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KR100739259B1 - 중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법 - Google Patents

중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법 Download PDF

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KR100739259B1 KR1020060021734A KR20060021734A KR100739259B1 KR 100739259 B1 KR100739259 B1 KR 100739259B1 KR 1020060021734 A KR1020060021734 A KR 1020060021734A KR 20060021734 A KR20060021734 A KR 20060021734A KR 100739259 B1 KR100739259 B1 KR 100739259B1
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Abstract

본 발명은 반도체 기판 상부의 소정 영역에 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 버니어 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 제 1 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 넓은 폭의 제 2 버니어 패턴을 상기 제 1 버니어 패턴이 포함되도록 형성하는 단계; 상기 제 2 버니어 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 소정 폭의 단차를 갖는 제 2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 버니어 패턴을 제거한 후 상기 제 1 및 제 2 깊이의 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 상기 버니어 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 중첩도 측정 버니어 형성 방법을 개시한다.
푸들(Puddle) 타입 중첩도 측정 버니어

Description

중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법{Overlay accuracy measurement Vernier and Method for forming the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어 형성을 위해 주변회로 영역에 사용되는 중첩도 측정 기준버니어 마스크의 레이아웃도.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 선 A-A 를 절취한 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어 형성 공정을 나타낸 단면도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어 소정영역에 실제로 푸들(Puddle) 타입 단차가 형성된 반도체 소자의 단면도 이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : a폭을 갖는 제 2 마스크 20 : b폭을 갖는 제 2 마스크
100 : 반도체 기판 102 : 버퍼산화막
104 : 질화막 106 : 하드마스크막
108 : 제 1 감광막 패턴 110 : 제 2 감광막 패턴
112 : 절연막
본 발명은 중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법에 관한 것으로서, 특히 중첩도 측정 버니어(Overlay accuracy measurement Vernier)가 형성되는 영역의 트랜치 형성공정시, 평탄화 공정 후 중첩도 측정에 필요한 단차가 만들어지게 하여 중첩도 측정 에러를 방지할 수 있는 중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 데이터를 저장하기 위한 셀이 형성되는 셀 영역과 셀을 구동시키기 위한 회로 소자가 구현되는 주변 회로 영역을 포함하여 구성된다. 또한, 이러한 반도체 소자의 제조 공정에서는 예컨데 제 1 층의 식각 공정과 제 2 층의 식각 공정의 중첩도를 측정하기 위해 버니어를 사용한다. 중첩도 측정 버니어는 주변 회로 영역의 일부 또는 스크라이브 라인상에 형성될 수 있는데, 이하에서는 중첩도 측정 버니어가 형성될 영역을 주변 회로 영역과 별개로 하여 설명하기로 한다.
한편, 터널링에 의해 데이터를 저장 또는 소거하는 플래쉬 메모리 소자는 70nm 이하의 소자에서 소자 분리막을 형성하기 위한 트렌치를 셀 영역과 주변 회로 영역에 서로 다른 폭 및 깊이로 형성하는 듀얼 트렌치 구조를 이용한다. 이는 절연막 갭필 공정과 고전압 영역의 항복 전압을 확보하기 위한 방법이다.
이러한 듀얼 트렌치 구조를 이용하는 플래쉬 메모리 소자에서는 주변 영역에 트렌치를 형성할 때 중첩도 측정 버니어가 형성될 영역에도 트렌치를 형성한 후 셀 영역에 트렌치를 형성하는 방법으로 듀얼 트렌치를 형성한다. 이후 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성한 후 연마하여 셀 영역 및 주변 회로 영역에 소자 분리막을 형성한다. 그리고, 중첩도 측정 버니어 형성 영역의 키 오픈 공정을 실시한다.
