KR980012203A - 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법 - Google Patents

Abstract

콘택을 형성 및 상부 막질 형성 공정 중에 각각의 공정을 수행한 후 매번 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy)으로 콘택홀 오픈 상태를 검사하고 콘택홀 낫오픈(Contact Hole Not Open)을 조기에 예방하도록 개선시킨 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 관한 것이다.

본 발명은 웨이퍼 상에 형성되는 콘택의 오픈 상태를 감사하는 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 있어서, 주사전자현미경으로 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하여 디스플레이되는 상기 콘택 부분의 콘트라스트를 확인하여 상기 콘택의 오픈 상태를 검사하도록 이루어진다.

따라서, 반도체 제조 공정 중 콘택홀의 낫오픈이 발생되지 않고 콘택홀 낫오픈에 대한 피드백 기간이 단기화되므로 효율적인 공정관리 및 수율관리가 이루어지는 효과가 있다.

Description

반도체장치 콘택 오픈 검사 방법

본 발명은 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘택을 형성하고 상부 도전층을 형성하는 형성 공정 중에 각각의 공정을 수행한 후 매번 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; 이하 'SEM'이라 함)으로 콘택홀 오픈 상태를 검사하고 콘택홀 낫오픈(Contact Hole Not Open)을 조기에 예방하도록 개선시킨 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 관한 것이다.

통상 반도체장치 제조에 있어서 콘택홀은 내부 소자간 접속 또는 콘덴서 등의 형성을 위하여 절연층을 포함한 막질의 일정 영역을 식각하여 형성되고, 콘택홀 상부에는 배선을 위한 도전성 메탈 또는 콘덴서의 전하 축전판을 형성시키기 위한 폴리크리스탈 실리콘이 적층된다.

상세한 콘택공정은 도1과 같다.

먼저, 콘택홀을 형성시키고자 하는 웨이퍼의 상부 막질에는 콘택 포토 공정 S2으로 식각을 위한 마스크 층이 포토레지스터의 코팅, 노광 및 현상으로 형성된다. 그리고 콘택 포토 공정 S2으로 마스크 층이 오픈된 콘택홀 형성 부분의 상부 막질은 콘택 식각 공정 S4에서 식각액으로 식각된다. 그러면 정해진 위치에 소정 프로파일의 콘택홀이 식각되어 형성된다.

콘택홀이 식각된 상부에 도전성 메탈이 후속되는 증착공정 S6에서 증착되고, 증착공정 S6에서 증착된 막질은 포토공정 S8과 식각 공정 S10을 거쳐서 배선 또는 콘덴서 형성을 위한 소정 패턴으로 식각된다. 그 후 연속되는 메탈공정 및 보호막공정(도시되지 않음)을 수행하여 반도체장치 제조공정이 완료된다.

제조공정이 완료된 웨이퍼는 절단되기 전 테스트공정 S12(일명 EDS(Electrical Die Sorting)공정이라 함)를 거치게 되며, 콘택이 낫오픈된 것은 이 테스트공정 S12에서 불량으로 나타나게 되며, 불량은 재생이 불가능하였다.

그런데 웨이퍼에 형성된 콘택은 전술한 공정 중 콘택 포토 공정 S2에서 포토레지스트가 콘택홀 형성 부분에서 완전히 제거되지 않았거나 콘택 식각 공정 S4에서 불완전식각으로 인하여 절연물이 잔류되면 낫오픈이 발생되고, 낫오픈이 발생된 콘택은 전기적인 통로가 차단되어 반도체장치가 동작되지 않거나 불량동작되는 원인이 된다.

반도체 제조공정에 있어서 가장 흔하게 발생되는 불량 원인 중 하나인 콘택 낫오픈은 전술한 원인으로 발생되며, EDS 테스트공정 S12에서 얻어진 콘택 낫오픈 불량에 대한 데이터를 참조하여 콘택포토공정 S2 또는 콘택식각공정 S4를 수행하기 위한 설비의 공정 조건을 변경 또는 점검하여야 하고, 전술한 과정으로 콘택 낫오픈에 대한 공정관리 및 수율관리가 이루어졌었다.

