JP2007180207A - Process evaluation device, semiconductor device therewith, and evaluation method of semiconductor manufacturing process using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロセス評価用デバイス、これを備えた半導体装置およびこれを用いた半導体製造プロセスの評価方法にかかり、特に半導体製造時におけるアンテナ効果によるプラズマチャージングダメージをより適切かつ高精度に評価する方法に関するものである。 The present invention relates to a device for process evaluation, a semiconductor device including the device, and a method for evaluating a semiconductor manufacturing process using the device, and more particularly, plasma charging damage due to an antenna effect during semiconductor manufacturing is more appropriately and accurately evaluated. It is about the method.
近年、半導体集積回路装置の製造工程においては、プラズマによるエネルギーを用いて反応性を高め、処理温度の低温化をはかるとともに活性な処理を実現する方法として、様々なプラズマ処理が広く用いられている。なかでも、プラズマCVD,RIEなどのプラズマ工程は、配線層や、層間絶縁膜などの形成になくてはならないものとなっている。 In recent years, in the manufacturing process of semiconductor integrated circuit devices, various plasma treatments have been widely used as a method for increasing the reactivity by using energy from plasma, reducing the processing temperature, and realizing active processing. . Among these, plasma processes such as plasma CVD and RIE are indispensable for forming a wiring layer, an interlayer insulating film, and the like.
エリアセンサ等の撮像デバイスであるCCD(Charge Coupled Device)を含む固体撮像素子は、携帯電話やデジタルカメラなどへの適用の必要性から小型化、薄型化への要求が高まっている。
このような固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板上に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。
Solid-state imaging devices including a CCD (Charge Coupled Device), which is an imaging device such as an area sensor, are increasingly required to be reduced in size and thickness due to the necessity of application to mobile phones and digital cameras.
Such a solid-state imaging device includes, as a basic structure, a photoelectric conversion unit such as a photodiode, a charge reading unit from the photoelectric conversion unit, and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring the read charge. Have. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer channel formed on a semiconductor substrate, and are sequentially driven by a clock signal.
このような固体撮像素子においてポリシリコンなどの導体膜をパターニングして配線層を形成する工程あるいは、配線層上の絶縁膜あるいは導体膜に対して、プラズマエッチングを行う際に、この導体膜に拡散層がつながっていない場合には、その配線層にプラズマ電荷が蓄積し、この配線層がつながっている電荷転送電極下のゲート酸化膜あるいは電極間絶縁膜に電流が流れ込むようになる。この電流によりゲート破壊が生じたり、ゲート酸化膜の膜質変化により特性が変化したり、ホットキャリア寿命が劣化するなどの不具合が生ずる。このような現象は「アンテナ効果」と呼ばれるもので、このようなアンテナ効果による不具合は「アンテナダメージ」と呼ばれて、半導体製造時における深刻な問題となっている。 In such a solid-state imaging device, a conductive film such as polysilicon is patterned to form a wiring layer, or diffused into the conductive film when plasma etching is performed on an insulating film or a conductive film on the wiring layer. When the layers are not connected, plasma charges are accumulated in the wiring layer, and current flows into the gate oxide film or the interelectrode insulating film below the charge transfer electrode to which the wiring layer is connected. This current causes problems such as gate breakdown, changes in characteristics due to changes in gate oxide film quality, and deterioration of hot carrier life. Such a phenomenon is called an “antenna effect”, and a defect due to such an antenna effect is called “antenna damage”, which is a serious problem in semiconductor manufacturing.
このようなアンテナダメージは、微細化が進むにつれてより深刻な問題を引き起こすことになるが、その原因は次に示すとおりである。
すなわち、ゲート酸化膜が薄膜化してきており、従来のプロセスと比較して、ゲート酸化膜の耐圧がかなり低下しており、さらに薄膜化を進めると、アンテナダメージは悪化の方向にあると言われている。
Such antenna damage causes a more serious problem as miniaturization progresses, and the cause is as follows.
In other words, the gate oxide film is becoming thinner, and the breakdown voltage of the gate oxide film is considerably lower than that of the conventional process, and it is said that the antenna damage is worsening as the thickness is further reduced. ing.
上記のような要因により、従来問題にならなかったものが、最近の微細プロセスでは、アンテナ比が数千程度のレベルであっても、固体撮像素子のみならず一般的なLSI設計において、製造プロセス工程途中でゲート酸化膜の破壊やトランジスタの特性劣化といったアンテナダメージが発生するに至っている。従来、「アンテナ比」とは、一般に、プラズマエッチングなどのプラズマ処理工程で発生するプラズマ電荷が蓄積される導電層の面積とゲートの面積との比をいう。
以上のような理由で、従来の入出力端子への要求よりも高精度のアンテナダメージの評価および対策を行なうことが必要となってきている。
What has not been a problem in the past due to the above factors, in the recent fine process, even if the antenna ratio is about several thousand levels, not only the solid-state imaging device but also general LSI design, the manufacturing process During the process, antenna damage such as destruction of the gate oxide film and deterioration of transistor characteristics has occurred. Conventionally, “antenna ratio” generally refers to the ratio between the area of a conductive layer in which plasma charges generated in a plasma processing step such as plasma etching are accumulated and the area of a gate.
For these reasons, it has become necessary to evaluate and take countermeasures for antenna damage with higher accuracy than required for conventional input / output terminals.
