JP2006210543A - Method of evaluating plasma damage layer and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method of evaluating plasma damage layer and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

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剛彦 齊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology to detect even a plasma damage layer having a minor damage which is formed on the principal plane of a silicon substrate. <P>SOLUTION: An interlayer insulation film consisting of, for example, a silicon oxide film is formed on the silicon substrate (steps S1 and S2), and plasma etching is conducted to form a contact hole in the interlayer insulation film (step S3). The plasma etching is conducted until the silicon substrate is exposed. During the plasma etching, the plasma damage layer is formed on the principal plane of the silicon substrate. Then, the silicon substrate is oxidized (step S4) to form an oxide film on the silicon substrate. By measuring the thickness of the oxide film formed on the silicon substrate (step S5), the plasma damage layer is detected and evaluated. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プラズマダメージ層の評価方法、特に、プラズマ処理によりシリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層の評価方法に適用して有効な技術に関するものであり、さらにはそれを用いた半導体装置の製造技術に関するものである。   The present invention relates to a technique that is effective when applied to a method for evaluating a plasma damage layer, particularly a method for evaluating a plasma damage layer formed on a main surface of a silicon substrate by plasma treatment. The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique.

半導体メモリの分野ではフラッシュメモリが急速に普及してきている。このフラッシュメモリは、電気的一括消去と電気的書き込みが可能で、データ保持電流を必要としない不揮発性メモリであるため、搭載する機器の小型化・軽量化・省電力化が可能となる。   In the field of semiconductor memory, flash memory is rapidly spreading. Since this flash memory is a non-volatile memory that can perform electrical batch erasure and electrical writing and does not require a data retention current, it is possible to reduce the size, weight, and power consumption of the mounted device.

このフラッシュメモリを含む半導体装置の製造分野では、半導体装置についてその微細化が急激に進んできている。特にMISトランジスタの微細化においては、微細化の実現とともにMISトランジスタの信頼性を確保する必要がある。MISトランジスタの信頼性向上のためには、MISトランジスタを構成する各部が高い信頼性を有することが必要である。   In the field of manufacturing a semiconductor device including the flash memory, the miniaturization of the semiconductor device is rapidly progressing. In particular, in miniaturization of the MIS transistor, it is necessary to realize the miniaturization and ensure the reliability of the MIS transistor. In order to improve the reliability of the MIS transistor, it is necessary that each part constituting the MIS transistor has high reliability.

このMISトランジスタの信頼性を確保する重要な部分として、例えばコンタクトホールの形成方法によって影響を受けるコンタクト部の信頼性が挙げられる。特に、シリコン基板上に形成された層間絶縁膜にコンタクトホールをプラズマエッチングにより形成する場合、下地であるシリコン基板を露出させるため、プラズマエッチング、すなわちプラズマ処理によりシリコン基板の主面上にはプラズマダメージ層が形成されてしまう。このためプラズマ処理後においては、プラズマダメージ層を例えばケミカルドライエッチング、あるいはウエットエッチングなどのエッチング(以下、「ライトエッチング」と称する)によって除去している。   An important part of ensuring the reliability of the MIS transistor is, for example, the reliability of the contact portion that is affected by the contact hole forming method. In particular, when a contact hole is formed by plasma etching in an interlayer insulating film formed on a silicon substrate, the main surface of the silicon substrate is exposed to plasma damage by plasma etching, that is, plasma processing, in order to expose the underlying silicon substrate. A layer is formed. For this reason, after the plasma treatment, the plasma damaged layer is removed by etching such as chemical dry etching or wet etching (hereinafter referred to as “light etching”).

特許文献1には、プラズマダメージを与えるドライエッチング(イオンプラズマエッチング)工程で、光学的手段を用いることによりエッチング後における下地膜のプラズマダメージ層の深さを測定するともに、測定結果を基にダメージ除去(ライトエッチング)工程の処理条件を決定する記載がある。
特開平11−87448号公報
In Patent Document 1, in the dry etching (ion plasma etching) process that causes plasma damage, the depth of the plasma damage layer of the underlying film after etching is measured by using optical means, and the damage is based on the measurement result. There is a description for determining the processing conditions of the removal (light etching) step.
JP-A-11-87448

上述のようにMISトランジスタの信頼性向上のためには、プラズマダメージ層を完全に除去(あるいはプロセス終了後の製品の特性に影響を与えない程度にプラズマダメージを除去)する必要があるが、その除去量を適正に判断すること、すなわちプラズマダメージ層をそのまま検出、測定することは容易でない。   As described above, in order to improve the reliability of the MIS transistor, it is necessary to completely remove the plasma damage layer (or to remove the plasma damage to the extent that the characteristics of the product after the process is not affected). It is not easy to determine the removal amount appropriately, that is, to detect and measure the plasma damage layer as it is.

