JPH02112252A - 可動イオンの評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置の製造に係わるホトリソグラフィ
及びエツチング工程等において、半導体素子中に侵入し
た可動イオン量を測定するための可動イオン評価方法に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、半導体素子の信頼性劣化原因の一つとして、
ゲート酸化膜等の可動イオンによる汚染が挙げられてい
る。この可動イオンはナトリウム（Ｎａ）やカリウム（
Ｋ）等のアルカリ金属イオンであり、これらがゲート酸
化膜等の中でＮａ”やに゛等の陽イオンとして挙動する
ため、半導体素子の特性変動を生じ、その信頼性を低下
させるものである。

ゲート酸化膜の可動イオンによる汚染経路としては、ゲ
ート酸化膜の形成過程において可動イオンが存在する酸
化炉やウェハにより汚染される場合と、ゲート酸化膜形
成後の工程において外因的に汚染される場合がある。こ
こでは後者の場合について、特にホトリソグラフィ及び
エツチング処理等における汚染に対する可動イオン評価
方法について述べる。

従来、この種の技術に関するものとしては、第２図（ａ
）〜（−ｆ）に示すようなものがあった。

以下、その構成を図を用いて説明する。第２図（ａ）〜
（ｆ＞は従来の可動イオン評価方法を示す試料作成工程
図である。

先ず、第２図（ａ）のシリコン（Ｓｉ）等から成るサブ
ストレートウェハ］−の表面に熱酸化を施し、第２図（
ｂ）に示すようなゲート酸化膜２を育成する。次いで、
可動イオン侵入の評価の対象とするホトリソグラフィ或
はエツチング処理等を施し、ゲート酸化膜２を第２図（
Ｃ）の如く可動イオン３で汚染させる。これは、例えば
ゲート酸化膜２上に図示しないレジスト膜を形成し、そ
の後このレジスト膜をプラズマエツチング等で除去する
工程を施すに際し、レジスト膜等に含まれる可動イオン
３によってゲート酸化膜２が汚染されるものである。

次に第２図（ｄ）のように、ゲート酸化膜２上に電極と
なるアルミニウム（ＡＮ　）膜４をスバ・ツタリング法
により形成し、さらにＡ、ｏ　Ｈ４に対するホトリソグ
ラフィ及びエツチング処理を施して第２図（ｅ）のＡ、
Ｑゲート電極５を形成する。続いて、へρスパッタリン
グ時にウェハが受けたダメージの除去及び特性安定化の
ためのＡ、Ｑシンターを施せば、第２図（ｆ）に示す構
造の可動イオン評価用の試料が作成される。

その後、上記のように形成された試料に対し、電気的な
方法によりゲート酸化膜２中の可動イオン量を測定する
。電気的測定方法としては、例えば゛トライアングル・
ボルテージ　スキャニング法（”ｒ”ｖｓ法）等が用い
られる。これにより第２図（ｃ）の工程におけるｕＪ動
イオン３の侵入量か推定され、その工程に対する可動イ
オンの評価がなされる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、下記構成の可動イオンの評価方法におい
ては、第２図（Ｃ）の評価対象の工程のみならず、他の
工程においても可動イオン３がゲ−ト酸化膜２に侵入す
るため、評価対象の工程で侵入した可動イオン量を精度
良く評価できないという課題があった。

即ち、第２図（ｄ）のへρスパッタリング時や第２図（
ｅ）のＡ、Ｑホトリソグラフィ及びエツチング処理時に
も可動イオン３がグー１〜酸化膜２の表面に侵入する。

そして侵入した可動イオン３は、第２図（ｆ）のＡＮシ
ンターによりＡ、Ｑゲート電極５直下まで拡散するため
、測定される可動イオン量は第２図（ｃ）、（ｄ）、（
ｃ）の工程で１受入した量の総和となってしまう。それ
故、本来の目的である評価対象の工程で侵入した可動イ
オン量を高精度に評価できないという問題を生じ、その
解決が困難であった。

