 HARC(High Aspect Ratio Contact hole)라 불리는 콘택트 홀 형성 공정의 단면도를 도시한다. HARC 형성은 홀 지름 0.13㎛로부터 장래적으로는 0.1㎛ 이하에서 깊이 2㎛로 매우 깊은 홀을 층간 절연막(23B)에 형성할 필요가 있다. 이 때의 드라이 에칭 가공에서는 홀 바닥에서의 개구 불량, 테이퍼 형상 등에 의한 형상 불량에 의해 콘택트 불량이 발생하여, 수율 저하를 일으키기 쉽다.First, FIG. 17 shows a cross-sectional view of a contact hole forming process called high aspect ratio contact hole (HARC) for an interlayer insulating film (specifically, a TEOS film). HARC formation requires the formation of a very deep hole in the interlayer insulating film 23B from a hole diameter of 0.13 mu m to a depth of 2 mu m at 0.1 mu m or less in the future. In the dry etching process at this time, a contact failure occurs due to a defective shape at the bottom of the hole, a tapered shape, or the like, and is likely to cause a decrease in yield.
도 18은 SAC(Self-Align Contact)라 불리는 콘택트 홀 형성 공정의 단면도를 도시한다. SAC 형성은 게이트 전극(41)을 보호하는 실리콘 질화막(42)을 에칭하지 않고 실리콘 산화막(23A)을 드라이 에칭하여, 실리콘 기판(보다 구체적으로는 소스 혹은 드레인과 같은 반도체 영역)(40)의 주면을 노출하는 공정이다. 실리콘 질화막(42)과 실리콘 산화막(23)의 선택성을 얻기 위해서는 고도의 퇴적 제어가 필요하며, 에칭 조건이 미묘하게 변화함으로써 콘택트부의 개구 불량 혹은 테이퍼 형상 등의 형상 불량을 일으킨다.18 illustrates a cross-sectional view of a contact hole forming process called Self-Align Contact (SAC). SAC formation dry-etches the silicon oxide film 23A without etching the silicon nitride film 42 protecting the gate electrode 41, so that the main surface of the silicon substrate (more specifically, a semiconductor region such as a source or a drain) 40 To expose the process. In order to obtain the selectivity of the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 23, high deposition control is required, and a slight change in etching conditions causes shape defects such as opening defects or tapered shapes of the contact portion.
이와 같은 도 17 혹은 도 18에 도시한 콘택트 홀 형성 공정에, 제1 실시예 혹은 제2 실시예에서 설명한 에칭 결과의 평가 방법이 적용된다.The etching method evaluation method described in the first or second embodiment is applied to such a contact hole forming step shown in FIG. 17 or FIG. 18.
또한, 이러한 콘택트 홀 형성 공정에서는, 도 14에 도시하는 에칭 장치가 적용된다. 이하, 그 실시예를 설명한다.In addition, the etching apparatus shown in FIG. 14 is applied in such a contact hole formation process. The embodiment will be described below.
원료 가스로서 Ar/C5F8/O2 혼합 가스계를 이용하여, 가스 압력이 2Pa이 되도록 설정한다. 이 가스 조건에서 예를 들면, 도 17에 도시한 직경 0.1㎛의 미세 홀(콘택트 홀(CH))을 에칭하는 경우, 첨가하는 O2 유량과 에치 스톱이 발생하는 최대 애스펙트비는 O2 유량에 대해, 도 15의 관계가 성립된다. 이에 따라, 에치 스톱은 O2 유량에 대해 급격하게 개선되고, 애스펙트비 4 부근에 에칭을 억제하는 영역이 존재하는 것을 알 수 있다. 즉, 첨가하는 O2 유량을 필요최저한으로 억제하여, 마스크 선택비를 향상하려면, 애스펙트비 4 부근까지 O2 유량을 증가시키고, 그 이후에서는 O2 유량을 저감하는 스텝 에칭이 유효하다는 것이 밝혀졌다.Using a Ar / C 5 F 8 / O 2 mixed gas system as the source gas, the gas pressure is set to 2 Pa. In this gas condition, for example, even nano-scale holes of the diameter showing the 17 0.1㎛ case of etching the (contact holes (CH)), O 2 was added up to the aspect ratio of the flow rate and the etch stop occurs is that the O 2 flow rate The relationship of FIG. 15 is established. Accordingly, the etch stop may be seen that this region is drastically improved, inhibiting etching in the vicinity of the aspect ratio of 4 for the flow rate of O 2 present. In other words, in order to suppress the O 2 flow rate to be added to the minimum necessary and improve the mask selection ratio, it has been found that a step etching for increasing the O 2 flow rate up to the aspect ratio 4 and reducing the O 2 flow rate thereafter is effective. .