例えば下地が単結晶シリコン基板の場合、プラズマエッチングによりそのシリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層は、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンとなるため、上記特許文献1による測定では、光学的に単結晶から多結晶あるいは非晶質の変化を高精度に検出することができないと考えられる。   For example, when the base is a single crystal silicon substrate, the plasma damage layer formed on the main surface of the silicon substrate by plasma etching becomes polycrystalline silicon or amorphous silicon. Therefore, it is considered that a change from single crystal to polycrystalline or amorphous cannot be detected with high accuracy.

また、特許文献1では、光学的手段を用いてエッチング直後の下地膜のダメージを測定しているが、エッチング直後ではエッチングによるカーボン系ポリマー等が下地膜の表面に存在し、表面状態が一定でないことにより、プラズマダメージ層の測定精度は不十分と考えられる。   In Patent Document 1, the damage of the underlying film immediately after etching is measured using optical means. However, immediately after etching, carbon-based polymer or the like due to etching exists on the surface of the underlying film, and the surface state is not constant. Therefore, it is considered that the measurement accuracy of the plasma damage layer is insufficient.

また、プラズマダメージ層を除去するライトエッチングの処理条件を種々変化させて、半導体プロセスが終了してからその製品の電気特性を測定することによりライトエッチングの処理条件下で生じるダメージ層の深さ等を検出し、この測定結果からプラズマダメージ層を除去するための最適なライトエッチングの処理条件を設定することもできる。しかしながら、電気的特性を測定するには製品が形成されていなければならず、仮にプラズマダメージ層が除去されていない場合は、電気的特性を測定するまでの間は製品が形成され続け、プラズマダメージ層による不具合から製品の歩留りを低下させることになる。したがって、製品完成途中でプラズマダメージ層が確実に除去されているか検出する必要がある。   In addition, by changing various light etching processing conditions to remove the plasma damage layer and measuring the electrical characteristics of the product after the semiconductor process is completed, the depth of the damage layer generated under the light etching processing conditions, etc. It is also possible to set optimum light etching processing conditions for removing the plasma damage layer from the measurement result. However, the product must be formed in order to measure the electrical characteristics. If the plasma damage layer is not removed, the product will continue to be formed until the electrical characteristics are measured. The yield of the product is reduced due to the failure due to the layer. Therefore, it is necessary to detect whether or not the plasma damage layer has been reliably removed during product completion.

本発明の目的は、シリコン基板の主面上に形成された非常に軽微なダメージのプラズマダメージ層であっても検出することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of detecting even a very slight damage plasma damage layer formed on a main surface of a silicon substrate.

また、本発明の他の目的は、製造工程中における半導体装置の特性に影響を与えるプラズマダメージ層を確実に検出し、半導体装置の製造歩留りを向上することのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of reliably detecting a plasma damage layer that affects the characteristics of a semiconductor device during the manufacturing process and improving the manufacturing yield of the semiconductor device.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明によるプラズマダメージ層の評価方法は、プラズマ処理によりシリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層の評価方法であって、前記プラズマエッチング後に前記シリコン基板を酸化し、前記シリコン基板上に形成された酸化膜の膜厚を測定する。   The method for evaluating a plasma damage layer according to the present invention is a method for evaluating a plasma damage layer formed on a main surface of a silicon substrate by plasma treatment, wherein the silicon substrate is oxidized after the plasma etching, and is applied to the silicon substrate. The thickness of the formed oxide film is measured.

また、本発明による半導体装置の製造方法は、(a)シリコン基板の主面上をプラズマ処理する工程と、(b)前記シリコン基板を酸化する工程と、(c)前記シリコン基板上に形成された酸化膜の膜厚を測定する工程と、を有する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (a) a step of performing plasma treatment on a main surface of a silicon substrate; (b) a step of oxidizing the silicon substrate; Measuring the thickness of the oxide film.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

プラズマダメージ層を有するシリコン基板を酸化し、その酸化膜を測定することにより、シリコン基板の主面上に形成された非常に軽微なダメージのプラズマダメージ層であっても検出することができる。   By oxidizing a silicon substrate having a plasma damage layer and measuring the oxide film, even a very slight damage plasma damage layer formed on the main surface of the silicon substrate can be detected.

また、製造工程中における半導体装置の特性に影響を与えるプラズマダメージ層を確実に検出することで、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。   In addition, by reliably detecting a plasma damage layer that affects the characteristics of the semiconductor device during the manufacturing process, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
本発明のプラズマダメージ層の評価方法について、シリコン基板上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する際のプラズマエッチングによりシリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層に適用して説明する。
(Embodiment 1)
The plasma damage layer evaluation method of the present invention will be described by applying it to a plasma damage layer formed on the main surface of a silicon substrate by plasma etching when forming a contact hole in an interlayer insulating film on the silicon substrate.

図1は、プラズマダメージ層を検出、評価するためのフロー図である。図1に示すように、まず、例えばMISトランジスタが形成された単結晶シリコン基板を構成するシリコンウエハを準備する(ステップS1)。   FIG. 1 is a flowchart for detecting and evaluating a plasma damage layer. As shown in FIG. 1, first, a silicon wafer constituting a single crystal silicon substrate on which, for example, a MIS transistor is formed is prepared (step S1).

