KR20090001251A - 반도체 소자의 검사 방법 - Google Patents

반도체 소자의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자의 검사 방법은, 표면 단차에 의해 발생하는 입사광에 따른 반사광의 위상차로 패턴의 이상 유무를 판단하는 광학적 분석 방법을 이용한 반도체 소자의 검사 방법에 있어서, 하부 구조물 및 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판에 상기 하부 구조물과 전기적으로 연결된 콘택 플러그 상에만 선택적으로 금속 도금층이 형성되도록 전기 도금 공정을 수행하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 광을 입사시키는 단계; 및 상기 금속 도금층에 의해 위상차가 발생한 반사광을 검출하는 단계;를 포함하며, 상기 위상차가 발생한 반사광으로 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 소자의 검사 방법{Evaluation method of semiconductor device}
도 1은 전자-빔 주사장치를 이용한 콘택 플러그의 이상 유무 확인 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면.
도 2는 광학적인 방법을 이용한 콘택 플러그의 이상 유무 확인 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
200 : 반도체 기판 210 : 하부구조물
250 : 절연막 252 : 정상적으로 형성된 콘택 플러그
254 : 비정상적으로 형성된 콘택 플러그
270 : 광주사부 280 : 광검출부
본 발명은 반도체 소자의 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전기 도금 및 광학적인 방법을 이용하여 빠르고 간편하게 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 판단할 수 있는 반도체 소자의 검사 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자가 미세화 및 고집적화되면서, 반도체 소자의 제조 공정이 어려워지고 있다. 이와 관련하여, 반도체 공정에서 발생하는 문제점을 반도체 소자가 완성되기 전에 제조 라인에서 사전에 검출할 수 있다면, 시간적으로나 경제적으로 많은 부분을 절약할 수 있다. 이에, 반도체 소자의 완성 전에 공정상의 문제를 미리 파악하기 위하여 불순물 혹은 반도체 소자의 패턴 이상 유무를 검출하는 많은 장비가 개발되어 있으며, 상기 장비는 새로운 소자를 개발하는 연구 분야에서는 절대적으로 필요하다.
현재, 상기 검출 장비의 대부분은 광학적인 빛을 이용하는 장치이며, 주로 표면의 단차 혹은 물질에 따른 반사광의 위상차를 검출함으로써 불순물 및 패턴의 이상 유무를 검출하고 있다. 상기 광학적 빛을 이용한 검출 장치는 비파괴 방법으로 표면에 단차가 존재하는 경우에는 매우 빠르게 패턴의 이상 유무를 검출할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 콘택 플러그와 같이 내부 및 하부 구조가 외부로 노출되지 않는 경우, 즉, 콘택 플러그를 형성하기 위한 식각 공정이 비정상적으로 완료되어 상기 콘택 플러그가 하부 구조물과 전기적으로 연결되지 않는 경우에는 이상 유무를 검출할 수 없다는 단점이 있다.
이에, 최근에는 하부 구조의 이상 유무를 검출하기 위하여 전자를 표면에 주사 시킨 후, 하부 구조에 따라 전자가 이동하는 정도를 검출기로 검출하여 이상 유무를 판단하는 방법이 개발되어 사용되고 있으며, 대표적으로 전자-빔 주사(E-beam inspection) 장치가 있다.
도 1은 전자-빔 주사장치를 이용한 콘택 플러그의 이상 유무 확인 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 전자-빔 주사 장치는 전자 주사부(120) 및 전자 검출부(130)로 구성된다. 상기 전자-빔 주사 장치를 이용한 콘택 플러그(152, 154)의 이상 유무를 검출하는 원리 및 방법은 다음과 같다.
우선, 전자 주사부(120)로부터 하부 구조물(110) 및 상기 하부 구조물(110)의 상부 절연막(140) 내에 콘택 플러그(152, 154)가 형성된 반도체 기판(100)의 표면에 전자를 주사한다. 이때, 주사된 전자들은 금속 물질로 이루어진 콘택 플러그(152, 154) 내로 주입되게 되고, 상기 전자들은 정상적으로 형성된 콘택 플러그(152), 즉, 하부 구조물과 전기적으로 연결된 콘택 플러그(152)에서는 상기 하부 구조물(110)이 그라운드(Ground) 역할을 하여 많은 전자의 흐름이 발생한다. 그러나, 비정상적으로 형성된 콘택 플러그(154), 즉, 콘택 플러그를 형성하기 위한 식각 공정이 비정상적으로 완료되어 하부 구조물과 전기적으로 연결되지 못한 콘택 플러그(154)는 플로팅(Floating)되어 전자가 이동하지 못한다.
