DE19723264A1 - Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung zum Steuern eines Verfahrens des Herstel­ lens eines Halbleiters, wenn die Einrichtung mit einer oberen Oberfläche einer Ladungsspeicherelektrode eine Kondensators, die in einer unregelmäßigen Form gebildet ist, gebildet ist.

Als eine von Halbleitereinrichtungen gibt es einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (im folgenden als DRAM abgekürzt), bei dem eine Speicherzelle durch einen MOS-(Metall-Oxid-Halbleiter) Transistor und einen MOS-Kondensator gebildet ist. Entsprechend einem solchen DRAM wird das Speichern einer Information in Ab­ hängigkeit davon, ob eine Ladung in dem MOS-Kondensator gespei­ chert ist, durchgeführt. Weiterhin wird das Bestimmen und Lesen einer Information durch ein Verfahren durchgeführt, bei dem ei­ ne elektrische Ladung von dem MOS-Kondensator über den MOS-Tran­ sistor zu einer Bitleitung entladen wird und eine Poten­ tialänderung davon bestimmt wird.

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kondensator ei­ nes DRAM in einer der Anmelderin bekannten Halbleitereinrich­ tung zeigt. In Fig. 9 bezeichnen das Bezugszeichen 1 ein Sili­ ziumsubstrat, das Bezugszeichen 2 einen auf dem Silizium­ substrat 1 gebildeten Gateoxidfilm, das Bezugszeichen 3 eine auf dem Gateoxidfilm 2 gebildete Gateelektrode, wobei die Ga­ teelektrode 3 durch aufeinanderfolgendes schichtweises Bilden eines polykristallinen Siliziumfilmes 4 und eines Metallsili­ zidfilmes 5 mit einem hohen Schmelzpunkt gebildet. Das Bezugs­ zeichen 6 bezeichnet Seitenwände, die an Seitenwänden der Ga­ teelektrode 3 gebildet sind, und die Seitenwand 6 enthält ein Siliziumoxidfilm zum Bilden einer LDD-(schwach dotierter Drain) Struktur.

Das Bezugszeichen 7 bezeichnet durch eine Tonenimplantation oder ähnliches gebildeten Source/Drainbereich für einen MOS-Tran­ sistor, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Bitleitung, die zwischen den Gateelektroden 3 elektrisch mit dem Source/Drain­ bereich 7 verbunden ist, und wobei die Bitleitung 8 durch auf­ einander folgendes schichtweises Bilden eines polykristallinen Siliziumfilmes 9 und eines Metallsilizidfilmes 10 mit hohen Schmelzpunkt gebildet ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet ei­ nen Siliziumoxidfilm, der derart gebildet ist, daß er die Bit­ leitungen 8 bedeckt, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Kontaktloch, das in dem Siliziumoxidfilm 11 derart gelocht bzw. gebildet ist, daß es das Siliziumsubstrat 1 erreicht.

Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Ladungsspeicherelektrode, die derart gebildet ist, daß sie das Kontaktloch 12 auffüllt. Die Ladungsspeicherelektrode ist elektrisch mit dem Sour­ ce/Drainbereich 7 verbunden. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen dielektrischen Film, der auf der Ladungsspeicherelektrode 13 gebildet ist. Der dielektrische Film 14 ist durch aufeinan­ derfolgendes schichtweises Bilden von zum Beispiel Siliziumni­ tridfilmen und Siliziumoxidfilmen gebildet. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine gegenüberliegende Elektrode, die auf dem dielektrischen Film 14 gebildet ist, und das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Kondensator eines DRAM, der die Ladungsspei­ cherelektrode 13, den dielektrischen Film 14 und die gegenüber­ liegende Elektrode 15 enthält.

In den letzten Jahren wurde die dichte Integration von DRAM durch den Fortschritt der Halbleitertechnologie schnell durch­ geführt. Die größte Schwierigkeit bei der dichten Integration von DRAM ist es, die Kapazität eines Kondensators sicherzustel­ len, während die Fläche einer Speicherzelle verringert wird, und die Halte zeit der in einem MOS-Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung sicherzustellen. Um dieses Ziel zu errei­ chen, gab es eine neue Technologie, bei der eine Elektrode ei­ nes Kondensators mit einer Oberfläche in einer unregelmäßigen Form gebildet ist und die Oberflächenfläche der Elektrode durch die unregelmäßige Form erhöht ist, wobei die Kapazität des Kon­ densators erhöht wird.

Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Kondensators mit einer Oberfläche in einer solchen unregelmäßi­ gen Form zeigt. In Fig. 10 sind Abschnitte, die zu denen in dem oben beschriebenen Fall, der der Anmelderin bekannt ist, ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ei­ ne Erklärung davon wird weggelassen. Das Bezugszeichen 17 be­ zeichnet eine Ladungsspeicherelektrode, wobei eine Oberfläche von ihr mit einer unregelmäßigen Form bereitgestellt ist und die Elektrode durch zum Beispiel polykristallines Silizium ge­ bildet ist. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen dielektri­ schen Film, der auf der Ladungsspeicherelektrode 17 gebildet ist. Der dielektrische Film ist durch aufeinanderfolgendes schichtweises Bilden von zum Beispiel Siliziumnitridfilmen und Siliziumoxidfilmen gebildet. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine gegenüberliegende Elektrode, die auf dem dielektrischen Film 18 gebildet ist, und das Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Kondensator eines DRAM, der die Ladungsspeicherelektrode 17, den dielektrischen Film 18 und die gegenüberliegende Elektrode 19 enthält.