本発明は前記従来技術がもっていた課題として、試料作
成時に評価対象外の工程からも可動イオンが侵入するた
め、目的とする可動イオン量を正確に測定できない点に
ついて解決した可動イオンの評価方法を提供するもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、可動イオンの評価
方法において、半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜及び
導電膜を順次形成する工程と、前記導電膜にパターニン
グを施し、その導電膜から成る可動イオン測定用パター
ンを形成する工程と、第１回目の可動イオン測定により
前記酸化膜に含まれている１′ｉ４動イオン量を測定す
る工程と、前記可動イオン測定用パターンをマスクとし
て前記窒化膜にエツチングを施し、表面に露出した前記
酸化膜に評価すべき可動イオンを侵入させる工程と、そ
の後の可動イオン測定により前記酸化膜に含まれている
可動イオン量を測定する工程とを、順に施すようにした
ものである。

（作用） 本発明によれば、以トのように可動イオンの評価方法を
構成したので、酸化膜と導電膜の間に形成された窒化膜
は、導電膜形成時のスパッタリングにおいて可動イオン
が酸化膜に侵入するのを阻止するように働く。また前記
窒化膜は、可動イオン測定用パターン形成時のホトリソ
グラフィ及びエツチング処理に際しても、同様に可動イ
オン侵入を阻止するように働く。

さらに、可動イオン測定用パターン形成後、第１回目の
可動イオン測定を行なうことは、酸化膜形成過程におけ
る可動イオン侵入の有無を把持せしめる。

この働きにより、評価対象の処理においてのみ可動イオ
ンを酸化膜へ侵入させることが可能となり、その侵入量
を精度良く測定し、的確な評価が可能となる。従って、
前記課題を解決することができる。

（実施例） 第１図（ａ）〜（ｇ）は本発明の実施例における可動イ
オンの評価方法を示す試料作成工程図である。以下、図
に従って順次説明する。

先ず、第１図（ａ）のＳｉ等から成るザプス１〜レート
ウェハ１１の表面に熱酸化等を施し、第１図（ｂ）に示
すような酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜等から成るゲート
酸化膜１２を形成する。次いで第１図（Ｃ）の如く、ゲ
ート酸化膜１２」二に低圧化学的気相成長（ＬＰ　　Ｃ
ＶＤ）法等を用いて窒化シリコン（Ｓ　ｉ　３　Ｎ４　
）　Ｍｌ　３を形成する。

次に第１図（ｄ）のように、Ｓｉ３Ｎ４膜１３上にスパ
ッタリング法等により導電膜、例えばＡ、ｆｌ膜１４を
形成する。続いて、Ａρ膜１４にホトリソグラフィ及び
エツチング等を施し、第１図（ｅ）に示すような所定形
状のゲート電極１５を形成する。このゲート電極１５は
、可動イオン測定用パターンとなるべきものである。前
記のＡ、ｌ）膜１４の形成及びホトリングラフィとエツ
チング処理を施すに際し、ゲート酸化膜１２はＳ　ｉ　
３Ｎ４膜１３によって保護されているので、可動イオン
による汚染を生じるおそれはない。

上記工程を終了した後、ゲート酸化膜１２に対し第１−
回Ｈの可動イオン量の測定を行なう。もしここで可動イ
オンが検出されれば、それはＡ１膜１４形成以Ａｉｒの
ゲート酸化膜１２育成中に侵入したものである。即ち、
熱酸化用の酸化炉やウェハの汚染等により、ゲート酸化
［１２が汚染されていると考えられる。それ故、汚染さ
れたゲート酸化膜１２は目的とする可動イオン評価に適
さないので、以降の評価試料としては用いない方がよい
。

次に、可動イオンにより汚染され−Ｃいない第１図（ｅ
）のゲート酸化１模］２に対し、第１図（ｆ）の如く可
動イオン侵入の評価の対象とする処理を施す。例えば、
ドライエツチングによる汚染を評価する場合には、第１
図（ｃ）のゲート電極１５をマスクとして５１３Ｎ４膜
に１３にドライエツチングを施す。これにより、エツチ
ング除去されたＳ　Ｌ　３　Ｎ４　＠　１３に接してい
たゲート酸化膜１２表層部は、第１図（ｆ）の如く可動
イオン１６によって汚染される。

その後、第１図（ｇ＞の工程でＡｆＪシンター処理を施
ずと、可動イオン１−６はＳｉ３Ｎ４膜１３直下を含む
ゲート酸化膜１２中全域に拡散する。

次いで、可動イオン量をＴＶＳ法等の電気的方法により
測定すれば、Ｓｉ３Ｎ４膜１３のドライエツチング時に
ゲート酸化膜１２に侵入した可動イオン量を定量的に把
持することができる。