続いて、シリコン基板上の主面上に、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜を形成する(ステップS2)。この層間絶縁膜は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用して形成することができる。   Subsequently, an interlayer insulating film made of, for example, a silicon oxide film is formed on the main surface on the silicon substrate (step S2). This interlayer insulating film can be formed using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

続いて、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するためプラズマエッチングする(ステップS3)。このコンタクトホールは層間絶縁膜上に形成されたコンタクトホール形成用フォトレジストマスクを用いて、層間絶縁膜を選択的に除去して形成される。このプラズマエッチングはシリコン基板が露出するまで行うため、シリコン基板の主面上にはプラズマダメージ層が形成されることとなる。   Subsequently, plasma etching is performed to form a contact hole in the interlayer insulating film (step S3). This contact hole is formed by selectively removing the interlayer insulating film using a contact hole forming photoresist mask formed on the interlayer insulating film. Since this plasma etching is performed until the silicon substrate is exposed, a plasma damage layer is formed on the main surface of the silicon substrate.

このように本発明では、層間絶縁膜形成後のプラズマエッチングでシリコン基板が露出することを前提としている。したがって、このプラズマエッチングにより下地の単結晶シリコン基板の主面上に、多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンからなるプラズマダメージ層が形成されることとなる。   Thus, in the present invention, it is assumed that the silicon substrate is exposed by plasma etching after the formation of the interlayer insulating film. Therefore, a plasma damage layer made of polycrystalline silicon or amorphous silicon is formed on the main surface of the underlying single crystal silicon substrate by this plasma etching.

続いて、プラズマダメージ層が形成されたシリコン基板を酸化する(ステップS4)。この酸化は、例えば熱酸化であり、この酸化によりシリコン基板上には酸化膜が形成される。   Subsequently, the silicon substrate on which the plasma damage layer is formed is oxidized (step S4). This oxidation is, for example, thermal oxidation, and an oxide film is formed on the silicon substrate by this oxidation.

図2は、シリコン基板上に形成されたプラズマダメージ層の酸化を説明するための図である。図2に示すように、単結晶シリコン(Si)を酸化する場合、Si−Si結合を切断し、Si−O結合を形成する。一方、プラズマダメージ層の例えば多結晶シリコン(Si)を酸化する場合、Si−HあるいはSi−OH結合のHあるいはOHがOに置換される反応が主である。このため、単結晶シリコンと、多結晶シリコンとでは酸化の度合いが異なる。すなわち単結晶シリコン上に形成された酸化膜と、多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン上に形成された酸化膜とでは、酸化膜の厚さに違いが生ずることとなる。本発明はこのような酸化の度合いが異なることを応用したものである。   FIG. 2 is a diagram for explaining the oxidation of the plasma damage layer formed on the silicon substrate. As shown in FIG. 2, when single crystal silicon (Si) is oxidized, the Si—Si bond is cut to form an Si—O bond. On the other hand, when, for example, polycrystalline silicon (Si) in a plasma damage layer is oxidized, a reaction in which H or OH of a Si—H or Si—OH bond is replaced with O is mainly used. For this reason, the degree of oxidation differs between single crystal silicon and polycrystalline silicon. That is, there is a difference in oxide film thickness between an oxide film formed on single crystal silicon and an oxide film formed on polycrystalline silicon or amorphous silicon. The present invention is applied to such a different degree of oxidation.

続いて、図1に示すように、シリコン基板上に形成されたプラズマダメージ層を測定する(ステップS5)。すなわち本実施の形態では、プラズマダメージ後のシリコン基板を酸化することで形成された酸化膜厚の測定によって、プラズマダメージ層がどの程度のものか評価することができる。例えば単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを同一条件で酸化させた場合、上述したように酸化の度合いが異なるため、その酸化膜の膜厚は、単結晶シリコンの酸化膜より、多結晶シリコンの酸化膜が厚くなる。したがって、酸化膜の膜厚を測定することで、シリコン基板の主面上に形成された非常に軽微なダメージのプラズマダメージ層(多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン)であっても検出することができるとともに、酸化膜の膜厚によってプラズマダメージ層がどの程度のものか評価することができる。なお、酸化膜の膜厚測定には、例えばエリプソメータを用いることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 1, the plasma damage layer formed on the silicon substrate is measured (step S5). That is, in this embodiment, it is possible to evaluate how much the plasma damage layer is by measuring the oxide film thickness formed by oxidizing the silicon substrate after plasma damage. For example, when single crystal silicon and polycrystalline silicon are oxidized under the same conditions, the degree of oxidation is different as described above, so the thickness of the oxide film is greater than that of single crystal silicon. Becomes thicker. Therefore, by measuring the film thickness of the oxide film, even a very slight damage plasma damage layer (polycrystalline silicon or amorphous silicon) formed on the main surface of the silicon substrate can be detected. The extent of the plasma damage layer can be evaluated according to the thickness of the oxide film. For example, an ellipsometer can be used to measure the thickness of the oxide film.

