KR100855851B1

KR100855851B1 - 반도체 소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100855851B1
Application number: KR1020070008327A
Authority: KR
Inventors: 홍성목; 심규찬
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-09-01
Also published as: KR20080070350A; US20080182415A1

Abstract

본 발명은 오버레이 버니어(Overlay vernier)에 관한 것으로, 특히 오버레이 버니어 마스크에서 바 형(Bar type) 모 오버레이 버니어(Mother overlay vernier) 패턴에 인접한 영역에 빛의 세기를 분산하는 폭이 좁은 바 형 더미 패턴(Bar type dummy pattern)을 부가하여 웨이퍼 상에 경사진 프로파일을 갖는 오버레이 버니어를 형성함으로써, 오버레이 버니어의 비대칭 증착을 방지하여 오버레이 오측정(Overlay misreading)을 개선할 수 있고, 소자의 수율을 증가시킬 수 있는 기술이다.

Description

반도체 소자 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 오버레이 버니어 형성을 도시한 개념도.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 형성을 도시한 개념도.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크의 평면도.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크의 단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크로 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴을 도시한 도면.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 형성 방법을 도시한 단면도들.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 노광 원 112 : 렌즈

120 : 오버레이 버니어 마스크 122 : 투명 기판

124 : 모 버니어 패턴 130 : 감광막 패턴

210 : 노광 원 212 : 렌즈

220 : 오버레이 버니어 마스크 230 : 감광막 패턴

320 : 오버레이 버니어 마스크 324 : 모 버니어 패턴

326 : 더미 패턴 420 : 오버레이 버니어 마스크

422 : 투명 기판 424 : 모 버니어 패턴

426 : 더미 패턴 510 : 반도체 기판

530 : 감광막 패턴 610 : 반도체 기판

620 : 감광막 622 : 감광막 패턴

630 : 모 버니어

본 발명은 오버레이 버니어에 관한 것으로서, 특히 경사진 오버레이 버니어(Sloped overlay vernier)를 이용하여 금속층을 형성한 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 포토리소그래피(Photolithography) 공정은 웨이퍼 상에 감광막을 도포한 후 노광 및 현상을 수행하는 공정으로서 마스크(Mask)를 필요로 하는 식각 공정이나 이온 주입 공정 전에 수행된다. 집적 소자의 제조 공정은 포토리소그래피 공정 등을 적용하여 다층의 패턴을 형성하는 과정으로 이루어지기 때문에 상·하부층 패턴 간의 정확한 정렬이 요구된다. 또한, 포토리소그래피 공정은 웨이퍼 상에 절연층과 도전층으로 된 다층막으로 형성된 특정회로를 구현을 위한 특정 패턴을 형성하기 위해서 수행된다. 광원과 마스크 또는 레티클 등의 패턴 전사기구를 이용한 포토리소그래피 공정은 전(前) 공정에서 형성된 패턴과 후(後) 공정에서 형성된 패턴 간의 정렬이 정확히 이루어져야 신뢰성 있는 반도체 회로를 구현할 수 있다.

오버레이 정확도(Overlay accuracy)란 이러한 공정의 전후 단계에서 형성된 상·하부층 패턴 간의 정렬 상태를 나타내는 수치로서 소자의 고집적화에 따라 중요한 변수로서 작용한다. 또한, 오버레이 정확도는 웨이퍼의 스크라이브 레인(Scribe lane)에 형성되는 오버레이 버니어(Overlay vernier)를 이용하여 측정한다. 오버레이 버니어는 전(前) 공정에서 적층된 층(즉, 하부층)에 형성된 모 버니어와 현(現) 공정에서 적층되는 층(즉, 상부층)에 형성되는 자 버니어로 이루어진다. 즉, 웨이퍼의 다이 영역에 하부층의 소정 패턴이 형성되는 동안 스크라이브 레인에는 모 버니어가 형성된다. 다음으로, 다이 영역에서 하부층 상에 소정 패턴의 상부층이 형성되는 동안 스크라이브 레인에는 모 버니어 내부에 자 버니어가 형성된다.

