JP2008147402A - Monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体プロセスに係るイオン注入工程のモニタリングに関するものである。 The present invention relates to monitoring of an ion implantation process related to a semiconductor process.
半導体装置の微細化に伴い、現在のＭＯＳトランジスタにおいては、微細化されることで高電界状態となったチャネル内で生成されるホットキャリアのゲート酸化膜内への注入による特性劣化を防止すべく、ＭＯＳトランジスタのドレイン近傍での電界を緩和するＬＤＤ（Lightly Doped Drain：低濃度ドレイン）構造が広く用いられている。このＬＤＤ構造を形成する際には、ゲート電極をマスクとして当該ゲート電極の下部領域に不純物拡散領域が入り込むように斜め方向からイオン注入を行う（以下、「角度注入」と称する）ことは広く知られている（例えば、特許文献１参照）。 Along with the miniaturization of semiconductor devices, current MOS transistors should be prevented from deterioration of characteristics due to injection of hot carriers generated in a channel that has become a high electric field state due to miniaturization into the gate oxide film. An LDD (Lightly Doped Drain) structure that relaxes the electric field in the vicinity of the drain of the MOS transistor is widely used. When forming this LDD structure, it is widely known that ion implantation is performed from an oblique direction (hereinafter referred to as “angle implantation”) using the gate electrode as a mask so that the impurity diffusion region enters the lower region of the gate electrode. (For example, refer to Patent Document 1).
一方、前記角度注入を行う場合には、同一のイオン注入エネルギの下でイオン注入を行ったとしても、イオン注入角度によって実際に注入される不純物の量に変化が生じ、これによって半導体装置の動作特性に影響を及ぼす可能性がある。従って、イオン注入工程において、このイオン注入角度をモニタリングすることで、万一イオン注入角度に設定された角度からズレが生じていたような場合であっても直ちにその旨を認識でき、不良製品の製造割合を減少させることができる。 On the other hand, when the angle implantation is performed, even if the ion implantation is performed under the same ion implantation energy, the amount of impurities actually implanted varies depending on the ion implantation angle, which causes the operation of the semiconductor device. May affect properties. Therefore, by monitoring this ion implantation angle in the ion implantation process, even if there is a deviation from the angle set in the ion implantation angle, it can be recognized immediately, The production rate can be reduced.
下記特許文献２には、イオン注入角度のモニタリング方法の一例が記載されている。図８は、特許文献２に記載されたモニタリング方法を説明するための半導体装置の概略構造図である。図８に示される半導体装置９０は、半導体基板９１に形成されたフィールド酸化膜９２上にイオン注入のモニタリングのための抵抗層ＲＥ１及びＲＥ２を備えている。この内、第１の抵抗層ＲＥ１はポリシリコンからなる導電層９３からなり、第２の抵抗層ＲＥ２はポリシリコンからなる導電層９４とその上に形成されたシリコン酸化膜等で構成されるイオン注入阻止層９５からなる。 Patent Document 2 below describes an example of a method for monitoring an ion implantation angle. FIG. 8 is a schematic structural diagram of a semiconductor device for explaining the monitoring method described in Patent Document 2. In FIG. A semiconductor device 90 shown in FIG. 8 includes resistance layers RE 1 and RE 2 for monitoring ion implantation on a field oxide film 92 formed on a semiconductor substrate 91. Of these, the first resistance layer RE1 is made of a conductive layer 93 made of polysilicon, and the second resistance layer RE2 is an ion made up of a conductive layer 94 made of polysilicon and a silicon oxide film formed thereon. It consists of an injection blocking layer 95.
図８のように構成される半導体装置９０に対してイオンが注入された場合、イオン注入阻止層９５を有しない第１の抵抗層ＲＥ１と、イオン注入阻止層９５を有する第２の抵抗層ＲＥ２との間ではイオン注入による導電層のシート抵抗の変化の様子が異なる。例えば、イオン注入角が標準の注入角より抵抗層の表面に対して直角方向に近づけば、第１の抵抗層ＲＥ１の導電層のシート抵抗は標準の注入角の場合より減少し、第２の抵抗層ＲＥ２の導電層のシート抵抗も減少する。一方、標準の注入角より抵抗層の表面に対して浅い角度でイオン注入が行われれば、第１の抵抗層ＲＥ１の導電層のシート抵抗は標準の注入角の場合より増加するが、第２の抵抗層ＲＥ２の導電層のシート抵抗は変化しない。このようにイオン注入工程の前後間に係る各抵抗層の導電層のシート抵抗の変化の様子をモニタリングすることで、イオン注入角度のモニタリングを行うことができる。 When ions are implanted into the semiconductor device 90 configured as shown in FIG. 8, the first resistance layer RE1 that does not include the ion implantation blocking layer 95 and the second resistance layer RE2 that includes the ion implantation blocking layer 95. And the state of change in sheet resistance of the conductive layer by ion implantation is different. For example, when the ion implantation angle is closer to the direction perpendicular to the surface of the resistance layer than the standard implantation angle, the sheet resistance of the conductive layer of the first resistance layer RE1 is reduced as compared with the standard implantation angle, and the second The sheet resistance of the conductive layer of the resistance layer RE2 is also reduced. On the other hand, if the ion implantation is performed at a shallower angle than the standard implantation angle with respect to the surface of the resistance layer, the sheet resistance of the conductive layer of the first resistance layer RE1 increases as compared with the standard implantation angle. The sheet resistance of the conductive layer of the resistance layer RE2 does not change. Thus, the ion implantation angle can be monitored by monitoring the state of change in the sheet resistance of the conductive layer of each resistance layer before and after the ion implantation step.
上記特許文献２に記載された方法によれば、イオン注入角度のモニタリングを行うことができるため、イオン注入角度が設定された角度から逸脱している場合であってもその旨を認識すると共に、改めてイオン注入角度を設定し直すことによって不良製品の製造割合を減少させることができる。 According to the method described in Patent Document 2, since the ion implantation angle can be monitored, even when the ion implantation angle deviates from the set angle, the fact is recognized, The production rate of defective products can be reduced by resetting the ion implantation angle.
しかしながら、上記特許文献２に記載された方法によれば、イオン注入工程の前段階で、イオン注入阻止層を伴わない第１の抵抗層ＲＥ１と、イオン注入阻止層１５を有する第２の抵抗層ＲＥ２とを形成する必要があり、更には、イオン注入後に各抵抗層のシート抵抗を測定するためのパターンを形成する必要がある。特に、イオン注入後、モニタリングを行うために必要な測定結果（シート抵抗値）を得るまでにある程度の時間を要するため、万一イオン注入角度が設定角度からズレが生じていた場合であっても、そのことを即座に認識することができず、ある程度の不良製品の製造を回避できない。 However, according to the method described in Patent Document 2, the first resistance layer RE1 without the ion implantation blocking layer and the second resistance layer having the ion implantation blocking layer 15 are provided in the previous stage of the ion implantation process. It is necessary to form RE2, and further, it is necessary to form a pattern for measuring the sheet resistance of each resistance layer after ion implantation. In particular, since it takes a certain amount of time to obtain the measurement result (sheet resistance value) necessary for monitoring after ion implantation, even if the ion implantation angle deviates from the set angle. This cannot be recognized immediately, and the production of defective products to some extent cannot be avoided.