그런데, 버니어 영역의 트랜치가 주변 회로 영역의 트렌치와 동시에 형성되기 때문에 두 영역의 트렌치 깊이는 동일하게 되어 소자 분리막을 형성하기 위한 절연막 연마 공정 후 키 오픈 공정에서 버니어가 제대로 형성되지 않는다. 따라서, 폴리실리콘막 또는 텅스텐막과 같은 불투명한 막이 증착된 후 식각 공정을 위해 마스크를 형성할 때 중첩도 측정 버니어가 보이지 않아 오버레이 측정시 에러를 유발하거나 측정 자체가 불가능한 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은 중첩도 측정 버니어가 형성될 영역의 트랜치를 푸들(Puddle) 타입으로 형성하여 중첩도 측정 에러를 방지할 수 있는 중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 키 오픈(Key Open) 공정을 실시하지 않아도 되므로, 공정을 단순화 할 수 있는 중첩도 측정 버니어 및 그 형성 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어는, 반도체 기판의 소정 영역에 서로 이격되도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제 1 버니어; 상기 제 1 버니어의 폭보다 좁은 폭으로 상기 제 1 버니어 상부에 형성된 제 2 버니어를 포함한다.
상기 제 2 버니어는 0.7 내지 2.0um의 폭을 갖고, 상기 제 1 버니어는 상기 제 2 버니어보다 0.2 내지 0.4um 큰 폭을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어 형성 방법은, 반도체 기판 상부의 소정 영역에 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 버니어 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 제 1 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 넓은 폭의 제 2 버니어 패턴을 상기 제 1 버니어 패턴이 포함되도록 형성하는 단계; 상기 제 2 버니어 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 소정 폭의 단차를 갖는 제 2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 및 제 2 버니어 패턴을 제거한 후 상기 제 1 및 제 2 깊이의 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 상기 버니어 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어 형성 방법은, 셀 영역 및 버니어 영역이 확정된 반도체 기판이 제공되는 단계; 상기 셀 영역의 반도체 기판 상부에는 복수의 소자 분리 패턴을 형성하고 상기 버니어 영역의 반도체 기판 상부에는 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계; 상기 셀 영역을 차단한 채 상기 제 1 버니어 패턴을 마스크로 상기 버니어 영역의 반도체 기판을 식각하여 제 1 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 넓은 폭의 제 2 버니어 패턴을 상기 제 1 버니어 패턴이 포함되도록 형성하는 단계; 상기 소자 분리 패턴 및 상기 제 2 버니어 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 상기 셀 영역의 반도체 기판에 소자 분리용 트렌치를 형성하고 상기 버니어 영역에는 소정 폭의 단차를 갖는 제 2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계; 상기 소자 분리 패턴, 제 1 및 제 2 버니어 패턴을 제거한 후 상기 트렌치들이 매립되도록 절연막을 형성하는 단계; 상기 버니어 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 식각한 후 상기 셀 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 연마하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 버니어 패턴은 0.7 내지 2 um의 폭으로 형성되고, 상기 제 2 버니어 패턴은 상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 등방으로 0.2 내지 0.4um 더 큰 폭을 갖는다.
상기 버니어 영역의 절연막 식각 공정은 상기 반도체 기판이 상기 절연막 표면에서 200 내지 400 Å 높이로 노출되도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어를 형성하기 위해 사용되는 마스크의 레이아웃도 이고, 도 2a 내지 도 2g는 도 1의 선 A-A 를 절취한 상태의 마스크를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어의 형성 공정을 나타낸 단면도 이다.
