KR100748002B1 - Lateral etching endpoint detection method - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 식각 종료점 검출방법에 관한 것으로, 다층 구조의 반도체 소자에 있어서 상부 식각 대상물의 수평 식각 종료점 검출방법에 있어서, 상기 식각 대상물을 수평 방향으로 식각하는 단계; 상기 수평 방향으로 식각하는 동안 식각 신호를 모니터링하는 단계 및 상기 식각 신호를 모니터링하는 과정에서 식각하고자 하는 식각 대상물의 CD에 따라 소정의 지점을 수평 식각 종료점으로 설정하는 단계를 포함하는 것에 기술적 특징이 있고, 수평 식각에 있어서 식각 종료점을 정확하게 검출함으로써 특히 CD가 매우 중요한 게이트 폴리 식각 같은 공정에서 정확한 CD 조절을 가능케 하는 효과가 있다.The present invention relates to a horizontal etching endpoint detection method, comprising the steps of: detecting a horizontal etching endpoint of an upper etching target in a semiconductor device having a multi-layer structure, the method comprising: etching the etching target in a horizontal direction; Monitoring an etching signal during the etching in the horizontal direction, and setting a predetermined point as a horizontal etching end point according to the CD of the etching target to be etched in the process of monitoring the etching signal. In addition, by accurately detecting the etching end point in the horizontal etching, it is possible to precisely control the CD, particularly in a process such as gate poly etching where CD is very important.

Endpoint Detection, Lateral, 식각 종료점 검출 Endpoint Detection, Lateral, Etch End Point Detection

Description

수평 식각 종료점 검출방법{Lateral etching endpoint detection method}Horizontal etching endpoint detection method

도 1a 내지 1b는 종래기술에 의한 수직 식각 종료점 검출방법을 나타낸 공정도.1a to 1b is a process chart showing a vertical etching endpoint detection method according to the prior art.

도 2a 내지 2e는 본발명에 의한 수평 식각 종료점 검출방법을 나타낸 공정도.2a to 2e is a process chart showing a horizontal etching endpoint detection method according to the present invention.

본 발명은 수평 식각 종료점 검출방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 CD 조절을 위한 수평 식각에 있어서 정확한 식각 종료점 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a horizontal etching end point detection method, and more particularly, to an accurate etching end point detection method in horizontal etching for CD control.

플라즈마 식각은 반도체 공정에서 매우 중요한 공정단계이며 임계치수(CD:Critical Dimension)와 막의 두께가 감소함에 따라 정확한 식각 종료점(Etching Endpoint) 검출 기술의 필요성이 높아지고 있다. 주로 플라즈마 식각시 웨이퍼에 수직방향으로의 식각 종료점 검출법을 이용해 하부 층의 손상을 최소화한다. Plasma etching is a very important process step in the semiconductor process and the need for accurate etching endpoint detection technology is increasing as the critical dimension (CD) and film thickness decrease. In the case of plasma etching, an etching endpoint detection method perpendicular to the wafer is used to minimize damage to the underlying layer.

현재 식각 종료점 검출기술로서는 Laser reflection interferometry, Optical emission spectroscopy, ellipsometry, plasma impedance monitoring, thermal imaging 등의 방법들이 주로 사용되어지고 있다. 이러한 기술들이 목적에 따라 사용되며 웨이퍼 사이즈 대비 식각 면적 비율이 작아짐에 따라 더욱 민감하게 검출해낼 수 있는 기술들을 요구한다. 이들 모두 주로 수직 방향의 식각 종료점을 검출함으로써 두께 위주의 조절에 이용되고 있다. Currently, etch endpoint detection techniques include laser reflection interferometry, optical emission spectroscopy, ellipsometry, plasma impedance monitoring, and thermal imaging. These techniques are used for purposes and require techniques that can be more sensitively detected as the ratio of etching area to wafer size is smaller. All of these are mainly used for thickness-oriented adjustment by detecting the etching end point in the vertical direction.

특히, OES(Optical emission spectroscopy)는 플라즈마 내의 중성입자나 이온이 전자와의 충돌에 의해 가입자의 전자가 여기상태로 올라갔다가 기저상태, 또는 준안정상태로 천이할 때 나오는 빛을 측정한다. 이온, 또는 중성입자로부터 나오는 빛의 세기는 전자 밀도 ne, 측정대상 입자(이온, 라디칼)의 밀도 N, 그리고 전자 온도 Te에 관계된다.In particular, optical emission spectroscopy (OES) measures light emitted when a subscriber's electrons move up to an excited state and transition to a ground state or a metastable state by neutral particles or ions in the plasma collided with the electrons. The intensity of light emitted from ions or neutral particles is related to the electron density ne, the density N of the particles to be measured (ions, radicals), and the electron temperature Te.