本発明は、上記の問題点に鑑み、短時間のモニタリングによってイオン注入工程の異常状態を認識することが可能なイオン注入工程のモニタリング方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a monitoring method of an ion implantation process capable of recognizing an abnormal state of the ion implantation process by short-time monitoring.
上記目的を達成するための本発明に係るモニタリング方法は、半導体プロセスに係るイオン注入工程のモニタリング方法であって、同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を前記ライン間隔を異ならせて複数パターン有するウェハに対し、前記テストパターンを注入マスクとしてイオン注入角度、注入イオン種、及びイオン注入エネルギで定められる同一注入条件の下でイオン注入を行った後、前記テスト領域内に係るイオン注入量に起因して値を変化させる所定の物理量を測定し、前記ライン間隔が同一である異なる時間に処理された複数の前記ウェハ間に係る前記テスト領域内の前記物理量の比較を各ライン間隔毎に行い、当該比較結果に基づいて前記イオン注入工程の評価を行うことを第１の特徴とする。 A monitoring method according to the present invention for achieving the above object is a monitoring method of an ion implantation process according to a semiconductor process, wherein a plurality of lines extending with the same line width in the same extending direction are arranged at a predetermined line interval. The test pattern is implanted into a wafer having a plurality of test areas in which a test pattern having a predetermined height in a line & space shape is formed on the surface of the ion implantation area with different line intervals. After performing ion implantation under the same implantation conditions determined by the ion implantation angle, implantation ion species, and ion implantation energy, a predetermined physical quantity whose value is changed due to the amount of ion implantation in the test region is Before measuring in the test area between a plurality of the wafers measured and processed at different times with the same line spacing Compares the physical quantity for each line interval, and the first, characterized in that the evaluation of the ion implantation process on the basis of the comparison result.
同一高さのテストパターンが形成されている場合、同一角度からイオン注入が行われると、ライン間隔が広いほどパターンとパターンとに挟まれた一ラインに対するイオン注入領域が広がるためイオン注入量は多く、逆にライン間隔が狭いほどイオン注入領域が狭いためイオン注入量は少ない。又、イオン注入角度が変化した場合、イオン注入角度の相違に起因した注入イオン量の差は、同一のテストパターン間においてはライン間隔の大きさに拘らず同一量となる。 When test patterns of the same height are formed, if ion implantation is performed from the same angle, the larger the line interval, the larger the ion implantation area for one line sandwiched between the pattern and the pattern, and the larger the amount of ion implantation. On the contrary, the smaller the line interval, the smaller the ion implantation region, and the smaller the ion implantation amount. Further, when the ion implantation angle changes, the difference in the amount of implanted ions due to the difference in the ion implantation angle becomes the same regardless of the line interval between the same test patterns.
即ち、イオン注入角度が変化した場合、ライン間隔が大きいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が小さいため、当該物理量の値の変化量も小さい。一方、ライン間隔が小さいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が大きいため、物理量の値の変化量も大きくなる。そして、このイオン注入角度の変化は、同一のウェハ上に形成された全てのテスト領域に対して一律でイオン注入量の変化を生じさせるため、各テスト領域間においてこの物理量の値は略相似的な変移を示す。 That is, when the ion implantation angle changes, in a test pattern with a large line interval, the difference between the amount of ions implanted at the angle before the change and the amount of ions implanted at the angle after the change is small. The amount of change in the physical quantity is also small. On the other hand, in a test pattern with a small line interval, the difference between the amount of ions implanted at the angle before the change and the amount of ions implanted at the angle after the change is large, so the amount of change in the physical quantity value also increases. . This change in the ion implantation angle causes a uniform change in the amount of ion implantation for all the test areas formed on the same wafer. Therefore, the value of the physical quantity between the test areas is substantially similar. Showing a significant transition.
従って、本発明に係るモニタリング方法の上記第１の特徴によれば、同一のライン間隔で形成されたテスト領域において測定された前記物理量の変化の推移を各ライン間隔毎にモニタリングすると共に、一のライン間隔において許容範囲を超える程度の物理量の変化が生じていた場合には、同時刻の他のライン間隔における物理量の変化度合いについても比較を行い、ライン間隔と変化度合いとの関連性を検証することで、前記物理量の変化がイオン注入角度のバラツキに起因したものであるか、他の要因によるものであるかを判断し、この判断結果に基づいて対処を採ることで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを防止し、不良製品の発生を極力回避することができる。特にイオン注入工程においては、注入直後のウェハ表面を視覚的に観察しただけでは異常状態を発見するのが比較的困難であるため、本発明の方法によって迅速に異常状態の検知が可能になることで、不良製品の製造数を大きく減少させる効果が期待できる。 Therefore, according to the first feature of the monitoring method of the present invention, the change in the physical quantity measured in the test area formed at the same line interval is monitored for each line interval, and If a change in physical quantity exceeding the allowable range has occurred in the line interval, the degree of change in physical quantity in other line intervals at the same time is also compared, and the relationship between the line interval and the change degree is verified. Therefore, it is determined whether the change in the physical quantity is due to variations in the ion implantation angle or due to other factors. Therefore, it is possible to prevent the ion quantity deviating from the intended design condition from being implanted and to avoid the generation of defective products as much as possible. In particular, in the ion implantation process, it is relatively difficult to find an abnormal state only by visually observing the wafer surface immediately after the implantation. Therefore, the abnormal state can be detected quickly by the method of the present invention. Thus, the effect of greatly reducing the number of defective products manufactured can be expected.
例えば製品用のウェハに対して予め定められた割合で前記テスト領域が形成されたウェハ（テストウェハ）を混在させ、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行い、注入後のテストウェハに対して（場合によってはテストパターンの剥離並びに熱処理工程を施した後に）、所定の物理量（例えば熱伝導度或いは電気抵抗値等）を測定し、この測定結果を時系列でモニタリングしておくことでイオン注入条件の変動を迅速に認識することができる。このとき、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか許容範囲を逸脱しているかを判断する閾値をテストパターンのライン間隔毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合においては、他のライン間隔に設定されたテストチップとの間での変移の比較を行うことで、前述の測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものかそれ以外の要因によるものかを認識することができる。 For example, a wafer (test wafer) in which the test area is formed at a predetermined ratio with respect to a product wafer is mixed, and the product wafer and the test wafer are sequentially ionized under the same ion implantation conditions. Implantation is performed, and a predetermined physical quantity (for example, thermal conductivity or electrical resistance value) is measured on the test wafer after implantation (after the test pattern is peeled off and a heat treatment step is performed in some cases). By monitoring these in time series, fluctuations in ion implantation conditions can be recognized quickly. At this time, a threshold value for determining whether the variation range of the ion implantation angle is within the allowable range or deviates from the allowable range is determined in advance for each line interval of the test pattern, and the fluctuation of the magnitude exceeding the threshold value occurs. In such a case, the change in the measurement result is caused by the change in the ion implantation angle by comparing the transition with the test chip set at another line interval, or otherwise. You can recognize whether it is due to a factor.
