JP4514320B2 - シリサイド膜製造工程の評価試験装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造工程中のシリサイド膜の製造工程を評価するための試験装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、ロジック回路においては、高速の動作が要求されるため、ロジック回路を構成する半導体素子の配線として、シリサイド層又はポリサイド層が用いられている。
即ち、ロジック回路を構成するトランジスタにおいては、ソース領域及びドレイン領域の上面にシリサイド膜を形成したシリサイド層を用いたり、ゲート酸化膜上のポリシリコン層の上面にシリサイド膜を形成したポリサイド層を用いたりしている。
【0003】
従って、このようなシリサイド層又はポリサイド層のシリサイド膜の製造工程を評価するための試験装置及び製造工程の評価方法に関心が集中している。
以下、従来の配線の製造工程の評価試験装置及びそれを利用した評価方法について説明する。
先ず、配線の面抵抗値Rshを測定するための試験装置としては、図2に示したようなファンデルパウ(Van Der Pauw)の交叉抵抗(cross-resistor)パターンを利用したものがある。このようなファンデルパウの交叉抵抗パターンは、たとえば、Buehler,M.G.,Grant,S.D.,and Thurber,W.R.,“Bridge and van der Pauw Sheet Resistor for Characterizing the Line Width of Conducting Layer”,J.Electrochem.Soc.,Vol.125,No.4(April 1978)に記載されており、多くの半導体製造メーカが配線の特性を評価するために利用している。
【0004】
図2に示されたように、交叉抵抗パターン100は、矩形状の第1、第2導電層110、120が互いに直交して形成される。それら第1、第2導電層110、120はそれぞれ同じ幅aを有し、長さは幅aの2倍程度に形成されている。そして、縦方向に延長形成された第1導電層110と、横方向に延長形成された第2導電層120との交叉部分が中央部130であり、面抵抗値Rshは、縦辺及び横辺の長さが共にaである中央部130の抵抗値である。
【0005】
前記第1、第2導電層110、120の一端は、導電タップ110a、120aによって電流接触パッドI11、I12にそれぞれ連結されており、前記第1、第2導電層110、120の他端は、導電タップ110b、120bによって電圧接触パッドV11、V12にそれぞれ連結されている。
このように構成された従来の交叉抵抗パターン100においては、各電流接触パッドI11、I12に特定値の電流を流した後、電圧接触パッドV11、V12の電圧変化値を測定することで、中央部130の面抵抗値Rshを求めることができる。
【0006】
また、図3に示したように、従来のブリッジ抵抗パターン200は、導電性ストリップ210と、該導電性ストリップ210の両端にそれぞれ連結された矩形状の電流接触パッドIa、Ibとを有するドッグボーン(dog bone)及び前記導電性ストリップ210の両端に導電性タップ220a、220bによりそれぞれ連結された電圧接触パッドVa、Vbから構成される。
【0007】
前記導電性ストリップ210の幅Wは、図2に示した前記面抵抗試験用の交叉抵抗パターン100の中央部130の縦辺及び横辺の長さaと同じに形成することが好ましく、前記導電性ストリップ210の長さLは様々に変化させて形成できるようになっている。
また、前記導電性ストリップ210の抵抗値Rdbは、2つの電圧接触パッドVa、Vb間の長さLに対応する抵抗値であり、前記電流接触パッドIa、Ib間に特定値の電流を流しながら電圧接触パッドVa、Vb間の電圧差を測定することにより求めることができる。
【0008】
このように、前記導電性ストリップ210の長さLが異なる多様な試験パターンを形成して、シリサイド膜の工程評価の信頼度を向上させると共に、前記導電性ストリップ210の幅Wも多様に可変させて、複数の試験パターンを形成することで、シリサイド膜の製造工程の評価の信頼度を一層向上させるようになっている。
【0009】
次に、従来のシリサイド膜製造工程の評価試験装置を利用して、シリサイド膜の製造工程を評価する方法について説明する。
先ず、図2に示したような交叉抵抗パターン100において、ファンデルパウ方程式を利用して、シリサイド膜の面抵抗値Rshを求める。このとき、通常は、図2の交叉抵抗パターン100を形成するためのフォトマスク上のパターンの寸法と、実際に半導体基板上に形成されたパターンの寸法とが異なるため、半導体基板上に形成された実際のパターンの横辺及び縦辺の長さa’、b’(図示されず)を測定する必要がある。
【0010】
その後、前記ファンデルパウ方程式を利用して測定された実際の面抵抗値Rshは、横辺の長さがa’であり、縦辺の長さがb’であるときの抵抗値であるため、マスク上のパターンの横方向及び縦方向の寸法aに換算して、理論上の面抵抗値Rsh’を求める。