Durch Bilden der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 17 in einer unregelmäßigen Form, wie oben beschrieben, wird die ef­ fektive Fläche des Kondensators 20 erhöht und die Kapazität des Kondensators 20 wird erhöht. Weiterhin wird nach dem Fertig­ stellen des DRAM die Kapazität eines Kondensators 20 elektrisch gemessen, es wird bestimmt, ob ein gemessener Wert davon gleich einem gesetzten Wert ist, und das Produkt wird ausgeliefert, nachdem festgestellt ist, ob es zulässig oder fehlerhaft ist.

Im allgemeinen wird beim Herstellen von DRAM eine Herstellungs­ zeitdauer von einem Monat nach dem Bilden des Kondensators 20 bis das fertige Produkt hergestellt ist, benötigt.

Im folgenden wird eine Erklärung eines Herstellungsverfahrens einer der Anmelderin bekannten Ladungsspeicherelektrode 17 an­ gegeben, wobei die Oberfläche davon mit einer unregelmäßigen Form bereitgestellt wird, wie in den Fig. 11(a), 11(b), 11(c) und 11(d) gezeigt ist. Zuerst wird mit Phosphor oder ähn­ lichem dotiertes amorphes Silizium derart gebildet, daß ein Kontaktloch 12 gefüllt wird, und es wird bemustert, wodurch ei­ ne Matrix bzw. Matrize der Ladungsspeicherelektrode 17a gebil­ det wird (Fig. 11(a)). Als nächstes werden Siliziumkristall keime 21 auf der gesamten Oberfläche durch ein CVD-(chemisches Abscheiden aus der Gasphase)Verfahren unter Benutzung von zum Beispiel Si₂H₂-Gas gebildet (Fig. 11(b)).

Als nächstes wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, durch die das amorphe Silizium kristallisiert und mit dem Siliziumkri­ stallkeim 21 auf der Matrix der Ladungsspeicherelektrode 17a als Kristallisationskern gewachsen wird, wodurch die Ladungs­ speicherelektrode 17, die die Oberfläche mit unregelmäßiger Form aufweist, gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt reagieren der Siliziumoxidfilm 11 und der Siliziumkristallkeim 21 nicht mit­ einander und der Siliziumkristallkeim 21 auf dem Siliziumoxid­ film 11 bleibt so wie er ist (Fig. 11(c)).

Die Siliziumkristallkeime 21 sind von Haus aus nicht komplette Isolatoren und daher gibt es, wenn sie zurückbleiben wie sie sind, eine Gefahr eines elektrischen Kurzschließens des Silizi­ umkeimes 21 mit der Ladungsspeicherelektrode 17. Daher wird ein Zurückätzvorgang auf der gesamten Oberfläche durch ein Trocken­ ätzverfahren unter Benutzung von zum Beispiel eines Gasplasmas der Chlorgruppe durchgeführt, wodurch die zusätzlichen Silizi­ umkristallkeime 21, die auf dem Siliziumoxidfilm 11 gebildet sind, entfernt werden (Fig. 11(d)). Wie oben beschrieben ist, ist das Verfahren des Bildens der unregelmäßigen Form der Ober­ fläche der Ladungsspeicherelektrode 17 ein kompliziertes Ver­ fahren, das drei Schritte benötigt, und ist ein Verfahren, das schwierig zu steuern ist, bei dem viele Verfahrensparameter be­ troffen sind.

Wie der Anmelderin bekannt ist, wurde die Kapazität des Konden­ sators 20 in dieser Art erhöht und der Kapazitätswert des Kon­ densators 20 ist direkt mit dem Grad der unregelmäßigen Form (Grad der Erhöhung der effektiven Fläche) des Kondensators 20 verbunden. Folglich ist der Grad der Erhöhung der effektiven Fläche ein wichtiger Parameter, der die Halte zeit der elektri­ schen Ladung bestimmt. Das heißt, wenn der Grad der Erhöhung der effektiven Fläche von einem Designwert abweicht, ist die Abweichung direkt mit dem Fehler eines Produktes verbunden. Das Verfahren des Bildens der unregelmäßigen Form der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode ist jedoch, wie oben beschrieben ist, kompliziert und die Steuerung des Prozesses ist sehr schwierig.

Das der Anmelderin bekannte Verfahren des Messens einer Halb­ leitereinrichtung und das der Anmelderin bekannte Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung werden, wie oben be­ schrieben ist, durchgeführt und der Kapazitätswert des Konden­ sators 20 wird elektrisch überprüft, nachdem das fertige Pro­ dukt gebildet ist. Folglich sind, wenn ein Fehler auftritt, Produkte von zum Beispiel den fertiggestellten Produkten bis zu Halbprodukten in der Mitte des Bildens der Kondensatoren, zum Beispiel Produkte von einem Monat, fehlerhaft, was sich zu ei­ nem großen Verlust aufsummiert.

Auch bildet der Entfernungsschritt durch Zurückätzen in Bezug zu den Siliziumkristallkeimen 21 nach dem Bilden der Ladungs­ speicherelektrode 17 mit der unregelmäßigen Form einen kompli­ zierten Schritt mit vielen Bedingungen und daher verbleiben die Siliziumkristallkeime 21, was zu elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Siliziumkristallkeimen 21 und der Ladungsspeiche­ relektrode 17 führt, außer, das Verfahren wird geeignet gesteu­ ert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren des Messens der Halbleitereinrichtung und ein Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die geeignet sind, die Streuung in dem Verfahren des Messens einer Halbleiterein­ richtung zu reduzieren und die Ausbeute zu erhöhen.