又、本発明に係るモニタリング方法によれば、所定の同一方向に所定のライン間隔で延伸するライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を有するテストウェハを予め用意しておき、製品用のウェハに対して予め定められた割合でこのテストウェハを混在させて、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行った後、イオン注入後の前記テストウェハ内のテスト領域に係る物理量を測定することでモニタリングが可能であるため、モニタリングのために複雑な工程を要するということがなく、簡易な工程によって迅速にモニタリングを行うことが可能となる。 Further, according to the monitoring method of the present invention, a test area in which a test pattern having a predetermined height in a line & space shape extending in a predetermined same direction at a predetermined line interval is formed on the surface of the ion implantation area. The test wafer is prepared in advance, and this test wafer is mixed at a predetermined ratio with respect to the product wafer, and the test wafer and the product wafer are sequentially subjected to the same ion implantation conditions. After ion implantation, monitoring is possible by measuring the physical quantity related to the test area in the test wafer after ion implantation, so a complicated process is not required for monitoring, and a simple process Can be quickly monitored.
更に、各テスト領域は、複数のライン＆スペース形状で形成されたテストパターンで構成されており、一のパターンを用いて得られた測定結果をモニタリングしていた従来構成と比較して測定結果に一定の平均化効果が現れるため、測定結果に基づくイオン注入状態の判断精度を向上させることができる。 Furthermore, each test area is composed of test patterns formed in a plurality of line & space shapes, and the measurement results are compared with the conventional configuration where the measurement results obtained using one pattern are monitored. Since a certain averaging effect appears, the determination accuracy of the ion implantation state based on the measurement result can be improved.
尚、この場合において、同一のライン間隔で形成されたテスト領域が、各ライン間隔毎に複数備えられる構成であっても構わない。 In this case, a configuration may be adopted in which a plurality of test regions formed at the same line interval are provided for each line interval.
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第１の特徴に加えて、同一の前記ウェハ上に前記テスト領域毎に異なる前記延伸方向で前記テストパターンが構成されている場合には、各延伸方向毎に前記物理量の比較を更に行うことを第２の特徴とする。 In addition to the first feature described above, the monitoring method according to the present invention may include each of the stretching directions when the test pattern is configured in the stretching direction different for each of the test regions on the same wafer. A second feature is that the physical quantity is further compared for each time.
ライン線幅にズレが生じている場合、このズレに起因したイオン注入量の変化量はツイスト角によらず一律で同程度となるのに対し、チルト角にズレが生じている場合にはツイスト角に応じてイオン注入量の変化量に相違が生じる。本発明に係るモニタリング方法の上記第２の特徴によれば、同一のライン間隔であってもテストパターンが形成されている延伸方向毎に物理量の測定結果をモニタリングすることができるため、延伸方向が異なるテストパターンが形成されているテスト領域間での測定結果の比較を行うことができる。従って、この比較結果を参照し、例えば延伸方向の異同に拘らず測定された物理量の変化量が同程度である場合にはライン線幅のズレに起因したイオン注入量が変化している可能性があることを判断でき、延伸方向に応じて測定された物理量の変化量が異なる場合にはイオン注入角度（チルト角）にズレが生じている可能性があると判断することができる。即ち、当該方法によって、所望量から乖離した注入量のイオンが注入されている場合であっても、直ちにその原因を解明することができ、これに対する措置を施すことで不良製品の製造数を大きく減少させる効果が期待できる。 When there is a deviation in the line line width, the amount of change in the amount of ion implantation caused by this deviation is uniformly the same regardless of the twist angle, whereas when there is a deviation in the tilt angle, the twist angle There is a difference in the amount of change in ion implantation amount depending on the angle. According to the second feature of the monitoring method of the present invention, since the measurement result of the physical quantity can be monitored for each extending direction in which the test pattern is formed even at the same line interval, the extending direction is Measurement results can be compared between test areas in which different test patterns are formed. Therefore, referring to this comparison result, for example, when the amount of change in the measured physical quantity is the same regardless of the difference in the stretching direction, there is a possibility that the ion implantation amount has changed due to the deviation of the line width. It can be determined that there is a possibility that a deviation has occurred in the ion implantation angle (tilt angle) when the amount of change in the measured physical quantity differs depending on the stretching direction. In other words, even when an ion dose that deviates from a desired dose is implanted by this method, the cause can be immediately clarified, and measures for this can be taken to increase the number of defective products manufactured. A reduction effect can be expected.
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第３の特徴に加えて、前記物理量が、イオン注入後、前記テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンが剥離された後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度であることを第３の特徴とする。 In the monitoring method according to the present invention, in addition to the third feature, the physical quantity is measured after ion implantation, in a state where the test pattern is formed, or after the test pattern is peeled off. The third characteristic is that the thermal conductivity is along the extending direction of the test pattern in the test region.
又、本発明に係るモニタリング方法は、上記第４の特徴に加えて、前記物理量が、イオン注入後に前記マスクパターンを剥離し、更にアニール処理を施した後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った電気抵抗値であることを第４の特徴とする。 In addition to the fourth feature, the monitoring method according to the present invention provides the test in the test region in which the physical quantity is measured after the mask pattern is peeled off after ion implantation and further annealed. The fourth characteristic is that the electric resistance value is along the extending direction of the pattern.
本発明に係るモニタリング方法の第３又は第４の特徴によれば、イオン注入後のウェハに対して簡易な測定手段を用いて物理量を測定を行うことができ、又、その測定を行うに際して複雑な工程を必要としない。即ち、イオン注入工程のモニタリング専用の大掛かりな装置或いは工程を必要とせず、簡易な工程によってイオン注入量のモニタリングを行うことができる。 According to the third or fourth feature of the monitoring method of the present invention, the physical quantity can be measured on the wafer after ion implantation using a simple measuring means, and the measurement is complicated. The process is not required. In other words, the ion implantation amount can be monitored by a simple process without requiring a large apparatus or process dedicated to monitoring the ion implantation process.
本発明の構成によれば、短時間のモニタリングによってイオン注入工程の異常状態を認識することが可能となる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to recognize an abnormal state of the ion implantation process by short-time monitoring.
以下において、本発明に係るモニタリング方法（以下、適宜「本発明方法」と称する）の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a monitoring method according to the present invention (hereinafter referred to as “the present invention method” as appropriate) will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明方法で用いられるウェハの概略平面図である。ウェハ１は、イオン注入工程のモニタリングに用いられるテスト領域（以下、「テストチップ２」と称する）を備えて構成される。ウェハ１は、複数のテストチップ２のみが形成されたイオン注入モニタリング専用のウェハであるものとしても構わないし、イオン注入工程のモニタリング用途以外の他のテスト用の複数のチップも備えられた総合的なテスト用のウェハであるものとしても構わない。 FIG. 1 is a schematic plan view of a wafer used in the method of the present invention. The wafer 1 includes a test area (hereinafter referred to as “test chip 2”) used for monitoring of an ion implantation process. The wafer 1 may be a wafer dedicated to ion implantation monitoring in which only a plurality of test chips 2 are formed, or may be provided with a plurality of chips for testing other than the monitoring purpose of the ion implantation process. It may be a test wafer.