また、図3に示したブリッジ抵抗パターン200の導電性ストリップ210に電流を流して、該導電性ストリップ210の抵抗値Rdbを求めた後、半導体基板上に形成した、図3に示されたような導電性ストリップ210の実際の幅Weff及び長さLeffを測定し、前記導電性ストリップ210の面数sc、即ち、長さLeffを幅Weffで除算した値を求めて、該面数scで前記抵抗値Rdbを除算すれば、導電性ストリップ210のようなストリップ型パターンの面抵抗値Rsh”を求めることができる。
【0011】
そして、前記交叉抵抗パターン100の実際の面抵抗値Rsh及び理論上の面抵抗値Rsh’、並びに、導電性ストリップ210の面抵抗値Rsh”をそれぞれ比較した結果、それらの値が同じか又は近似する場合は、シリサイド膜の製造工程が良好に終了されたと判断して、該当の半導体基板に対して後続する半導体素子の製造工程を進行する。しかし、前記面抵抗値Rsh’と面抵抗値Rsh”との差が許容値を外れた場合は、製造される半導体素子の信頼性が低下するため、該半導体基板に対して後続する製造工程を行わずに廃棄する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来のシリサイド膜製造工程の評価試験装置においては、試験しようとするシリサイド膜パターンの幅が限界寸法(critical dimension)と同じか又はそれ以下の狭い場合には、フォトリソグラフィ工程で露光効果が生じることにより、フォトマスク上のパターンの寸法と、実際に半導体基板上に具現化されたシリサイド膜製造工程の評価試験装置のパターンの寸法との誤差が大きくなる。従って、製造されたシリサイド膜製造工程の評価試験装置のパターンを再び測定する必要があるため、試験時間が長引き、かつ、煩雑であるという問題点があった。
【0013】
また、幅の狭い導電性パターン上にシリサイド膜を形成することが難しく、形成されてもアニーリングして低抵抗のシリサイド膜に相転移するとき、相転移が容易に行われないため、幅の広いシリサイド膜に比べて抵抗が非常に高く、熱的安定性が低下して、均一性が低下するという不都合な点があった。従って、限界寸法以下の狭い幅を有するシリサイド膜製造工程の評価試験装置の場合には、線幅と抵抗値との相関関係が不規則となって、シリサイド膜製造工程の評価試験装置の線幅を手作業により一々測定しなければならず、電気的な方法によりシリサイド膜の製造工程を評価することが難しかった。これにより、製造工程の評価時間が長引き、かつ、工程評価の信頼性が低下するという問題点があった。
【0014】
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、シリサイド膜が限界寸法以下の線幅を有する場合にも、製造したシリサイド膜製造工程の評価試験装置のパターン及び線幅を再び測定する必要が無く、シリサイド膜の線幅及び抵抗値を電気的な方法で迅速に測定して、シリサイド膜の製造工程評価時間を短縮させ、工程評価の信頼性を向上し得るシリサイド膜製造工程の評価試験装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置においては、アクティブ領域とフィールド領域とから成るシリコン基板と、前記フィールド領域上に形成されたポリサイド層の交叉抵抗パターンから成る第1パターンと、前記アクティブ領域上に形成されたポリサイド層及びシリサイド層から成る第2パターンと、を備えて構成されている。
【0016】
そして、前記第1パターンにおいては、同じ幅で互いに直交するように形成された2つのポリサイド層パターンと、前記2つのポリサイド層パターンのうちの一方のポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第1電流接触パッド及び第1電圧接触パッドと、前記2つのポリサイド層パターンのうちの他方のポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第2電流接触パッド及び第2電圧接触パッドと、から構成されている。
【0017】
また、前記第2パターンにおいては、前記アクティブ領域に形成された絶縁膜上に所定間隔を置いて、平行に延長形成された第1ポリサイド層パターン及び第2ポリサイド層パターンから成る一対のポリサイド層パターンと、前記第1ポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第3及び第4電流接触パッドと、前記第3及び第4電流接触パッド間の前記第1ポリサイド層パターンに連結された第3及び第4電圧接触パッドと、前記第2ポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第5及び第6電流接触パッドと、前記第5及び第6電流接触パッド間の前記第2ポリサイド層パターンに連結された第5及び第6電圧接触パッドと、前記第1ポリサイド層パターンと第2ポリサイド層パターン間に形成されたシリサイド層パターンと、該シリサイド層パターンの両端にそれぞれ電気的に連結された第7及び第8電流接触パッド並びに第7及び第8電圧接触パッドと、を備えて構成され、前記第1〜前記第8電流接触パッドのそれぞれは、電流を流すためのパッドであり、前記第1〜前記第8電圧接触パッドのそれぞれは、電圧を測定するためのパッドである。