従来、固体撮像素子のアンテナダメージを評価する方法としては固体撮像素子を形成したシリコン基板表面の所定の領域に、図7に示すように、評価用パターンを形成し、プラズマ工程における評価を実施している。 Conventionally, as a method for evaluating antenna damage of a solid-state image sensor, an evaluation pattern is formed in a predetermined region on the surface of a silicon substrate on which the solid-state image sensor is formed, as shown in FIG. ing.
この評価用パターンとしては、例えばシリコン基板1表面にゲート酸化膜2を介して形成される第1層アモルファスシリコン層からなる第1層電極と同一工程で形成される第1層パターン3aと、この上層に層間絶縁膜4としての酸化シリコン膜を介して一部オーバラップするように形成される第2層アモルファスシリコン層からなる第2層電極と同一工程で形成される第2層パターン3bに対し、コンタクトホールを形成しこのコンタクトホール内にコンタクトプラグ5Pを形成してアルミニウム配線などと同一工程で形成されるアンテナパターン(金属電極)5a、5bとで形成されたものを用いている。
As the evaluation pattern, for example, a
このような評価用パターンを形成した半導体基板をプラズマ処理する場合を想定する。
例えば、この評価用パターンの上層に、図8に示すように、プラズマCVD法で酸化シリコン膜6を形成する場合、このアンテナパターン5a、5b上の酸化シリコン膜中に電荷が蓄積され、これにより、このアンテナパターン5a、5b上に電荷が誘起される。
Assume that the semiconductor substrate on which such an evaluation pattern is formed is subjected to plasma processing.
For example, when the
ここで第1層電極に接続されたアンテナパターン5bに誘起される電荷Q2と第2層電極に接続されたアンテナパターン5aに誘起される電荷Q1でこれらの間の容量をCとすると、V=(Q1−Q2)/Cの電圧が第1層パターン3aと第2層パターン3bとの間の容量に係り、これがある程度より大きい場合、絶縁破壊することになる。
このことを利用して、キャパシタを構成する第1層パターン3aと第2層パターン3bのオーバラップ部分の面積と、アンテナとなるアンテナパターン5a、5bとの面積比を種々に変更したものを配置しておき、これらのキャパシタのIV特性を測定しアンテナ比との関係を調べることで製造工程内でかかっている電気的ストレスの大きさを評価するという方法がとられている。
Here, if the capacitance between the charge Q2 induced in the
Utilizing this fact, arrangements in which the area ratio of the overlap portions of the
しかしながら半導体の製造工程におけるプラズマCVD、RIEなどのプラズマ処理工程では、場合によってウェハ面内での電位分布が急峻になってしまう場合がある。この場合、電位の高いところと低いところとの間ではキャパシタを破壊してしまうことになる。つまり面内での電位の変化に起因するのでアンテナ比を変えた従来の評価パターン(Test Element Group)では評価できない場合がある。 However, in plasma processing processes such as plasma CVD and RIE in the semiconductor manufacturing process, the potential distribution in the wafer surface may become steep in some cases. In this case, the capacitor is destroyed between a place where the potential is high and a place where the potential is low. In other words, because it is caused by a change in the potential in the plane, there are cases where the conventional evaluation pattern (Test Element Group) in which the antenna ratio is changed cannot be evaluated.
たとえば、図9に示すように、金属電極(アンテナパターン)上にプラズマCVD法により酸化シリコン膜6を形成する場合、膜中に取り残される電荷が均一ではなく、場所により、むらがある場合、特に、この図のように狭い範囲に急激に電荷が変化する場合、多結晶シリコンに誘起される電荷は総電荷量になるため、第1層パターン3aと第2層パターン3bとの間の電圧としては大きくはならない。
For example, as shown in FIG. 9, when the
しかしながら、実際の固体撮像素子などのデバイスにおいては、図10に示すようなパターンが存在する領域がある。しかしながら、評価パターンとしては図9に示すような状態であるため、プラズマ分布によって電荷がアンテナパターン上で相殺されるため、検査領域である第1層パターン3aと第2層パターン3b間には過大な電圧がかからない。従って、評価パターンでは、キャパシタの破壊が生じず、警告が出ない状態であるにもかかわらず、実際のデバイスにおいては大電圧がかかっているということになる。なお、ここではアンテナパターン(金属電極)5a、5bは、第1層パターン3aと第2層パターン3bの真上になくてもよく、配線の引き回しがある場合にも電気的に接続されていれば同様の効果を奏功する。
However, in an actual device such as a solid-state imaging device, there is a region where a pattern as shown in FIG. 10 exists. However, since the evaluation pattern is in the state shown in FIG. 9, the charge is canceled out on the antenna pattern due to the plasma distribution, so that the space between the
このように、プラズマに分布がある場合に、従来の評価パターンでは、正確な評価を行うことが困難であり、歩留まり低下の原因となっていた。 As described above, when the plasma is distributed, it is difficult to perform accurate evaluation with the conventional evaluation pattern, which causes a decrease in yield.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、半導体装置の製造工程内に発生するウェハ面内での電位差に起因する電気的ストレスを正しく評価するための評価パターンを備えたプロセス評価用デバイスを提供することを目的とする。
また本発明は、上記プロセス評価用デバイスを備えた半導体装置を提供することを目的とする。
また本発明は、上記プロセス評価用デバイスを用いた半導体製造プロセスのプロセス評価方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a device for process evaluation having an evaluation pattern for correctly evaluating an electrical stress caused by a potential difference in a wafer plane generated in a manufacturing process of a semiconductor device The purpose is to provide.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device including the above-described process evaluation device.
