JP3065022B2 - エッチングモニタパターン及びモニタ方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】本発明は、エッチングモニタパターン及び
モニタ方法に関し、特にトランジスタなどを形成した半
導体基板にコンタクトホールをエッチングによって開口
する際の半導体基板に対するエッチング量を算出するた
めのエッチングモニタパターン及びモニタ方法に関する
ものである。

【０００３】

【従来の技術】コンタクトホールは、半導体基板上に形
成したトランジスタなどの電子素子に導電性配線を接続
させる目的で、半導体基板表面に形成する層間絶縁膜を
エッチングすることによって開口させている。

【０００４】コンタクトホールを半導体基板に形成させ
るためには、半導体基板上の絶縁膜だけでなく、半導体
基板にもある程度エッチングするオーバーエッチングを
施すことが必要がある。

【０００５】しかしながら、半導体基板に対するエッチ
ング量が大きすぎると、エッチング後に開口されるコン
タクトホールが半導体基板中のアクティブ領域を突き抜
け、その下地基板まで到達してしまうため、アクティブ
領域と下地基板とのショートなどによる電子素子の不良
をまねく。

【０００６】従って、半導体基板に対するオーバーエッ
チング量は、最適な量にするように制御しなければなら
ない。

【０００７】従来、エッチングモニタパターンは、たと
えば特開昭６４−６８９３２公報に開示されるように、
半導体基板のオーバーエッチング量を最適な量に制御す
ることを目的として用いられている。

【０００８】図７は、従来例に係る半導体基板に対する
オーバーエッチング量を算出する手順を示すフローチャ
ート、図８は、従来例におけるエッチングモニタパター
ンを示す断面図である。

【０００９】図８に示されていないが、半導体基板とし
てのシリコン基板１上には、ゲート電極が形成され、シ
リコン基板１にソース領域とドレイン領域が形成されて
ＭＯＳトランジスタが形成されている。２は素子分離用
シリコン酸化膜であり、素子分離用シリコン酸化膜２の
膜厚は、膜形成後、予め測定しておく。

【００１０】図７及び図８に示すように、絶縁膜形成工
程Ｓ1において、シリコン基板１の表面に絶縁膜として
のＰＳＧ膜３を形成し、フォトレジスト膜塗布工程Ｓ2
において、ＰＳＧ膜３上にフォトレジスト膜４を塗布
し、パターン化工程Ｓ3において、フォトレジスト膜４
にパターン化を施す。

【００１１】パターン化工程Ｓ3において、コンタクト
ホールを形成するための開口５の他に膜厚測定に可能な
大きさのモニタ用開口６を形成する。モニタ用開口６
は、素子分離用シリコン酸化膜２上に設け、スクライブ
ラインに接する素子分離領域に設けることにより、後の
工程で配線を形成する際の悪影響を防ぐ。

【００１２】その後、ドライエッチング工程Ｓ4におい
て、コンタクトホール用開口５及びモニタ用開口６が形
成されたフォトレジスト膜４をマスクにして、プラズマ
エッチングなどのドライエッチングを行う。

【００１３】次に、図７及び図８を用いて、半導体基板
に対するオーバーエッチング量をモニターする方法につ
いて説明する。

【００１４】ドライエッチング工程Ｓ4でのエッチング
終了後、酸化膜測定工程Ｓ5において、モニタ用開口６
に臨む素子分離用シリコン酸化膜２の膜厚を測定する。
次に、エッチング量算出工程Ｓ6及びＳ7において、前記
測定値と、エッチング前に予め測定していたシリコン酸
化膜２の膜厚値とから、シリコン酸化膜２のエッチング
量を算出する。

【００１５】シリコン酸化膜２のエッチング量とシリコ
ン基板１のエッチング量との間にはエッチング条件によ
り決まる図９に示されるエッチング速度比の関係がある
ため、この関係からシリコン基板１に対するエッチング
量を算出することができる。

【００１６】例えば図９において、シリコン基板１に対
する最適なオーバーエッチング量をＴ０とすると、この
ときのシリコン酸化膜２のエッチング量はｔ０である
が、測定されたシリコン酸化膜２のエッチング量がｔで
あれば、そのときのシリコン基板１のエッチング量はＴ
と推定されるため、エッチング条件を適切に設定するこ
とによって、シリコン基板に対する最適なエッチング量
Ｔ０にさせることができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す従来例に係るエッチングモニタパターンは、大きさ
の点において小面積のパターンにすることが困難であ
り、そのため、高集積化が困難になり、チップサイズの
縮小化を実現することが困難になるという問題がある。