図２は、複数のテストチップ２の概略平面図である。テストチップ２上には、所定の同一線幅で所定の同一高さのラインが所定の同一ライン間隔で所定の同一延伸方向に複数延伸するライン＆スペース形状のテストパターンが形成されている。そして、ウェハ１は、テストチップ毎にライン間隔を異ならせてライン＆スペース形状のテストパターンが形成された複数のテストチップ２を有している。例えば、ウェハ１は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、ライン間隔がｄ１のテストパターンＰ１が形成されたテストチップ２１と、ライン間隔がｄ２のテストパターンＰ２が形成されたテストチップ２２と、ライン間隔がｄ３のテストパターンＰ３が形成されたテストチップ２３とを備えるものとすることができる（各テストパターン間でライン線幅及びパターン高さは同一の値であるとする）。尚、以下では、便宜上ウェハ１上にはＰ１、Ｐ２、及びＰ３の３種のテストパターンが形成されているものとするが、形成されるテストパターンの種類の数は３種に限定されるものではない。 FIG. 2 is a schematic plan view of a plurality of test chips 2. On the test chip 2, a line & space-shaped test pattern is formed in which a plurality of lines having a predetermined same line width and a predetermined height are extended in a predetermined same extending direction at a predetermined same line interval. The wafer 1 has a plurality of test chips 2 in which line & space test patterns are formed with different line intervals for each test chip. For example, as shown in FIGS. 2A to 2C, the wafer 1 has the test chip 21 on which the test pattern P1 with the line interval d1 is formed and the test pattern P2 with the line interval d2 is formed. The test chip 22 and the test chip 23 on which the test pattern P3 having the line interval d3 is formed can be provided (the line line width and the pattern height are the same between the test patterns). ). In the following, for convenience, it is assumed that three types of test patterns P1, P2, and P3 are formed on the wafer 1, but the number of types of test patterns to be formed is limited to three. is not.
図３は、上記テストパターンＰ１〜Ｐ３夫々に対して角度注入を行う場合の概念図である。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）が夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に相当する。尚、テストパターンＰ１、Ｐ２、及びＰ３は、この順にライン間隔が大きく設定されているとする（即ち、ライン間隔ｄ１＞ｄ２＞ｄ３）。 FIG. 3 is a conceptual diagram when angle implantation is performed for each of the test patterns P1 to P3. 3A, 3B, and 3C correspond to the test patterns P1, P2, and P3, respectively. In the test patterns P1, P2, and P3, the line interval is set to be large in this order (that is, the line interval d1> d2> d3).
図３に示されるように、同一高さのテストパターンが形成されている場合、同一角度からイオン注入３が行われると、ライン間隔が広いほどパターンとパターンとに挟まれた一ラインに対するイオン注入領域４が広がるため、当該ライン内に注入されたイオン量は増大する。逆に、ライン間隔が狭いほどイオン注入領域が狭まり、注入されたイオン量は減少する。 As shown in FIG. 3, when test patterns having the same height are formed, if ion implantation 3 is performed from the same angle, the larger the line interval, the larger the ion implantation for one line sandwiched between the patterns. Since the region 4 expands, the amount of ions implanted into the line increases. Conversely, the narrower the line spacing, the narrower the ion implantation region and the smaller the amount of implanted ions.
そして、このライン間隔の大きさの差に起因する注入イオン量の差の大きさは、イオン注入角度の影響を受ける。図４は、上記テストパターンＰ１〜Ｐ３夫々に対して、２種類のイオン注入角度（θ１、θ２）でイオン注入３（以下、適宜「角度注入」と称する）を行った場合の概念図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に対してイオン注入角度θ１で角度注入を行う場合を示しており、図４（ｄ）〜（ｆ）は夫々テストパターンＰ１、Ｐ２及びＰ３に対してイオン注入角度θ２で角度注入を行う場合を示している。尚、ここでいうイオン注入角度とはイオン注入領域表面の法線に対するイオン注入線のズレ角（いわゆるチルト角）であり、図４ではθ１＜θ２であるものとして示されている。 The magnitude of the difference in the amount of implanted ions caused by the difference in the line spacing is affected by the ion implantation angle. FIG. 4 is a conceptual diagram when ion implantation 3 (hereinafter referred to as “angle implantation” as appropriate) is performed at two kinds of ion implantation angles (θ1, θ2) for each of the test patterns P1 to P3. 4 (a) to 4 (c) show cases where angle implantation is performed at the ion implantation angle θ1 with respect to the test patterns P1, P2 and P3, respectively, and FIGS. 4 (d) to 4 (f) respectively show the test patterns. The case where angle implantation is performed at an ion implantation angle θ2 with respect to P1, P2 and P3 is shown. Here, the ion implantation angle is a deviation angle (so-called tilt angle) of the ion implantation line with respect to the normal of the surface of the ion implantation region, and is shown in FIG. 4 as θ1 <θ2.
例えばテストパターンＰ１の場合に着目すると（図４（ａ）並びに図４（ｄ）参照）、チルト角θ１の場合のイオン注入領域４はチルト角θ２の場合のイオン注入領域５よりもその面積が大きく、即ち同一のテストパターン間においてはチルト角が小さいほどイオン注入量が多いことが分かる。このイオン注入角度の相違に起因した注入イオン量の差は、同一のテストパターン間においてはライン間隔の大きさに拘らず同一量となる。即ち、ライン間隔が小さいテストパターンほどイオン注入量の変化度合いが大きく、ライン間隔が大きいテストパターンほどその変化度合いは小さい。 For example, focusing on the test pattern P1 (see FIGS. 4A and 4D), the ion implantation region 4 in the case of the tilt angle θ1 has a larger area than the ion implantation region 5 in the case of the tilt angle θ2. It can be seen that the ion implantation amount is larger as the tilt angle is larger, that is, between the same test patterns. The difference in the amount of implanted ions caused by the difference in ion implantation angle is the same between the same test patterns regardless of the size of the line interval. That is, the degree of change in the ion implantation amount is larger as the test pattern has a smaller line interval, and the degree of change is smaller as the test pattern has a larger line interval.
従って、所定の割合の下で、製品用ウェハと共にこのテスト用のウェハ（以下、適宜「テストウェハ」と称する）に対しても同一条件下でイオン注入を行い、テストウェハ上に形成されている複数のテストチップに注入されたイオン量を、各テストチップ間、並びに各テストウェハ間で比較して変化の状態を確認することで、イオン注入角度が万一何らかの要因によって変化した場合においても、その旨の情報を即座に認識することが可能となる。 Therefore, ion implantation is performed under the same conditions on the test wafer (hereinafter referred to as “test wafer” as appropriate) together with the product wafer under a predetermined ratio, and the wafer is formed on the test wafer. By comparing the amount of ions injected into a plurality of test chips between each test chip and between each test wafer, and confirming the state of change, even if the ion implantation angle changes due to some factor, Information to that effect can be immediately recognized.