(実施の形態2)
本発明の半導体装置の製造方法について、前記実施の形態で示したプラズマダメージ層の評価方法を適用して説明する。
(Embodiment 2)
A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described by applying the plasma damage layer evaluation method described in the above embodiment.

図3は、本実施の形態で示す半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。図3に示すように、まず、シリコン基板(半導体ウエハ)、例えば単結晶シリコンにボロン(B)などのp型不純物を導入したシリコン基板1を用意する。なお、シリコン基板1の主面は、希フッ酸処理されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the semiconductor device shown in the present embodiment. As shown in FIG. 3, first, a silicon substrate (semiconductor wafer), for example, a silicon substrate 1 in which p-type impurities such as boron (B) are introduced into single crystal silicon is prepared. Note that the main surface of the silicon substrate 1 is treated with diluted hydrofluoric acid.

続いて、シリコン基板1の主面上に、素子分離領域4を形成する。素子分離領域4は、
例えば、エッチング技術を使用してシリコン基板1の主面上に溝を形成した後、前記溝を埋め込むように、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用して酸化シリコン膜を堆積し、層間絶縁膜の表面を、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用して平坦化される。
Subsequently, an element isolation region 4 is formed on the main surface of the silicon substrate 1. The element isolation region 4 is
For example, after forming a groove on the main surface of the silicon substrate 1 using an etching technique, a silicon oxide film is deposited using, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method so as to fill the groove, and an interlayer is formed. The surface of the insulating film is planarized using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

続いて、シリコン基板1内にp型ウエル5およびn型ウエル6を形成する。p型ウエル5は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、ボロンやフッ化ボロンなどのp型不純物をシリコン基板1内に導入することにより形成される。同様に、n型ウエル6は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、リン(P)やヒ素(As)などのn型不純物をシリコン基板1内に導入することにより形成される。   Subsequently, a p-type well 5 and an n-type well 6 are formed in the silicon substrate 1. The p-type well 5 is formed, for example, by introducing a p-type impurity such as boron or boron fluoride into the silicon substrate 1 using a photolithography technique and an ion implantation method. Similarly, the n-type well 6 is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) into the silicon substrate 1 using, for example, a photolithography technique and an ion implantation method. .

続いて、シリコン基板1の主面上にゲート絶縁膜2を形成する。ゲート絶縁膜2は、例えばシリコン基板1を熱酸化することにより形成される。   Subsequently, a gate insulating film 2 is formed on the main surface of the silicon substrate 1. The gate insulating film 2 is formed, for example, by thermally oxidizing the silicon substrate 1.

続いて、ゲート絶縁膜2上に、ゲート電極3を形成する。ゲート電極3は、例えば、CVD法を使用して多結晶シリコンにより形成された後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用することにより導電型の作り分けがなされ、次いで、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチングすることにより形成される。   Subsequently, a gate electrode 3 is formed on the gate insulating film 2. For example, after the gate electrode 3 is formed of polycrystalline silicon using a CVD method, the conductive type is separately formed by using a photolithography technique and an ion implantation method, and then the photolithography technique and the dry etching are performed. It is formed by doing.

続いて、シリコン基板1内に、半導体領域である低濃度n型不純物拡散領域7、低濃度p型不純物拡散領域8を形成する。低濃度p型不純物拡散領域8は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、ボロンやフッ化ボロンなどのp型不純物をシリコン基板1内のn型ウエル6に導入することにより形成される。同様に、低濃度n型不純物拡散領域7は、例えばフォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、リンや、ヒ素などのn型不純物をシリコン基板1内のp型ウエル5に導入することにより形成される。   Subsequently, a low concentration n-type impurity diffusion region 7 and a low concentration p-type impurity diffusion region 8 which are semiconductor regions are formed in the silicon substrate 1. The low-concentration p-type impurity diffusion region 8 is formed by introducing a p-type impurity such as boron or boron fluoride into the n-type well 6 in the silicon substrate 1 using, for example, a photolithography technique and an ion implantation method. Is done. Similarly, the low-concentration n-type impurity diffusion region 7 is formed by introducing an n-type impurity such as phosphorus or arsenic into the p-type well 5 in the silicon substrate 1 using, for example, a photolithography technique and an ion implantation method. It is formed.

続いて、シリコン基板1の主面上に、ゲート電極3の側壁にサイドウォール9を形成する。このサイドウォール9は、例えば、プラズマCVD法を使用して窒化シリコン膜を形成した後、この窒化シリコン膜に対して異方性エッチングすることにより形成される。なお、サイドウォール9を窒化シリコン膜より形成したが、これに限らず、例えば、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜から形成してもよい。   Subsequently, sidewalls 9 are formed on the side surfaces of the gate electrode 3 on the main surface of the silicon substrate 1. The sidewall 9 is formed, for example, by forming a silicon nitride film using a plasma CVD method and then anisotropically etching the silicon nitride film. Although the sidewall 9 is formed of a silicon nitride film, the present invention is not limited thereto, and may be formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