그런 다음, 전자 검출부(130)의 주변으로 양전하를 인가해주면, 상기 각 콘택 플러그(152, 154)로 이동하는 전자들이 상기 전자 검출부(130)로 포획된다. 이때, 상기 정상적으로 형성된 콘택 플러그(152)에는 계속적인 전가의 이동이 발생하여 전자 검출부에 포획되는 전자가 많고, 상기 경우 밝게 표현된다. 그러나, 상기 비정상적으로 형성된 콘택 플러그(154)에는 이동하는 전자의 양이 적어 전자 검출부(130)에 포획되는 전자가 적고, 상기 경우 상대적으로 어둡게 표현된다. 따라서, 상기 빛의 명암 대비를 검출하여 콘택 플러그의 이상 유무를 확인한다.
그러나, 상술한 전자-빔 주사 장치와 같이 전자를 소스(Source)로 이용하는 검출 방법은 검출 시간이 많이 소요되고, 밝은 부분과 어두운 부분의 명암 대비가 선명하도록 하는 검출 조건을 조절하는 것이 용이하지 못하며, 웨이퍼 전체 지역 보다는 일부 지역에서만 이상 유무를 확인할 수 있다.
또한, 고전압과 고전류를 적용해야 하므로, 장비의 수명이 매우 짧고 장비의 고장이 잦다.
본 발명은 전기 도금 및 광학적인 방법을 이용하여 빠르고 간편하게 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 판단할 수 있는 반도체 소자의 검사 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 검사 방법은, 표면 단차에 의해 발생하는 입사광에 따른 반사광의 위상차로 패턴의 이상 유무를 판단하는 광학적 분석 방법을 이용한 반도체 소자의 검사 방법에 있어서, 하부 구조물 및 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판에 상기 하부 구조물과 전기적으로 연결된 콘택 플러그 상에만 선택적으로 금속 도금층이 형성되도록 전기 도금 공정을 수행하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 광을 입사시키는 단계; 및 상기 금속 도금층에 의해 위상차가 발생한 반사광을 검출하는 단계;를 포함하며, 상기 위상차가 발생한 반사광으로 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속 도금층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나 또는 상기 물질들로 이루어진 합금으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기 도금은 직류전압과 펄스전압을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
반도체 소자의 제조 공정 중, 콘택 플러그의 형성 공정은 하부 구조물 상절연막을 형성하고 식각 공정을 진행한 후, 상기 식각된 영역에 전도성 물질을 매립하여 형성한다. 그리고, 상기 콘택 플러그의 이상 유무는 전자-빔을 콘택 플러그의 표면에 주사하여 표면에서 방출된 전자의 밀도 차이를 검출하는 방법으로 수행되어 왔으나, 상기 전자-빔을 소스로 이용하는 방법은 시간이 많이 소요되고 장비의 안정성 확보가 쉽지 않은 단점이 있다.
그리고, 상기 콘택 플러그의 이상 유무를 광학 빔을 주사하는 방법으로 수행할 경우, 상기 콘택 플러그 형성 후의 표면 상태, 즉, 표면이 동일한 높이를 가져 단차가 발생하지 않음으로 상기 콘택 플러그 하부 구조의 이상 유무를 파악하기가 불가능하다.
본 발명은 상술한 방법들의 문제를 극복하고 콘택 플러그의 이상 유무를 확인하는 방법으로, 반도체 기판에 콘택 플러그를 형성한 후, 상기 반도체 기판에 전기 도금 공정을 진행하여 상기 콘택 플러그의 상면에 선택적으로 금속 도금층을 형성하고, 표면 단차에 의한 반사광의 위상차를 검출하는 광학적인 방법으로 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 확인한다.