본 실시예에서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 기본 구성은 도 1을 참조하여 제1 실시예에서 설명했던 바와 같다. 특히, O2 유량 제어를 위해 가스 유량계(10)가 A/D 변환부(38)를 통해 레시피 제어용 계산기(39)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는 도 16에 나타낸 O2 유량의 제어 단계에 의해 에칭이 행해진다. 미리 레시피 제어용 계산기(39)에 애스펙트비와 첨가 O2 유량의 관계를 입력하여 둠으로써, 경시 변화에 따른 에칭 레이트의 변동에 좌우되지 않고, 상기 과제를 해결할 수 있다. 여기에서는 가스 유량의 제어계만을 나타냈지만, 가스 압력, 고주파 전력, 고주파 바이어스 전력 등, 다른 외부 파라미터의 제어에도 적용할 수 있다.In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the basic configuration is as described in the first embodiment with reference to FIG. 1. In particular, the gas flow meter 10 is electrically connected to the recipe control calculator 39 via the A / D converter 38 for O 2 flow rate control. In this embodiment, etching is performed by the step of controlling the O 2 flow rate shown in FIG. 16. By inputting the relationship between the aspect ratio and the added O 2 flow rate in the recipe control calculator 39 in advance, the above problems can be solved without being influenced by the variation of the etching rate due to the change over time. Although only the control system of gas flow rate is shown here, it can apply also to control of other external parameters, such as gas pressure, high frequency electric power, and high frequency bias electric power.
콘택트 홀 형성 공정후, 그 콘택트 홀(CH)내에는 금속을 매립하는, 이른바 플러그 형성 공정이 이루어진다. 그리고, 이 플러그 형성 공정후, 배선 형성 공정이 주지의 스퍼터링법 및 포토리소그래피 기술을 이용하여 행해진다.After the contact hole forming step, a so-called plug forming step of embedding a metal in the contact hole CH is performed. And after this plug formation process, a wiring formation process is performed using a well-known sputtering method and photolithography technique.
또, 반도체 장치의 제조 과정에 있어서, 도 18에 도시하는 SAC 형성 공정은, 도 17에 도시하는 HARC 형성 공정에 앞서 행해진다. 도 18에 도시하는 HARC 형성 공정은 도 18에 도시하는 층간 절연막(23A)상에 형성되는 절연막(23B)에 대해서 행해진다.Moreover, in the manufacturing process of a semiconductor device, the SAC formation process shown in FIG. 18 is performed before the HARC formation process shown in FIG. The HARC formation process shown in FIG. 18 is performed with respect to the insulation film 23B formed on the interlayer insulation film 23A shown in FIG.
이상, 구체적 실시예에 기초하여 설명한 본 발명에 따르면, 에칭으로 콘택트 홀의 형성을 행하는 에칭 방법에 있어서, 에칭 깊이나 레지스트 등의 마스크 선택비를 에칭을 행하고 있는 과정, 혹은 에칭 종료후의 에칭 처리실로부터 웨이퍼를 반송하는 과정에 있어서, 비파괴이면서도 간편하게 모니터링하여, 조기의 로트 정지나 프로세스 조건으로의 피드백을 가능하게 한다. 이에 따라, DRAM으로 대표되는 다량 소품종 생산 뿐만 아니라, 소량 다품종 생산이 필요한 로직 제품 등에서도 생산성의 향상이 가능해진다.As described above, according to the present invention described based on the specific examples, in the etching method of forming contact holes by etching, the process of etching the mask selectivity such as the etching depth and the resist, or the wafer from the etching processing chamber after the etching is finished In the process of conveying, non-destructive and simple monitoring is possible to enable early lot stoppage and feedback to process conditions. As a result, productivity can be improved not only in the production of a large amount of small articles represented by DRAM, but also in a logic product requiring a small amount of large products.
본 발명에 따르면, 반도체 장치의 제조 과정, 특히 콘택트 홀 형성 공정에 있어서, 에칭 깊이나 레지스트 등의 마스크 선택비를, 에칭의 과정 혹은 에칭 종료후, 에칭 처리실로부터 웨이퍼를 반송하는 과정에서 비파괴이면서도 간편하게 모니터링하여, 조기의 로트 정지나 프로세스 조건으로의 피드백을 가능하게 한다. 이에 따라, 반도체 장치의 수율의 향상 및 생산성의 향상을 도모할 수 있다.According to the present invention, in the manufacturing process of a semiconductor device, in particular, the contact hole forming step, the mask selection ratio such as the etching depth and the resist can be easily and non-destructively in the process of conveying the wafer from the etching process chamber after the etching process or the end of the etching. Monitoring enables early lot shutdown or feedback to process conditions. Thereby, the yield and productivity of a semiconductor device can be improved.
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