【0018】
さらに、前記第1電流接触パッドと前記第5電流接触パッドとは同一のパッドであり、前記第2電流接触パッドと前記第6電流接触パッドとは同一のパッドである。
そして、前記第1パターンは、ポリサイド層パターンの面抵抗値を測定するためのパターンである。
【0019】
また、前記第2パターンは、前記第1及び第2ポリサイド層パターンの各幅を電気的に測定して、前記シリサイド層パターンの幅を間接的に測定するためのパターンである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
先ず、本発明に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置は、図1に示したように、アクティブ領域500aとフィールド領域500bとを有するシリコン基板500の上面に、第1パターンAと第2パターンBとが形成されて成る。
【0021】
前記第1パターンAは、前記フィールド領域500bの上面のポリサイド層パターンの面抵抗を測定するように、2つのポリサイド層パターンから成る交叉抵抗パターンとして形成され、縦方向に延長された第1導電配線401と、該導電配線401と直交して延長形成された第2導電配線402とを備える。そして、それら第1導電配線401と第2導電配線402との交叉部403の抵抗を測定して、その面抵抗値を求めるようになっている。
【0022】
前記第1及び第2導電配線401、402は、それぞれ同じ幅WFを有するように形成する。このとき、その幅WFは、後述する第2パターンBの第1及び第2ポリサイドストリップ510a、510bの幅と同じである。
また、前記第1導電配線401の一端には導電アーム11が連結されて、該導電アーム11に第1電流接触パッドI1が連結され、他端にも導電アーム11が連結されて、該導電アーム11に第2電圧接触パッドV1が連結されている。
【0023】
さらに、前記第2導電配線402の一端には導電アーム12が連結されて、該導電アーム12に第2電流接触パッドI2が連結され、他端にも導電アーム12が連結されて、該導電アーム12に第1電圧接触パッドV2が連結されている。
上述した構成において、前記第1及び第2電流接触パッドI1、I2に特定値の電流を流した後、第1及び第2電圧接触パッドV1、V2の電圧をそれぞれ測定して、面抵抗値Rsを求める。
【0024】
前記第2パターンBは、前記アクティブ領域500aの上面に所定間隔をおいて対向して形成された第1ポリサイド層パターンとしての第1ポリサイドストリップ510aと第2ポリサイド層パターンとしての第2ポリサイドストリップ510bとから成る一対のポリサイドストリップ510と、それら第1、第2ポリサイドストリップ510a、510b間に形成されたシリサイド層パターンとしてのアクティブシリサイドストリップ520と、から構成される。前記一対のポリサイドストリップ510は、アクティブ領域500a上に絶縁膜を介してそれぞれ形成されている。
【0025】
ここで、前記第1、第2ポリサイドストリップ510a、510bの幅をそれぞれWFとし、長さはそれぞれLAとする。
また、前記第1ポリサイドストリップ510aの両端には、第3及び第4電流接触パッドI3、I4が導電アーム51を介してそれぞれ連結され、前記第2ポリサイドストリップ510bの両端にも第5及び第6電流接触パッドI5、I6が導電アーム52を介してそれぞれ連結される。
【0026】
さらに、前記第3及び第4電流接触パッドI3,I4間の前記第1ポリサイドストリップ510aには、第3電圧接触パッドV3及び第4電圧接触パッドV4が連結される。前記第3電圧接触パッドV3と第4電圧接触パッドV4間の前記第1ポリサイドストリップ510aの長さはLFである。
同様にして、前記第2ポリサイドストリップ510bにも、第5及び第6電圧接触パッドV5、V6が前記第5電流接触パッドI5と第6電流接触パッドI6とにそれぞれ隣接して連結される。前記第5電圧接触パッドV5と第6電圧接触パッドV6間の前記第2ポリサイドストリップ520aの長さはLFである。
【0027】
ここで、前記第1パターンAの第1電流接触パッドI1と、前記第2パターンBの第5電流接触パッドI5とは同じ電流接触パッドであると共に、前記第1パターンAの第2電流接触パッドI2と、第2パターンBの第6電流接触パッドI6も同じ電流接触パッドである。
さらに、前記第1ポリサイドパターン510aと第2ポリサイドパターン510b間のアクティブシリサイドストリップ520の両端には、第7電圧接触パッドV7及び第8電圧接触パッドV8、並びに、第7電流接触パッドI7及び第8電流接触パッドI8が、それぞれ電気的に連結されている。