수학식 1에서 볼 수 있듯이 빛의 세기는 대상 입자의 밀도뿐만 아니라, 전자밀도와 에너지분포에도 관계된 양이기 때문에 이 양들을 소거해야 한다. 소거방법 중, 가장 잘 알려진 것으로는 옵티칼 엑티노메트리(Optical Actinometry)법이 있다. 플라즈마 내에 소량의 불활성기체(actinomer)를 첨가하고 이 기체로부터 나오는 빛과 측정하고자 하는 입자로부터 나오는 빛의 세기를 비교함으로써 상대농도를 구할 수 있다. 이온이나 중성종이 전자와 충돌하여 여기, 천이하며 나오는 빛의 파장은 각 입자마다 고유한 특성을 갖는데, 불활성기체와 측정하고자 하는 입자의 파장들 중에서 전자에너지에 의한 빛 방출 특성이 비슷한 파장들을 선택하여 측정하면 수학식 1의 k 값이 서로 비례관계를 갖기 때문에 대상 입자와 불활성기체로부터 나오는 신호의 비는 곧 대상입자의 상대밀도가 된다.As can be seen in Equation 1, since the intensity of light is related to the electron density and energy distribution as well as the density of the target particle, these quantities should be eliminated. Among the erasing methods, the best known one is the Optical Actinometry method. Relative concentrations can be obtained by adding a small amount of inert gas into the plasma and comparing the intensity of the light emitted from the gas with the light emitted from the particle to be measured. The wavelength of the light emitted by the ion or neutral species colliding with the electrons and excitation and transition has unique characteristics for each particle. Among the wavelengths of the inert gas and the particle to be measured, the wavelengths of light emission by electron energy are similar to each other. When measured, since the k values in Equation 1 have a proportional relationship with each other, the ratio of the signal from the target particle and the inert gas becomes the relative density of the target particle.

따라서 불활성기체의 밀도를 일정하게 유지해주며, 측정하고자 하는 입자로부터의 빛과 불활성기체로부터 나오는 신호를 비교하면 여러 조건에서의 입자 N의 밀도 변화를 알 수 있게 된다. Therefore, the density of the inert gas is kept constant. By comparing the light from the particles to be measured with the signal from the inert gas, the density change of the particle N under various conditions can be known.

도 1a는 종래의 수직 식각 종료점 검출방법을 나타낸다. 반도체 기판(10)의 상부에 게이트절연막(20)이 형성되어 있고 게이트절연막(20)의 상부에 게이트형성물질(30)이 형성되어 있다. 게이트형성물질(30)의 상부에 포토레지스트(40)를 도포하고 패터닝을 하여 게이트영역이 형성된다. 이후 포토레지스트(40)를 마스크로 하여 게이트형성물질(30)을 식각함으로써 게이트를 완성하게 된다. 이 때 정확한 식각을 위해 수직 식각 종료점 검출방법을 이용한다.1A illustrates a conventional vertical etching endpoint detection method. The gate insulating film 20 is formed on the semiconductor substrate 10, and the gate forming material 30 is formed on the gate insulating film 20. The gate region is formed by applying and patterning the photoresist 40 on the gate forming material 30. Thereafter, the gate is formed by etching the gate forming material 30 using the photoresist 40 as a mask. In this case, a vertical etching endpoint detection method is used for accurate etching.

도 1b는 시간에 따라 검출되는 신호를 나타낸 그래프이다. 식각이 활발하게 진행되는 동안 검출되는 빛의 세기는 거의 일정하게 유지되다가 식각이 종료되는 지점, 즉 하부막이 노출되는 시점에서 빛의 세기가 급격히 감소되는 것을 볼 수 있다. 이 때, 신호가 제로가 되는 지점에 근접한 적정 지점을 식각 종료점으로 지정하게 된다. 1B is a graph showing a signal detected over time. It can be seen that the intensity of light detected while the etching process is actively maintained is almost constant, and then the intensity of light rapidly decreases at the end of the etching, that is, when the lower layer is exposed. At this time, an appropriate point close to the point where the signal becomes zero is designated as an etching end point.

하지만 종래의 수직 식각 종료점 검출방법은 두께가 주 관심사이며 CD를 직접적으로 조절하는 것이 어려웠다. 또한, 고집적화되고 소형화되는 반도체 소자의 제조공정에 있어서 리소그래피 공정은 CD 조절에 있어서 한계가 있으며 보다 미세한 CD 조절을 위해서 수평방향으로의 식각을 통한 CD 조절의 필요성이 있다.However, in the conventional vertical etching endpoint detection method, thickness is a major concern and it is difficult to directly control the CD. In addition, in the manufacturing process of highly integrated and miniaturized semiconductor devices, the lithography process has a limitation in CD control, and there is a need for CD control through etching in the horizontal direction for finer CD control.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수평 방향으로의 식각 종료점을 정확하게 검출할 수 있는 수평방향 식각 종료점 검출방법을 제공함에 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a horizontal etching endpoint detection method capable of accurately detecting an etching endpoint in the horizontal direction.