ところで、イオン注入が行われたテストチップは、そのイオン注入量に応じてパターンの延伸方向に沿った熱伝導度並びに電気抵抗値を変化させる。即ち、イオン注入量が多くなるほど、基板を構成する結晶の配列状態の乱れが大きくなり、これによって熱伝導度の減少量が大きくなる。又、イオン注入量が多くなるほど、基板上に形成される不純物拡散領域が増大し、これによって電気抵抗値の減少量が大きくなる。 By the way, the test chip on which the ion implantation has been performed changes the thermal conductivity and the electric resistance value along the extending direction of the pattern in accordance with the ion implantation amount. That is, as the ion implantation amount increases, the disorder of the arrangement state of the crystals constituting the substrate increases, thereby increasing the amount of decrease in thermal conductivity. Further, as the ion implantation amount increases, the impurity diffusion region formed on the substrate increases, thereby increasing the amount of decrease in the electrical resistance value.
従って、イオン注入量と熱伝導度或いは電気抵抗値との関係に着目し、例えばイオン注入工程の終了後、テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンを剥離した後にサーマプローブ等を用いてテストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度を測定し、当該測定された熱伝導度の値を各テストチップ間、並びに各ウェハ間で比較することで注入イオン量の変化の状態を確認するものとしても構わないし、イオン注入工程の終了後、前記テストパターンを剥離した後に熱処理炉等で熱処理（又は急速熱処理）を行い、その後に各テストチップの電気的特性（例えばシート抵抗）を測定して、当該測定結果を比較することで注入イオン量の変化の状態を確認するものとしても構わない。後者の場合、例えばプローブを用いてテストパターンの延伸方向に沿ったチップ全体の電気抵抗値を測定するものとしても構わないし、イオン注入領域の上層にアノード電極、基板の裏面にカソード電極を配置して、チップ全体の容量値を測定するものとしても構わない。 Accordingly, paying attention to the relationship between the ion implantation amount and the thermal conductivity or the electrical resistance value, for example, after completion of the ion implantation process, in a state where a test pattern is formed, or after the test pattern is peeled off, a thermal probe or the like Is used to measure the thermal conductivity along the extending direction of the test pattern and compare the measured thermal conductivity values between test chips and between wafers to determine the state of change in the amount of implanted ions. The test pattern may be peeled off after the ion implantation step and then heat-treated (or rapid heat-treated) in a heat treatment furnace or the like, and then the electrical characteristics (for example, sheet resistance) of each test chip are determined. Measurement and comparison of the measurement results may confirm the state of change in the amount of implanted ions. In the latter case, for example, the probe may be used to measure the electrical resistance value of the entire chip along the test pattern extension direction, and an anode electrode may be disposed above the ion implantation region and a cathode electrode disposed on the back surface of the substrate. Thus, the capacitance value of the entire chip may be measured.
図５は、ウェハ上の所定位置に形成されたテストパターンＰ１、Ｐ２、及びＰ３を有する各テストチップ２１、２２、及び２３に対するモニタリング作業を継続したときのモニタリング値の変化の推移を概念的に示したグラフであり、横軸が時間軸、縦軸がモニタリング値を夫々示している。ここで「モニタリング値」とは、上記のイオン注入量に関連付けられる所定の物理量を指しており、前述した熱伝導度、或いは電気抵抗値がこれに該当する。以下では、このモニタリング値が熱伝導度であるものとして説明する。又、各テストチップ２１、２２及び２３は、各テストウェハにおいて夫々同一の所定位置に形成されているものとする。 FIG. 5 conceptually shows changes in monitoring values when the monitoring operation for the test chips 21, 22, and 23 having the test patterns P1, P2, and P3 formed at predetermined positions on the wafer is continued. The horizontal axis indicates the time axis, and the vertical axis indicates the monitoring value. Here, the “monitoring value” refers to a predetermined physical quantity associated with the above ion implantation quantity, and corresponds to the above-described thermal conductivity or electrical resistance value. Below, this monitoring value is demonstrated as what is heat conductivity. Each test chip 21, 22 and 23 is formed at the same predetermined position on each test wafer.
図５において図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は夫々テストチップ２１、２２及び２３における測定された熱伝導度の値の時系列変化を示している。上述したように、ライン間隔が大きいほどイオン注入量は増大し、これによって当該イオン注入量に対して負の相関性を有する熱伝導度の値は減少する。又、このイオン注入量の変化は各ラインパターンに等しく発生し、従って当該イオン注入量の変化に起因して変化する熱伝導度においても、各ラインパターンに等しく発生する。 In FIG. 5, FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (c) show time-series changes in the measured values of thermal conductivity in the test chips 21, 22 and 23, respectively. As described above, the larger the line interval, the larger the ion implantation amount, thereby decreasing the value of thermal conductivity having a negative correlation with the ion implantation amount. Further, the change in the ion implantation amount occurs equally in each line pattern, and therefore the thermal conductivity that changes due to the change in the ion implantation amount occurs equally in each line pattern.
上述したように、ライン間隔が大きいテストパターンほど、イオン注入量が大きいため、熱伝導度の値は小さくなり、逆にライン間隔が小さいテストパターンほど、イオン注入量が小さいため熱伝導度の値は大きくなる。そして、イオン注入角度が変化した場合、ライン間隔が大きいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が小さいため、熱伝導度の値の変化量も小さい。一方、ライン間隔が小さいテストパターンにおいては、変化前の角度で注入されるイオン量と変化後の角度で注入されるイオン量との間の差異が大きいため、熱伝導度の値の変化量も大きくなる。そして、このイオン注入角度の変化は、同一のウェハ上に形成された全てのテストチップに対して一律でイオン注入量の変化を生じさせるため、各テストチップ間において熱伝導度の値は略相似的な変移を示す。 As described above, the test pattern with a larger line interval has a larger ion implantation amount, so the value of thermal conductivity becomes smaller. Conversely, the test pattern with a smaller line interval has a smaller ion implantation amount, so the value of thermal conductivity. Will grow. When the ion implantation angle changes, in a test pattern with a large line interval, the difference between the amount of ions implanted at the angle before the change and the amount of ions implanted at the angle after the change is small. The amount of change in conductivity is small. On the other hand, in the test pattern with a small line interval, the difference between the amount of ions implanted at the angle before the change and the amount of ions implanted at the angle after the change is large, so the amount of change in the thermal conductivity value is also large. growing. This change in ion implantation angle causes a uniform change in the amount of ion implantation for all the test chips formed on the same wafer. Therefore, the values of thermal conductivity between the test chips are substantially similar. A typical transition.