그러나 종래에는 전술한 콘택 낫오픈 불량에 대한 테스트 해당 불량에 대한 개선에 소요되는 기간은 약 2개월 내지 3개월 정도였다. 그러므로, 종래의 콘택 형성 방법으로는 수율관리가 및 공정관리가 그만큼 장기화 되어 수율의 개선 및 공정의 효율적관리가 이루어지기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 주사전자현미경을 이용한 콘트라스트 검증으로 웨이퍼에 형성되는 콘택홀의 오픈 상태를 확인하는 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내부 소자간 접속 및 콘덴서 형성을 위하여 형성되는 콘택홀의 오픈 검사를 공정 단위별로 수행하여 콘택 오픈 상태 검사 및 그에 따른 공정조건 조정을 위한 피드백 시간을 단축하여 수율관리 및 공정관리에 소요되는 공기를 단축시키기 위한 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법을 제공하는 데 있다.

제1도는 종래의 반도체장치 콘택 형성 공정을 나타내는 공정도이다,.

제2도는 본 발명에 따른 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법의 실시예를 나타내는 공정도이다.

제3도는 콘택 포토 공정 수행 후 SEM을 이용하여 콘택 오픈을 검사하기 위하여 웨이퍼를 디스플레이한 상태를 나타내는 사진이다.

제4A는 콘택 식각 공정 수행 후 SEM을 이용하여 콘택홀이 오픈된 정상적인 웨이퍼를 디스플레이한 상태를 나타내는 사진이다.

제 4B도는 콘택 식각 공정 수행 후 SEM을 이용하여 콘택홀이 오픈되지 않은 웨이퍼를 디스플레이한 상태를 나타내는 사진이다. 도5는 콘택홀 상부 막질 증착 및 식각 후 SEM을 이용하여 콘택 오픈을 검사하기 위하여 웨이퍼를 디스플레이한 상태를 나타내는 사진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법은, 웨이퍼의 상에 형성되는 콘택의 오픈 상태를 검사하는 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 있어서, 주사전자현미경으로 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하여 디스플레이되는 상기 콘택 부분의 콘트라스트를 확인하여 상기 콘택의 오픈 상태를 검사하도록 이루어진다.

그리고, 상기 주사전자현미경으로의 콘택 오픈 검사는 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트의 현상 공정후 절연물질층에 대한 콘택홀 식각 공정 후 또는 도전물질층에 대한 콘택홀 식각 공정 후에 수행될 수 있다.

그리고, 상기 주사전자현미경으로의 콘택홀 오픈 검사 결과에 따라서 해당 공정 설비의 공정 조건을 조정시키는 공정을 수행함이 바람직하다. 또한, 상기 공정 조건 조정은 상기 콘택홀 오픈 검사 결과를 자동으로 피드백 받아서 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 웨이퍼의 콘택의 오픈 검사는 상기 공정을 수행한 전 웨이퍼 또는 특정 웨이퍼를 샘플링하여 수행 할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 콘택홀을 형성하기 위한 각 단위 공정 수행 후 매번 SEM을 이용한 콘택 오픈 검사를 수행하도록 구성되어 있다. SEM의 원리는 스캐닝되는 물질의 종류 및 상태에 따라 그 물질에 전자가 입사될 때 물질내의 전자를 밖으로 방출시키기도 하고 입사된 전자들이 밖으로 되튀어 나오기도 하는 양이 변하는 것을 디스플레이하는 것이고, SEM은 스캐닝 물질 별로 방출되는 전자들의 양에 차이가 콘트라스트(Contrast)의 차로 확인될 수 있도록 구성되어 있다.

따라서, 콘택홀이 오픈되지 않은 부분에서는 전하 축전이 발생되고, 그에 따라 콘택홀이 오픈된 부분과 오픈되지 않은 부분의 SEM의 확인되는 콘트라스트 상태는 상이하다.

이에 대한 구체적 SEM 사진이 도3 내지 도5에 나타나 있다. 전술한 SEM을 이용한 본 발명에 따른 콘택 오픈 검사 방법을 설명한다. 웨이퍼 상의 콘택홀의 형성 및 막질 증착은 도2에 도시된 바와같이 도1과 동일하고, 콘택홀 형성에 대한 중복된 설명을 생략한다. 즉 콘택 포토 공정 S2, 콘택 식각 공정 S4, 증착공정 S6, 포토공정 S8 및 식각공정 S10 순으로 복수개의 공정들이 순차적으로 진행된다.