상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 다층 구조 반도체 소자에서 상부 식각 대상물의 수평 식각 종료점 검출방법은, 상기 식각 대상물을 수평 방향으로 식각하는 단계; 상기 수평 방향으로 식각하는 동안 식각 신호를 모니터링하는 단계 및 상기 식각 신호를 모니터링하는 과정에서 식각하고자 하는 식각 대상물의 CD에 따라 소정의 지점을 수평 식각 종료점으로 설정하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, in the multilayer structure semiconductor device of the present invention, a horizontal etching end point detection method of the upper etching object, etching the etching object in a horizontal direction; Monitoring an etching signal during the etching in the horizontal direction, and setting a predetermined point as a horizontal etching end point according to the CD of the etching target to be etched during the monitoring of the etching signal.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석 되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 2a는 식각 공정을 진행하기 전 게이트 영역을 패터닝한 것을 보여준다. 반도체 기판(110) 상부에 게이트절연막(120)이 형성되어 있고, 게이트절연막(120) 상부에 게이트형성물질(130)이 형성되어 있다. 게이트형성물질(130) 상부에 포토레지스트막(140)을 도포한 후 패터닝하여 게이트 영역을 형성한다.2A shows that the gate region is patterned before the etching process. The gate insulating layer 120 is formed on the semiconductor substrate 110, and the gate forming material 130 is formed on the gate insulating layer 120. The photoresist layer 140 is coated on the gate forming material 130 and then patterned to form a gate region.

도 2b는 게이트를 형성하기 위하여 수직 식각을 진행하는 것을 보여준다. 패터닝에 의해서 형성된 게이트 영역에 포토레지스트막(140)을 마스크로 이용하여 수직 식각을 진행한다. 이 때 수평방향 식각을 방지하기 위하여 이방성 식각을 진행한다. 이방성 식각은 바이어스 파워(Bias Power)를 증가함으로써 수평 방향으로는 식각 되지 않고 수직 방향으로만 식각이 진행되도록 한다. 2B shows a vertical etching process to form a gate. Vertical etching is performed using the photoresist layer 140 as a mask in the gate region formed by patterning. At this time, anisotropic etching is performed to prevent horizontal etching. Anisotropic etching increases the bias power so that the etching proceeds only in the vertical direction, not in the horizontal direction.

도 2c에서 보는 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 수직 식각이 진행되는 동안 신호의 세기가 일정하게 유지되다가 식각 종료점, 즉 하부 게이트절연막(120)이 노출되는 지점에서 급격히 감소된다. 이 때, 신호의 세기가 제로가 되는 지점에 근접한 적정지점을 수직 식각 종료점으로 설정한다. As shown in FIG. 2C, according to an exemplary embodiment, while the vertical etching is performed, the signal intensity is kept constant and then rapidly decreased at the etching end point, that is, the point at which the lower gate insulating layer 120 is exposed. At this time, an appropriate point close to the point where the signal strength becomes zero is set as the vertical etching end point.

도 2d에서 보는 바와 같이, 수직 식각이 종료되는 지점을 기점으로 하여 수평 식각을 실시한다. 수평 식각을 실시하기 위하여 바이어스 파워(Bias Power)를 감소시킨다. 바이어스 파워를 감소시키면 등방성 식각이 실시되며 하부 게이트절연막과 게이트 형성물질의 식각 선택비의 차이로 하부 게이트절연막(120)은 식각이 거의 되지 않고 게이트 형성물질(130)이 주로 식각이 된다. 바람직하게는 상부 게이트 형성물질(130)과 하부 게이트 절연막의 식각 선택비는 최소 10:1 이상이다. 즉, 다시 말하면 수직 방향의 식각은 거의 일어나지 않고 수평 방향으로 식각이 진행된다. As shown in FIG. 2D, horizontal etching is performed from the point where the vertical etching ends. The bias power is reduced to perform horizontal etching. When the bias power is reduced, isotropic etching is performed, and the lower gate insulating layer 120 is hardly etched and the gate forming material 130 is mainly etched due to the difference in the etching selectivity between the lower gate insulating layer and the gate forming material. Preferably, the etching selectivity of the upper gate forming material 130 and the lower gate insulating layer is at least 10: 1. In other words, the etching in the vertical direction hardly occurs and the etching proceeds in the horizontal direction.