また第１図（ｆ＞において、Ｓｉ３Ｎ４膜１３のドライ
エツチング後レジスト除去に用いるレジスト灰化装置に
よる汚染を評価する場合には、前記方法によりＳｉ３Ｎ
４膜１３のドライエツチングによる侵入可動イオン量を
定量的に測定した後、レジスト灰化装置による処理を施
し、ゲート酸化膜１２表面を汚染させる。次いで、再び
Ａρレシンー処理を施し、可動イオン］６を拡散さぜな
後、可動イオン量を測定する。これにより、Ｓｉ３Ｎ４
［１３のドライエツチングによる可動イオン量とレジス
ト灰化装置での可動イオン量との総和が求められる。そ
れ故、総和から予め求めておいた５ｉ３Ｎａ膜のドライ
エツチングによる可動イオン量を差し引けは、レジスト
灰化装置による侵入可動イオン量が得られる。

同様の方法により、他のドライプロセスやレジスト処理
等における可動イオンの評価を、Ａｇ膜１４形成時及び
ホトリングラフィ、エツチング処理時の影響を受けるこ
となく高精度に行なうことができる。また、その精度は
、ゲート電極１５周辺の５ｊ３Ｎ４膜１３を大きく開孔
すればする程高精度となる。

本実施例においては、ゲート酸化膜１２　Ｊｌに可動イ
オンに対するバリア効果の大きい５１３Ｎ４膜１３を形
成する・ようにしたので、その後の工程であるＡＪ７ス
パツタリング、ホトリソグラフィ及びエツチング時にお
ける可動イオンのゲート酸化膜１２への侵入が阻止され
る。また、第１回「１の可動イオン量の測定により、ゲ
ート酸化１１２の育成過程における汚染の有無を確認し
、汚染されているものを試料から除外するすることがで
きる。

従って、評価対象の処理においてゲート酸化、［１２に
侵入した可動イオン量のみを定量的かつ高精度に測定す
ることができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず種々の変形が
可能である。例えば、評価対象となる酸化膜はゲート酸
化膜１２に限らず他の酸化膜でもよいし、導電膜もＡ１
膜１４のみに限定されるものではない。また、可動イオ
ン測定用パターンとしてのゲート電極１５は、評価対象
とする半導体装置の用途や形式等に応じて他のものに代
えることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明によれば、酸化膜上に
窒化膜を形成した後に、導電膜の形成及びその導電膜に
対するパターニングを行なうようにしたので、スパッタ
リング、ホトリソグラフィ及びエツチング時等における
可動イオンの侵入を窒化膜に阻ｆすることができる。

また、可動イオン測定用パターン形成後に第１回目の可
動イオン測定を行なうことにより、酸化膜形成過程で可
動イオンの汚染を受けた試料を評価対象から除外するこ
とができる。

従って、可動イオン測定用パターン形成後の評価対象と
する処理においてのみ侵入した可動イオン量を定量的か
つ高精度に測定することができる。

これにより、可動イオンの評価が的確になされ、半導体
装置の信頼性向」二に対する多大な貢献が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｇ＞は本発明の実施例におけ１す る可動イオンの評価方法を示す試料作成工程図、及び第
２図（ａ）〜（ｆ＞は従来の可動イオンの評価方法を示
す試料作成工程図である。 １１１０．サブストレートウェハ、１２・・・・・・ゲ
ート酸化膜、１３・・・・・・５１３Ｎ４膜、１４・・
・・・・Ａ、ｔｌ膜、１５・・・ゲート電極、１６・・
・・・・可動イオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の表面に酸化膜、窒化膜及び導電膜を順次形
   成する工程と、 前記導電膜にパターニングを施し、その導電膜から成る
   可動イオン測定用パターンを形成する工程と、 第１回目の可動イオン測定により前記酸化膜に含まれて
   いる可動イオン量を測定する工程と、前記可動イオン測
   定用パターンをマスクとして前記窒化膜にエッチングを
   施し、表面に露出した前記酸化膜に評価すべき可動イオ
   ンを侵入させる工程と、 その後の可動イオン測定により前記酸化膜に含まれてい
   る可動イオン量を測定する工程とを、順次施すことを特
   徴とする可動イオンの評価方法。