Entsprechend einem ersten Aspekt wird ein Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung beim Bilden eines Kondensators durch aufeinander folgendes Bilden eines dielektrischen Filmes und einer gegenüberliegenden Elektrode oberhalb einer oberen Seite einer Ladungsspeicherelektrode, wobei eine Oberfläche von ihr in einer unregelmäßigen Form gebildet ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Bilden der unregelmäßigen Form der Ladungsspeicherelektrode und
Messen einer Fläche der Ladungsspeicherelektrode, die eine ef­ fektive Fläche des Kondensators bildet, mit einem Kraftmikro­ skop.

Entsprechend einem zweiten Aspekt ist das Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung entsprechend dem ersten Aspekt be­ reitgestellt, wobei ein Winkel einer Spitze einer Meßspitze des Kraftmikroskops auf 20° bis 50° eingestellt ist.

Entsprechend einem dritten Aspekt ist das Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung nach dem ersten oder zweiten Aspekt bereitgestellt, wobei ein gemessenes Objekt eine Dummyladungs­ speicherelektrode ist, die gleichzeitig mit dem Bilden der La­ dungsspeicherelektrode gebildet wurde und wobei eine Oberfläche von ihr in der unregelmäßigen Form gebildet wurde.

Entsprechend einem vierten Aspekt wird ein Verfahren des Her­ stellens einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schrit­ ten bereitgestellt:

Bestimmen, ob der gemessene Wert der effektiven Fläche der La­ dungsspeicherelektrode, der durch das Verfahren des Messens ei­ ner Halbleitereinrichtung nach einem des ersten bis dritten Aspektes gemessen wurde, in einen vorher eingestellten Bereich eines Kapazitätswertes des Kondensators fällt,
Bestimmen, daß der gemessene Wert nicht normal ist und Ändern einer Bedingung des Bildens der Ladungsspeicherelektrode in dem Schritt des Bildens der unregelmäßigen Form der Ladungsspeiche­ relektrode, wenn der gemessene Wert außerhalb des eingestellten Bereiches liegt.

Entsprechend einem fünften Aspekt wird ein Verfahren des Her­ stellens einer Halbleitereinrichtung bereitgestellt, bei dem der Schritt des Bildens der Ladungsspeicherelektrode, deren Oberfläche in der unregelmäßigen Form entsprechend dem Verfah­ ren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung, das in dem vierten Aspekt beschrieben wurde, hergestellt wurde, weiter die Schritte aufweist:
Bilden bzw. schichtweises Bilden von amorphem Silizium auf ei­ nem Siliziumoxidfilm und Bemustern des amorphen Siliziums der­ art, daß eine Matrix bzw. Matrize der Ladungsspeicherelektrode gebildet wird,

Bilden von Siliziumkristallkeimen bzw. -kernen auf der gesamten Oberfläche des Siliziumoxidfilmes und der Matrix der Ladungs­ speicherelektrode und
Aussetzen der Matrix der Ladungsspeicherelektrode und des Sili­ ziumoxidfilmes einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime kristallisiert werden.

Entsprechend einem sechsten Aspekt ist ein Verfahren des Her­ stellens einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten bereit­ gestellt:
Bilden von amorphem Silizium auf einem Siliziumoxidfilm und Be­ mustern des amorphen Siliziums derart, daß eine Matrix einer Ladungsspeicherelektrode gebildet wird,
Bilden von Siliziumkristallkeimen auf der gesamten Oberfläche des Siliziumoxidfilmes und der Matrix der Ladungsspeicherelek­ trode,
Aussetzen des Siliziumoxidfilmes und der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode kristallisiert werden, wodurch die Oberflä­ chen in einer unregelmäßigen Form gebildet werden,
Messen von Höhen der Siliziumkristallkeime auf dem Silizium­ oxidfilm durch ein Kraftmikroskop und
Durchführen eines Zurückätzschrittes der Siliziumoxid- bzw. Si­ liziumkristallkeime.

Entsprechend einem siebten Aspekt wird ein Verfahren des Her­ stellens einer Halbleitereinrichtung mit den folgenden Schrit­ ten bereitgestellt:
Bilden von amorphen Silizium auf einem Siliziumoxidfilm und Be­ mustern des amorphen Siliziums derart, daß eine Matrize einer Ladungsspeicherelektrode gebildet wird,
Bilden von Siliziumkristallkeimen auf der gesamten Oberfläche des Siliziumoxidfilmes und der Matrize der Ladungsspeicherelek­ trode,
Aussetzen des Siliziumoxidfilmes und der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode kristallisiert werden, wodurch die Oberflä­ chen in einer unregelmäßigen Form gebildet werden,
Entfernen der Siliziumkristallkeime auf dem Siliziumoxidfilm durch einen Zurückätzschritt,
Messen von Höhen der Siliziumkristallkeime, die auf dem Silizi­ umoxidfilm zurückbleiben, durch ein Kraftmikroskop,
Bestimmen der Höhen der Siliziumkristallkeime als nicht normal und Ändern einer Bedingung des Schrittes des Entfernens der Si­ liziumkristallkeime auf dem Siliziumoxidfilm durch den Zu­ rückätzschritt, wenn der gemessene Wert größer ist als ein ge­ wünschter Wert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleitereinrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) Querschnittsansichten, die teilweise ein Verfahren des Herstellens einer Halblei­ tereinrichtung, die in Fig. 1 darge­ stellt ist, zeigen;