It is another object of the present invention to provide a process evaluation method for a semiconductor manufacturing process using the process evaluation device.
そこで本発明のプロセス評価デバイスは、半導体基板上に形成され、絶縁膜をはさんで相対向する検査用領域を備えた配線層からなる複数の2端子素子と、前記2端子素子の少なくとも一方の端子に対してそれぞれコンタクトするように、前記半導体基板の所定の領域に最上層配線として設けられ、同一のアンテナ比を持つ導体パターンからなる複数のアンテナパターンとを備えている。
この構成により、電位分布に変化がある場合、同一のアンテナ比を持つ導体パターンからなる複数のアンテナパターンを配置しているため、その領域でのプラズマ分布に起因する電荷がアンテナパターンに誘起されることになり、アンテナ効果によってチャージアップされたアンテナパターンと、前記2端子素子の一方との間に電位差が生じ、この2端子素子に破壊が生じることになり、2端子素子のいずれかが破壊することになり、効率よい評価が可能となる。
Therefore, a process evaluation device according to the present invention includes a plurality of two-terminal elements formed on a semiconductor substrate, each of which includes a wiring layer having inspection regions facing each other across an insulating film, and at least one of the two-terminal elements. A plurality of antenna patterns, each of which is provided as an uppermost layer wiring in a predetermined region of the semiconductor substrate so as to be in contact with each terminal and is made of a conductor pattern having the same antenna ratio.
With this configuration, when there is a change in the potential distribution, a plurality of antenna patterns consisting of conductor patterns having the same antenna ratio are arranged, so that charges caused by the plasma distribution in that region are induced in the antenna pattern. As a result, a potential difference is generated between the antenna pattern charged up by the antenna effect and one of the two-terminal elements, and this two-terminal element is destroyed, and one of the two-terminal elements is destroyed. As a result, efficient evaluation becomes possible.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスにおいて、前記2端子素子が、前記半導体基板上に所定の間隔で複数配置されており、第1層パターンと、第1層パターンと、絶縁膜を介して前記第1層パターンと相対向する領域をもつように形成された第2層パターンとで構成され、前記アンテナパターンは、前記第1層パターンまたは第2層パターンに接続され、所定の間隔で設けられた同一面積の最上層配線として形成されたものを含む。
この構成により、アンテナパターンを同一面積の最上層配線として用いることにより、同一パターンの繰り返しにより、電位分布の変化によるチャージアップを効率よく検出することができる。
In the process evaluation device according to the present invention, a plurality of the two-terminal elements are arranged on the semiconductor substrate at a predetermined interval, and the first layer pattern, the first layer pattern, and the insulating film are interposed. The antenna pattern is connected to the first layer pattern or the second layer pattern and provided at a predetermined interval. The second layer pattern is formed to have a region opposite to the first layer pattern. And formed as the uppermost layer wiring of the same area.
With this configuration, by using the antenna pattern as the uppermost layer wiring having the same area, it is possible to efficiently detect the charge-up due to the potential distribution change by repeating the same pattern.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスにおいて、前記各2端子素子の第1層パターンは、外部接続端子に接続されており、前記各2端子素子の第2層パターンは、所定の間隔で配列されたラインパターンで構成され、前記アンテナパターンは、絶縁膜を介して前記ラインパターンに直交する方向に所定の間隔で配列され、交差部に形成されたコンタクトホールを介して対応する前記ラインパターンに接続されるように、前記ラインパターンとアンテナパターンとでマトリクス配線構造を構成したものを含む。
この構成により、簡単なマトリクス配線構造により、極めて容易かつ高精度のチャージアップによる破壊を検出することができる。
In the process evaluation device according to the present invention, the first layer pattern of each two-terminal element is connected to an external connection terminal, and the second layer pattern of each two-terminal element is arranged at a predetermined interval. The antenna pattern is arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the line pattern through an insulating film, and the corresponding line pattern is formed through a contact hole formed at an intersection. The line pattern and the antenna pattern include a matrix wiring structure so as to be connected.
With this configuration, it is possible to detect damage caused by charge-up with extremely simple and high accuracy by a simple matrix wiring structure.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスにおいて、前記第1層パターンは一体的に形成されたものを含む。 Further, the present invention includes the process evaluation device, wherein the first layer pattern is integrally formed.
この構成により、第1層パターンは基準電位に接続しておくようにすればよく、製造が容易でかつ検出も簡単となる。また第1層パターンを基準電位に接続し、アンテナ効果を生じないようにしておくことにより、アンテナパターンによるチャージアップが2端子素子の一方の電極である第2層パターンによってのみ検出されることになり、プラズマに分布があるような場合にも、効率よくチャージアップされ、チャージアップ破壊を検出することができる。 With this configuration, the first layer pattern only needs to be connected to the reference potential, and manufacturing is easy and detection is simple. Further, by connecting the first layer pattern to the reference potential so as not to cause the antenna effect, the charge up due to the antenna pattern is detected only by the second layer pattern which is one electrode of the two-terminal element. Thus, even when the plasma is distributed, the battery is efficiently charged up, and the charge-up breakdown can be detected.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスにおいて、前記アンテナパターンは複数層の導体パターンで形成され、隣接する層同士が互いにマトリックス配線構造をなすように構成されたものを含む。
この構成により、プロセスの進行に伴い、順次配線パターンを重ねていくようにすれば、常にアンテナパターンを最上層に配置することができ、なんら付加工程を要することなく、形成可能である。
Further, the present invention includes the above process evaluation device, wherein the antenna pattern is formed of a plurality of layers of conductor patterns, and adjacent layers form a matrix wiring structure.