그러나 스퍼터링 장비(Sputtering apparatus)를 이용한 금속층을 증착 시, 장비 특성상 종종 비대칭 증착을 유발하여 오버레이 오측정(Overlay misreading)의 원인을 제공한다. 즉, 스퍼터링 타깃과 웨이퍼 사이에 인가되는 전기장의 방향성이 균일하지 못하여 스퍼터링 장비에서 이러한 비대칭 증착이 유발된다. 특히, 이와 같은 균일하지 못한 전기장의 방향성은 웨이퍼 중심보다 외 측에서 심해 웨이퍼 외 측에 형성된 패턴에서 비대칭적인 증착이 두드러진다. 또한, 자 버니어보다 모 버니어에서는 이러한 비대칭적인 증착이 두드러지게 발생한다. 따라서, 이러한 비대 칭적 증착은 오버레이 데이터 상에서 스케일 요소로 나타나게 되어 오버레이 오측정을 유발하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 오버레이 버니어 마스크에서 바 형(Bar type) 모 오버레이 버니어(Mother overlay vernier) 패턴에 인접한 영역에 빛의 세기를 분산하는 폭이 좁은 바 형 더미 패턴(Bar type dummy pattern)을 부가하여 웨이퍼 상에 경사진 프로파일을 갖는 오버레이 버니어를 형성함으로써, 오버레이 버니어의 비대칭 증착을 방지하여 오버레이 오측정(Overlay misreading)을 개선할 수 있고, 소자의 수율을 증가시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크는,

박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어 마스크이며, 투명 기판과, 투명 기판 상부에 위치되는 바 형(Bar type) 모 버니어 패턴과, 이와 인접한 곳에 위치되며, 노광 원의 세기를 분산시키는 복수 개의 더미 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 복수 개의 더미 패턴은 모 버니어 패턴의 단축 방향에 따라 좌우에 형성되는 바 형(Bar type) 패턴이며, 모 버니어 패턴의 일 측에 형성된 복수 개의 더미 패턴의 선 폭은 모 버니어 패턴 선 폭의 0.15 내지 0.35배이고, 더미 패턴의 선 폭은 모 버니어 패턴의 선 폭의 0.01 내지 0.02배인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어는,

박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어이며, 스크라이브 레인(Scribe lane)을 포함한 반도체 기판과, 스크라이브 레인의 반도체 기판 내에 형성되며, 경사진 프로파일을 갖는 바 형(Bar type) 모 버니어를 포함하는 것을 특징으로 한다. 한편, 모 버니어의 기울어진 각도는 30° 내지 60°인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 형성 방법은,

박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어 형성 방법이며, 스크라이브 레인을 포함한 반도체 기판을 제공하고, 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하며, 복수 개의 더미 패턴을 구비한 오버레이 버니어 마스크로 감광막을 노광하여 경사진 프로파일을 갖는 감광막 패턴을 형성하고, 감광막 패턴을 식각 마스크로 스크라이브 레인의 반도체 기판을 식각하여 경사진 프로파일을 갖는 모 버니어를 형성하는 것을 특징으로 한다. 한편, 모 버니어의 기울어진 각도는 30° 내지 60°인 것이 바람직하다.