続いて、サイドウォール9に整合して、シリコン基板1内の領域に高濃度n型不純物拡散領域10および高濃度p型不純物拡散領域11を形成する。高濃度p型不純物領域11は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して形成され、低濃度p型不純物拡散領域8よりも高濃度にボロンなどのp型不純物が導入されている。同様に、高濃度n型不純物拡散領域10は、例えば、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して形成され、低濃度n型不純物領域7よりも高濃度にリンやヒ素などのn型不純物が導入されている。ここまでの工程によってn型ウエル6にpチャネル型MISトランジスタQp、またp型ウエル5にnチャネル型MISトランジスタQnを形成することができる。   Subsequently, a high-concentration n-type impurity diffusion region 10 and a high-concentration p-type impurity diffusion region 11 are formed in a region in the silicon substrate 1 in alignment with the sidewall 9. The high-concentration p-type impurity region 11 is formed using, for example, a photolithography technique and an ion implantation method, and a p-type impurity such as boron is introduced at a higher concentration than the low-concentration p-type impurity diffusion region 8. Similarly, the high-concentration n-type impurity diffusion region 10 is formed by using, for example, a photolithography technique and an ion implantation method, and an n-type impurity such as phosphorus or arsenic has a higher concentration than the low-concentration n-type impurity region 7. Has been introduced. Through the steps so far, the p-channel MIS transistor Qp can be formed in the n-type well 6 and the n-channel MIS transistor Qn can be formed in the p-type well 5.

続いて、シリコン基板上1の主面上に、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜12を形成する。この層間絶縁膜12は、例えば、CVD法を使用して形成することができる。その後、層間絶縁膜12の表面を、CMP法を使用して平坦化する。   Subsequently, an interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed on the main surface of the silicon substrate 1. The interlayer insulating film 12 can be formed using, for example, a CVD method. Thereafter, the surface of the interlayer insulating film 12 is planarized using a CMP method.

続いて、プラズマエッチングにより層間絶縁膜12にコンタクトホール14を形成する。このコンタクトホール14は層間絶縁膜12上に形成されたコンタクトホール形成用フォトレジストマスク(図示せず)を用いて、層間絶縁膜12を選択的に除去して形成される。このプラズマエッチングはシリコン基板1が露出するまで行われるため、シリコン基板1の主面上にはプラズマダメージ層(図示せず)が形成されることとなる。   Subsequently, a contact hole 14 is formed in the interlayer insulating film 12 by plasma etching. The contact hole 14 is formed by selectively removing the interlayer insulating film 12 using a contact hole forming photoresist mask (not shown) formed on the interlayer insulating film 12. Since this plasma etching is performed until the silicon substrate 1 is exposed, a plasma damage layer (not shown) is formed on the main surface of the silicon substrate 1.

前記実施の形態1で説明したように、本発明では、層間絶縁膜形成後のプラズマエッチングでシリコン基板が露出することを前提としている。したがって、このプラズマエッチングにより下地の単結晶シリコン基板の主面上に、多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンからなるプラズマダメージ層が形成されることとなる。   As described in the first embodiment, the present invention is based on the premise that the silicon substrate is exposed by plasma etching after forming the interlayer insulating film. Therefore, a plasma damage layer made of polycrystalline silicon or amorphous silicon is formed on the main surface of the underlying single crystal silicon substrate by this plasma etching.

続いて、ライトエッチング(ウエットエッチング)により、プラズマダメージ層を除去する。図4は、シリコン基板1に与えられたプラズマダメージがライトエッチングにより除去(プロセス終了後の製品の特性に影響を与えない程度にプラズマダメージが除去)される様子を模式的に示した説明図である。図4に示すように、プラズマエッチング後において行うライトエッチングにより、プラズマダメージ層を除去することができる。   Subsequently, the plasma damage layer is removed by light etching (wet etching). FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing how plasma damage applied to the silicon substrate 1 is removed by light etching (plasma damage is removed to the extent that it does not affect the characteristics of the product after completion of the process). is there. As shown in FIG. 4, the plasma damage layer can be removed by light etching performed after plasma etching.

続いて、層間絶縁膜12にプラグ13を形成する。プラグ13は、コンタクトホール14の底面および内壁に、例えば、スパッタリング法を使用してチタン/窒化チタン膜を形成し、さらに、コンタクトホール14を埋め込むように、例えばCVD法を使用してタングステン膜を堆積することで形成される。なお、シリコン基板1上に堆積された不要なチタン/窒化チタン膜およびタングステン膜は、例えば、CMP法を使用して除去される。   Subsequently, a plug 13 is formed in the interlayer insulating film 12. The plug 13 forms, for example, a titanium / titanium nitride film on the bottom surface and inner wall of the contact hole 14 by using a sputtering method, and further forms a tungsten film by using, for example, a CVD method so as to fill the contact hole 14. It is formed by depositing. The unnecessary titanium / titanium nitride film and tungsten film deposited on the silicon substrate 1 are removed using, for example, a CMP method.