従って、通常は、同一のテストチップ間（特にイオン注入角度の変化が熱伝導度の値の変化に大きく現れるテストパターンＰ３を有するテストチップ間）での熱伝導度の値の変化度合いを着目し、所定の割合以上の変化があった場合には、その同一時間帯の他の（テストパターンのライン間隔が異なる）テストチップにおける熱伝導度の変化度合いを確認した上で、各テストチップにおける熱伝導度の値が略相似的に、且つライン間隔が小さいテストパターンを有するテストチップほどその変化度合いが大きく変化していた場合には、全体的に一律でイオン注入量に変化が生じていると判断できるため、かかる場合はイオン注入角度に変化が生じていることを認識することができる（例えば図５における時刻ｔ２からｔ３の変化）。この場合、イオン注入装置の注入角度を再度確認して改めて設定し直すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止することができ、不良製品の発生を極力回避することができる。 Therefore, usually, paying attention to the degree of change in the value of thermal conductivity between the same test chips (especially between test chips having the test pattern P3 in which the change in ion implantation angle greatly appears in the change in thermal conductivity value). If there is a change of more than a predetermined ratio, check the degree of change in thermal conductivity in other test chips (different test pattern line intervals) in the same time zone, If the degree of change of the test chip having a conductivity value that is substantially similar and that has a test pattern with a small line interval changes greatly, the overall change in the amount of ion implantation occurs. In this case, it can be recognized that a change has occurred in the ion implantation angle (for example, a change from time t2 to time t3 in FIG. 5). In this case, it is possible to quickly prevent the ion quantity deviating from the intended design condition from being implanted into the product wafer by reconfirming and resetting the implantation angle of the ion implantation apparatus. The generation of defective products can be avoided as much as possible.
一方、ある時刻において、一のテストチップに係る熱伝導度が他のテストチップと比較して突出して変化している場合（例えば図５における時刻ｔ４からｔ６にかけてのテストチップ２１の熱伝導度の変化）や、或いは、全体的に熱伝導度の値が変化しているもののその変化の大きさがライン間隔の大きさと正の相関を有していない場合（例えば図５における時刻ｔ６からｔ７にかけてのテストチップ２２の熱伝導度の変化）等においては、その後の一定時間に亘って、対象となるテストチップに係る熱伝導度の値の変化の推移を観察すると共に、依然として対象となるテストチップのみが突出した推移を示している場合には、例えばイオン注入装置の側（例えば走査系等）に不具合が発生している可能性もあることから、注入装置の検査を行う等の措置を施すことで、不良製品の発生を未然に防止することができる。 On the other hand, when the thermal conductivity related to one test chip protrudes and changes compared to other test chips at a certain time (for example, the thermal conductivity of the test chip 21 from time t4 to t6 in FIG. 5). Change) or when the value of thermal conductivity changes as a whole but the magnitude of the change does not have a positive correlation with the size of the line interval (eg, from time t6 to time t7 in FIG. 5). Change of the thermal conductivity of the test chip 22) and the like, the change of the value of the thermal conductivity related to the target test chip is observed over a certain period of time, and the target test chip still remains. In the case where only the projecting transition is shown, for example, there may be a problem on the side of the ion implanter (for example, the scanning system). By adopting measures such as earthenware pots, it is possible to prevent the occurrence of a defective product in advance.
尚、イオン注入角度をθとし、テストパターンのパターン高さをｈとすると、イオン注入が行われる領域幅（パターン延伸方向に直交する方向の長さ）ｗはｗ＝ｈ・ｔａｎθで表される。従って、パターン高さを２μｍとした場合、例えばイオン注入角度が７°の場合は領域幅ｗ＝０．２４５μｍであり、このときイオン注入角度が６°に変化すると、前記領域幅はｗ＝０．２１μｍとなって０．０３５μｍの偏差が発生する。従って、イオン注入角度を７°に設定する場合であって、モニタリングに必要な分解能を０．２°とすると、モニター値の５％変動を検出できる測定系を利用する場合は、０．０３５×０．２／０．０５＝０．１４μｍのライン間隔で形成されたテストパターンを用いることで十分な精度が得られる。 If the ion implantation angle is θ and the pattern height of the test pattern is h, the region width (length in the direction orthogonal to the pattern extending direction) w in which ion implantation is performed is represented by w = h · tan θ. . Therefore, when the pattern height is 2 μm, for example, when the ion implantation angle is 7 °, the region width w = 0.245 μm. When the ion implantation angle changes to 6 ° at this time, the region width becomes w = 0. .21 μm and a deviation of 0.035 μm occurs. Therefore, in the case where the ion implantation angle is set to 7 ° and the resolution required for monitoring is 0.2 °, when using a measurement system capable of detecting a 5% variation in the monitor value, 0.035 × Sufficient accuracy can be obtained by using a test pattern formed with a line spacing of 0.2 / 0.05 = 0.14 μm.
本発明方法で利用されるテストチップは、ウェハ上の所定領域内に同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンを形成することのみで生成されるため、当該テストチップを生成するのに複雑な工程を必要としない。又、イオン注入後も、テストチップに対して例えば直接プローブを当てることで熱伝導度或いは電気抵抗値を測定し、この測定結果をモニタリングするのみで良いため、短時間のモニタリングによってウェハに対するイオン注入工程の異常状態を認識することが可能となる。 The test chip used in the method of the present invention has a predetermined line-and-space shape in which a plurality of lines extending at the same line width in the same extending direction are formed at predetermined line intervals in a predetermined region on the wafer. Since it is generated only by forming a test pattern having a height, a complicated process is not required to generate the test chip. In addition, even after ion implantation, for example, it is only necessary to measure the thermal conductivity or electrical resistance value by directly applying a probe to the test chip and to monitor the measurement result. It becomes possible to recognize the abnormal state of the process.
尚、本発明方法を用いて実際にモニタリングを行う場合には、例えば製品用ウェハに対して予め定められた割合でテストウェハを混在させ、製品用ウェハと共にテストウェハに対しても順次同一のイオン注入条件の下でイオン注入を行い、注入後のテストウェハに対して、（場合によってはテストパターンの剥離並びに熱処理工程を施した後）熱伝導度或いは電気抵抗値を測定し、この測定結果を時系列でモニタリングしておくことでイオン注入条件の変動を感知することができる。このとき、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか許容範囲を逸脱しているかを判断する閾値をテストパターンのライン間隔毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合においては、他のライン間隔に設定されたテストチップとの間での変移の比較を行うことで、前述の測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものかそれ以外の要因によるものかを認識することができる。 When actual monitoring is performed using the method of the present invention, for example, a test wafer is mixed at a predetermined ratio with respect to a product wafer, and the same ion is sequentially applied to the test wafer together with the product wafer. Ion implantation is performed under the implantation conditions, and the thermal conductivity or electrical resistance value is measured (possibly after the test pattern is peeled off and a heat treatment step is performed) on the test wafer after implantation, and the measurement result is obtained. By monitoring in time series, changes in ion implantation conditions can be detected. At this time, a threshold value for determining whether the variation range of the ion implantation angle is within the allowable range or deviates from the allowable range is determined in advance for each line interval of the test pattern, and the fluctuation of the magnitude exceeding the threshold value occurs. In such a case, the change in the measurement result is caused by the change in the ion implantation angle by comparing the transition with the test chip set at another line interval, or otherwise. You can recognize whether it is due to a factor.