한편, 도 2a 내지 도 2g에 도시된 셀 영역은 도1의 마스크에 의해 형성되지 않고, 버니어의 형성공정을 셀 영역의 형성공정과 병행하여 설명하기 위해 참고적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 중첩도 측정 버니어를 형성하기 위한 마스크는 박스(Box) 타입, 바(Bar) 타입 등 여러가지 형태일 수 있으나, 본 발명의 일례는 연마공정의 가드라인 역할을 수행하는 영역(미도시) 및 4개의 바(Bar)로 형성하며, 도면부호 10은 중첩도 측정 버니어(Overlay accuracy measurement Vernier)를 형성하기 위한 제 1 마스크를 나타내고, 도면부호 20은 중첩도 측정 버니어 대비 가로 및 세로 주 변부로 0.1 내지 0.2 ㎛ 크롬(Cr) 처리한 제 2 마스크를 나타낸다. 도 1에 자 버니어는 도시되지 않은 상태이며 측정 대상이 되는 부분이 4개의 바 영역 가운데에 위치되면 중첩도 측정 버니어로 측정이 가능하게 된다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 먼저 셀 영역 및 중첩도 측정 버니어가 형성될 버니어 영역이 확정된 반도체 기판(100) 상부에 버퍼산화막(102), 질화막(104) 및 하드마스크막(106)을 형성한다. 셀 영역의 상기 하드마스크막(106), 질화막(104), 버퍼산화막(102)의 일부를 식각하여 소자분리 패턴을 형성하고, 버니어 영역에는 a폭을 갖는 제 1 마스크(10)를 이용한 사진 및 식각공정으로 버니어 패턴을 형성한다. 이때, 주변회로 영역에도 소정의 폭을 갖는 소자분리 패턴이 형성된다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 전체구조상부에 제 1 감광막(108)을 형성한 후 셀 영역을 차단하도록 제 1 감광막(108)을 노광 및 현상한다. 셀 영역에 제 1 감광막(108)이 형성된 상태에서 버니어 패턴을 마스크로 반도체 기판(100)을 소정깊이로 식각하여 버니어 영역에 트랜치를 형성한다. 이때, 주변회로 영역에도 트랜치가 형성된다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 셀 영역에 형성된 제 1 감광막(108)을 제거한다. 전체구조상부에 제 2 감광막(110)을 형성한 후 도 1의 b폭을 갖는 제 2 마스크(20)를 이용한 노광 및 현상공정을 실시한다. 이에 의해 셀 영역을 노출시키고, 버니어 영역의 일부를 차단하도록 제 2 감광막(110)이 패터닝 된다.
이때, 주변회로영역은 제 2 감광막(110)에 의해 차단된다. 여기서, 패터닝된 제 2 감광막(110)은 중첩도 측정 버니어 대비 가로 및 세로 주변부로 약 0.15 ㎛ 폭이 넓게 형성하는 것이 바람직하며, a 폭은 0.7 내지 2 ㎛ 가 바람직하다. 또한, b 폭은 0.9 내지 2.4 ㎛ 가 바람직하다.
패터닝된 제 2 감광막(110) 및 셀 영역의 소자분리 패턴을 마스크로 버니어 영역의 반도체 기판(100)을 더욱 식각하여 듀얼 딥 트랜치(Dual Deep Trench)를 형성함으로써, 중첩도 측정 버니어에 b 폭의 푸들(Puddle)타입 단차를 형성하는 동시에 셀 영역에도 소정깊이의 트랜치를 형성한다.
도 2d를 참조하면, 제 2 감광막 패턴(110) 및 하드마스크막(106)을 제거한다.
도 2e를 참조하면, 트랜치가 매립되도록 전체구조상부에 절연막(112)을 형성한다.
도 2f를 참조하면, 셀 영역 및 주변회로 영역의 단차가 큼으로 인해 나타날 수 있는 화학적 기계적 연마 공정(CMP)의 불균일성 또는 디싱(Dishing)을 줄이기 위해 버니어 영역의 절연막(112)을 소정 두께 식각한다.
버니어 영역의 절연막(112)은 중첩도 측정 버니어의 상부가 절연막 표면에서 200 내지 600 Å 높이로 노출되도록 실시한다.
도 2g를 참조하면, 화학적 기계적 연마 공정(CMP)을 실시한 후, 질화막(104)을 제거한다. 이렇게 하면 소정폭을 갖는 제 1 버니어는 제 1 버니어 상부에 제 1 버니어 폭보다 좁은 제 2 버니어가 형성된 중첩도 측정 버니어가 형성된다.
상기 실시예에서는 셀 영역의 트랜치와 중첩도 측정 버니어 형성영역의 단차를 동시에 형성하는 경우를 설명하였으나, 셀 영역에 트랜치를 먼저 형성한 후, 중 첩도 측정 버니어 형성영역에 단차를 형성하는 공정을 진행하거나, 중첩도 측정 버니어 형성영역에 단차를 먼저 형성한 후, 주변회로 영역을 차단한 채 상기 셀 영역에 트랜치를 형성할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중첩도 측정 버니어의 소정영역에 실제로 푸들(Puddle) 타입 단차가 형성된 반도체 소자의 단면도 이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2a 내지 도 2g의 공정을 수행하면 주변회로 영역에 있는 중첩도 측정 버니어에 푸들(Puddle) 타입의 단차가 형성된다.
