JP2008300592A - 半導体デバイスのエッチング量判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間を費やさない簡便な手順でエッチング量を正確に確定することのできる半導体デバイスのエッチング量判定方法を提供する。
【解決手段】エッチング量判定方法は基板上にステップ状の複数の区域を有するモニター部を備えた擬似電極を形成する。次いで、試料の電極と同時にモニター部の第１区域および第２区域をエッチングし、このとき現われる基板の露出面積に基づいてエッチング量を確定する（１次判定）。次いで、電極と同時にモニター部の第２区域をエッチングし、このとき現われる基板の露出面積に基づいてエッチング量を確定する（最終判定）。
【選択図】図１

Description

本発明はステップ状の複数の区域を有するモニター部を備えた擬似電極を用いて電極と同時に各区域を段階を追ってエッチングしてエッチング量を確定する半導体デバイスのエッチング量判定方法に関する。

半導体デバイスの製造では金属電極に酸化膜が発生することがある。これは金属電極が形成された瞬間から周囲の酸素などの気体分子の吸着、酸化が進むためで、その進行程度よってはデバイスの性能に大きい影響を及ぼす。この金属電極の表面に生じる酸化膜の厚みは極薄いものであるが、表面での化学反応を伴うエッチングによらなければ完全に取り除くことができない。エッチングによる酸化膜の除去では酸化膜にイオンを入射させ、酸化膜を形成している分子との化学反応を促進し、また化学反応で生じた化合物分子の表面からの離脱を促す手順が欠かせない。

ところで、電極の表面の酸化膜を削り取るエッチングは別名ではプラズマ洗浄と呼ばれており、処理中の条件の変動等によって削れ量（エッチング量）が微妙に変化することがある。仮に、エッチング量が過剰であることに気付くことなく、エッチングを続けたとき、表面の酸化膜に留まらず、電極自身を削り取る形で洗浄が進行し、電極厚さを本来の寸法よりも減少させてしまう。

半導体デバイスのプラズマ洗浄方法は、たとえば特開平７−７４１５９号公報に記載されている。また、エッチング量の適否を判定するのに使用される方法が、たとえば特開平９−２６６１９７号公報に記載されている。
特開平７−７４１５９号公報、第４頁、図１ 特開平９−２６６１９７号公報、第４−７頁、図１−図４

エッチング量を判定するにはエッチングで処理された電極の断面を研磨により露出させ、露出した電極厚み断面長さ（たとえば、１０００ｎｍ）を電子顕微鏡で測定する方法が知られている。しかしながら、半導体の製造工程にこの方法を取り入れた場合、エッチングの適否が最終的に確定するまでに長時間を要することから、エッチング工程が著しく延びてしまい、これを採用した場合に工程の遅延などを招き、エッチング工程に負担を負わせることになる。

本発明の目的は時間を費やさない簡便な手順でエッチング量を正確に確定することのできる半導体デバイスのエッチング量判定方法を提供することにある。

本発明に係る方法は基板上に反応性ガスで削られる材料からなり、ステップ状の複数の区域を有するモニター部を備えた擬似電極を形成し、試料の電極と同時にモニター部の各区域を段階を追ってエッチングする工程を含み、各々削られて現われた各区域の基板の露出面積からエッチング量を確定するものである。

本発明においては試料の電極と同時にモニター部の各区域について段階を追ってエッチングする。エッチングの進行と共に各区域が削られて基板の露出面が現われ、このときの各区域の基板の露出面積に基づいてエッチング量を確定する。このエッチング量の確定により、試料の電極の削れ量が確定する。この方法によれば、エッチング量を確定するのに視覚的に露出面積の変化を見極めるだけでエッチング量を確定することが可能で、電極の削れ量を最終的に確定するまでに長時間を費やすことがなくなる。この結果、エッチング工程に取り入れても少しもエッチング工程の負担とならないで高精度の加工を実施することができる。