자세하게, 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판에 전기 도금 공정을 수행하면, 하부 구조물과 전기적으로 연결된 정상적인 콘택 플러그 상에는 금속 도금층이 형성되고, 하부 구조물과 전기적으로 연결되지 못한 콘택 플러그는 플로팅되어 금속 도금층이 형성되지 않는다.
따라서, 선택적으로 금속 도금층이 형성된 콘택 플러그들 상에 빛을 주사하여 반사되는 빛의 위상차를 확인함으로써, 빠르고 간편하게 콘택 플러그의 이상 유무를 확인할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 콘택 플러그의 이상 유무 확인하는 방법을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 광학적인 방법을 이용한 콘택 플러그의 이상 유무 확인 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학-빔 주사 장치는 광학-빔 주사부(270)와 광 검출부(280)로 구성되며, 상기 광학-빔 주사 장치를 이용한 콘택 플러그(252, 254)의 이상 유무를 검출하는 원리 및 방법은 다음과 같다.
우선, 하부 구조물(210) 및 상기 하부 구조물(210)의 상부 절연막(240) 내에 콘택 플러그(252, 254)가 형성된 반도체 기판(200)에 전기 도금 공정을 수행하여 정상적으로 형성된 콘택 플러그 상에만 선택적으로 금속 도금층(260)을 형성한다.
상기 전기 도금 공정은 직류 전압 및 펄스 전압을 이용하여 수행되며, 상기 금속 도금층(260)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나의 물질로 형성되거나 또는 상기 물질들의 합금으로 형성한다.
상기 금속 도금층(260)은 전기 도금 공정으로 인해 반도체 기판(200) 상에 형성된 하부 구조물(210)과 전기적으로 연결되도록 정상적으로 형성된 콘택 플러그(252) 상에만 형성되며, 상기 하부 구조물(254)과 전기적으로 연결되지 못한 콘택 플러그(254)는 전기적으로 플로팅되어 금속 도금층이 형성되지 않는다.
그런 다음, 선택적으로 금속 도금층(260)이 형성된 콘택 플러그들(252, 254)을 포함한 반도체 기판(200)의 표면에 상기 광학-빔 주사부(270)를 사용하여 광학-빔을 주사한다.
이때, 상기 콘택 플러그들(252, 254)을 포함한 반도체 기판(200) 상에 주사된 입사광은 상기 금속 도금층(260)에 의해 위상차를 가지면서 반사되어 상기 광 검출부(280)로 들어온다.
자세하게, 상기 금속 도금층(260)이 형성된 정상적으로 형성된 콘택 플러그(252) 및 비정상적으로 형성된 콘택 플러그(254)로 주사된 입사광은 상기 금속 도금층(260)과 비정상적으로 형성된 콘택 플러그(254) 표면의 높이차 및 상기 금속 도금층(260)과 콘택 플러그를 형성하는 물질의 차이에 의해 위상차를 가지면서 반사된다.
따라서, 위상차를 갖는 반사광을 광 검출부로 검출하고, 일반적인 광학 장비로 확인함으로써 빠르고 간편하게 콘택 플러그의 이상 유무를 확인할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 콘택 플러그의 이상 유무를 확인하기 위하여 콘택 플러그 상에 선택적으로 금속 도금층을 형성하고, 표면 단차에 의해 발생하는 반사광의 위상차를 검출하는 광학적인 방법으로 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 확인할 수 있다.
따라서, 빠르고 간편하게 콘택 플러그의 이상 유무를 확인할 수 있다.

Claims (3)

  1. 표면 단차에 의해 발생하는 입사광에 따른 반사광의 위상차로 패턴의 이상 유무를 판단하는 광학적 분석 방법을 이용한 반도체 소자의 검사 방법에 있어서,
    하부 구조물 및 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판에 상기 하부 구조물과 전기적으로 연결된 콘택 플러그 상에만 선택적으로 금속 도금층이 형성되도록 전기 도금 공정을 수행하는 단계;
    상기 반도체 기판 상에 광을 입사시키는 단계; 및
    상기 금속 도금층에 의해 위상차가 발생한 반사광을 검출하는 단계;를 포함하며,
    상기 위상차가 발생한 반사광으로 콘택 플러그의 정상적인 형성 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 도금층은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나 또는 상기 물질들로 이루어진 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 검사 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 도금은 직류전압과 펄스전압을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 검사 방법.
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