JPH0318744A - 半導体装置の結晶歪み測定方法 - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、半導体製造工程において基板上に、絶縁膜、
金属あるいは金属−シリコン化合物等の薄膜を形成した
際に発生する結晶歪みを測定する方法に関する。

く従来の技術〉 従来、半導体装置製造の薄膜形戒工程において生じる歪
みについては、基板と薄膜との密着性確保の観点におい
て問題になっていた程度であり、半導体装置の電気的特
性を左右する基板の結晶構造についてまでの評価はなさ
れていない。しかしながら、半導体装置の集積度が向上
し、その構造が三次元的に微細化されるに従って、結晶
レベルでの緻密な考察が必要となっている。

半導体装置製造工程おいて、薄膜は、一般に数百゜Ｃ以
上の高温で形成され、主にその薄膜材料と基板との間に
おける熱膨張率の差等により歪みが生じる．この歪みに
よって生じる応力は、条件によっては基板の降伏応力以
上になると推測され、この応力により直接あるいは間接
的に誘起される結晶欠陥が半導体装置の特性に及ぼす影
響が懸念される。このため、半導体装置の結晶歪みを測
定してそれを評価する必要がある。

この結晶歪みを測定する方法としては、Ｘ線による結晶
格子定数測定法、また測定系が簡単なレーザラマン分光
法等がある。

例えば、レーザラマン分光法による歪み測定は、第４図
（ａ）に示すように、ＭＯＳ　｝ランジスタが形成され
たＳ，ウエハＷを裁断し、その裁断面に同図（ｂ）に示
すように、ブローブ光としてのレーザ光をゲート２下方
のシリコン基板１表面近傍に照射し、その反射光の分光
スペクトルから基板１中の結晶歪みを測定している。

く発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記の二つの方法によれば、いずれも、■測
定のために半導体装置を裁断しなければならず、非破壊
での測定が不可能である■裁断により歪みが解放されて
しまい、実素子での正確な測定ができない、等の問題が
残されている。

本発明の目的は、半導体装置の歪みを、可能な限り非破
壊の状態で、かつ、半導体製造工程のインラインで測定
できる、方法を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、実施例に対応する第１図に示すように、半導
体基板１上の薄膜（ゲート２および酸化膜３）に小孔も
しくはスリット４を形成して半導体基板１の一部を露呈
させ、この露呈面１ａに、レーザ光を照射してレーザラ
マン分光法により結晶歪みを測定し、実素子での歪みを
推定することを特徴としている。

〈作用〉 一般に、レー・ザラマン分光法においては、そのブロー
ブ光をザブξクロンオーダに収束できることが知られて
いる。従って、基板１上の薄膜に形戒する小孔もしくは
スリットの形状寸法は大きくてもミクロンオーダでよく
、非破壊の状態で基板の結晶歪みを推定することが可能
になる。

く実施例〉 第１図は、本発明方法の実施例を説明する図で、（ａ）
は半導体装置のＭＯＳＩ−ランジスタの要部斜視図、（
ｂ）はその平面図である。

まず、Ｓｔ基ｖｉ１上の、メタルシリサイド等のゲート
２、およびその下方のゲート酸化膜３にスリット４を形
或して、基板１の一部１ａを露呈させる。なお，このス
リット４は、半導体製造工程においてホトリソグラフィ
等より形或する。

このように形成したスリット４に、公知のレーザラマン
分光法におけるプローブ光としてのレーザ光を導いて、
基板１の露呈面１ａに照射し、この露呈面１ａによって
反射される反射光の分光スペクトルを検出することによ
り、基板１表面層の結晶歪み量の測定値を得る。

ここで、ラマンレーザ分光法においては、そのプロープ
光をサブミクロンオーダに収束できるこことから、スリ
ット４の幅Ｓはミクロンオーダ程度あれば充分に測定可
能となる。従って、半導体装置の結晶歪み測定を、非破
壊の状態で測定することが可能になる。

さらに、スリット４の幅Ｓを僅かづつ変更したテストパ
ターンを各種用意し、その各テストパターンについて上
述の歪み測定を行えば、その各測定値から、スリット４
を形成したことにより解放される歪みによる影響をも較
正することが可能になる。すなわち、スリット４により
解放される歪み量はその幅Ｓに相関するので、例えば、
第２図に示すように、各歪み測定値を、グラフ上にスリ
ット４の幅Ｓの大きさに対応してプロットし、その各測
定点を線で結ぶことによって、スリッ１・幅Ｓを零とし
たとき、つまり実素子の状態での結晶歪み量を推定する
ことができる。なお、第２図には、ゲート２の膜厚が異
なる三種のテストパターンの測定値をプロットしている
。

以上の本発明実施例では、ゲート２にスリットを形成し
た場合について説明したが、本発明はこれに限られるこ
となく、第３図に示すように、ゲート２およびその下方
の酸化膜に小孔３４を形成して基板１の一部を露呈させ
、この小孔３４にレーザ光を導いて基板の露呈面１ａに
照射してもよい。この場合も先の実施例と同様に、小孔
３４の大きさＳを僅かづつ変更したテストパターンを各
種用意し、その各テストパターンについて上述の歪み測
定を行うことにより、実素子の状態での結晶歪みを推定
することができる。

以上は、ＭＯＳ｝ランジスタが形成された半導体装置の
結晶歪み測定に本発明を適用した例について説明したが
、本発明は、基板上に、絶縁膜、金属あるいは金属一シ
リコン化合物等の薄膜が形成された、他の半導体装置の
結晶歪み測定にも適用可能であることは勿論である。

〈発明の効果〉 本発明よれば、半導体基板上の薄膜にスリット等を形或
してその基板の一部を露呈させ、この露呈面にレーザ光
を照射してレーザラマン分光法により結晶歪みを測定す
るので、結晶欠陥発生の原因となる薄膜下の歪みを、半
導体装置を裁断することなく、非破壊の状態で測定する
ことができる。

これによって、半導体装置製造工程において、結晶歪み
評価や品質管理をインラインで行うことが可能になる。

しかも、スリット等の形状寸法を変更した複数種のテス
トパターンを用意しておくことにより、スリット等の形
戒前における実素子の状態での結晶歪みを推定すること
も可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施例を説明する図、第２図はそ
の本発明実施例のスリット幅Ｗと歪み量との関係を示す
グラフである。 第３図は本発明方法の他の実施例を説明する図である。 第４図は、ＭＯＳ｝ランジスタが形成された半導体装置
の結晶歪みをレーザラマン分析方法により測定する方法
の従来例を説明する図である。 １　・　・　・　Ｓ．基｛反 １ａ・・・基板１の露呈面 ２・　・・ゲート ３・・・ゲート酸化膜 ４・・・スリット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板上に薄膜が形成された半導体装置の結晶歪み
   を測定する方法であって、上記薄膜に小孔もしくはスリ
   ットを形成して上記半導体基板の一部を露呈させ、この
   露呈面に、レーザ光を照射してレーザラマン分光法によ
   り上記結晶歪みを測定し、実素子での歪みを推定するこ
   とを特徴とする、半導体装置の結晶歪み測定方法。