With this configuration, if the wiring patterns are sequentially overlapped with the progress of the process, the antenna pattern can always be arranged in the uppermost layer, and can be formed without any additional process.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスにおいて、前記第1層および第2層パターンは固体撮像素子の電荷転送電極と同一工程で形成された導体パターンであり、前記絶縁膜は電極間絶縁膜であるものを含む。
この構成により、第1層と第2層とで電荷転送電極を構成する、固体撮像素子のプロセス評価を行うことができる。
In the process evaluation device, the first layer and the second layer pattern may be a conductor pattern formed in the same process as the charge transfer electrode of the solid-state imaging device, and the insulating film may be an interelectrode insulating film. Including some.
With this configuration, it is possible to perform process evaluation of a solid-state imaging device in which the first layer and the second layer form the charge transfer electrode.
上記プロセス評価用デバイスを搭載した半導体基板を用いることにより、プロセスごとにアンテナ効果によるチャージアップによる破壊を検出することができる。 By using the semiconductor substrate on which the device for process evaluation is mounted, it is possible to detect breakdown due to charge-up due to the antenna effect for each process.
また、本発明は、プロセス評価用のマスクパターンを利用し、同一工程を使用して、半導体基板上に、絶縁膜をはさんで相対向する検査用領域を備えた配線層からなる複数の2端子素子と、前記2端子素子に対してそれぞれコンタクトするように、前記半導体基板の所定の領域に最上層配線として設けられ、同一のアンテナ比を持つ複数の導体パターンからなるアンテナパターンとを備えたプロセス評価デバイスを形成する工程と、前記プロセス評価デバイスに対し、プロセス処理を行い、各プロセス処理において、アンテナ効果により、前記2端子素子が破壊したとき、プラズマチャージによる不良であると判断する工程を含む。
この構成により、同一のアンテナ比を持つ複数の導体パターンからなるアンテナパターンを備えているため、プラズマチャージによるチャージアップをより高精度に検出することが可能となる。
Further, the present invention uses a mask pattern for process evaluation, and uses a same process to form a plurality of wiring layers each comprising a wiring layer having inspection areas facing each other across an insulating film on a semiconductor substrate. A terminal element and an antenna pattern formed of a plurality of conductor patterns having the same antenna ratio provided as a top layer wiring in a predetermined region of the semiconductor substrate so as to make contact with each of the two terminal elements Forming a process evaluation device; and performing a process on the process evaluation device, and determining, in each process process, that the two-terminal element is destroyed due to an antenna effect and is defective due to plasma charge. Including.
With this configuration, since the antenna pattern including a plurality of conductor patterns having the same antenna ratio is provided, charge-up due to plasma charge can be detected with higher accuracy.
また、本発明は、上記プロセス評価デバイスを用いた半導体装置の製造方法において、前記プロセス評価デバイスを形成する工程は、半導体基板上の少なくとも一部に、第1層パターンを形成して、外部接続端子に接続する工程と、所定の間隔で配列されたラインパターンを形成して、前記各2端子素子の第2層パターンを形成する工程と、絶縁膜を介して前記ラインパターンに直交する方向に所定の間隔で配列するとともに、交差部に形成されたコンタクトホールを介して対応する前記ラインパターンに接続されるようにアンテナパターンを形成する工程とを含み、前記ラインパターンとアンテナパターンとでマトリクス配線構造を構成したプロセス評価領域を備えたプロセス評価デバイスを形成する工程であるものを含む。
この構成により、極めて簡単なパターンの繰り返しで、電位分布が効率よく検出でき、チャージアップによる破壊を検出することができる。望ましくは、第1層パターンを共通接続し、たとえば接地電位に接続するようにすれば、第2層電極パターンによるチャージアップのみを検出することができ、高精度の検出が可能となる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device using the process evaluation device, the step of forming the process evaluation device includes forming a first layer pattern on at least a part of the semiconductor substrate and externally connecting the process evaluation device. A step of connecting to a terminal, a step of forming a line pattern arranged at a predetermined interval to form a second layer pattern of each of the two-terminal elements, and a direction orthogonal to the line pattern via an insulating film Forming an antenna pattern so as to be connected to the corresponding line pattern via a contact hole formed at a crossing portion, and arranging the antenna pattern so as to be matrix wiring with the line pattern and the antenna pattern It includes what is a process of forming a process evaluation device having a process evaluation region constituting the structure.
With this configuration, the potential distribution can be efficiently detected by repeating a very simple pattern, and breakdown due to charge-up can be detected. Desirably, if the first layer patterns are connected in common, for example, connected to the ground potential, only the charge-up by the second layer electrode pattern can be detected, and highly accurate detection is possible.