도 2e에서 보는 바와 같이, 수평 식각 시간에 따라 식각하고자 하는 식각 대상물로부터 방출되는 빛과 불활성 기체로 부터 방출되는 빛의 세기의 비인 식각 신호가 제로 지점을 기점으로 점점 증가하게 된다. 이 때 수평 식각은 게이트의 세로 두께에 영향을 받지 않고 세로면 전면에 걸쳐서 일정하게 진행된다. 즉, 증가하는 신호의 세기는 수평방향으로 식각되는 게이트의 폭에 따라 증가한다. 이에 따라, 구현하고자 하는 CD에 따라 이에 대비되는 신호의 세기를 기 저장된 라이브러리와 비교하여 일치되는 지점에서 수평 식각을 정지함으로써 정확한 CD 조절이 가능하게 된다. 여기서 기 저장된 라이브러리는 테스트를 통해 수평 식각이 진행됨에 따라 변화하는 신호의 세기에 따른 수평 식각 폭의 데이타를 저장한 것이다.As shown in FIG. 2E, the etching signal, which is a ratio of the light intensity emitted from the etching target to be etched and the light intensity emitted from the inert gas, gradually increases from the zero point according to the horizontal etching time. At this time, the horizontal etching is not influenced by the vertical thickness of the gate and proceeds uniformly over the entire vertical surface. That is, the strength of the increasing signal increases with the width of the gate etched in the horizontal direction. Accordingly, by comparing the strength of the signal corresponding to the CD to be implemented with the pre-stored library, it is possible to accurately adjust the CD by stopping the horizontal etching at the matching point. Here, the pre-stored library stores the data of the horizontal etch width according to the strength of the signal that changes as the horizontal etch progresses through the test.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 수평 식각 종료점 검출방법은 수평 식각에 있어서 식각 종료점을 정확하게 검출함으로써 특히 CD가 매우 중요한 게이트 폴리 식각 같은 공 정에서 CD를 정확하게 조절할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the horizontal etching end point detection method of the present invention has the effect of accurately adjusting the CD in a process such as gate poly etching, in which CD is very important, by accurately detecting the etching end point in the horizontal etching.

Claims (7)

다층 구조 반도체 소자에서 상부 식각 대상물의 수평 식각 종료점 검출방법에 있어서,In the method of detecting the horizontal etching end point of the upper etching target in the multilayer semiconductor device, 상기 식각 대상물을 수평 방향으로 식각하는 단계;Etching the etching object in a horizontal direction; 상기 수평 방향으로 식각하는 동안 식각하고자 하는 식각 대상물로부터 방출되는 빛과 불활성 기체로 부터 방출되는 빛의 세기의 비인 식각 신호의 세기를 모니터링하는 단계; 및Monitoring an intensity of an etching signal which is a ratio of the intensity of light emitted from the etching target to be etched and the light emitted from the inert gas during etching in the horizontal direction; And 상기 식각 신호의 세기를 모니터링하는 과정에서 라이브러리와 식각하고자 하는 식각 대상물의 폭에 따른 식각 신호의 세기를 비교하여 일치되는 지점에서 수평 식각을 종료하는 단계Comparing the intensity of the etch signal according to the width of the library and the etch target to be etched in the process of monitoring the intensity of the etch signal and ending horizontal etching at the matched point; 를 포함하는 수평 식각 종료점 검출방법.Horizontal etching endpoint detection method comprising a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식각 대상물을 수평 방향으로 식각하는 단계 이전에,Before the etching of the etching object in a horizontal direction, 상기 식각 대상물을 수직 방향으로 식각하는 단계;Etching the etching object in a vertical direction; 상기 수직 방향으로 식각하는 동안 상기 식각 신호를 모니터링하는 단계;Monitoring the etch signal during etching in the vertical direction; 상기 식각 신호를 모니터링하는 동안 수직 식각 종료점에서 수직 식각을 종료하는 단계Terminating vertical etching at a vertical etching endpoint while monitoring the etching signal 를 더 포함하는 수평 식각 종료점 검출방법.Horizontal etching end point detection method further comprising. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수평 방향 식각은 등방성 식각에 의한 것인 수평 식각 종료점 검출방법.The horizontal etching is a horizontal etching end point detection method by isotropic etching. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식각 대상물과 하부막의 식각 선택비는 최소 10:1 이상인 수평 식각 종료점 검출방법.And an etching selectivity of the etching target and the lower layer is at least 10: 1. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 수직 방향 식각은 이방성 식각인 수평 식각 종료점 검출방법.And the vertical direction etching is anisotropic etching. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 식각은 플라즈마에 의한 식각인 수평 식각 종료점 검출방법.The etching is a horizontal etching endpoint detection method of the etching by the plasma. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 라이브러리에 저장된 식각된 식각 대상물의 폭에 따른 신호의 세기와 대비하여 식각을 정지함으로써 정확한 CD 조절이 가능한 수평 식각 종료점 검출방법.A horizontal etching endpoint detection method capable of precise CD control by stopping the etching in response to the signal strength according to the width of the etched object stored in the library.

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