DE3905798A1

DE3905798A1 - Verfahren zur messung von schaedigungen in mindestens einem bereich einer halbleiterscheibe waehrend der bearbeitung der halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE3905798A1
Application number: DE19893905798
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Phys D Engelhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-02-24
Filing date: 1989-02-24
Publication date: 1990-08-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Schädigungen in mindestens einem Bereich einer Halbleiterscheibe während der Bearbeitung der Halbleiterscheibe.

Bei der Herstellung eines elektronischen Bauelementes in einem Halbleitersubstrat ist der Ablauf einer Vielzahl von Prozeß schritten erforderlich. Oft hängen die elektrischen Eigenschaften des hergestellten Bauelementes entscheidend von einzelnen Prozeßschritten ab.

Bei der Erzeugung von Grabenzellen für hoch integrierte DRAMs mit Hilfe von Trockenätzprozessen müssen z. B. hohe Anforderungen an das Grabenprofil erfüllt werden. Angestrebt werden Gräben mit rundem Boden und glatten, geraden senkrechten bis leicht abgeschrägten Wänden. Das begünstigt einerseits die homogene Erzeugung eines Dielektrikums im Graben und ermöglicht anderer seits ein hohlraumfreies Wiederauffüllen des Grabens. Die Beurteilung der Ausbeute eines Grabenätzprozesses kann jedoch nur durch eine elektrische Bewertung der Chips nach einem Chargen durchlauf erfolgen. Die Bearbeitungszeit der Siliziumscheiben bis zur elektrischen Bewertung beträgt etwa 75 Arbeitstage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zu entwickeln, mit dem während der Bearbeitung einer Halbleiter scheibe zwischen zwei Bearbeitungsschritten eine Beurteilung des Prozesses bezüglich der damit erzielbaren Ausbeuten möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Messung von Schädigungen in mindestens einem Bereich einer Halb leiterscheibe während der Bearbeitung der Halbleiterscheibe mit folgenden Schritten:

a) nach einem Bearbeitungsschritt werden in dem zu untersuchenden Bereich berührungslos Temperatur- und Plasmawellen angeregt,
b) die Stärke der Wechselwirkung der Temperatur- und Plasmawellen mit dem zu untersuchenden Bereich (3) wird berührungs los gemessen.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß zwischen der elektrischen Ausbeute und dem Ausmaß von Schädigungen in einer Halbleiterscheibe ein Zusammenhang besteht.

Bei der Anregung von Temperatur- und Plasmawellen in der Halb leiterscheibe kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen den in der Halbleiterscheibe angeregten Temperatur- und Plasmawellen und der Halbleiterscheibe. Diese Wechselwirkung hängt von der Qualität der Halbleiterscheibe bzw. von den darin enthaltenen Schäden und Schädigungen ab. Eine starke Wechselwirkung zwischen den Temperatur- und Plasmawellen und der Halbleiterscheibe weist auf starke Schädigungen hin, wobei die Schädigungen nicht im einzelnen unterscheidbar sind.

Der Nachweis der Temperatur- und Plasmawellen erfolgt z. B. über die modulierte optische Reflektivität der Oberfläche der unter suchten Halbleiterscheibe. Die Stärke der Reflektivitätsänderung ist ein Maß für alle Schädigungen in einer Halbleiterscheibe oder auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe wie z. B. Kontamination, Modifikation der Kristallstruktur, Schädigung der Substratoberfläche.

Da die Temperatur- und Plasmawellen berührungslos angeregt werden, kann das Meßverfahren nach jedem Bearbeitungsschritt angewendet werden, ohne die weitere Bearbeitung der Halbleiter scheibe zu beeinträchtigen.