また、本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記プロセス評価デバイスを用い、前記プロセス評価領域に前記半導体装置の製造工程と同様のプロセスをおこないつつ半導体装置を形成する工程を含み、前記2端子素子の破壊が生じたとき、不良であると判断する工程を含むものを含む。
この構成により、絶縁破壊を検出することにより、プロセス評価を効率よく実現することができる。
Furthermore, the present invention includes the above-described method for manufacturing a semiconductor device, including a step of forming a semiconductor device while performing the same process as the manufacturing process of the semiconductor device in the process evaluation region using the process evaluation device. This includes a step of determining that the terminal element is defective when the terminal element is broken.
With this configuration, process evaluation can be efficiently realized by detecting dielectric breakdown.
また、本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記半導体装置を形成する工程が、層間絶縁膜を形成する工程と、配線パターンを形成する工程を含み、最近接の下層のアンテナパターンに対して互いにひとつの領域でコンタクトするように前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記アンテナパターンに直交する方向にラインパターンを形成する工程を含む。
この構成により、最上層のアンテナにチャージされた電荷が第2層パターンにまで伝播することにより、2端子素子の電極まで伝達されることになるため、順次積層されていくことにより、最上層のアンテナパターンのチャージアップ電荷による電位変化が2端子素子を破壊することになるため、プロセスの進行にともない、順次コンタクトホールとラインパターンを付加していくことにより、効率よくチャージアップを検出することができる。
According to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, the step of forming the semiconductor device includes a step of forming an interlayer insulating film and a step of forming a wiring pattern. Forming a contact hole in the interlayer insulating film so as to be in contact with each other in one region, and forming a line pattern in a direction orthogonal to the antenna pattern.
With this configuration, the electric charge charged in the antenna on the uppermost layer is transmitted to the electrode of the two-terminal element by propagating to the second layer pattern. Since the change in potential due to the charge-up charge of the antenna pattern destroys the two-terminal element, it is possible to detect the charge-up efficiently by adding contact holes and line patterns sequentially as the process proceeds. it can.
ここでデバイスとしては、固体撮像素子、トランジスタ、不揮発性メモリなど、種々のデバイスに適用可能である。たとえば、トランジスタのゲート絶縁膜がプラズマチャージングダメージを受けると、前記ゲートの配線としての抵抗値が変動する。これは前記プラズマチャージングダメージを受けたデバイス自身、及びゲート部分に接続されるデバイス動作に影響を与える。このような微細な変化に対してもアンテナ比を大きく取るようなパターン配置をすることにより、検出可能となる。 Here, the device can be applied to various devices such as a solid-state imaging device, a transistor, and a nonvolatile memory. For example, when the gate insulating film of a transistor is subjected to plasma charging damage, the resistance value as the gate wiring varies. This affects the operation of the device itself connected to the plasma charging damage and the device connected to the gate portion. Even such a minute change can be detected by arranging the pattern so as to increase the antenna ratio.
加えて、デバイス種・リーク電流・スイッチング速度・抵抗値の一部・または全体を考慮して、劣化が一定の範囲を超えた状態をデバイス破壊とみなして評価結果を出力できるようにアンテナ比を決定しておくことが好ましい。これはアンテナチェックにおけるエラーであるか否かの区別をより高精度に求めることができる。 In addition, considering the device type, leakage current, switching speed, and part or all of the resistance value, the antenna ratio should be set so that the evaluation result can be output when the degradation exceeds a certain range as device destruction. It is preferable to decide. This makes it possible to more accurately determine whether or not this is an error in the antenna check.
本発明によれば、工程内で発生するウェハ面内の電位差による素子の破壊を高効率で評価することが可能となり、従来に比べ効率的かつ高品質の半導体装置の形成を可能にする。
また、導体パターンの形成工程ごとにアンテナパターンとなる導体パターンを追加していくことにより、プラズマに分布があるような場合にも常にアンテナ破壊を高精度に検出することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to evaluate destruction of an element due to a potential difference in a wafer surface generated in a process with high efficiency, and it is possible to form a semiconductor device with higher efficiency and higher quality than in the past.
Further, by adding a conductor pattern to be an antenna pattern for each conductor pattern forming process, it is possible to always detect antenna destruction with high accuracy even when the plasma is distributed.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るプラズマチャージングダメージの評価方法を示す概要図を図1乃至3に示す。図1は本発明の実施の形態のプロセス評価用デバイスを示す断面図、図2は上面図、図3はこのプロセス評価用デバイスを備えた半導体装置としての半導体ウェハの概要図である。本実施の形態では図3に示すように、1ショットごとに1個のプロセス評価用デバイス10Rを形成している。ここでは1ショットごとに1つのプロセス評価用デバイスを形成しているが、半導体ウェハ1枚に1つのプロセス評価用デバイスを形成してもよい。
Embodiments of the present invention will be described below.