Fig. 3 ein Diagramm, das einen Ablauf eines Verfahrens des Herstellens einer Halb­ leitereinrichtung, das durch die Fig. 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) dargestellt ist, zeigt;

Fig. 4 eine Ansicht, die ein Verfahren des Mes­ sens mit einem AFM (Atomkraftmikroskop bzw. Kraftmikroskop) entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt;

Fig. 5 einen Teil einer vergrößerten Quer­ schnittsansicht eines Kondensators der Halbleitereinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist;

Fig. 6(a) und 6(b) Ansichten, die ein Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung in bezug auf einen Unterschied eines Winkels einer Spitze einer Meßspitze des AFM entspre­ chend der ersten Ausführungsform zeigen;

Fig. 7 ein Diagramm, das eine Beziehung zwi­ schen einem durch ein AFM gemessenen Grad der Flächenerhöhung und einem aktu­ ellen Grad der Kapazitätserhöhung des Kondensators zeigt, wenn der Winkel der Spitze der Meßspitze des AFM entspre­ chend der ersten Ausführungsform geän­ dert wird;

Fig. 8 eine Ansicht, die das Meßverfahren des AFN entsprechend der ersten Ausführungs­ form zeigt;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer der Anmelderin bekannten Halblei­ tereinrichtung zeigt;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer der Anmelderin bekannten Halblei­ tereinrichtung zeigt; und

Fig. 11(a), 11(b), 11(c) und 11(d) Querschnittsansichten, die teilweise ein Verfahren des Herstellens einer Halblei­ tereinrichtung, die in Fig. 10 darge­ stellt ist, zeigen.

ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Halbleitereinrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform zeigt. In Fig. 1 sind Abschnitte, die ähnlich zu denen in den der Anmelderin bekannten Beispiele sind, mit den gleichen Be­ zugszeichen bezeichnet und eine Erklärung davon wird ausgelas­ sen. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Ladungsspeicherelek­ trode mit einer Oberfläche in einer unregelmäßigen Form und die Ladungsspeicherelektrode 22 ist durch zum Beispiel polykri­ stallines Silizium gebildet. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen dielektrischen Film, der auf der Ladungsspeicherelektrode 22 gebildet bzw. schichtweise gebildet bzw. lammelliert ist, und der dielektrische Film 22 ist durch aufeinanderfolgendes Bilden von zum Beispiel einem Siliziumnitridfilm bzw. -filmen und einem Siliziumoxidfilm bzw. -filmen gebildet. Das Bezugs­ zeichen 24 bezeichnet eine gegenüberliegende Elektrode, die auf dem dielektrischen Film 23 gebildet ist, und das Bezugszeichen 25 bezeichnet einen Kondensator eines DRAM, der die Ladungs­ speicherelektrode 22, den di-elektrischen Film 23 und die ge­ genüberliegende Elektrode 24 enthält.

Es wird im folgenden eine Erklärung der ersten Ausführungsform mit Bezug zu den Fig. 2(a), 2(b), 2(c), 2(d), 3, 4, 5, 6(a), 6(b), 7 und 8 angegeben. Zuerst wird mit Phosphor oder ähnli­ chem dotiertes amorphes Silizium derart aufgebracht, daß das Kontaktloch 12 gefüllt wird, und bemustert, wodurch eine Matri­ ze der Ladungsspeicherelektrode 22a ähnlich zu dem der Anmelde­ rin bekannten Beispiel (Fig. 2(a) und Schritt S1 von Fig. 3) gebildet wird. Als nächstes werden Siliziumkristallkeime 26 auf der gesamten Fläche durch ein CVD-Verfahren, das zum Beispiel Si₂H₂-Gas (Fig. 2(b) und Schritt S2 von Fig. 3) verwendet, gebildet.

Als nächstes wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, durch die das amorphe Silizium mit den Siliziumkristallkeimen 26 auf der Matrize der Ladungsspeicherelektrode 22a als Keime kristalli­ siert und gewachsen wird, wodurch die Ladungsspeicherelektrode 22 mit einer Oberfläche einer unregelmäßigen Form gebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt reagieren der Siliziumoxidfilm 11 und die Siliziumkristallkeime 26 nicht miteinander und die Silizi­ umkristallkeime 26 verbleiben auf dem Siliziumoxidfilm 11 so wie sie sind (Fig. 2(c) und Schritt S2 von Fig. 3).

Weiterhin wird eine konstante Entfernung bzw. Strecke der Ober­ fläche der Ladungsspeicherelektrode 22 unter Benutzung eines Kraftmikroskopes (abgekürzt als AFM) abgetastet, wodurch eine aktuelle Oberflächenfläche gemessen wird. Entsprechend dem Meß­ verfahren wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, eine Meßspitze 27 des AFM zuerst der Ladungsspeicherelektrode 22 derart angenä­ hert, daß sie einen Abstand von ungefähr 5 nm davon erreicht. Eine zwischenatomare Kraft, die zwischen der Meßspitze 27 und der Ladungsspeicherelektrode 22 verursacht wird, wird in die­ sem Zustand erfaßt.

Die zwischenatomare Kraft hängt von dem Abstand zwischen der Ladungsspeicherelektrode 22 und der Meßspitze 27 ab. Nun wird die Meßspitze 27 in der X-Richtung von Fig. 4 bewegt, während ein Antriebssystem in der Y-Richtung in der Zeichnung durch ei­ ne Servosteuerung derart gesteuert bzw. geregelt wird, daß die zwischenatomare Kraft konstant bleibt. Dann kann die kontakt­ freie Abtastung der Meßspitze 27, wie durch die gestrichelte Linie in der Figur gezeigt ist, entlang der unregelmäßigen Form der Oberfläche der Ladungsspeicherelektrode 22 durchgeführt werden.