Es ist vorteilhaft, die Temperatur- und Plasmawellen mit Hilfe eines Lasers anzuregen. Das Laserlicht kann auf den zu unter suchenden Bereich der Halbleiterscheibe fokussiert werden. Bei Anregung der Temperatur- und Plasmawellen in einer Halbleiter scheibe aus Silizium ist es günstig, einen Laser zu verwenden, der Licht im sichtbaren Bereich emittiert. Licht in diesem Be reich dringt ins Silizium ein. Es ist dabei ausreichend, das Licht mit einer Leistungsdichte von etwa 10 mW/µm² auf den zu untersuchenden Bereich der Halbleiterscheibe zu fokussieren. Mit Argon-Ionenlaser und Krypton-Ionenlasern haben sich gute Ergebnisse erzielen lassen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung die Stärke der Temperatur und Plasmawellen über die veränderte Reflektivität der Ober fläche des zu untersuchenden Bereichs der Halbleiterscheibe während der Anregung der Temperatur- und Plasmawellen zu messen. Zur Messung der Reflektivität wird z. B. ein Laserstrahl an der Oberfläche des zu untersuchenden Bereichs reflektiert. Das reflektierte Licht wird registriert. Daraus wird die Reflektivi tät bestimmt. Die Reflektivität ist ein Maß für die Stärke der Wechselwirkung der Temperatur- und Plasmawellen und des Bereichs der Halbleiterscheibe. Zur Messung der Reflektivität ist ein Helium-Neon-Laser geeignet.

Eine erhöhte Meßgenauigkeit wird dadurch erzielt, daß das Licht des zur Anregung der Temperatur- und Plasmawellen verwendeten Lasers moduliert wird. Dadurch ist es möglich, die relative Reflektivitätsänderung der Oberfläche des zu untersuchenden Be reichs zu messen. Durch Relativmessungen können stets geringere Änderungen der Meßgröße registriert werden.

Für die Erfindung gibt es viele Einsatzmöglichkeiten. Bei der Entwicklung von Prozessen zur Herstellung von elektronischen Bauelementen, z. B. von Trockenätzprozessen zur Erzeugung von Grabenzellen für hochintegrierte DRAMs, kann durch Einsatz des erfindungsgemäßen Meßverfahrens eine Optimierung einzelner Prozeß schritte erfolgen, ohne daß jedesmal die gesamte Prozeßfolge bis zu Ende durchgeführt werden muß. Dadurch wird die benötigte Entwicklungszeit drastisch reduziert.

In der Fertigung kann das Meßverfahren dazu verwendet werden, während der Bearbeitung nach kritischen Prozeßschritten eine Messung der Schädigung der Halbleiterscheibe zur Qualitäts kontrolle durchzuführen.

Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der Meßmethode besteht darin, nach der Strukturierung einer auf einer Oxidschicht angeordneten polykristallinen Siliziumschicht Schädigungen in den freige legten Bereichen der Oxidschicht festzustellen. Die Oxidschicht kann z. B. eine Gate-Oxidschicht sein. Die polykristalline Schicht wird z. B. durch ein Trockenätzverfahren strukturiert, wobei die Oxidschicht als Ätzstop wirkt. In diesem Anwendungs fall ist der zu untersuchende Bereich Teil der Oxidschicht. Die Temperatur- und Plasmawellen werden in diesem Fall in diesen Be reichen der Oxidschicht angeregt.

Es hat sich gezeigt, daß nach einer Ätzung die Schädigung des Bereichs der Halbleiterscheibe höher ist als nach einer Ätzung und einem darauf folgenden Nachbehandlungsschritt. Dieses wird auf eine Kontamination der Oberfläche zurückgeführt. Das Meß verfahren ist daher auch geeignet, um über den Erfolg eines Nachbehandlungsschrittes zu urteilen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Meßaufbau, in dem das Meßverfahren angewendet wird.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Ausbeute und relativer Reflektivitätsänderung.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer Halbleiterscheibe 6 dar gestellt. Die Halbleiterscheibe 6 besteht z. B. aus Silizium. Auf die Halbleiterscheibe 6 ist ein erster Laser 1 gerichtet. Der erste Laser 1 ist z. B. ein Argon-Ionen-Laser, der bei einer Wellenlänge von 514 nm emittiert. Das von dem ersten Laser 1 emittierte Anregungslaserlicht 11 wird von einer Optik 2 auf die Oberfläche der Halbleiterscheibe 6 fokussiert. Durch den Querschnitt des Anregungslaserlichtes 11 wird auf der Halb leiterscheibe 6 ein Anregungsbereich 3 definiert. Auf dem Anregungsbereich 3 beträgt die Leistungsdichte des Anregungs laserlichtes 11 etwa 10 mW/µm². In dem Anregungsbereich 3 werden durch das Anregungslaserlicht 11 Temperatur- und Plasmawellen angeregt. Diese führen zu einer Änderung der Reflektivität im Anregungsbereich 3. Zur Messung der Änderung der Reflektivität im Anregungsbereich 3 wird auf den Anregungsbereich 3 ein zweiter Laser 4 ausgerichtet. Der zweite Laser 4 ist z. B. ein Helium-Neon-Laser. Der zweite Laser 4 sendet Meßlaserlicht 41 auf den Anregungsbereich 3. Das Meßlaserlicht 41 wird an der Oberfläche des Anregungsbereiches 3 reflektiert. Im Anregungs bereich 3 reflektiertes Meßlaserlicht 42 wird mit einem Photo detektor 5 nachgewiesen. Aus der Intensität des reflektierten Meßlaserlichtes 42 und der Anfangsintensität des Meßlaserlichtes 41 wird die Reflektivität der Oberfläche des Anregungsbereichs 3 bestimmt.

