JP2001174375A - 金属汚染評価用ウェハおよび金属汚染評価方法 - Google Patents

金属汚染評価用ウェハおよび金属汚染評価方法

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JP2001174375A
JP2001174375A JP36129799A JP36129799A JP2001174375A JP 2001174375 A JP2001174375 A JP 2001174375A JP 36129799 A JP36129799 A JP 36129799A JP 36129799 A JP36129799 A JP 36129799A JP 2001174375 A JP2001174375 A JP 2001174375A
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metal contamination
contamination
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Hisafumi Kaneko
尚史 金子
Takashi Kawanoue
孝 川ノ上
Tetsuro Matsuda
哲朗 松田
Soichi Nadahara
壮一 灘原
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高価な測定装置を用いずに、定量性良くCu汚
染を評価すること。 【解決手段】Siウェハ1上にSiN膜2を介してa−
Si膜3が形成されてなるテストウェハを用いる。この
テストウェハのa−Si膜3の表面の荒れ具合からCu
汚染を定量的に評価する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Cu等の金属汚染
を評価するために用いる金属汚染評価用ウェハおよび金
属汚染評価方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスにおいては高速の
処理速度が必要であるために、いわゆるRC遅延時間を
低減すること、つまり配線間の容量および配線抵抗を低
減することが必要になっている。
【0003】配線抵抗を低減する手段として、金属配線
として銅(Cu)配線を使用することが採用されてい
る。Cu配線を使用するためには、Cuの拡散を防止す
る必要になる。
【0004】その理由の1つとして、CuがSi−MO
Sに対するライフタイムキラーであり、Cu配線形成プ
ロセス中にSi基板または層間絶縁膜を通してCuがチ
ャネルまたはコンタクト領域に拡散すると、しきい値電
圧が変動したり、ジャンクションリーク電流が増大する
という問題があげられる。
【0005】CuによるSiウェハの汚染は、Cu成膜
工程、Cu−CMP工程、層間絶縁膜のエッチング工
程、熱処理工程というCu配線プロセスの随所で発生す
る可能性がある。このようなCu配線プロセスとして
は、代表的にはCuダマシンプロセスがあげられる。
【0006】このようなウェハ汚染は、処理ウェハに止
まるものであるならば問題は小さいが、プロセスチャン
バ内部またはCR環境を介して引き続く処理ウェハに汚
染が拡大することが最大の問題である。
【0007】そのために、テストウェハをCuを搭載し
たウェハの処理前後に同等の処理を行い、上記テストウ
ェハのCu汚染の有無をその都度確認して、Cu汚染の
拡大を阻止する必要がある。
【0008】Cu汚染の評価方法としては、Siウェハ
のキャリアライフタイム測定やゲート酸化膜中の余剰荷
電測定などが実用化されている。しかしながら、従来の
Cu汚染の評価方法を実施するためには、高価な測定装
置が必要となるという問題があった。さらに、測定結果
がCuの基板内の分布状態に影響を受けるため、定量性
の点でも問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のC
u汚染の評価方法としては、Siウェハのキャリアライ
フタイム測定やゲート酸化膜中の余剰荷電測定などが実
用化されていたが、高価な測定措置を必要としたり、定
量性の点で問題があった。
【0010】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高価な測定装置を用い
ずに、定量性良く金属汚染を評価するために有効な金属
汚染評価用ウェハおよび金属汚染評価方法を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、上記目的を達成するため
に、本発明に係る金属汚染評価用ウェハは、ウェハと、
このウェハの表面に形成された金属溜め膜とを備えてい
る。
【0012】また、本発明に係る金属汚染評価方法は、
本発明に係る金属汚染評価用ウェハを金属汚染を評価す
る領域内に設け、所定の処理の終了後に前記金属汚染評
価用ウェハの物理的または電気的特性を測定し、この測
定結果に基づいて前記領域内の金属汚染を評価すること
を特徴とする。