Zu diesem Zeitpunkt wird ein Abstand einer aktuellen Bewegung der Meßspitze 27 durch Verarbeitung eines Servosignales der Meßspitze 27 in den Antriebssystemen in der X-Richtung und der Y-Richtung berechnet. Weiterhin wird der Abstand durch einen linearen Abstand von einem Startpunkt der Messung zu einem End­ punkt davon geteilt, wodurch die Oberflächenfläche der Ladungs­ speicherelektrode 22 gemessen wird und ein Grad der Erhöhung der Fläche berechnet wird.

Weiterhin wird zum Beispiel, um eine weitere genaue Messung durchzuführen, eine konstante Fläche in eine Mehrzahl von Ab­ schnitte in konstanten Intervallen unterteilt und die Messung der mehreren geteilten Abschnitten wird wiederholt und ein Durchschnittswert der gemessenen Werte wird berechnet.

Als eine solche Methode ist ein Beispiel, bei dem zum Beispiel ein Quadrat von zum in ungefähr 128 Abschnitte aufgeteilt wird, denkbar. In diesem Fall wird die Größe der aktuellen Ladungs­ speicherelektrode 22 zu 1 µm oder weniger fein verkleinert. Da­ her ist in Bezug zu der Messung ein Verfahren denkbar, bei dem eine Dummyspeicherladungselektrode mit einer Größe von ungefähr 2 µm gleichzeitig mit dem Bilden der Ladungsspeicherelektrode 22 gebildet wird und bei dem die Dummyspeicherladungselektrode in der Messung benutzt wird.

Als nächstes wird, wenn der Grad der Erhöhung der Fläche, der, wie oben beschrieben ist, erfaßt wurde, innerhalb eines Berei­ ches eines Designwertes liegt, der Vorgang zu dem nächsten Schritt fortgesetzt. Weiter wird, wenn der Grad der Erhöhung der Fläche außerhalb des Bereiches ist, das Ergebnis als nicht normal erfaßt und die Herstellung wird gestoppt und der Fehler wird zu den Schritten des Bildens und der Wärmebehandlung der Siliziumkristallkeime 26 zurückgeführt und die entsprechenden Schritte werden geprüft (Schritt S3 in Fig. 3).

Wenn das AFM, wie oben beschrieben ist, benutzt wird, ist es im allgemeinen selbstverständlich, daß je kleiner der Winkel der Spitze der Meßspitze 27 ist, desto mehr wird die räumliche Auf­ lösung des AFM-Meßsystems gefördert. Dazu wurden in der Vergan­ genheit viele Untersuchungsberichte herausgegeben. Folglich wurde angenommen, daß Schärfen des Winkels der Spitze der Meß­ spitze 27 vorteilhaft wäre. Es wurde jedoch ein Phänomen beob­ achtet, wenn der Winkel aktuell zu stark geschärft bzw. ver­ kleinert wird, daß der Grad der Erhöhung der Fläche der La­ dungsspeicherelektrode, der durch das AFM gemessen ist, nicht mit dem Grad der Erhöhung der Kapazität übereinstimmt, der durch einen Kapazitätswert berechnet ist, der elektrisch in Be­ zug zu einem Kondensator eines aktuellen DRAM gemessen ist.

Das Phänomen wird wie folgt überprüft. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Form der aktuellen Ladungsspeicherelektrode 22 nicht gleichmäßig und eine Anzahl von sehr schmalen Talab­ schnitten, die durch den Pfeil mit der 1 und dem Pfeil mit der 2 bezeichnet sind, sind vorhanden. Weiterhin sind der dielek­ trische Film 23 und die gegenüberliegende Elektrode 24, die je­ weils eine Dicke von zum Beispiel ungefähr 8,0 nm (80 Å) aufwei­ sen, nacheinander oben auf der Ladungsspeicherelektrode 22 ge­ bildet, wodurch die Talabschnitte durch den dielektrischen Film 23 gefüllt sind, und es wurde herausgefunden, daß die Abschnit­ te nicht effektiv als Kondensatoren arbeiten.

Es ist vorstellbar, daß wenn die Talabschnitte, die nicht ef­ fektiv funktionieren, durch das AFM als Abschnitte erhöhter Fläche erfaßt werden, das Phänomen auftritt, daß der Grad der Erhöhung der Fläche und der Grad der Erhöhung der Kapazität nicht miteinander übereinstimmen. Wenn die Messung unter Ver­ wendung einer Meßspitze 28 mit einem kleinen Spitzenwinkel, wie in Fig. 6(a) gezeigt ist, durchgeführt wird, werden die Talab­ schnitte der Ladungsspeicherelektrode 22 auch gemessen. Wenn die Messung durch eine Meßspitze 29 mit einem großen Spitzen­ winkel durchgeführt wird, werden die Talabschnitte der Ladungs­ speicherelektrode 22 nicht gemessen, wodurch nur eine obere Fläche des dielektrischen Films 23, d. h. eine Fläche entspre­ chend der effektiven Fläche des Kondensators, gemessen werden kann.

Es wurde durch die oben beschriebene Beobachtung herausgefun­ den, daß der Winkel der Spitze der Meßspitze ein wichtiger Pa­ rameter bei der Messung mit dem AFM ist. Folglich wurden ver­ schiedene Winkel der Spitze der Meßspitze eingestellt und der Grad der Erhöhung der Fläche der Ladungsspeicherelektrode 22 wurde mit dem Grad der Erhöhung der Kapazität, der in Bezug zu einem Kondensator eines aktuellen DRAM elektrisch gemessen wur­ de, verglichen.