尚、同一のテストパターンを有するテストチップを同一のウェハ上に複数備え、同一のテストパターン間での比較結果を更に考慮することで、より厳密なイオン注入モニタリングを行う構成とすることも可能である。この場合、例えば同一のテストパターンを有する各テストチップでの測定結果の平均値の推移を各テストパターン毎にモニタリングし、予め定められた閾値を超える大きさの変動を示す場合にのみ、同一のテストパターンを有する各テストチップ毎の測定結果の推移の比較や、他のテストパターンを有するテストチップの測定結果の推移との比較を行うことで、前記測定結果の変動がイオン注入角度の変化に起因したものか或いはその他の要因によるものかの判断を行い、当該判断結果に応じた対処を施すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止することができ、不良製品の発生を極力回避することができる。 In addition, it is possible to have a configuration in which strict ion implantation monitoring is performed by providing a plurality of test chips having the same test pattern on the same wafer and further considering the comparison result between the same test patterns. is there. In this case, for example, the transition of the average value of the measurement results in each test chip having the same test pattern is monitored for each test pattern, and the same only when the variation exceeding the predetermined threshold is shown. By comparing the transition of the measurement results for each test chip having the test pattern and the transition of the measurement results of the test chips having other test patterns, the variation in the measurement results is changed to the change in the ion implantation angle. By determining whether it is caused by this or other factors, and taking measures according to the determination result, the amount of ions deviating from the intended design conditions can be injected into the product wafer. This can be prevented quickly and the occurrence of defective products can be avoided as much as possible.
更に、上述した実施形態において、同一のウェハ上に、同一のライン間隔で同一の線幅で形成される複数のラインが複数の異なる延伸方向に延伸するライン＆スペース形状のテストパターンを複数種類有する構成であっても構わない。例えば、図６に示されるウェハ１ａのように、ウェハ１ａ上のイオン注入領域平面上において、ライン間隔ｄ１で一の延伸方向にテストパターンが延伸してなるテストチップ２１と、ライン間隔はｄ１であって、テストチップ２１の延伸方向から夫々４５°、９０°、並びに１３５°夫々反時計方向に回転した方向にテストパターンが延伸してなるテストチップ２１ａ、２１ｂ、並びに２１ｃを有する構成とすることができる。尚、図面上では図示しないが、他のライン間隔ｄ２、ｄ３、…においても、夫々延伸方向を異ならせたテストパターンが形成されてなる複数種類のテストチップを有する構成として構わない。 Furthermore, in the above-described embodiment, a plurality of types of line & space test patterns in which a plurality of lines formed with the same line width and the same line width extend in a plurality of different extending directions on the same wafer are provided. It may be a configuration. For example, as in the wafer 1a shown in FIG. 6, on the ion implantation region plane on the wafer 1a, a test chip 21 in which a test pattern extends in one extending direction at a line interval d1, and the line interval is d1. The test chip 21 has test chips 21a, 21b, and 21c formed by extending test patterns in directions rotated 45 °, 90 °, and 135 ° counterclockwise from the extending direction of the test chip 21, respectively. Can do. Although not shown in the drawings, a configuration having a plurality of types of test chips in which test patterns having different extending directions are formed at other line intervals d2, d3,.
図６に示されるウェハ１ａ上のイオン注入領域平面上において、テストチップ２１のテストパターンの延伸方向をＸ軸とし、このＸ軸に直交する軸をＹ軸とし、イオン注入領域平面の法線方向をＺ軸とした場合、イオン注入方向とＺ軸方向とが成す角度（チルト角）と、Ｚ軸方向を中心としてイオン注入方向とＹ軸方向とが成す角度（ツイスト角）とでイオン注入方向は確定される。ここで、チルト角のバラツキは、ウェハ上の各イオン注入領域に対して、イオン注入領域幅（ライン間隔）とマスク高さ（テストパターン高さ）との比率によって決定される割合に応じたイオン注入量のバラツキを生じさせるが、このバラツキ量はツイスト角に応じて相違する。又、これとは別に、ラインパターンのライン線幅にバラツキが発生している場合にもイオン注入量のバラツキを生じさせる要因となる。 On the plane of the ion implantation region on the wafer 1a shown in FIG. 6, the extending direction of the test pattern of the test chip 21 is the X axis, the axis orthogonal to the X axis is the Y axis, and the normal direction of the ion implantation region plane Is the Z-axis, the angle between the ion implantation direction and the Z-axis direction (tilt angle), and the angle between the ion implantation direction and the Y-axis direction (twist angle) around the Z-axis direction (twist angle). Is fixed. Here, the variation in the tilt angle is the number of ions according to the ratio determined by the ratio between the ion implantation area width (line interval) and the mask height (test pattern height) for each ion implantation area on the wafer. The injection amount varies, but this variation amount varies depending on the twist angle. In addition to this, when the line width of the line pattern varies, it causes a variation in the amount of ion implantation.
図７は、ツイスト角と熱伝導度の関係をチルト角並びにライン線幅のバラツキの発生度合いに応じて示した模式的なグラフであり、横軸がツイスト角を、縦軸が熱伝導度を夫々示している。図７では、特にツイスト角が０°、４５°、及び９０°場合における、チルト角にもライン線幅にもズレが生じていない場合の熱伝導度の変移（ａ）、チルト角にはズレがなくライン線幅にのみズレが生じている場合の熱伝導度の変移（ｂ）、並びにライン線幅にはズレがなくチルト角にのみズレが生じている場合の熱伝導度の変移（ｃ）を夫々示している。 FIG. 7 is a schematic graph showing the relationship between the twist angle and the thermal conductivity according to the tilt angle and the degree of variation in the line width. The horizontal axis represents the twist angle, and the vertical axis represents the thermal conductivity. Each shows. In FIG. 7, especially when the twist angles are 0 °, 45 °, and 90 °, the change in thermal conductivity (a) when there is no deviation in the tilt angle and the line line width (a), the deviation in the tilt angle is shown. Change in thermal conductivity when there is no deviation in the line width (b), and change in thermal conductivity when there is no deviation in the line line width and only in the tilt angle (c) ) Respectively.
図７（ａ）と（ｃ）を比較した場合、ライン線幅にのみズレが生じている場合には、ライン線幅及びチルト角の何れにもズレが生じていない場合と比較して、どのツイスト角においても略同程度の差分が発生していることが分かる。一方、図７（ａ）と（ｂ）を比較した場合、チルト角にのみズレが生じている場合には、ツイスト角に応じて前記差分の量が変化していることが分かる。 When comparing FIG. 7A and FIG. 7C, when there is a deviation only in the line line width, which is different from the case where there is no deviation in either the line line width or the tilt angle. It can be seen that substantially the same difference occurs in the twist angle. On the other hand, when FIGS. 7A and 7B are compared, it can be seen that the amount of the difference changes according to the twist angle when only the tilt angle is shifted.