続いて、シリコン基板1の主面上に配線15を形成する。この配線15は、例えば、スパッタリング法によりシリコン基板1の主面上にチタン/窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン/窒化チタン膜が堆積して形成される。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、これらの膜のパターニングを行い、配線15が形成される。配線15の形成後、上述した層間絶縁膜12、プラグ13、配線15の工程と同様の工程を繰り返すことにより、配線15の上部に多層に配線を形成し、最後にパッシベーション膜でシリコン基板1の全体を覆うことにより、CMOSデバイスが略完成する。   Subsequently, the wiring 15 is formed on the main surface of the silicon substrate 1. The wiring 15 is formed, for example, by depositing a titanium / titanium nitride film, an aluminum film, or a titanium / titanium nitride film on the main surface of the silicon substrate 1 by sputtering. Subsequently, these films are patterned by using a photolithography technique and an etching technique, and the wiring 15 is formed. After the formation of the wiring 15, the same processes as those for the interlayer insulating film 12, the plug 13, and the wiring 15 described above are repeated to form a wiring in a multilayer on the wiring 15, and finally, a passivation film is used to form the silicon substrate 1. By covering the whole, the CMOS device is almost completed.

しかしながら、上述の半導体装置の製造工程において、プラズマダメージ層の除去量を適正に判断すること、すなわちプラズマダメージ層をそのまま検出、測定することは容易でない。本実施の形態で示すように、下地がシリコン基板の場合、プラズマエッチングにより単結晶シリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層は、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンとなるため、例えば光学的に単結晶から多結晶あるいは非晶質の変化を高精度に検出することができないと考えられる。さらに、ライトエッチング後においてプラズマダメージ層が残っていたとしても、非常に軽微なダメージとなっており、このようなプラズマダメージ層まで検出することは困難であると考えられる。   However, in the manufacturing process of the semiconductor device described above, it is not easy to appropriately determine the removal amount of the plasma damage layer, that is, to detect and measure the plasma damage layer as it is. As shown in this embodiment mode, when the base is a silicon substrate, the plasma damage layer formed on the main surface of the single crystal silicon substrate by plasma etching becomes polycrystalline silicon or amorphous silicon. Therefore, it is considered that a change from single crystal to polycrystalline or amorphous cannot be detected with high accuracy. Furthermore, even if a plasma damage layer remains after light etching, it is very slight damage, and it is considered difficult to detect such a plasma damage layer.

図5は、プラズマダメージ層を検出、評価するためのフロー図である。図5に示すような本発明のプラズマダメージ層の評価方法を適用することで、非常に軽微なダメージとなっているプラズマダメージ層まで検出、評価することができる。このプラズマダメージ層を検出、評価し、半導体装置の製造工程にフィードバックすることで、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。本実施の形態では、定期的あるいは製品着工毎にQC(Quality Control)用ウエハを用いて、プラズマダメージ層を検出、評価する場合について説明する。   FIG. 5 is a flowchart for detecting and evaluating the plasma damage layer. By applying the plasma damage layer evaluation method of the present invention as shown in FIG. 5, it is possible to detect and evaluate even a plasma damage layer that is very slight damage. By detecting and evaluating the plasma damage layer and feeding it back to the manufacturing process of the semiconductor device, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. In the present embodiment, a case will be described in which a plasma damage layer is detected and evaluated using a QC (Quality Control) wafer periodically or for each product start.

図5に示すように、まず、MISトランジスタが形成されたシリコン基板1を構成するQC用ウエハ(シリコンウエハ)を準備する(ステップS11)。続いて、シリコン基板1上の主面上に、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜12を形成する(ステップS12)。続いて、層間絶縁膜12にコンタクトホール14を形成するために、プラズマエッチングする(ステップS13)。続いて、プラズマダメージ層を除去するために、ライトエッチングする(ステップS14)。以上のステップS11〜S14までは、上述した半導体装置の製造工程と同様の工程が行われる。   As shown in FIG. 5, first, a QC wafer (silicon wafer) constituting the silicon substrate 1 on which the MIS transistors are formed is prepared (step S11). Subsequently, an interlayer insulating film 12 made of a silicon oxide film is formed on the main surface on the silicon substrate 1 (step S12). Subsequently, plasma etching is performed in order to form the contact hole 14 in the interlayer insulating film 12 (step S13). Subsequently, light etching is performed to remove the plasma damage layer (step S14). From the above steps S11 to S14, the same processes as those of the semiconductor device manufacturing process described above are performed.

続いて、プラズマダメージ層が形成されたシリコン基板を酸化する(ステップS15)。この酸化は、例えば熱酸化であり、この酸化によりシリコン基板上には酸化膜が形成される。続いて、プラズマダメージ層を測定する(ステップS16)。すなわち前記実施の形態1における酸化膜の膜厚を測定する。前記実施の形態1で説明したように、酸化膜の度合いによって、プラズマダメージ層がどの程度のものか評価することができるからである。なお、酸化膜の膜厚測定には、例えばエリプソメータを用いることができる。   Subsequently, the silicon substrate on which the plasma damage layer has been formed is oxidized (step S15). This oxidation is, for example, thermal oxidation, and an oxide film is formed on the silicon substrate by this oxidation. Subsequently, the plasma damage layer is measured (step S16). That is, the thickness of the oxide film in the first embodiment is measured. This is because, as described in the first embodiment, it is possible to evaluate how much the plasma damage layer is based on the degree of the oxide film. For example, an ellipsometer can be used to measure the thickness of the oxide film.