Fünf Arten von Proben von Ladungsspeicherelektroden 22 mit un­ terschiedlichen unregelmäßigen Formen wurden vorbereitet, drei Arten von Spitzen mit den Spitzenwinkeln von 15°, 30° und 40° wurden vorbereitet und die Messung wurde durchgeführt. Dann wurde ein Ergebnis, wie in Fig. 7 gezeigt, erhalten. Wie von Fig. 7 ersichtlich ist, wird, wenn der Spitzenwinkel der Meß­ spitze 30° oder 40° beträgt, ein proportionales Verhältnis zwi­ schen der durch das AFM gemessenen Rate der Erhöhung der Fläche und der Rate der aktuellen Erhöhung der Kapazität des Kondensa­ tors erhalten, obwohl mehr oder weniger Fehler enthalten sind. (Übrigens ist der Proportionalitätskoeffizient in Bezug zu dem Meßergebnis eines großen Spitzenwinkels von 40° kleiner als der der Messung in Bezug zu einem Spitzenwinkel von 30°, da die räumliche Auflösung der AFM-Messung mit einem Anstieg des Spit­ zenwinkels der Meßspitze erniedrigt wird).

Als jedoch der Spitzenwinkel 15° betrug, bildete die Beziehung zwischen beiden kein proportionales Verhältnis, sondern ein Me­ ßergebnis mit einer sehr großen Abweichung wurde erhalten. Es ist denkbar, daß ein geeigneter Bereich des Spitzenwinkels der Meßspitze des AFM von 20° bis 50° durch Zusammenfassen der ex­ perimentellen Ergebnisse und der Eigenschaft des AFM beträgt. Es wurde überprüft, daß eine Fläche entsprechend der effektiven bzw. aktuellen Fläche des Kondensators 25 durch Messen der obe­ ren Seite der Ladungsspeicherelektrode 22 durch ein AFM mit der Meßspitze mit einem Winkel von einem von diesen gemessen werden kann.

Als nächstes müssen die Siliziumkristallkeime 26 wegen ähnli­ chen Gründen zu denen des oben beschriebenen der Anmelderin be­ kannten Falles entfernt werden.

Zuerst wird, wie in Fig. 8 gezeigt ist, die obere Seite des Siliziumoxidfilmes 11 mit einer Meßspitze 30 eines AFM gemes­ sen, wodurch die Höhen der Siliziumkristallkeime 26 bestimmt werden (Schritt S4 von Fig. 3). Das hier verwendete AFM ist von den in den oben beschriebenen Vorgängen benutzten unter­ schiedlich und je kleiner der Winkel der Meßspitze 30 ist, um so besser ist dies zum Fördern der räumlichen Auflösung des Meßsystems des AFM.

Als nächstes wird ein Trockenätzvorgang der gesamten Seite bzw. Oberfläche durch einen Trockenätzprozeß unter Verwendung von zum Beispiel eines Plasmas eines Gases der Chlorid- bzw. Chlor­ gruppe entsprechend den erfaßten Werten durchgeführt, wodurch zusätzliche Siliziumkristallkeime 26, die auf dem Siliziumoxid­ film 11 gebildet sind, entfernt werden (Fig. 2(d) und Schritt S5 von Fig. 3). Als nächstes wird die obere Seite des Siliziu­ moxidfilm 11 nochmals mit dem AFM gemessen, die Höhen der zu­ rückbleibenden Siliziumkristallkeime werden erfaßt und es wird bestimmt, ob die Werte größer sind als ein gewünschter Wert (Schritt S6 von Fig. 3).

Dann wird, wenn die Höhen größer sind als der gewünschte Wert, das Ergebnis als nicht normal erfaßt, die Herstellung gestoppt, die erfaßte Annormalität zu dem Zurückätzschritt zurückgeführt und der Zurückätzschritt wird überprüft. Weiterhin wird, wenn bestimmt wird, daß die Höhen kleiner sind als der gewünschte Wert, der Vorgang zu dem nächsten Schritt weitergeführt.

Entsprechend dem Verfahren des Messens einer Halbleitereinrich­ tung und dem Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrich­ tung der ersten Ausführungsform, die, wie oben beschrieben, durchgeführt werden, kann die Fläche, die die effektive Fläche des Kondensators 25 bildet, direkt nach dem Bilden der Ladungs­ speicherelektrode 22 bestimmt werden und es kann bestimmt wer­ den, ob der Wert in den gesetzten Bereich des Kapazitätswertes des Kondensators 25 fällt. Auch können die Siliziumkristallkei­ me 26 akkurat entfernt werden und genau bestimmt werden und da­ her kann die Streuung bei dem Verfahren des Bildens einer Halb­ leitereinrichtung reduziert werden, wodurch die Ausbeute ge­ steigert werden kann.

Obwohl ein Beispiel des Verfahrens des Bildens der unregelmäßi­ gen Form der Ladungsspeicherelektrode 22 in der ersten Ausfüh­ rungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung auf dieses Ver­ fahren nicht beschränkt, sondern sogar in dem Fall, bei dem die unregelmäßige Form durch ein anderes Verfahren gebildet wird, kann die unregelmäßige Form der Ladungsspeicherelektrode 22 durch ein AFM ähnlich zu der ersten Ausführungsform gemessen werden, wodurch ein ähnlicher Effekt erreicht werden kann.