従って、ツイスト角毎に熱伝導度等の物理量の値をモニタリングし、異なるツイスト角間に係る物理量の変移度合いを比較することで、物理量が許容範囲を超える程度に変化した場合であっても、当該変化がイオン注入のチルト角の変化に起因するものであるか、ラインパターンの線幅のバラツキに起因するものであるかを容易に判断することができる。具体的には、図６に示されるように、各テストチップ毎にテストパターンの延伸方向を異ならせた状態で、イオン注入後の熱伝導度等の所定の物理量を各チップ毎に測定し、ライン間隔毎の測定結果に加え、更に同一のライン間隔であってもテストパターンが形成される各延伸方向毎に測定結果を取得する。そして、同一のライン間隔で同一の延伸方向のラインパターンが形成されているテストチップから測定された測定結果についてモニタリングをすると共に、イオン注入角度のバラツキの範囲が許容範囲内であるか否かを判断するための閾値をライン間隔並びに延伸方向毎に予め定めておき、この閾値を超える大きさの変動が生じている場合には、同一のライン間隔で延伸方向が異なる他のテストチップや、同一の延伸方向でライン間隔が異なる他のテストチップとの間で変移の比較を行う。かかる比較を行うことで、イオン注入量の変化原因がイオン注入のチルト角の変化に強く起因するものかライン線幅のバラツキに強く起因するものかを判断し、当該判断結果に応じた措置を施すことで、製品用ウェハに対して所期の設計条件から逸脱したイオン量が注入されることを迅速に防止して不良製品の発生を極力回避することができる。 Therefore, by monitoring the value of physical quantity such as thermal conductivity for each twist angle and comparing the degree of change of the physical quantity between different twist angles, even if the physical quantity has changed beyond the allowable range, It can be easily determined whether the change is caused by a change in tilt angle of ion implantation or a variation in line width of the line pattern. Specifically, as shown in FIG. 6, in a state where the extending direction of the test pattern is different for each test chip, a predetermined physical quantity such as thermal conductivity after ion implantation is measured for each chip, In addition to the measurement results for each line interval, the measurement results are obtained for each extending direction in which the test pattern is formed even at the same line interval. And while monitoring the measurement result measured from the test chip in which the line pattern of the same extension direction is formed at the same line interval, whether or not the range of variation of the ion implantation angle is within the allowable range. A threshold value for determination is determined in advance for each line interval and in the extending direction, and when the fluctuation exceeds the threshold value, other test chips having the same line interval and different extending directions or the same The transition is compared with other test chips having different line intervals in the extending direction. By making such a comparison, it is determined whether the cause of the change in the ion implantation amount is strongly caused by the change in the tilt angle of the ion implantation or the variation in the line line width, and an action corresponding to the judgment result is taken. As a result, it is possible to quickly prevent the ion amount deviating from the intended design condition from being injected into the product wafer and to avoid the generation of defective products as much as possible.
尚、ライン線幅のバラツキが発生している場合において当該バラツキの発生に起因したイオン注入量の変化を顕著に発生させるため、同一方向に延伸するラインパターンを有するテストチップを異なる行及び異なる列に配置することがより好ましい。又、テストパターンのライン線幅並びにライン間隔の大きさは、モニタリングを行う測定系の測定領域に合わせて定められるものとすることができる。 In addition, in the case where the line line width variation occurs, test rows having line patterns extending in the same direction are arranged in different rows and different columns in order to remarkably generate a change in ion implantation amount due to the occurrence of the variation. It is more preferable to arrange them in Further, the line width of the test pattern and the size of the line interval can be determined in accordance with the measurement area of the measurement system for monitoring.
又、上述したテストチップをイオン注入モニタリング用途以外の他のテストチップと共に同一のウェハ上に形成する構成としても構わない。 Further, the above-described test chip may be formed on the same wafer together with other test chips other than those used for ion implantation monitoring.
１、１ａ： ウェハ
２： チップ（テストチップ）
３： イオン注入
４、５： イオン注入領域
２１、２２、２３： チップ（テストチップ）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ： チップ（テストチップ）
ｄ１、ｄ２、ｄ３： ライン間隔
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３： テストパターン
９０： 半導体装置
９１： 半導体基板
９２： フィールド酸化膜
９３： 導電層
９４： 導電層
９５： イオン注入阻止層
ＲＥ１： 第１の抵抗層
ＲＥ２： 第２の抵抗層
1, 1a: Wafer 2: Chip (test chip)
3: Ion implantation 4, 5: Ion implantation region 21, 22, 23: Chip (test chip)
21a, 21b, 21c: chip (test chip)
d1, d2, d3: Line spacing P1, P2, P3: Test pattern 90: Semiconductor device 91: Semiconductor substrate 92: Field oxide film 93: Conductive layer 94: Conductive layer 95: Ion implantation blocking layer RE1: First resistance layer RE2: second resistance layer
Claims (4)
同一の延伸方向に同一の線幅で延伸する複数のラインが所定のライン間隔で形成されてなるライン＆スペース形状の所定の高さのテストパターンがイオン注入領域の表面上に構成されるテスト領域を前記ライン間隔を異ならせて複数パターン有するウェハに対し、前記テストパターンを注入マスクとしてイオン注入角度、注入イオン種、及びイオン注入エネルギで定められる同一注入条件の下でイオン注入を行った後、前記テスト領域内に係るイオン注入量に起因して値を変化させる所定の物理量を測定し、前記ライン間隔が同一である異なる時間に処理された複数の前記ウェハ間に係る前記テスト領域内の前記物理量の比較を各ライン間隔毎に行い、当該比較結果に基づいて前記イオン注入工程の評価を行うことを特徴とするモニタリング方法。 A method for monitoring an ion implantation process in a semiconductor process,
A test region in which a test pattern having a predetermined height in a line & space shape is formed on the surface of the ion implantation region, in which a plurality of lines extending with the same line width in the same extension direction are formed at a predetermined line interval. The wafer having a plurality of patterns with different line intervals is subjected to ion implantation under the same implantation conditions determined by the ion implantation angle, implantation ion species, and ion implantation energy, using the test pattern as an implantation mask. A predetermined physical quantity whose value is changed due to an ion implantation amount in the test area is measured, and the line in the test area in a plurality of wafers processed at different times with the same line interval is used. A physical quantity comparison is performed at each line interval, and the ion implantation process is evaluated based on the comparison result. Law.
イオン注入後、前記テストパターンが形成された状態の下で、又は前記テストパターンが剥離された後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った熱伝導度であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモニタリング方法。 The physical quantity is
The thermal conductivity along the extending direction of the test pattern in the test region measured after the ion implantation under the condition where the test pattern is formed or after the test pattern is peeled off The monitoring method according to claim 1 or 2.
イオン注入後に前記マスクパターンを剥離し、更にアニール処理を施した後に測定された前記テスト領域内の前記テストパターンの延伸方向に沿った電気抵抗値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモニタリング方法。 The physical quantity is
2. The electrical resistance value along the extending direction of the test pattern in the test region measured after the mask pattern is peeled off after ion implantation and further subjected to annealing treatment. 2. The monitoring method according to 2.
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2006
- 2006-12-08 JP JP2006332597A patent/JP2008147402A/en not_active Withdrawn
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