図6は、ライトエッチ時間(横軸)と酸化膜厚(縦軸)との関係を示した図である。すなわち、プラズマエッチング無しでシリコン基板をある条件で酸化した場合の酸化膜厚(図6では、1)を基準とし、プラズマエッチング後のシリコン基板を同一条件で酸化した場合の酸化膜厚(図6では、約1.27)のライトエッチング時間による変化を示している。図6に示すように、ライトエッチ時間を延ばすと、酸化膜厚が減少し、最終的に飽和する。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the write etch time (horizontal axis) and the oxide film thickness (vertical axis). That is, with reference to the oxide film thickness (1 in FIG. 6) when the silicon substrate is oxidized under plasma etching without plasma etching, the oxide film thickness when the silicon substrate after plasma etching is oxidized under the same conditions (FIG. 6). Shows a change due to the light etching time of about 1.27). As shown in FIG. 6, when the write etch time is extended, the oxide film thickness decreases and finally becomes saturated.

この図6に示すような検量線を作成しておき、酸化膜厚測定結果から適正ライトエッチ量を算出することで、例えばホストコンピュータからライトエッチ装置にフィードバックさせて条件指示することができる。このようにライトエッチ処理条件を、適正なライトエッチ条件に自動で変更するフィードバックシステムを構築することもできる。例えば、図6に示すように、酸化膜厚比が約1.06でなければならないところ、酸化膜厚測定(ステップS16)した酸化膜厚比が約1.10であれば、ライトエッチングの処理条件のライトエッチ時間を長くするように(ステップS14)、例えばホストコンピュータからライトエッチ装置に条件指示することができる。   By creating a calibration curve as shown in FIG. 6 and calculating an appropriate write etch amount from the oxide film thickness measurement result, for example, the host computer can feed back to the write etch apparatus to instruct the conditions. In this way, it is possible to construct a feedback system that automatically changes the light etch processing conditions to appropriate write etch conditions. For example, as shown in FIG. 6, the oxide film thickness ratio must be about 1.06. If the oxide film thickness ratio measured (step S16) is about 1.10, the light etching process is performed. For example, a condition can be instructed from the host computer to the light etching apparatus so as to lengthen the condition of the write etching time (step S14).

また、酸化膜の膜厚測定(ステップS16)において、その膜厚が基準値以上の場合、例えばホストコンピュータがその旨の報告を受け、当該ウエハが処理されたエッチング装置を着工履歴から検索し、対象となるエッチング装置の条件再確認、あるいは装置を停止することができる(ステップS13)。このようにプラズマエッチング装置の処理条件を再確認するフィードバックシステムを構築することもできる。   Further, in the measurement of the thickness of the oxide film (step S16), if the thickness is equal to or greater than the reference value, for example, the host computer receives a report to that effect, searches the process history for the etching apparatus that has processed the wafer, It is possible to reconfirm the conditions of the target etching apparatus or to stop the apparatus (step S13). In this way, a feedback system for reconfirming the processing conditions of the plasma etching apparatus can be constructed.

したがって、半導体プロセスが終了してからその製品の電気特性を測定しなくとも、最適なライトエッチングの処理条件を設定することもでき、製造工程中における半導体装置の特性に影響を与えるプラズマダメージ層を確実に検出し、半導体装置の製造歩留りを向上することができる。   Therefore, even if the electrical characteristics of the product are not measured after the semiconductor process is completed, it is possible to set the optimum light etching processing conditions, and to create a plasma damage layer that affects the characteristics of the semiconductor device during the manufacturing process. It can detect reliably and can improve the manufacture yield of a semiconductor device.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、前記実施の形態では、下地としてシリコン基板を適用した場合について説明したが、他の半導体基板にも適用することができる。   For example, in the above-described embodiment, the case where a silicon substrate is applied as a base has been described, but the present invention can also be applied to other semiconductor substrates.

また、前記実施の形態では、プラズマ処理としてプラズマエッチングを適用した場合について説明したが、プラズマCVDを適用しても良い。すなわち、プラズマCVDにより絶縁膜などをシリコン基板上に形成する場合において、そのシリコン基板の主面上に形成されるプラズマダメージ層の評価を行うこともできる。   In the above embodiment, the case where plasma etching is applied as the plasma processing has been described. However, plasma CVD may be applied. That is, when an insulating film or the like is formed on a silicon substrate by plasma CVD, the plasma damage layer formed on the main surface of the silicon substrate can be evaluated.