Wie oben beschrieben wurde, wird entsprechend dem ersten Aspekt, wenn der Kondensator durch aufeinanderfolgendes Bilden des dielektrischen Filmes und der gegenüberliegenden Elektrode oberhalb der oberen Seite der Ladungsspeicherelektrode, wobei die Oberfläche davon in einer unregelmäßigen Form gebildet ist, gebildet wird, nach dem Bilden der unregelmäßigen Form der La­ dungsspeicherelektrode die Fläche, die die effektive Fläche des Kondensators der Ladungsspeicherelektrode bildet, unter Verwen­ dung eines Kraftmikroskopes gemessen. Folglich kann das Verfah­ ren des Messens einer Halbleitereinrichtung, das in der Lage ist, die Fläche, die die effektive Fläche des Kondensators bil­ det, nach dem Bilden der unregelmäßigen Form der Ladungsspei­ cherelektrode zu messen, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem zweiten Aspekt wird der Winkel der Meßspitze des Kraftmikroskopes auf 20° bis 50° eingestellt. Folglich kann das Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung, das in der Lage ist, die Fläche, die die effektive Fläche des Konden­ sators oberhalb der Ladungsspeicherelektrode bildet, präzise zu messen, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem dritten Aspekt bildet eine Dummy- bzw. Testla­ dungsspeicherelektrode, deren Oberfläche in einer unregelmäßi­ gen Form gebildet ist und die gleichzeitig mit dem Bilden der Ladungsspeicherelektrode gebildet ist, ein gemessenes Objekt. Folglich kann das Verfahren des Messens einer Halbleiterein­ richtung, das in der Lage ist, die Fläche, die die effektive Fläche des Kondensators oberhalb der Ladungsspeicherelektrode bildet, effektiv zu messen, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem vierten Aspekt wird bestimmt, ob der gemessene Wert, der die effektive Fläche der Ladungsspeicherelektrode bildet und der durch das Verfahren des Messens einer Halblei­ tereinrichtung entsprechend mit einem des ersten bis dritten Aspektes gemessen ist, in den vorher bestimmten eingestellten Bereich des Kapazitätswertes des Kondensators fällt, wird der gemessene Wert als nicht normal bestimmt, wenn er außerhalb des gesetzten Bereiches liegt, und Bedingungen des Bildens in den Schritten des Bildens der unregelmäßigen Form der Ladungsspei­ cherelektrode werden geändert. Folglich kann das Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung, das in der Lage ist, zu bestimmen, ob die Schritte des Bildens der unregelmäßigen Form normal sind oder nicht, zu einem Zeitpunkt, bei dem die unregelmäßige Form der Ladungsspeicherelektrode gebildet wurde, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem fünften Aspekt wird in Bezug zu dem Bilden der Ladungsspeicherelektrode, deren Oberfläche in einer unregelmä­ ßigen Form entsprechend mit dem Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung des vierten Aspektes gebildet ist, das amorphe Silizium auf dem Siliziumoxidfilm gebildet und bemu­ stert, wodurch eine Matrize der Ladungsspeicherelektrode gebil­ det wird, werden die Siliziumkristallkeime auf den gesamten Oberflächen des Siliziumoxidfilmes und der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode gebildet und das amorphe Silizium und die Si­ liziumkristallkeime auf der Matrize der Ladungsspeicherelektro­ de werden durch Durchführen einer Wärmebehandlung kristalli­ siert. Folglich kann das Verfahren des Herstellens einer Halb­ leitereinrichtung, das in der Lage ist, die unregelmäßige Form der Ladungsspeicherelektrode genau zu bilden, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem sechsten Aspekt wird das amorphe Silizium auf dem Siliziumoxidfilm gebildet und bemustert, wodurch die Matri­ ze der Ladungsspeicherelektrode gebildet wird, werden die Sili­ ziumkristallkeime auf den gesamten Oberflächen des Siliziu­ moxidfilmes und der Matrize der Ladungsspeicherelektrode gebil­ det, werden das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime auf der Matrize der Ladungsspeicherelektrode durch Durchführen einer Wärmebehandlung kristallisiert, wodurch die Ladungsspei­ cherelektrode, deren Oberfläche in der unregelmäßigen Form ge­ bildet ist, gebildet wird, werden die Höhen der Siliziumkri­ stallkeime auf dem Siliziumoxidfilm unter Benutzung eines Kraftmikroskopes gemessen und wird der Zurückätzvorgang der Si­ liziumkristallkeime entsprechend dem gemessenen Wert durchge­ führt. Daher kann das Verfahren des Herstellens einer Halblei­ tereinrichtung, das in der Lage ist, Bedingungen des Zurückätz­ vorganges zum Entfernen der Siliziumkristallkeime genau einzu­ stellen, bereitgestellt werden.

Entsprechend dem siebten Aspekt wird das amorphe Silizium auf dem Siliziumoxidfilm gebildet und bemustert, wodurch die Matri­ ze der Ladungsspeicherelektrode gebildet wird, werden die Sili­ ziumkristallkeime auf den gesamten Oberflächen des Siliziu­ moxidfilmes und der Matrize der Ladungsspeicherelektrode gebil­ det, werden das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime auf der Matrize der Ladungsspeicherelektrode durch Durchführen einer Wärmebehandlung kristallisiert, wodurch die Ladungsspei­ cherelektrode, deren Oberfläche in einer unregelmäßigen Form gebildet ist, gebildet wird, werden die Siliziumkristallkeime auf dem Siliziumoxidfilm durch den Zurückätzvorgang entfernt, werden die Höhen der Siliziumkeime, die auf dem Siliziumoxid­ film verbleiben, unter Verwendung eines Kraftmikroskopes gemes­ sen, werden die Höhen als nicht normal bestimmt und werden Be­ dingungen des Zurückätzvorganges geändert, wenn die gemessenen Werte größer sind als der gewünschte Wert. Folglich kann das Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung, das in der Lage ist, zu bestimmen, ob der Schritt des Zurückätzvorgan­ ges normal ist oder nicht, bereitgestellt werden.