1 to 3 are schematic diagrams showing a method for evaluating plasma charging damage according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process evaluation device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view, and FIG. 3 is a schematic view of a semiconductor wafer as a semiconductor device provided with this process evaluation device. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, one
図1に示すように、本実施の形態にかかるプロセス評価用デバイスを備えた半導体装置は、プロセス評価用デバイスが、シリコン基板1上にゲート酸化膜2を介して、アンテナパターンをもつ2端子素子として形成されている。このプロセス評価用デバイスは、2端子素子の外部接続端子5aに接続され所定の間隔で配列されラインパターンからなる第1層パターン3aと、この第1層パターン3aに対して酸化シリコン膜からなる絶縁膜4を介して相対向して同一面積の領域をもつように所定の間隔で配列されたラインパターンからなる、第2層パターン3bとで構成され、1列に配列された2端子素子としてのキャパシタと、これらキャパシタの第2層パターン3bに接続されたアンテナパターン5bが絶縁膜4を介して前記ラインパターンに直交する方向に所定の間隔で配列され、交差部に形成されたコンタクトホールに形成されたプラグ5Pを介して対応するラインパターン(第2層パターン3b)に接続されるように、前記ラインパターンとアンテナパターン5bとでマトリクス配線構造を構成したことを特徴とする。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device provided with the process evaluation device according to the present embodiment has a two-terminal element in which the process evaluation device has an antenna pattern on a
ここで、第1層パターン3aは一体的に形成されるようにしてもよいし、外部接続端子で接地電位に接続するようにしてもよい。
Here, the
上記構成によれば、第1層パターンは基準電位としての接地電位に接続し、アンテナ効果を生じないようにしておくことにより、アンテナパターンによるチャージ電荷が2端子素子の一方の電極である第2層パターンにのみ蓄積されることになり、プラズマに分布があるような場合にも、電荷が効率よく第2層パターンにチャージアップされ、チャージ破壊を検出することができる。 According to the above configuration, the first layer pattern is connected to the ground potential as the reference potential so that the antenna effect does not occur, so that the charge charge due to the antenna pattern is the one electrode of the two-terminal element. Even when the plasma is distributed only in the layer pattern and the plasma is distributed, the charge is efficiently charged up to the second layer pattern, and the charge breakdown can be detected.
次にこのプロセス評価用デバイスを用いて半導体製造プロセスを評価する方法について説明する。
まず、図3に示したように、マスクの一部を変更して、図3に示すようにショット毎にプロセス評価用デバイスを形成する。
Next, a method for evaluating a semiconductor manufacturing process using this process evaluation device will be described.
First, as shown in FIG. 3, a part of the mask is changed to form a process evaluation device for each shot as shown in FIG.
たとえば、固体撮像素子基板を形成する工程の場合は第1層電極パターンの形成と同時に第1層パターン3aを形成する。
そして、この第1層電極パターンの回りに形成する酸化シリコン膜4の形成工程で検査領域となるキャパシタを形成するようにキャパシタ絶縁膜(4)を形成するとともに、第2層電極パターンの形成工程で同時に第2層パターン3bを形成する。
For example, in the process of forming the solid-state imaging device substrate, the
Then, a capacitor insulating film (4) is formed so as to form a capacitor serving as an inspection region in the step of forming the
そしてさらに層間絶縁膜に形成されたコンタクトにプラグ5Pを形成し所望のアンテナ比をもつように所望の間隔で形成されたラインパターン5b(ラインアンドスペースパターン)を形成する。
Further, plugs 5P are formed on the contacts formed in the interlayer insulating film, and
この状態で、この上層にプラズマCVD法により酸化シリコン膜を形成する。
そしてパッドにプローブを当ててキャパシタのI−V特性を評価する。キャパシタの絶縁膜が破壊されている場合は図4に曲線aにIV特性を示すように示すように、通常よりも低い電圧で電流が流れてしまう。このとき、プラズマCVD工程においてチャージアップが生じ、キャパシタが破壊していると判断し、工程改善の警告を発し、工程を調整する。
これに対し、キャパシタが破壊していないときは図4に曲線bに示すように変化する。
In this state, a silicon oxide film is formed on the upper layer by plasma CVD.
A probe is applied to the pad to evaluate the IV characteristics of the capacitor. When the insulating film of the capacitor is broken, current flows at a voltage lower than usual, as shown by the curve a in FIG. At this time, it is determined that a charge-up has occurred in the plasma CVD process and the capacitor is destroyed, a process improvement warning is issued, and the process is adjusted.
On the other hand, when the capacitor is not broken, it changes as shown by a curve b in FIG.
本発明によれば、アンテナパターンが複数のラインパターンで構成されているため、プラズマに分布がある場合にも、それぞれのアンテナパターンに電荷が誘起されることになり、高精度の検出が可能となる。
したがって、実際にはアンテナ端に電位差が生じ、絶縁破壊が生じている場合に、プラズマ分布によってテストパターンに電位差が生じず、破壊が検出されないというような問題を回避することが可能となる。
According to the present invention, since the antenna pattern is composed of a plurality of line patterns, even when there is a distribution in plasma, charges are induced in each antenna pattern, and high-precision detection is possible. Become.
Therefore, when a potential difference is actually generated at the antenna end and a dielectric breakdown occurs, it is possible to avoid such a problem that a potential difference does not occur in the test pattern due to the plasma distribution and the breakdown is not detected.
なお前記実施の形態では、検査領域をキャパシタで構成したが、キャパシタに限定されることなく、MOSデバイスであってもよい。 In the above-described embodiment, the inspection region is constituted by a capacitor. However, the inspection region is not limited to the capacitor, and may be a MOS device.
(また第1層パターンは一括して一定電位に接続したがそれぞれ別に所定の電圧を付与しても良い。また第1層パターンについても所望のアンテナ比をもつアンテナパターンを接続するようにしてもよい。) (Although the first layer patterns are collectively connected to a constant potential, a predetermined voltage may be applied to each. The first layer pattern may be connected to an antenna pattern having a desired antenna ratio. Good.)