그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자는 상기와 같은 오버레이 버니어를 이용하여 반도체 기판 상부에 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 형성된 금속층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 상기와 같은 오버레이 버니어를 사용하여 반도체 기판에 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 오버레이 버니어 형성을 도시한 개념도이다. 노광 원(110)에서 방출된 빛이 렌즈(112)를 통해 균일하게 오버레이 버니어 마스크(120)에 전달된다. 다음으로, 오버레이 버니어 마스크(120)를 통과한 빛은 웨이퍼 상에 형성된 감광막에 전달된 후, 현상 공정에 의해 샤프(Sharp)한 프로파일을 갖는 감광막 패턴(130)을 형성한다. 이때, 오버레이 버니어 마스크(120)는 투명 기판(122) 상부에 바 형(Bar type) 모 버니어 패턴(124)을 구비한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 형성을 도시한 개념도이다. 특히, 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어는 스퍼터링 장비(Sputtering apparatus)를 이용한 금속층 증착 시 발생할 수 있는 오버레이 오측정(Overlay misreading)을 최소화할 수 있다. 즉, 노광 원(210)에서 방출된 빛이 렌즈(212)를 통해 균일하게 오버레이 버니어 마스크(220)에 전달된다. 다음으로, 오버레이 버니어 마스크(220)를 통과한 빛은 웨이퍼 상에 형성된 감광막에 전달된 후, 현상 공정에 의해 경사진 프로파일을 갖는 감광막 패턴(230)을 형성한다. 이후, 감광막 패턴(230)을 이용하여 경사진 프로파일을 갖는 오버레이 버니어를 형성할 수 있다. 따라서, 스퍼터링에 의해 입사되는 금속 입자가 사선으로 입사되어도, 경사진 프로파일을 갖는 오버레이 버니어의 표면에 균일하게 증착될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크의 평면도를 도시한다. 도 3(i)의 바 형 모 버니어 패턴(324)을 도시하는 오버레이 버니어 마스 크(320)를 도시하며, 도 3(ii)은 도 3(i)의 원형 부분을 확대한 바 형 모 버니어 패턴(324)을 도시한다. 오버레이 버니어 마스크(320)는 바 형 모 버니어 패턴(324)과 이의 단축 방향의 양측에 형성된 복수 개의 더미 패턴(326)을 포함한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 더미 패턴(326)은 실제 웨이퍼 상에 패턴을 형성하지 않으나, 마스크로 입사된 빛의 세기를 분산시켜 웨이퍼 상에 경사진 패턴을 형성하도록 한다. 또한, 복수 개의 더미 패턴(326)은 바 형(Bar type)으로 설계되는 것이 바람직하다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 모 버니어 패턴(324)의 일 측에 위치된 복수 개의 더미 패턴(326)의 선 폭은 모 버니어 패턴(324)의 선 폭의 0.15 내지 0.35배인 것이 바람직하다. 만약, 모 버니어 패턴(324)의 선 폭이 2㎛이면, 모 버니어 패턴(324)의 일 측에 위치된 복수 개의 더미 패턴(326)의 선 폭은 0.3㎛ 내지 0.1㎛인 것이 바람직하며, 0.5㎛인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 더미 패턴(326)의 선 폭은 모 버니어 패턴(324)의 선 폭의 0.01 내지 0.02배인 것이 바람직하다. 만약, 모 버니어 패턴(324)의 선 폭이 2㎛이면, 더미 패턴(326)의 선 폭은 20㎚ 내지 40㎚인 것이 바람직하며, 30㎚인 것이 더욱 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크의 단면도를 도시한다. 도 4는 도 3(ii)의 I-I'을 따르는 단면도이다. 오버레이 버니어 마스크(420)는 박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어에 관한 것으로, 투명 기판(422) 상부에 모 버니어 패턴(424)과 이와 인접한 위치에 복수 개의 더미 패턴(426)을 포함한다. 이때, 더미 패턴(426)은 실제 웨이퍼 상에 패턴을 형성하지 않으나, 마스크로 입사된 빛의 세기를 분산시켜 웨이퍼 상에 경사진 패턴을 형성하 도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 마스크로 웨이퍼 상에 형성된 감광막 패턴의 평면도 및 단면도를 도시한다. 도 5(ii)는 도 5(i)의 II-II'을 따른 감광막 패턴의 단면도를 도시한다. 도 3의 오버레이 버니어 마스크(320)로 반도체 기판(510) 상에 형성된 감광막(미도시)을 노광 및 현상하여 경사진 프로파일을 갖는 감광막 패턴(530)을 형성한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 감광막 패턴(530)의 기울기는 30° 내지 60°인 것이 바람직하며, 45°인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 오버레이 버니어는 스퍼터링 장비(Sputtering apparatus)를 이용한 금속층 증착 시 사용하는 것이 바람직하다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 오버레이 버니어 형성 방법을 도시한 단면도들로, 도 5의 II-II'을 따른 단면도들이다. 스크라이브 레인(Scribe lane)을 포함한 반도체 기판(610) 상부에 감광막(620)을 형성한 후, 도 3의 모 버니어 패턴(324)의 단축 방향 양측에 더미 패턴(326)을 구비한 박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어 마스크로 감광막(620)을 노광 및 현상하여 경사진 프로파일을 갖는 감광막 패턴(622)을 형성한다. 다음으로, 감광막 패턴(622)을 식각 마스크로 반도체 기판(610)을 식각하여 경사진 프로파일을 갖는 모 버니어(630)를 형성한 후, 감광막 패턴(622)을 제거한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 모 버니어(630)의 기울기는 30° 내지 60°인 것이 바람직하며, 45°인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 모 버니어(630)는 스퍼터링 장비(Sputtering apparatus)를 이용한 금속층 증착 시 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오버레이 버니어 마스크, 오버레이 및 그 형성 방법은 스퍼터링 장비를 이용한 금속층 증착 시 비대칭 증착을 방지하여 오버레이 오측정(Overlay misreading)을 개선할 수 있는 효과가 있다. 또한, 후속 공정 마진을 향상시켜 소자의 수율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims

박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어 마스크에 있어서,

투명 기판;

상기 투명 기판 상부에 위치되는 바 형(Bar type) 모 버니어 패턴; 및

이와 인접한 곳에 위치하며, 노광 원의 세기를 분산시키는 복수 개의 더미 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 마스크.
제 1항에 있어서,

상기 복수 개의 더미 패턴은 상기 모 버니어 패턴의 단축 방향에 따라 좌우에 형성되는 바 형(Bar type) 패턴인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 마스크.
제 2항에 있어서,

상기 모 버니어 패턴의 일 측에 형성된 상기 복수 개의 더미 패턴의 선 폭은 상기 모 버니어 패턴 선 폭의 0.15 내지 0.35배인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 마스크.
제 1항에 있어서,

상기 더미 패턴의 선 폭은 상기 모 버니어 패턴의 선 폭의 0.01 내지 0.02배 인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 마스크.
박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어에 있어서,

스크라이브 레인(Scribe lane)을 포함한 반도체 기판; 및

상기 스크라이브 레인의 반도체 기판 내에 형성되며, 경사진 프로파일을 갖는 바 형(Bar type) 모 버니어를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어.
제 5항에 있어서,

상기 모 버니어의 기울어진 각도는 30° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어.
상기 제 5항에 기재된 오버레이 버니어를 이용하여 반도체 기판 상부에 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 형성된 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
박스-인-바 형(Box-in-Bar type) 오버레이 버니어 형성 방법에 있어서,

스크라이브 레인을 포함한 반도체 기판을 제공하는 단계;

상기 반도체 기판 상부에 감광막을 도포하는 단계;

복수 개의 더미 패턴을 구비한 오버레이 버니어 마스크로 상기 감광막을 노광하여 경사진 프로파일을 갖는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 상기 스크라이브 레인의 상기 반도체 기판을 식각하여 경사진 프로파일을 갖는 모 버니어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
제 8항에 있어서,

상기 복수 개의 더미 패턴은 상기 오버레이 버니어 마스크에 구비된 바 형(Bar type) 모 버니어 패턴의 단축 방향에 따라 좌우에 바 형(Bar type)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
제 9항에 있어서,

상기 모 버니어 패턴의 일 측에 형성된 상기 복수 개의 더미 패턴의 선 폭은 상기 모 버니어 패턴 선 폭의 0.15 내지 0.35배인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
제 9항에 있어서,

상기 더미 패턴의 선 폭은 상기 모 버니어 패턴의 선 폭의 0.01 내지 0.02배인 것을 특징으로 하는 오버레이 버니어 형성 방법.
제 8항에 있어서,

상기 모 버니어의 기울어진 각도는 30° 내지 60°인 것을 특징으로 하는 오 버레이 버니어 형성 방법.
상기 제 8항의 오버레이 버니어를 사용하여 반도체 기판에 스퍼터링(Sputtering) 방식으로 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.