Claims (10)

1. Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung beim Bilden eines Kondensators (25) durch aufeinanderfolgendes Bil­ den eines dielektrischen Filmes (23) und einer gegenüberliegen­ den Elektrode (24) oberhalb einer oberen Seite einer Ladungs­ speicherelektrode (22), von der eine Oberfläche in einer unre­ gelmäßigen Form gebildet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bilden der unregelmäßigen Form der Ladungsspeicherelektrode (22) und
Messen einer Fläche der Ladungsspeicherelektrode (22), die eine effektive Fläche des Kondensators (25) bildet, durch ein Kraft­ mikroskop.

2. Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung nach An­ spruch 1, wobei ein Winkel einer Spitze einer Meßspitze (27) des Kraftmikroskopes auf 20° bis 50° eingestellt ist.

3. Verfahren des Messens einer Halbleitereinrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, wobei ein gemessenes Objekt eine Dummyladungs­ speicherelektrode ist, die gleichzeitig mit dem Bilden der La­ dungsspeicherelektrode (25) gebildet wurde, und wobei eine Oberfläche von ihr in der unregelmäßigen Form gebildet wurde.

4. Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bestimmen, ob der gemessene Wert der effektiven Fläche der La­ dungsspeicherelektrode (22), der durch das Verfahren des Mes­ sens einer Halbleitereinrichtung entsprechend einem der Ansprü­ che 1 bis 3 gemessen wurde, in einen vorher eingestellten Be­ reich eines Kapazitätswertes des Kondensators (25) fällt,
Bestimmen, daß der gemessene Wert nicht normal ist, wenn der gemessene Wert außerhalb des eingestellten Bereiches liegt, und
Ändern einer Bedingung des Bildens der Ladungsspeicherelektrode (22) in dem Schritt des Bildens der unregelmäßigen Form der La­ dungsspeicherelektrode (22).

5. Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung, wo­ bei der Schritt des Bildens der Ladungsspeicherelektrode (22), deren Oberfläche in der unregelmäßigen Form entsprechend dem Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung nach An­ spruch 4 gebildet wurde, weiter die Schritte aufweist:
Bilden von amorphem Silizium auf einem Siliziumoxidfilm (11) und Bemustern des amorphen Siliziumoxidfilms derart, daß eine Matrize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) gebildet wird,

Bilden von Siliziumkristallkeimen (26) auf der gesamten Oberflä­ che des Siliziumoxidfilmes (11) und der Matrize (22a) der La­ dungsspeicherelektrode (22), und
Aussetzen der Matrize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) und des Siliziumoxidfilmes (11) einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime (26) kristallisiert werden.

6. Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bilden von amorphem Silizium auf einem Siliziumoxidfilm (11) und Bemustern des amorphen Siliziums derart, daß eine Matrize (22a) einer Ladungsspeicherelektrode (22) gebildet wird,

Bilden von Siliziumkristallkeimen (26) auf der gesamten Oberflä­ che des Siliziumoxidfilmes (11) und der Matrize (22a) der La­ dungsspeicherelektrode (22),
Aussetzen des Siliziumoxidfilmes (11) und der Matrize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime (26) der Ma­ trize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) kristallisiert werden, wodurch die Oberflächen in einer unregelmäßigen Form gebildet werden,
Messen von Höhen der Siliziumkristallkeime (22a) auf dem Sili­ ziumoxidfilm (11) durch ein Kraftmikroskop und
Durchführen eines Zurückätzvorganges der Siliziumkristallkeime (26a).

7. Verfahren des Herstellens einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bilden von amorphen Silizium auf einem Siliziumoxidfilm (11) und Bemustern des amorphen Siliziumoxidfilms derart, daß eine Matrize (22a) einer Ladungsspeicherelektrode (22) gebildet wird,

Bilden von Siliziumkristallkeimen (26) auf der gesamten Ober­ fläche des Siliziumoxidfilmes (11) und der Matrize der Ladungs­ speicherelektrode (22),
Aussetzen des Siliziumoxidfilmes (11) und der Matrize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) einer Wärmebehandlung derart, daß das amorphe Silizium und die Siliziumkristallkeime (26) der Ma­ trize (22a) der Ladungsspeicherelektrode (22) derart kristalli­ siert werden, daß die Oberflächen in einer unregelmäßigen Form gebildet werden,
Entfernen der Siliziumkristallkeime (26) auf dem Siliziumoxid­ film (11) durch einen Zurückätzvorgang,
Messen von Höhen der Siliziumkristallkeime (26), die auf dem Siliziumoxidfilm (11) zurückbleiben, durch ein Kraftmikroskop,
Bestimmen der Höhen der Siliziumkristallkeime (26) als nicht normal, wenn der gemessene Wert größer als ein gewünschter Wert ist, und
Ändern einer Bedingung des Schrittes des Entfernens der Silizi­ umkristallkeime (26) auf dem Siliziumoxidfilm (11) durch den Zurückätzvorgang.