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。
前記実施の形態1では、第1層パターンは個別パターンで形成したが、図5に示すように一体形成された第1層パターン3gを用いても良い。他は前記実施の形態1と同様であるが、一体化パターンであるため電位も一定であり、安定した基準電位を得ることができることから、確実な評価が可能となる。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the first layer pattern is formed as an individual pattern. However, as shown in FIG. 5, an integrally formed
(実施の形態3)
次に本発明の実施の形態3について説明する。
デバイスの製造工程において、順次多層配線を形成していくような場合には、前記実施の形態1に加えて、導体層の形成工程毎に、最近接の下層と直交するラインパターンを配列し、互いに1箇所で接続したマトリックス配線構造を形成することにより、より確実に工程ごとの評価を実現することが可能となる。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the case of sequentially forming multilayer wiring in the device manufacturing process, in addition to the first embodiment, a line pattern orthogonal to the nearest lower layer is arranged for each conductor layer forming process, By forming a matrix wiring structure connected to each other at one place, it becomes possible to more reliably realize evaluation for each process.
たとえば、固体撮像素子の製造工程において、図6に示すように第1層電極と同一工程で第1層パターン3a、第2層電極と同一工程で第2層パターンを形成する。そして、タングステン遮光膜のパターニング工程においてアンテナパターン5bを形成する。さらにこのアンテナパターン5bに直交するように、アルミニウム配線の形成工程でアルミニウム層からなる上層アンテナパターン7bを形成する。7pはプラグである。
For example, in the manufacturing process of the solid-state imaging device, as shown in FIG. 6, the
そして、この上層にプラズマCVD法により層間絶縁膜を形成した後、第1層パターンに接続された外部接続端子と、アルミニウム層からなる上層アンテナパターン7bとの間のIV特性を測定する。
And after forming an interlayer insulation film in this upper layer by plasma CVD method, the IV characteristic between the external connection terminal connected to the 1st layer pattern and the upper
この結果、図4に示した曲線aを持つ場合、検査領域として第1層パターンと第2層パターンではさまれた絶縁膜は破壊していると判断する。
これはアンテナ効果により、上層アンテナパターン7bにたまった電荷が、アンテナパターン5bを介して第2層パターンに伝達され、第1層パターンと第2層パターンとの間で高電圧がかかり、破壊が生じることになる。
このようにして順次、実際のプロセスと同一プロセスでマスクパターンを追加することによって、プロセス評価を実現することが可能となる。
As a result, when the curve a shown in FIG. 4 is provided, it is determined that the insulating film sandwiched between the first layer pattern and the second layer pattern as an inspection region is broken.
Due to the antenna effect, charges accumulated in the upper
In this way, the process evaluation can be realized by sequentially adding the mask pattern in the same process as the actual process.
本発明のプロセス評価用デバイスを用いることにより、極めて簡単な構造で、プラズマ分布が生じている場合にも、信頼性のプロセス評価を行うことができることから、プロセス評価用デバイスを搭載した評価用ウェハとして、あるいは実際の半導体ウェハ面内の所望の領域にチップ毎、1ショット毎など適宜形成したものを試用し、プロセスの中で効率よく不良プロセスを検出することができる。 By using the process evaluation device of the present invention, it is possible to perform a reliable process evaluation even when a plasma distribution is generated with an extremely simple structure. Therefore, an evaluation wafer equipped with a process evaluation device is provided. Alternatively, a defective process can be efficiently detected in a process by using a chip formed appropriately in a desired region in the surface of an actual semiconductor wafer for each chip or shot.
1 半導体基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1層パターン
3b 第2層パターン
5b アンテナパターン
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記2端子素子の少なくとも一方の端子に対してそれぞれコンタクトするように、前記半導体基板の所定の領域に最上層配線として設けられた導体パターンからなり、同一面積比をもつ複数のアンテナパターンとを備えたプロセス評価デバイス。 A plurality of two-terminal elements formed on a semiconductor substrate and made of a wiring layer having inspection areas facing each other across an insulating film;
A plurality of antenna patterns having the same area ratio, each of which comprises a conductor pattern provided as a top layer wiring in a predetermined region of the semiconductor substrate so as to contact at least one terminal of the two-terminal element; Process evaluation device.
前記2端子素子は、前記半導体基板上に所定の間隔で複数配置されており、第1層パターンと、絶縁膜を介して前記第1層パターンと相対向する領域をもつように形成された第2層パターンとで構成され、
前記アンテナパターンが、前記第1層パターンまたは第2層パターンに接続され、所定の間隔で設けられた同一面積の最上層配線として形成されたプロセス評価デバイス。 A process evaluation device according to claim 1, comprising:
A plurality of the two-terminal elements are arranged on the semiconductor substrate at a predetermined interval, and are formed to have a first layer pattern and a region opposite to the first layer pattern with an insulating film interposed therebetween. It consists of a two-layer pattern,
A process evaluation device in which the antenna pattern is connected to the first layer pattern or the second layer pattern and formed as an uppermost layer wiring of the same area provided at a predetermined interval.
前記各2端子素子の第1層パターンは、外部接続端子に接続されており、
前記各2端子素子の第2層パターンは、所定の間隔で配列されたラインパターンで構成され、
前記アンテナパターンは、絶縁膜を介して前記ラインパターンに直交する方向に所定の間隔で配列され、交差部に形成されたコンタクトホールを介して対応する前記ラインパターンに接続されるように、
前記ラインパターンとアンテナパターンとでマトリクス配線構造を構成したプロセス評価デバイス。 A process evaluation device according to claim 2, comprising:
The first layer pattern of each of the two terminal elements is connected to an external connection terminal,
The second layer pattern of each of the two terminal elements is composed of a line pattern arranged at a predetermined interval,
The antenna pattern is arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the line pattern via an insulating film, and is connected to the corresponding line pattern via a contact hole formed at an intersection.