여기에서 SEM을 이용한 콘택 오픈 검사는 콘택 포토 공정 S2, 콘택 식각 공정 S4 및 증착된 도전성 막질을 식각하는 식각공정 S10을 수행한 후 이들 공정을 수행한 웨이퍼에 대하여 제작자의 의도에 따라 전체적 또는 선택적으로 이루어질 수 있다.

콘택 포토 공정 S2를 수행 한 후 콘택 오픈 검사 공정 S20을 수행하면 도3과 같이 스캐닝된 상태가 디스플레이된다. 도3에서 디스플레이된 복수개의 콘택 부분 중 중앙의 중심이 다른 부분에 비하여 콘트라스트가 검은 정도가 약하게 디스플레이되는 부분은 포토레지스트의 현상 상태가 양호하지 못하여 콘택홀이 형성될 부분에 포토레지스트가 잔류됨으로써 콘택 낫오픈이 발생된 것이다. 그리고 중심이 어둡게 디스플레이되는 다른 콘택부분은 포토레지스트의 현상 상태가 양호하여 콘택홀이 형성될 부분에 포토레지스트가 잔류되지 않은 것이다. 결국 콘택홀이 낫오픈된 부분과 오픈된 부분의 표면을 이루고 있는 물질이 상이하므로 SEM으로 스캐닝된 결과 콘트라스트 차가 발생된다.

콘택 오픈 검사 공정 S20을 수행한 결과 낫오픈이 발생되었으면, 콘택 포토 공정 수행 설비의 공정 조건을 조정하거나 점검하여 콘택 낫오픈 불량발생을 방지시킨다. 그리고, 콘택 낫오픈이 발생된 웨이퍼도 콘택공정을 재수행시켜 사용할 수 있다.

그리고, 콘택 식각 공정 S4를 수행한 후 콘택 오픈 검사 공정 S22를 수행하면 도4A 또는 도4B와 같이 스캐닝된 상태가 디스플레이되다. 여기에서 도4A는 웨이퍼에 콘택홀이 정상적으로 식각되어 콘택 부분이 오픈된 상태이고, 도4B는 웨이퍼에 콘택홀이 정상적으로 식각되지 않아서 콘택홀이 오픈되지 않은 상태이거나 정상적으로 콘택홀 식각이 이루어졌더라도 콘택포토공정에서 콘택 부분에 포토레지스트가 완전히 제거되지 않아서 식각된 콘택홀의 포토레지스트가 잔류된 상태로 인한 콘택 낫오픈이 발생된 것이다.

콘택 오픈 검사 공정 S22의 결과에 따라서 콘택 포토 공정 설비 또는 콘택 식각 설비의 공정 조건을 조정시키거나 설비를 점검하여 콘택홀 낫오픈 불량발생을 방지시킨다. 그리고 콘택식각공정 S4가 완료된 웨이퍼는 후속 배선 메탈 또는 콘덴서 실리콘의 도전층을 증착시키기 위한 증착공정 S6, 포토공정 S8 및 식각공정 S10을 순차적으로 수행하고 상기 공정들에 의하여 도전층이 콘택홀 내부에 매몰되어 소자간 접속이 이루어진다. 이 상태에서 콘택 오픈 검사 공정 S24가 수행되면 도5와 같은 스캐닝 결과가 디스플레이된다. 도5에서 알 수 있듯이 콘택홀 형성 후 후속 메탈을 시킨 후 SEM으로 스캐닝한 콘택 오픈 검사 공정 S24에 의한 SEM의 디스플레이상태가 도3 또는 도4보다 명확히 콘택 낫오픈이 구분되고 쉽게 발견될 수 있다. 도5는 콘택홀이 오픈된 낫 오픈된 부분의 콘트라스트가 극명하게 극명하게 차이를 보인다.