また、前記実施の形態2では、ライトエッチング後のプラズマダメージ層の評価を行うためにQC用ウエハを用いた場合について説明したが、ライトエッチング直後に酸化工程を有する半導体装置の製造方法においては、その酸化膜の膜厚を測定することで、QC用ウエハを用いなくともプラズマダメージ層の評価を行うことができる。   In the second embodiment, the case where the QC wafer is used to evaluate the plasma damage layer after light etching has been described. However, in the method of manufacturing a semiconductor device having an oxidation process immediately after light etching, By measuring the thickness of the oxide film, the plasma damage layer can be evaluated without using a QC wafer.

また、前記実施の形態2では、酸化膜厚測定後のプラズマエッチング装置、ライトエッチング装置への指示をホストコンピュータによる自動で行う場合について説明したが、手動によりプラズマエッチング装置を停止、ライトエッチング装置の処理条件設定を行うこともできる。   In the second embodiment, the case where the instruction to the plasma etching apparatus and the light etching apparatus after the oxide film thickness measurement is automatically performed by the host computer has been described. However, the plasma etching apparatus is manually stopped and the light etching apparatus Processing conditions can also be set.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用されるものである。   The present invention is widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明の実施の形態1におけるプラズマダメージ層を検出、評価するためのフロー図である。It is a flowchart for detecting and evaluating the plasma damage layer in Embodiment 1 of this invention. シリコン基板上に形成されたプラズマダメージ層の酸化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the oxidation of the plasma damage layer formed on the silicon substrate. 本発明の実施の形態2で示す半導体装置の要部を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the principal part of the semiconductor device shown in Embodiment 2 of this invention. シリコン基板に与えられたプラズマダメージがライトエッチングにより除去される様子を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically a mode that the plasma damage given to the silicon substrate was removed by light etching. プラズマダメージ層を検出、評価するためのフロー図である。It is a flowchart for detecting and evaluating a plasma damage layer. ライトエッチ処理時間と酸化膜厚との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between light etching process time and an oxide film thickness.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 ゲート絶縁膜
3 ゲート電極
4 素子分離領域
5 p型ウエル
6 n型ウエル
7 低濃度n型不純物拡散領域
8 低濃度p型不純物拡散領域
9 サイドウォール
10 高濃度n型不純物拡散領域
11 高純度p型不純物拡散領域
12 層間絶縁膜
13 プラグ
14 コンタクトホール
15 配線
Qn nチャネル型MISトランジスタ
Qp pチャネル型MISトランジスタ
S1〜S5、S11〜S16 ステップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate insulating film 3 Gate electrode 4 Element isolation region 5 P type well 6 N type well 7 Low concentration n type impurity diffusion region 8 Low concentration p type impurity diffusion region 9 Side wall 10 High concentration n type impurity diffusion region 11 High-purity p-type impurity diffusion region 12 interlayer insulating film 13 plug 14 contact hole 15 wiring Qn n-channel type MIS transistor Qp p-channel type MIS transistors S1 to S5, S11 to S16 Steps

Claims (5)

プラズマ処理によりシリコン基板の主面上に形成されたプラズマダメージ層の評価方法であって、
前記プラズマ処理後に前記シリコン基板を酸化し、
前記シリコン基板上に形成された酸化膜の膜厚を測定することを特徴とするプラズマダメージ層の評価方法。
A method for evaluating a plasma damage layer formed on a main surface of a silicon substrate by plasma treatment,
Oxidizing the silicon substrate after the plasma treatment;
A method for evaluating a plasma damage layer, comprising measuring a film thickness of an oxide film formed on the silicon substrate.
以下の工程を含む半導体装置の製造方法:
(a)シリコン基板の主面上をプラズマ処理する工程;
(b)前記シリコン基板を酸化する工程;
(c)前記シリコン基板上に形成された酸化膜の膜厚を測定する工程。
A semiconductor device manufacturing method including the following steps:
(A) a step of performing plasma treatment on the main surface of the silicon substrate;
(B) oxidizing the silicon substrate;
(C) A step of measuring the thickness of the oxide film formed on the silicon substrate.
更に以下の工程を含む請求項2記載の半導体装置の製造方法:
(d)前記(a)工程と前記(b)工程の間に、前記(a)工程のプラズマ処理により前記シリコン基板の主面に形成されたプラズマダメージ層をエッチングして除去する工程。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising the following steps:
(d) A step of etching and removing the plasma damage layer formed on the main surface of the silicon substrate by the plasma treatment of the step (a) between the step (a) and the step (b).
更に以下の工程を含む請求項3記載の半導体装置の製造方法:
(e)前記(c)工程の膜厚測定結果により、前記(d)工程のエッチング処理条件を制御する工程。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising the following steps:
(E) A step of controlling the etching processing conditions in the step (d) based on the film thickness measurement result in the step (c).
更に以下の工程を含む請求項2記載の半導体装置の製造方法:
(f)前記(c)工程の測定結果により、前記酸化膜の膜厚が基準値以上の時に、前記プラズマ処理の装置の処理条件を確認する、または、前記プラズマ処理の装置を停止する工程。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising the following steps:
(F) A step of confirming the processing conditions of the plasma processing apparatus or stopping the plasma processing apparatus when the thickness of the oxide film is equal to or greater than a reference value based on the measurement result of the step (c).
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