A process evaluation device in which a matrix wiring structure is constituted by the line pattern and the antenna pattern.
前記第1層パターンは一体的に形成されたプロセス評価デバイス。 A process evaluation device according to claim 3, comprising:
A process evaluation device in which the first layer pattern is integrally formed.
前記アンテナパターンは複数層の導体パターンで形成され、隣接する層同士が互いにマトリックス配線構造をなすように構成されたプロセス評価デバイス。 A process evaluation device according to any one of claims 2 to 4,
The process evaluation device, wherein the antenna pattern is formed of a plurality of conductor patterns, and adjacent layers form a matrix wiring structure.
前記第1層および第2層パターンは固体撮像素子の電荷転送電極と同一工程で形成された導体パターンであり、前記絶縁膜は電極間絶縁膜であるプロセス評価デバイス。 A process evaluation device according to any one of claims 2 to 6,
The process evaluation device, wherein the first layer pattern and the second layer pattern are conductor patterns formed in the same process as the charge transfer electrode of the solid-state imaging device, and the insulating film is an interelectrode insulating film.
半導体基板上に、絶縁膜をはさんで相対向する検査用領域を備えた配線層からなる複数の2端子素子と、
前記2端子素子に対してそれぞれコンタクトするように、前記半導体基板の所定の領域に最上層配線として設けられ、同一のアンテナ比を持つ複数の導体パターンからなるアンテナパターンとを備えたプロセス評価デバイスを形成する工程と、
前記プロセス評価デバイスに対し、プロセス処理を行い、各プロセス処理において、アンテナ効果により、前記2端子素子が破壊したとき、プラズマチャージによる不良であると判断する工程を含む半導体製造プロセスの評価方法。 In the manufacturing process of a semiconductor device, using a mask pattern for process evaluation, using the same process,
A plurality of two-terminal elements each comprising a wiring layer having inspection areas facing each other across an insulating film on a semiconductor substrate;
A process evaluation device provided as an uppermost layer wiring in a predetermined region of the semiconductor substrate so as to contact each of the two-terminal elements, and an antenna pattern comprising a plurality of conductor patterns having the same antenna ratio Forming, and
A method for evaluating a semiconductor manufacturing process, comprising: performing a process on the process evaluation device, and determining, in each process, that the two-terminal element is damaged due to an antenna effect and is defective due to plasma charge.
前記プロセス評価デバイスを形成する工程は、
半導体基板上の少なくとも一部に、第1層パターンを形成して、外部接続端子に接続する工程と、
所定の間隔で配列されたラインパターンを形成して、前記各2端子素子の第2層パターンを形成する工程と、
絶縁膜を介して前記ラインパターンに直交する方向に所定の間隔で配列するとともに、交差部に形成されたコンタクトホールを介して対応する前記ラインパターンに接続されるようにアンテナパターンを形成する工程とを含み、
前記ラインパターンとアンテナパターンとでマトリクス配線構造を構成したプロセス評価領域を備えたプロセス評価デバイスを形成する工程である半導体製造プロセスの評価方法。 A method for evaluating a semiconductor manufacturing process according to claim 8,
Forming the process evaluation device comprises:
Forming a first layer pattern on at least a portion of the semiconductor substrate and connecting the external connection terminals;
Forming a line pattern arranged at a predetermined interval to form a second layer pattern of each of the two terminal elements;
Forming an antenna pattern so as to be connected to the corresponding line pattern via a contact hole formed at an intersection while being arranged at a predetermined interval in a direction orthogonal to the line pattern via an insulating film; Including
An evaluation method of a semiconductor manufacturing process, which is a step of forming a process evaluation device having a process evaluation region in which a matrix wiring structure is configured by the line pattern and the antenna pattern.
前記プロセス評価デバイスを用い、前記プロセス評価領域に前記半導体装置の製造工程と同様のプロセスをおこないつつ半導体装置を形成する工程を含み、
前記2端子素子の破壊が生じたとき、不良であると判断する工程を含む半導体製造プロセスの評価方法。 A method for evaluating a semiconductor manufacturing process according to claim 9,
Using the process evaluation device, including forming a semiconductor device while performing a process similar to the manufacturing process of the semiconductor device in the process evaluation region;
A method for evaluating a semiconductor manufacturing process, comprising a step of determining that a failure occurs when the two-terminal element is broken.
前記半導体装置を形成する工程が、層間絶縁膜を形成する工程と、配線パターンを形成する工程を含み、際近接の下層のアンテナパターンに対して互いにひとつの領域でコンタクトするように前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記アンテナパターンに直交する方向にラインパターンを形成する工程を含む半導体製造プロセスの評価方法。 A method for evaluating a semiconductor manufacturing process according to claim 10,
The step of forming the semiconductor device includes a step of forming an interlayer insulating film and a step of forming a wiring pattern, and the interlayer insulating film is in contact with one another in close proximity to the lower antenna pattern. A method for evaluating a semiconductor manufacturing process, comprising: a step of forming a contact hole in the semiconductor substrate;
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