Durch Modulation des Anregungslaserlichtes 11 mit einer Modulationsfrequenz von z. B. 1 MHz wird die Reflektivität der Oberfläche des Anregungsbereichs 3 moduliert. Aus der modulierten Reflektivität wird die relative Reflektivitäts änderung bestimmt.

Die Größe des Anregungsbereichs 3 wird durch die Optik 2 beeinflußt. Bei genügend hoher Leistung des ersten Lasers 1 kann die Größe des Anregungsbereichs 3 über weite Bereiche ver ändert werden. Es muß dabei beachtet werden, daß die Leistungs dichte des auf den Anregungsbereich 3 auftreffenden Anregungs laserlichtes 11 ausreichend ist, um im Anregungsbereich 3 Temperatur- und Plasmawellen anzuregen. Eine Leistungsdichte von 10 mW/µm² ist zur Erfüllung dieser Bedingung ausreichend, es ist jedoch noch nicht die untere Grenze. Eine typische Größe für den Anregungsbereich 3 bei der Anwendung des Meßverfahrens nach einem Grabenätzprozeß beträgt etwa 0,9×1 µm².

In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Ausbeute und der relativen Reflektivitätsänderung Δ R/R dargestellt. Der Ver lauf der Meßpunkte zeigt deutlich, daß mit zunehmender relativer Reflektivitätsänderung eine Abnahme der Ausbeute verbunden ist.

Claims

1. Verfahren zur Messung von Schädigungen in mindestens einem Bereich einer Halbleiterscheibe während der Bearbeitung der Halbleiterscheibe mit folgenden Schritten:

a) nach einem Bearbeitungsschritt werden in dem zu untersuchenden Bereich (3) berührungslos Temperatur- und Plasmawellen angeregt,
b) die Stärke der Wechselwirkung der Temperatur- und Plasma wellen mit dem zu untersuchenden Bereich (3) wird berührungs los gemessen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die An regung der Temperatur- und Plasmawellen mit einem Laser (1) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur An regung der Temperatur- und Plasmawellen ein Laser (1) ver wendet wird, der Licht im sichtbaren Bereich emittiert.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (1) Licht mit einer Leistungsdichte von etwa 10 mW/µ² auf den zu untersuchenden Bereich (3) emittiert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur An regung der Temperatur- und Plasmawellen ein Argon-Ionen-Laser (1) oder ein Krypton-Ionen-Laser (1) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur An regung moduliertes Laserlicht (11) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Wechselwirkung der Temperatur- und Plasmawellen mit dem zu untersuchenden Bereich (3) über die veränderte Reflektivität der Oberfläche des zu untersuchenden Bereiches (3) während der Anregung der Temperatur- und Plasmawellen gemessen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ver änderte Reflektivität der Oberfläche des zu untersuchenden Be reichs (3) mit Hilfe eines Lasers (4) gemessen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Reflektivität ein Helium-Neon-Laser (4) verwendet wird.

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Messung der Schädigungen einer Siliziumscheibe (6) nach einem Ätzprozeß.

11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Messung der Schädigungen einer auf der Halbleiter scheibe (6) angeordneten Oxidschicht nach der Strukturierung einer auf der Oxidschicht angeordneten polykristallinen Silizium schicht.