【0013】本発明では、金属汚染評価用ウェハの金属
溜め膜の物理的または電気的特性の測定結果、すなわち
金属のウェハ内の分布状態に影響を受けない測定結果に
基づいて金属汚染の評価を行うので、定量性の点では問
題はない。また、上記金属溜め膜の物理的または電気的
特性の測定は高価な測定装置を用いずに行える。
【0014】したがって、本発明によれば、高価な測定
装置を用いずに、定量性良く金属汚染を評価するために
有効な金属汚染評価用ウェハおよび金属汚染評価方法を
提供できるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施形態に係るCu汚
染評価用ウェハ(以下、テストウェハという)を示す断
面図である。
【0017】これを製造工程に従って説明すると、ま
ず、Siウェハ1の表面および裏面を覆うように厚さ1
00nmのSiN膜2を形成する。図には、Siウェハ
1の表面および裏面を覆う工程で、Siウェハ1の他の
領域も覆われた場合を示している。なお、SiN膜2の
裏面には必ずしもSiN膜2で覆う必要はない。また、
SiN膜2を形成する代わりに厚さ100nmのAl2
3 膜をスパッタリング法またはCVD法で形成しても
良い。
【0018】SiN膜2またはAl2 3 膜はバリア膜
として用いられ、後で形成するアモルファスシリコン
(a−Si)膜またはポリシリコン(p−Si)膜中を
Cuが拡散し、突き抜けてSiウェハ1中に拡散するこ
とを防ぐことが目的である。したがって、SiN膜2ま
たはAl2 3 膜はバリア性が確保される十分な厚さが
必要である。
【0019】次にSiN膜2上にa−Si膜3を形成す
る。a−Si膜3はBまたはAs等のドーパントを含ん
でいても良いし、あるいは含んでいなくても良い。a−
Si膜3の代わりにp−Si膜を形成しても良い。この
場合も、ドーパントを含んでいても、含んでいなくても
良い。重要なのはa−Si膜3またはp−Si膜の膜厚
であり、膜厚が薄いほどCuに対する感度が向上する。
実用的に1nmから10nmの膜厚を選ぶことが望まし
い。
【0020】この薄いa−Si膜3とSiN膜2との積
層構造により、汚染としてウェハ表面に吸着または堆積
するCuを効果的にa−Si膜3に溜め込むことがで
き、a−Si膜3中のCu濃度を高くすることができ
る。もしも、a−Si膜3の下にSiN膜2が無けれ
ば、CuがSiウェハ1中に拡散して、実質的にa−S
i膜3中のCu濃度を高くすることは困難となる。
【0021】室温におけるCuのSi中の固溶限はゼロ
なので、a−Si膜3中に捕獲されたCuは、CuSi
x (Cuシリサイド)となって析出する。Cuシリサイ
ドを析出させるためには、ウェハ表面に吸着または堆積
したCuをa−Si膜3中に拡散させる必要があり、そ
のためには200℃、10分以上の熱処理が必要とな
る。この熱処理の後、できる限りゆっくりと冷却させる
ことにより、Cuシリサイドの成長を助長させることが
できる。
【0022】このようなCuシリサイドの成長により、
非常に平滑であったa−Si膜3の表面が粗面化する。
この表面の荒れ具合を、パーティクルカウンター、欠陥
検査装置、STMまたはAFMにて測定することによっ
て(物理的特性を測定することによって)、Cuの汚染
濃度を定量化することができる。あるいはシート抵抗の
変化を測定することによっても(電気的特性を測定する
ことによっても)、Cuの汚染濃度を定量化することが
できる。
【0023】パーティクルカウンター等の計測装置は高
価な装置でなく、またa−Si膜3の表面の荒れ具合は
Cuのウェハ内の分布状態の影響を受けない。したがっ
て、本実施形態によれば、高価な装置を用いずに、定量
性良くCu汚染を評価できるようになる。
【0024】以下に、図1に示したテストウェハを用い
たCu汚染評価の例について詳述する。ここでは、a−
Si膜3の膜厚dが異なる2種類(d=2nm、20n
m)のテストウェハを用いた。SiN膜の膜厚は共に同
じ100nmとした。これらのテストウェハ表面を1×
1010/cm2 、5×1010/cm2 、1×1011/c
2 汚染させ、次にこれらの汚染されたテストウェハを
真空中で200℃、30分の熱処理を施した後、約10
℃/分の降温速度で冷却した。
【0025】表1および表2に熱処理前後のa−Si膜
3(膜厚:2nm,20nm)の表面のパーティクルを
カウンターにて測定した結果を示す。
【0026】
【表1】
【0027】
【表2】
【0028】表1および表2に示すように、a−Si膜
3の膜厚を薄くすることにより、Cu汚染に対する感度
が向上し、かつパーティクルの個数はほぼCuの汚染濃
度に比例することが分かった。すなわち、a−Si膜3
の膜厚を薄くすることにより、パーティクルの個数から
Cuの汚染濃度を定量化できることが確認された。
【0029】以上述べたテストウェハおよび計測装置を
用いたCu汚染評価方法を、Cu配線プロセスが行われ
るプロセスチャンバに適用すれば、安価で簡便かつ高精
度の実用的なCu汚染のモニターを実現できるようにな
る。