측정방법을 설명하면, 측정장비가 중첩도 측정 버니어의 푸들 타입 단차 부분에서 발생되는 신호를 피크(Peak) 값으로 인식한 후, 그 피크값의 평균을 계산하게 되면 중첩도 측정 버니어의 정확한 기준값을 설정할 수 있게 된다.
따라서 각 중첩도 측정 버니어의 정확한 기준값이 설정되므로, 오차값 없이 보다 정확한 측정이 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 중첩도 측정 버니어(Overlay accuracy measurement Vernier)가 형성된 주변회로 영역의 트랜치 형성공정시 평탄화 공정 후 중첩도 측정에 필요한 단 차가 만들어지게 하여 중첩도 측정 에러를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 키 오픈(Key Open) 공정을 실시하지 않아도 되므로, 공정을 단순화 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 반도체 기판의 소정 영역에 서로 이격되도록 형성되는 적어도 2개 이상의 제 1 버니어;
    상기 제 1 버니어의 폭보다 좁은 폭으로 상기 제 1 버니어 상부에 형성된 제 2 버니어를 포함하는 중첩도 측정 버니어.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 버니어는 0.7 내지 2.0um의 폭을 갖고, 상기 제 1 버니어는 상기 제 2 버니어보다 0.2 내지 0.4um 큰 폭을 갖는 중첩도 측정 버니어.
  3. 반도체 기판 상부의 소정 영역에 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 버니어 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 제 1 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 넓은 폭의 제 2 버니어 패턴을 상기 제 1 버니어 패턴이 포함되도록 형성하는 단계;
    상기 제 2 버니어 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 소정 폭의 단차를 갖는 제 2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제 1 및 제 2 버니어 패턴을 제거한 후 상기 제 1 및 제 2 깊이의 트렌치가 매립되도록 절연막을 형성하는 단계;
    상기 버니어 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 식각하는 단계를 포함하는 중첩도 측정 버니어 형성 방법.
  4. 셀 영역 및 버니어 영역이 확정된 반도체 기판이 제공되는 단계;
    상기 셀 영역의 반도체 기판 상부에는 복수의 소자 분리 패턴을 형성하고 상기 버니어 영역의 반도체 기판 상부에는 제 1 버니어 패턴을 형성하는 단계;
    상기 셀 영역을 차단한 채 상기 제 1 버니어 패턴을 마스크로 상기 버니어 영역의 반도체 기판을 식각하여 제 1 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 넓은 폭의 제 2 버니어 패턴을 상기 제 1 버니어 패턴이 포함되도록 형성하는 단계;
    상기 소자 분리 패턴 및 상기 제 2 버니어 패턴을 마스크로 식각 공정을 실시하여 상기 셀 영역의 반도체 기판에 소자 분리용 트렌치를 형성하고 상기 버니어 영역에는 소정 폭의 단차를 갖는 제 2 깊이의 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 소자 분리 패턴, 제 1 및 제 2 버니어 패턴을 제거한 후 상기 트렌치들이 매립되도록 절연막을 형성하는 단계;
    상기 버니어 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 식각한 후 상기 셀 영역의 상기 반도체 기판이 노출되도록 상기 절연막을 연마하는 단계를 포함하는 중첩도 측정 버니어 형성 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 버니어 패턴은 0.7 내지 2 um의 폭으로 형성되고, 상기 제 2 버니어 패턴은 상기 제 1 버니어 패턴의 폭보다 등방으로 0.2 내지 0.4um 더 큰 폭을 갖는 중첩도 측정 버니어 형성 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 버니어 영역의 절연막 식각 공정은 상기 반도체 기판이 상기 절연막 표면에서 200 내지 400 Å 높이로 노출되도록 하는 중첩도 측정 버니어 형성 방법.
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