【００１８】その理由は、シリコン酸化膜２の膜厚を測
定するためには、測定装置が測定用光線を照射するため
の領域として、モニタ用開口６は、少なくとも直径数十
μｍ以上を必要とし、この直径を縮小することができな
いためである。

【００１９】本発明の目的は、大面積を必要としない高
集積化に最適なエッチングモニタパターン及びモニタ方
法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るエッチングモニタパターンは、半導体
基板と、モニタ用開口とを有するエッチングモニタパタ
ーンであって、前記半導体基板は、その表面の一部に素
子分離用フィールド絶縁膜が形成され、前記フィールド
絶縁膜と基板全面を覆うように層間絶縁膜が形成され、
前記層間絶縁膜に複数のコンタクトホール用開口が開口
されており、前記モニタ用開口は、前記コンタクトホー
ル用開口の少なくとも１つを用いたものであり、前記モ
ニタ用開口の底部は、前記フィールド絶縁膜と半導体基
板の両方に臨んで形成されたものである。

【００２１】また、前記モニタ用開口の底部は、前記フ
ィールド絶縁膜と半導体基板の境界位置付近に形成され
たものである。

【００２２】また、前記モニタ用開口の底部は、前記半
導体基板を挟んで設けられたフィールド絶縁膜との境界
位置付近に形成されたものである。

【００２３】また、本発明に係るエッチングモニタパタ
ーンによるモニタ方法は、半導体基板上の絶縁膜に形成
されたコンタクトホール用開口の一部をモニタ用開口と
して利用してエッチングを行ない、前記モニタ用開口内
に臨むフィールド絶縁膜と半導体基板との境界位置の変
化をモニタし、半導体基板に対するエッチング量をモニ
タするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。

【００２５】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係る半導体基板に対するオーバーエッチング量を算
出する手順を示すフローチャート、図２は、本発明の実
施形態１におけるエッチング後のエッチングモニタパタ
ーンを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【００２６】図において本発明の実施形態１に係るエッ
チングモニタパターンは、半導体基板１と、モニタ用開
口６とを有している。

【００２７】図２及び図３に示すように、半導体基板１
は、その表面の一部に素子分離用フィールド絶縁膜２が
形成され、フィールド絶縁膜２と基板全面を覆うように
層間絶縁膜３が形成されており、層間絶縁膜３に複数の
コンタクトホール用開口５，６が開口されている。図２
及び図３においては、半導体基板としてシリコン基板を
用いている。

【００２８】モニタ用開口６は、コンタクトホール用開
口５，６の少なくとも１つを用いたものであり、モニタ
用開口６の底部は、フィールド絶縁膜２と半導体基板１
の両方に臨んで形成されている。

【００２９】本発明の実施形態１に係るモニタ方法は、
モニタ用開口６内に露出する基板寸法に基づいて、半導
体基板のエッチング量を算出することを特徴とするもの
である。

【００３０】次に、本発明の実施形態１に係るモニタ方
法を具体的に説明する。

【００３１】図１，図２及び図３に示すように、絶縁膜
形成工程Ｓ1において、シリコン基板１上に膜厚が３０
０〜４００ｎｍの素子分離用フィールド酸化膜２を形成
し、基板全面及び素子分離用フィールド酸化膜２上に、
膜厚が３５０〜１０００ｎｍのＢｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐ
ｈｏｒｏｕｓ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ（ＢＰＳ
Ｇ）などの層間絶縁膜３を形成する。

【００３２】次に、フォトレジスト塗布工程Ｓ2におい
て、層間絶縁膜３上にフォトレジスト膜４を塗布し、パ
ターン化工程Ｓ3において、フォトレジスト膜４にパタ
ーン化を施し、次に、エッチング工程Ｓ8において、層
間絶縁膜３に複数のコンタクトホール用開口５，６とを
設ける。

【００３３】そして、複数のコンタクトホール用開口
５，６のうち、１つのコンタクトホール用開口をモニタ
用開口６として用いる。

【００３４】モニタ用開口６は図３に示すように、シリ
コン基板１と素子分離用フィールド酸化膜２との境界７
上に設けられ、その大きさは、直径が２００〜１０００
ｎｍの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察可能な大
きさとする。