【0030】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、Cu汚染
の場合について説明したが、本発明は他の金属汚染に対
して適用可能である。また、ウェハは通常のSiウェハ
でもSOIウェハでも良く、さらにSiGeウェハ等の
他の半導体ウェハでも良い。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【0031】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、金
属溜め膜を有する金属汚染評価用ウェハを用い、金属溜
め膜の物理的または電気的特性の測定結果に基づいて金
属汚染の評価を行うことで、高価な測定装置を用いず
に、定量性良く金属汚染を評価するために有効な金属汚
染評価用ウェハおよび金属汚染評価方法を実現できるよ
うになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るCu汚染評価用ウェ
ハを示す断面図
【符号の説明】
1…Siウェハ 2…SiN膜(バリア膜) 3…a−Si膜(金属溜め膜)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 哲朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 灘原 壮一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウェハと、 このウェハの表面に形成された金属溜め膜とを具備して
    なることを特徴とする金属汚染評価用ウェハ。
  2. 【請求項2】前記金属溜め膜は、前記ウェハの表面およ
    び裏面に形成されていることを特徴とする請求項1に記
    載の金属汚染評価用ウェハ。
  3. 【請求項3】前記金属溜め膜は、アモルファスシリコン
    膜またはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項
    1に記載の金属汚染評価用ウェハ。
  4. 【請求項4】前記金属溜め膜の厚さは10nm以下であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の金属汚染評価用ウ
    ェハ。
  5. 【請求項5】前記金属溜め膜と前記ウェハとの間に、前
    記金属溜め膜中に溜まった金属が前記ウェハ中に拡散す
    ることを防止するバリア膜が形成されていることを特徴
    とする請求項1に記載の金属汚染評価用ウェハ。
  6. 【請求項6】前記バリア膜は、シリコン窒化膜または酸
    化アルミニウム膜であることを特徴とする請求項4に記
    載の金属汚染評価用ウェハ。
  7. 【請求項7】請求項1ないし請求項6のいずれか1項に
    記載の金属汚染評価用ウェハを金属汚染を評価する領域
    内に設け、所定の処理の終了後に前記金属汚染評価用ウ
    ェハの物理的または電気的特性を測定し、この測定結果
    に基づいて前記領域内の金属汚染を評価することを特徴
    とする金属汚染評価方法。
  8. 【請求項8】前記所定の処理の終了後に、前記金属汚染
    評価用ウェハに熱処理を施してから前記金属汚染評価用
    ウェハの物理的または電気的特性を測定することを特徴
    とする請求項7に記載に金属汚染評価方法。
  9. 【請求項9】前記熱処理は、200℃以上、10分以上
    の熱処理であることを特徴とする請求項7に記載に金属
    汚染評価方法。
  10. 【請求項10】前記金属汚染を評価する領域はプロセス
    チャンバ、前記所定の処理はCu配線プロセスであるこ
    とを特徴とする請求項7に記載に金属汚染評価方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6884634B2 (en) 2002-09-27 2005-04-26 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Specifying method for Cu contamination processes and detecting method for Cu contamination during reclamation of silicon wafers, and reclamation method of silicon wafers
WO2008149806A1 (ja) * 2007-06-05 2008-12-11 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. 半導体製造装置の汚染評価方法
US7699997B2 (en) 2003-10-03 2010-04-20 Kobe Steel, Ltd. Method of reclaiming silicon wafers

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