本発明によるエッチング量判定方法の一実施の形態について説明する。本発明に係る方法は多くのエッチング工程に適用することが可能であるが、本実施の形態は試料の金属電極をプラズマエッチングで処理して所望の厚さに削り取るときのものである。図２に示すように、Ｓｉからなる基板１に反応性ガスでエッチングが可能である、金属材料のＡｌからなる擬似電極２が形成されている。これは試料の電極と同一材料である。この擬似電極２は平面でみて正方形に形成したもので、その中心部にモニター部３を備える。本実施の形態のモニター部３はステップ状の第１区域４と第２区域５とを備える。

第１区域４は、図２（ａ）に示すように、正方形に形成され、一定の面積を有する。第２区域５も同様に正方形に形成され、第１区域４よりも大きい、一定の面積を有する。モニター部３の厚さは電極の厚さよりも小さい値に寸法決めされる。ちなみに、この実施の形態において、モニター部３の第１区域４は各辺の大きさが２ｍｍで、厚さは２００ｎｍであり、第２区域５は各辺の大きさが３．５ｍｍで、厚さは４００ｎｍである。

エッチング工程では、一般に図３に示すような平行平板形エッチング装置が使用される。このエッチング装置は金属容器１０内に上部電極板１１と下部電極板１２とが対向して配置される。ワークＷが取り付けられる下部電極板１２は高周波電源１３に接続される。反応性ガスは金属容器１０の上部に導入され、上部電極板１１から器内に吹き出す。エッチング処理中、上部電極板１１と下部電極板１２との間に高周波プラズマを生成させる。なお、図において符号１４は恒温水循環装置を示している。

本実施の形態のエッチング量判定方法について説明する。図１において、初めに、基板１上に熱ＣＶＤで擬似電極２を形成する。次いで、擬似電極２を形成した基板１をチップフレームに固定し、エッチング処理する試料と共にプラズマエッチング装置の金属容器１０内に搬入して下部電極板１２に設置する。次いで、金属容器１０内の下部電極板１２と上部電極板１１との間に高周波電源１３を用いてプラズマを生成し、電極と同時にモニター部３の第１区域４および第２区域５をエッチングする（１次エッチング）。

エッチングで第１区域４を削り取ったとき、基板１上の擬似電極２の中心に正方形の露出面Ａ（図４（ａ）参照）が現われる。露出面積について、たとえば倍率２０倍程度の光学顕微鏡によって擬似電極２で計画した面積と同一か否かを確認する。同一と確認したとき、電極も同一エッチング量で削られるので、第１区域４の厚さから電極における削れ量を同じ値と確定する（１次判定）。正方形の露出面が現われないとき、再度第１区域４をエッチングし、露出面積が擬似電極２で計画した面積と同一になったと確認したとき、同一エッチング量で削られたとみて電極削れ量を第１区域４の厚さに基づいて同じ値と確定する。

さらに、プラズマを生成し、電極と同時にモニター部３の第２区域５をエッチングする（２次エッチング）。エッチングで第２区域５を削り取ったとき、基板１上の擬似電極２の中心に正方形の露出面Ｂ（図４（ｂ）参照）が現われる。露出面積について、たとえば光学顕微鏡によって擬似電極２で計画した面積と同一か否かを確認する。同一と確認したとき、電極も同一エッチング量で削られるので、第２区域５の厚さから電極における削れ量を同じ値と確定する（最終判定）。次いで、下部電極板１２から基板１を取り外し、金属容器１０から基板１を搬出する。

このように本実施の形態によれば、電極と同時にモニター部３の各区域４、５について段階を追ってエッチングすることにより、エッチングの進行と共に各区域４、５が削られ、このとき現われる基板１の露出面積に基づいて電極削れ量を確定することができる。この判定方法によれば、エッチング量を確定するのに光学顕微鏡で視覚的にエッチング量を確定することが可能になり、電極における削れ量を最終的に確定するまでに長時間を費やすことがない。この結果、エッチング工程に組み入れても何らエッチング工程の負担とならならないで高精度の加工を実施することができる。

上記と異なる実施に形態について説明する。本実施の形態の擬似電極２の材料はＡｕである。これはＡｌの電極材料よりも大きいエッチング・レート（たとえば、Ａｒガスを使用する場合のエッチング処理で約２倍）を有する。モニター部３は、図５に示すように、ステップ状の３つの区域、すなわち第１区域４、第２区域５および第３区域６を備える。ここで、モニター部３の厚さは電極よりも小さい値に寸法決めされる。