【００３５】エッチング工程Ｓ8において、パターン化
が施されたフォトレジスト膜４をマスクにしてエッチン
グを行うことにより、コンタクトホール５とモニタ用開
口６は、開口される。

【００３６】図３に示すように、エッチング後、エッチ
ングモニタ用開口６の底部は、シリコン基板１と素子分
離用フィールド酸化膜２との境界７が露出するように形
成される。

【００３７】エッチングモニタパターンにおいては、エ
ッチングモニタ用開口６を開口する際に、シリコン基板
１がエッチングされれば、エッチングモニタ用開口６内
の素子分離用フィールド酸化膜２も同時にエッチングさ
れるため、シリコン基板１のエッチング量により、エッ
チングモニタ用開口６内の境界７の位置は変位すること
となる。

【００３８】シリコン基板１のエッチング量によりエッ
チングモニタ用開口６内での境界７の位置が変われば、
エッチングモニタ用開口６内に露出する基板寸法ｔも変
わる。このため、シリコン基板１に対するエッチング量
とエッチングモニタ用開口６内に露出する基板寸法との
関係は図４に示すように、最初の基板寸法ａから徐々に
基板寸法ｔに拡大される関係にある。

【００３９】従って、エッチング後、測定工程Ｓ9にお
いて、モニタ用開口６内に露出する基板寸法をＳＥＭな
どを用いて測定することにより、シリコン基板１のエッ
チング量は図４を用いて求めることができる。

【００４０】このことを図４を用いて詳細に説明する。
図４において、シリコン基板１の最適なエッチング量を
Ｔ０とすると、このときのエッチングモニタ用開口６内
の基板寸法はｔ０であるが、測定された基板寸法がｔで
あれば、シリコン基板１のエッチング量はＴと推定され
るため、基板寸法がｔ０とするようにエッチング条件を
調節することにより、最適なシリコン基板エッチング量
Ｔ０に設定することができる。

【００４１】（実施形態２）実施形態１において、エッ
チングモニタ用開口６内に露出するシリコン基板１が２
つのフィールド絶縁膜２で挟まれる構成とすることもで
きる。そのための構成を、本発明の実施形態２として図
５及び図６に示す。図５は、本発明の実施形態２におけ
るエッチング後のエッチングモニタ用開口６を示す平面
図、図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図である。

【００４２】図５及び図６に示すように、シリコン基板
１上に膜厚が３００〜４００ｎｍの素子分離用フィール
ド酸化膜２を形成し、素子分離用フィールド酸化膜２か
ら離れて膜厚が３００〜４００ｎｍの別の素子分離用フ
ィールド酸化膜３をシリコン基板１上に形成する。

【００４３】シリコン基板１の表面及び素子分離用フィ
ールド酸化膜２，３上には、膜厚が３５０〜１０００ｎ
ｍのＢＰＳＧなどの層間絶縁膜４を形成し、層間絶縁膜
４上にフォトレジスト膜５を塗布し、パターン化を施
す。

【００４４】上述したパターン化において、フォトレジ
スト膜５にエッチングモニタ用開口６と、図示略したコ
ンタクトホール用開口５とを設ける。

【００４５】エッチングモニタ用開口６は、シリコン基
板１を挟んで設けられた素子分離用フィールド酸化膜２
との境界７、及び素子分離用フィールド酸化膜３との境
界８上に設け、その大きさは、直径が２００〜１０００
ｎｍのＳＥＭで観察可能な大きさとする。

【００４６】エッチングモニタ用開口６は、パターン化
が施されたフォトレジスト膜４をマスクにしてエッチン
グを行うことによって開口する。

【００４７】図５及び図６に示すように、エッチング
後、エッチングモニタ用開口６の底部は、シリコン基板
１と素子分離用フィールド酸化膜２ａとの境界７、及び
シリコン基板１と素子分離用フィールド酸化膜２ｂとの
境界８とがそれおぞれ露出するように形成する。

【００４８】本発明の実施形態２に係るエッチングモニ
タパターンにおいても、シリコン基板１のエッチング量
とエッチングモニタ用開口６内に露出する基板寸法との
関係は、実施形態２における図４と同じような関係とな
る。