【0028】
そして、前記第1ポリサイドストリップ510aと第2ポリサイドストリップ510bとはアクティブシリサイドストリップ520の幅WAだけ離隔される。このとき、前記幅WAは、マスク上の設計寸法であり、半導体基板上に、前記アクティブシリサイドストリップ520を製造したときの幅は、WA’であり、設計された幅WAと製造された幅WA’とは一般的に差異(誤差)がある。
【0029】
その理由は、半導体基板上にパターンを形成するとき、フォトリソグラフィ工程のパターンの幅寸法に応じて、露光効果及びエッチング工程の正確度が可変するためである。特に、設計された幅WAが解像限界に近い寸法、又はそれ以下の寸法である場合には、半導体基板上にパターンを製造した後、その実際の製造された幅WA’を測定して半導体素子の製造工程を評価すべきであるため、工程評価時間が長引く。
【0030】
しかし、本発明では、前記第1及び第2ポリサイドストリップ510a、510bの製造された幅WF’を電気的に測定して求めた後、それら第1、第2ポリサイドストリップ510a、510bの実際に製造された幅WF’と設計された幅WFとの誤差を計算して、前記第1、第2ポリサイドストリップ510a、510b間のアクティブシリサイドストリップ520の製造された幅WA’を推定すれば良い。これにより、アクティブシリサイドストリップ520の製造された幅WA’を手作業で測定する必要がなく、シリサイド膜の工程評価時間を短縮し得るという効果がある。
【0031】
以下、本実施形態に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置を利用して、シリサイド膜の製造工程を評価する方法について説明する。
先ず、交叉抵抗パターンの第1パターンAを利用して、ポリサイド膜の面抵抗値Rsを測定する。このとき、ファンデルパウ方程式を利用して面抵抗値Rsを測定するには、従来と同じ方法を利用する。
【0032】
その後、前記第2パターンBの第3及び第4電流接触パッドI3、I4に電流Iiをそれぞれ流した後、前記第3及び第4電圧接触パッドV3、V4の電圧差Vd1を測定して、式(1)により、第1ポリサイドストリップ510aの抵抗値Rを算出する。
【0033】
【数1】
【0034】
その後、式(2)を利用して、第1ポリサイドストリップ510aの実際に製造された幅WF’を計算する。
【0035】
【数2】
【0036】
なお、式(2)中、LF’は、第1ポリサイドストリップ510aの実際の長さ(マスク上の寸法ではなく、半導体基板上に製造された第1ポリサイドストリップ510aの寸法)である。
この場合、前記第1ポリサイドストリップ501aの製造された長さLF’は、マスク上の設計された長さLFと一致する。これは、マスク上の設計された長さLFが限界寸法(critical dimension)より長いために、露光効果による誤差が発生しないことによる。
【0037】
また、前記第1ポリサイドストリップ510aの製造された幅WF’は、幅が狭くて、フォトリソグラフィ工程及びシリサイド化工程を行う間に変化され易いため、通常は、設計された幅WFと差異が生じるが、本実施形態の第1ポリサイドストリップ510aの製造された幅WF’は、実測する必要がない特定値である。
【0038】
即ち、前記第1ポリサイドストリップ510aの製造された幅WF’は、第1ポリサイドストリップ510aのマスク上の設計された幅WFから変動幅2DWLだけ減算した値となる。この場合、前記変動幅を2DWLとした理由は、第1ポリサイドストリップ510aの製造された幅WF’は、第1ポリサイドストリップ510aの左右両側に変動するため、左右の何れか一方への変動幅をDWLとすると、左右両方に変動した場合の変動幅は2DWLとなるからである。
【0039】
従って、変動幅2DWLは、次の式(3)により求めることができる。
【0040】
【数3】
【0041】
上記式(3)中、Rは、第2パターンBの第1ポリサイドストリップ510aの抵抗値であり、Rsは、第1パターンAの面抵抗値であり、LFは、前記第1ポリサイドストリップ501aのマスク上の設計された長さであって、製造された長さLF’と同じであり、WFも、マスク上の第1ポリサイドストリップ510aの幅であるため、前記各値は算出可能な特定値である。従って、前記各値を上記式(2)に代入すれば、変動幅2DWLを算出することができる。
【0042】
ここで、前記第2ポリサイドストリップ510bの左側への変動幅をDWLとすると、同様な方法で、第1ポリサイドストリップ510aの右側への変動幅DWRを求めることができる。
その後、次の式(4)により、半導体基板上に形成されたアクティブシリサイドストリップ520の実際の幅WAを求めることができる。
【0043】
【数4】
【0044】
このように、本発明では、アクティブシリサイドストリップ520の幅WAが限界寸法以下であっても、本実施形態に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置を利用して、アクティブシリサイドストリップ520の幅WAの寸法を短時間で算出することができる。