エッチング処理手順は上記の工程と同一である。すなわち、エッチング工程で電極と同時にモニター部３の第１区域４、第２区域５および第３区域６をエッチングする（１次エッチング）。エッチングで第１区域４を削り取ったとき、露出面Ａ（図６（ａ）参照）が現われる。露出面積について擬似電極２で計画した面積と同一か否かを見極め、同一であるとき、第１区域４の厚さから電極における削れ量を確定する（１次判定）。

また、エッチング工程において、電極と同時にモニター部３の第２区域５および第３区域６をエッチングする（２次エッチング）。エッチングで第２区域５を削り取ったとき、露出面Ｂ（図６（ｂ）参照）が現われる。露出面積について擬似電極２で計画した面積と同一か否かを見極め、同一であるとき、第２区域５の厚さから電極における削れ量を確定する（２次判定）。

さらに、エッチング工程において、電極と同時にモニター部３の第３区域６をエッチングする（３次エッチング）。エッチングで第３区域６を削り取ったとき、露出面Ｃ（図６（ｃ）参照）が現われる。露出面積について擬似電極２で計画した面積と同一か否かを確見極める。同一と確認したとき、第３区域６の厚さから電極における削れ量を確定する（最終判定）。

このように、本実施の形態では擬似電極２を電極のＡｌよりもエッチング・レートの大きいＡｕで構成し、モニター部３を電極と同時に段階を追ってエッチングする。この過程で各区域が削られる度に出現する基板１の露出面積から電極削れ量を確定することができる。本方法によれば、エッチング・レートの大きいＡｕでさらに感度を上げて判定することができる。

図１は本発明によるエッチング量判定方法の手順を示すフローチャートである。 図２は本発明方法で使用される擬似電極を示すもので、（ａ）は擬似電極の平面図、（ｂ）は擬似電極の正面図である。 図３は本発明方法で使用されるプラズマエッチング装置の系統図である。 図４は本発明方法のエッチング処理で現われる基板露出面を示すもので、（ａ）は１次エッチング後の基板露出面を示す図、（ｂ）は２次エッチング後の基板露出面を示す図である。 図５は本発明方法で使用される他の擬似電極を示すもので、（ａ）は擬似電極の平面図、（ｂ）は擬似電極の正面図である。 図６は本発明方法のエッチング処理で現われる基板露出面を示すもので、（ａ）は１次エッチング後の基板露出面を示す図、（ｂ）は２次エッチング後の基板露出面を示す図、（ｃ）３次エッチング後の基板露出面を示す図である。

符号の説明

１… 基板
２… 擬似電極
３… モニター部
４… 第１区域
５… 第２区域
６… 第３区域
１０… 金属容器
１１… 上部電極板
１２… 下部電極板
１３… 高周波電源

Claims (5)

1. 基板上に反応性ガスで削られる材料からなり、ステップ状の複数の区域を有するモニター部を備えた擬似電極を形成し、試料の電極と同時に前記モニター部の各区域を段階を追ってエッチングする工程を含み、各々削られて現われた前記各区域の前記基板の露出面積からエッチング量を確定する、半導体デバイスのエッチング量判定方法。
2. 前記モニター部の複数の区域をエッチングする工程が前記モニター部の第１区域および第２区域をエッチングし、次いで第２区域をエッチングする工程を含み、それぞれの工程において現われる前記基板の露出面積に基づいてエッチング量を確定する、請求項１記載の半導体デバイスのエッチング量判定方法。
3. 前記モニター部の複数の区域をエッチングする工程が前記モニター部の第１区域、第２区域および第３区域をエッチングし、次いで第２区域および第３区域をエッチングし、次いで第３区域をエッチングする工程を含み、それぞれの工程において現われる前記基板の露出面積に基づいてエッチング量を確定する、請求項１記載の半導体デバイスのエッチング量判定方法。
4. 前記擬似電極の材料が試料の電極材料と同一である請求項１記載の半導体デバイスのエッチング量判定方法。
5. 前記擬似電極の材料が試料の電極の材料よりも大きいエッチング・レートを有する請求項１記載の半導体デバイスのエッチング量判定方法。

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