【００４９】従って、エッチング後のモニタ用開口６内
に露出する基板寸法をＳＥＭなどを用いて測定すること
により、シリコン基板１のエッチング量を求めることが
できる。

【００５０】本発明の実施形態２では、フォトレジスト
膜４にパターン化を施す工程において、エッチングモニ
タ用開口６が本来の位置よりずれた位置にパターン化さ
れたとしても、エッチング後、ＳＥＭにより測定される
基板寸法に誤差が生じる心配がなく、実施形態１より正
確に基板寸法を測定することができるという利点があ
る。

【００５１】その理由は、フォトレジスト膜４にパター
ン化を施す工程において、本来よりずれた位置にエッチ
ングモニタがパターン化され、その後にエッチングされ
たとしても、エッチング後、エッチングモニタ用開口６
内に露出するシリコン基板１は、素子分離用フィールド
酸化膜２ａと素子分離用フィールド酸化膜２ｂとによっ
て挟まれて露出し、ＳＥＭにより測定される基板寸法
は、半導体基板１と２つのフィールド酸化膜２ａ，２ｂ
との境界の位置によってのみ決定されるため、フォトレ
ジスト膜４にパターン化を施す工程におけるエッチング
モニタの位置のずれは、基板寸法の測定結果に影響する
ことがないためである。

【００５２】なお、上記各実施形態に限定されず、本発
明の技術思想の範囲内において、各実施形態は、適宜変
更され得ることは明らかである。

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｓ
ＥＭにより観察され得る大きさのコンタクトホールの一
部を利用して、半導体基板と、半導体基板上に形成され
るフィールド絶縁膜との境界を露出するようにモニタ用
開口を形成するため、モニタ用開口を必要以上に拡大す
ることがなく、大面積を必要としない高集積度の半導体
装置に適用して好適なエッチングモニタを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る半導体基板に対する
オーバーエッチング量を算出する手順を示すフローチャ
ートである。

【図２】本発明の実施形態１におけるエッチング後のエ
ッチングモニタパターンを示す平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】本発明の実施形態において、シリコン基板に対
するエッチング量とエッチングモニタ用開口内に露出す
る基板寸法との関係を示す図である。

【図５】本発明の実施形態２におけるエッチング後のエ
ッチングモニタ用開口を示す平面図である。

【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】従来例においてシリコン基板に対するエッチン
グ量算出法を示すフローチャートである。

【図８】従来例に係るエッチングモニタ製造工程におい
てエッチング前を示す断面図である。

【図９】従来例においてシリコン基板のエッチング量算
出時に用いられる酸化膜とシリコン基板のエッチング速
度の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２，２ａ，２ｂ 素子分離用酸化膜 ３ ＢＰＳＧ膜 ４ フォトレジスト膜 ５ コンタクトホール用開口 ６ モニタ用開口 ７，８ 境界

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、モニタ用開口とを有する
   エッチングモニタパターンであって、 前記半導体基板は、その表面の一部に素子分離用フィー
   ルド絶縁膜が形成され、前記フィールド絶縁膜と基板全
   面を覆うように層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜
   に複数のコンタクトホール用開口が開口されており、 前記モニタ用開口は、前記コンタクトホール用開口の少
   なくとも１つを用いたものであり、 前記モニタ用開口の底部は、前記フィールド絶縁膜と半
   導体基板の両方に臨んで形成されたものであることを特
   徴とするエッチングモニタパターン。
2. 【請求項２】 前記モニタ用開口の底部は、前記フィー
   ルド絶縁膜と半導体基板の境界位置付近に形成されたも
   のであることを特徴とする請求項１に記載のエッチング
   モニタパターン。
3. 【請求項３】 前記モニタ用開口の底部は、前記半導体
   基板を挟んで設けられたフィールド絶縁膜との境界位置
   付近に形成されたものであることを特徴とする請求項１
   に記載のエッチングモニタパターン。
4. 【請求項４】 半導体基板上の絶縁膜に形成されたコン
   タクトホール用開口の一部をモニタ用開口として利用し
   てエッチングを行ない、 前記モニタ用開口内に臨むフィールド絶縁膜と半導体基
   板との境界位置の変化をモニタし、半導体基板に対する
   エッチング量をモニタすることを特徴とするエッチング
   モニタパターンによるモニタ方法。