そして、前記第7及び第8電流接触パッドI7、I8に電流Ijをそれぞれ流した後、第7及び第8電圧接触パッドV7、V8間の電圧差Vd2を測定することにより、アクティブシリサイドストリップ520の抵抗値Raを式(5)により求めることができる。
【0045】
【数5】
【0046】
このように、アクティブシリサイドストリップ520の幅WA及び抵抗値Raを短時間内に測定した後、期待値と比較することで、シリサイド膜の製造工程を評価することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置においては、限界寸法以下の狭い幅を有するシリサイド膜の製造工程を評価する場合にも、製造されたシリサイド膜の実際のパターン及び線幅を手作業で測定する必要がなく、電気的な方法を利用してシリサイド膜の線幅及び抵抗値を算出することができるため、シリサイド膜の製造工程評価時間を短縮させ、工程評価の信頼性を向上し得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシリサイド膜製造工程の評価試験装置を示す平面図である。
【図2】従来のシリサイド膜製造工程の評価試験装置の一例を示す平面図である。
【図3】従来のシリサイド膜製造工程の評価試験装置の他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
500:半導体基板
500a:アクティブ領域
500b:フィールド領域
A:第1パターン
B:第2パターン
401:第1導電配線
402:第2導電配線
403:交叉部
510:ポリサイドストリップ
510a:第1ポリサイドストリップ
510b:第2ポリサイドストリップ
520:アクティブシリサイドストリップ
I1〜I8:第1電流接触パッド〜第8電流接触パッド
V1〜V8:第1電圧接触パッド〜第8電圧接触パッド
11、12、51、52:導電アーム
Claims (4)
- アクティブ領域とフィールド領域とから成るシリコン基板と、
前記フィールド領域上に形成されたポリサイド層の交叉抵抗パターンから成る第1パターンと、
前記アクティブ領域上に形成されたポリサイド層及びシリサイド層から成る第2パターンと、を備え、
前記第1パターンは、
同じ幅で互いに直交するように形成された2つのポリサイド層パターンと、
前記2つのポリサイド層パターンのうちの一方のポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第1電流接触パッド及び第1電圧接触パッドと、
前記2つのポリサイド層パターンのうちの他方のポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第2電流接触パッド及び第2電圧接触パッドと、から構成され、
前記第2パターンは、
前記アクティブ領域に形成された絶縁膜上に所定間隔を置いて、平行に延長形成された第1ポリサイド層パターン及び第2ポリサイド層パターンから成る一対のポリサイド層パターンと、
前記第1ポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第3及び第4電流接触パッドと、
前記第3及び第4電流接触パッド間の前記第1ポリサイド層パターンに連結された第3及び第4電圧接触パッドと、
前記第2ポリサイド層パターンの両端にそれぞれ連結された第5及び第6電流接触パッドと、
前記第5及び第6電流接触パッド間の前記第2ポリサイド層パターンに連結された第5及び第6電圧接触パッドと、
前記第1ポリサイド層パターンと第2ポリサイド層パターン間に形成されたシリサイド層パターンと、
該シリサイド層パターンの両端にそれぞれ電気的に連結された第7及び第8電流接触パッド並びに第7及び第8電圧接触パッドと、から構成され、
前記第1〜前記第8電流接触パッドのそれぞれは、電流を流すためのパッドであり、
前記第1〜前記第8電圧接触パッドのそれぞれは、電圧を測定するためのパッドであることを特徴とするシリサイド膜製造工程の評価試験装置。 - 前記第1電流接触パッドと前記第5電流接触パッドとは同一のパッドであり、
前記第2電流接触パッドと前記第6電流接触パッドとは同一のパッドである
ことを特徴とする請求項1に記載のシリサイド膜製造工程の評価試験装置。 - 前記第1パターンは、ポリサイド層パターンの面抵抗値を測定するためのパターンであることを特徴とする請求項1又は2に記載のシリサイド膜製造工程の評価試験装置。
- 前記第2パターンは、
前記第1及び第2ポリサイド層パターンの各幅を電気的に測定して、前記シリサイド層パターンの幅を間接的に測定するためのパターンである
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のシリサイド膜製造工程の評価試験装置。
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