이는 도전층이 증착된 상태에서 콘택홀에 절연물이 잔류하거나 콘택홀에 보이드(Void)가 형성되면 전기적인 통로가 차단되므로 SEM으로 검사시 도전층에 전하 축적(Charging)이 발생되고 오픈된 콘택홀에서는 전하의 축적이 발생되지 않기 때문이다.

이러한 콘택홀의 전하 축적 여부는 콘택 오픈 또는 낫오픈과 같은 상태에 따른 콘택 영역 막질의 전기적 상태를 다르게 하고, 그로 인하여 도5와 같이 SEM로 스캐닝되어 디스플레이되는 콘트라스트의 극명한 차가 발생된다.

콘택 오픈 검사 공정 S24의 결과에 따라서 콘택 포토 공정 설비 또는 콘택 식각 설비의 공정조건을 조정시키거나 설비를 점검하여 후속되어 공정이 수행될 웨이퍼에 대한 콘택홀 낫오픈 불량발생을 방지시킨다. 그리고, 콘택 오픈 검사 공정 S20, S22 및 S24에서 낫오픈이 발생되지 않으면, 설비의 공정조건 및 상태가 정상적인 것으로 판단하고, 웨이퍼는 후속공정을 위하여 이송된다.

전술한 실시예는 각 공정 즉 콘택포토공정과 콘택식각공정 및 도전층 증착공정을 수행한 후 항상 콘택 오픈검사를 SEM을 이용한 콘트라스트 검증으로 수행하므로, 웨이퍼 상에 콘택홀의 낫오픈이 확인되면 그 즉시 해당 공정에 이상이 있음을 알리고 SEM으로 스캐닝한 결과에 따른 데이터를 참조하여 조정작업을 수행하여 콘택 낫오픈에 따른 반도체장치 불량발생을 방지시키게 된다.

따라서, 이러한 피드백에 의하여 수시로 콘택홀의 낫오픈에 대한 조처가 취해지게 되므로, 콘택 낫오픈의 확인 및 콘택 낫오픈 발생원인으로 작용하는 공정에 대한 조처까지 소요되는 시간은 약 하루 또는 이틀 정도로 개선될 수 있다.

이는 종래의 EDS테스트로 콘택 불량을 확인 한 경우 2 내지 3개월 소요되던 것과 비교하여 알 수 있듯이 공정관리가 상당히 개선되었으며, 그로 인한 불량으로 인한 생산성 저하 및 수율저하가 개선되어 극대의 제조 단가 절감이 이루어질수 있다.

본 발명에 의하면 반도체제조 공정중에 콘택홀의 낫오픈이 발생되지 않고 콘택홀의 낫오픈에 대한 피드백 기간이 단기화되므로 효율적인 공정관리 및 수율저하가 이루어지는 효과가 있으며, 그에 따른 제조단가 절감이 이루어지는 효과가 부가된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (8)

1. 웨이퍼 상에 형성되는 콘택의 오픈 상태를 검사하는 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법에 있어서, 주사전자 현미경으로 상기 웨이퍼의 표면을 스캐닝하여 디스플레이되는 상기 콘택 부분의 콘트라스트를 확인하여 상기 콘택의 오픈 상태를 검사하는 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주사전자현미경으로의 콘택 오픈 검사는 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 현상 공정 후 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 주사전자현미경으로의 콘택 오픈 검사는 절연물질층에 콘택홀 식각 공정 후 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 주사전자현미경으로의 콘택 오픈 검사는 도전물질층에 대한 콘택홀 식각공정 후 수행됨을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
5. 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 주사전자현미경으로의 콘택홀 오픈 검사 결과에 따라서 해당 공정설비의 공정 조건을 조정시키는 공정을 수행함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 공정 조건 조정은 상기 콘택홀 오픈 검사 결과를 자동으로 피드백 받아서 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.
7. 제2항, 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 웨이퍼의 콘택의 오픈 검사는 상기 공정을 수행한 전 웨이퍼에 대하여 수행함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법,
8. 제2항, 제3항, 또는 제4항에 있어서, 상기 웨이퍼의 콘택의 오픈 검사는 상기 공정 후 특정 웨이퍼를 샘플링하여 수행함을 특징으로 하는 상기 반도체장치 콘택 오픈 검사 방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개되는 것임.