JPH04326745A - プラズマダメージ測定法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路を作製
する工程でのプラズマ処理によるプラズマダメージを判
定するプラズマダメージ測定法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体集積回路を作製する場合、
その微細化に伴いプラズマ処理装置を用いるのは必須の
こととなっている。しかし、プラズマ処理装置を用いた
場合、そのプラズマ処理によるダメージが問題となって
いる。特にダメージとして荷電粒子のチャージアップに
よるゲート絶縁膜の破壊は重要な問題である。これまで
このチャージアップ問題を調べるために直接半導体集積
回路を作製することにより、是か否を判定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、因果関係等が不明瞭であり、結果が判定される
までに長時間を要していた。一方、チャージアップを定
量的に評価する試みもなされている。特にＫａｗａｍｏ
ｔｏはＭＮＯＳ素子を用いてチャージアップの問題を解
明しようと試みている（１９８５年，固体素子コンファ
レンス，ｐ３３３）。この方法は、ＭＮＯＳ素子を用い
ることに特徴があるが、荷電量がＭＮＯＳを作製する際
のプロセスに依存することや電気的評価結果の解釈の一
般化が困難であるという難点がある。また、プラズマ状
態を把握するために種々のプラズマ診断法がある。しか
し、これらの方法では、ウエハ表面のシース内でのプラ
ズマ状態を把握するのは困難であった。

【０００４】本発明は前述した従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、半導体集積回路の作製に
おいて、プラズマダメージの定量化の困難性を解決し、
簡便でしかも確実な判定を可能にしたプラズマダメージ
測定法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、金
属膜を堆積した後、この金属膜上にプラズマ処理による
薄膜を形成した後にこの金属膜と薄膜との界面の酸化物
の膜厚を偏光解析法を用いて測定するようにしたもので
ある。

【０００６】

【作用】本発明おいては、金属膜の酸化膜の膜厚を測定
することにより、この測定したデータに一般性が得られ
、ダメージが定量的に検知できる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明によるプラズマ
ダメージ測定法の一実施例を説明するための半導体集積
回路の製作工程の断面図である。まず、図（ａ）に示す
ように半導体基板１上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜上
に金属膜を形成する。本実施例では、絶縁膜として熱酸
化膜２を形成し、金属膜としてモリブデン膜３をスパッ
タリング法により約５０００Åの厚さに堆積した。なお
、金属膜としてはモリブデンの他に偏光解析法で評価可
能な表面状態を示すものであれば特に限定されない。 次に図（ｂ）に示すようにモリブデン膜３の表面上にプ
ラズマ処理装置でプラズマにより薄膜を形成する。本実
施例では、プラズマ処理装置としてバイアスＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ堆積装置を用い、ＳｉＨ４とＯ２とを導入し
、モリブデン膜３上にＳｉＯ２膜４を形成する。ここで
バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ法とは、約２００℃以下
の低温で良質の薄膜を形成できる特徴がある。次に図（
ｃ）に示すように偏光解析法によりモリブデン膜３とＳ
ｉＯ２膜４との界面の金属酸化物としてモリブデン酸化
膜５の膜厚を測定する。ここでモリブデン酸化膜５の膜
厚を測定する際にこのモリブデン酸化膜５上のＳｉＯ２
膜４をウエットエッチングで除去し、直接測定する方法
も考えられるが、モリブデン酸化膜５が水溶性のために
容易にモリブデン酸化膜５を測定することができない。 また、ドライエッチングでＳｉＯ２膜４を除去する場合
もＳｉＯ２のエッチングガスに対してモリブデン酸化膜
５が十分な選択性を確保できないので、ウエットエッチ
ングのときと同様にモリブデン酸化膜５の適切な膜厚測
定が不可能である。したがって本実施例の方法では、Ｓ
ｉＯ２膜４が形成された状態で偏光解析法によりモリブ
デン酸化膜５の膜厚を求めた。

【０００８】図２は本発明をバイアスＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ堆積装置に適用し、種々の条件下において本発明の
方法により測定したモリブデン酸化膜５の膜厚とダメー
ジとの関係を示したものである。同図において、縦軸は
ＭＯＳダイオードのゲートリーク歩留まりを示し、横軸
は本実施例により測定したモリブデン酸化膜５の膜厚を
示している。同図より、モリブデン酸化膜５の膜厚が厚
くなるにしたがってゲートリーク歩留まりが低下してい
ることがわかる。ゲートリーク歩留まりの劣化は、チャ
ージアップ現象と考えられる。一方、モリブデン膜３上
にモリブデン酸化膜５が形成される理由は、ＳｉＯ２膜
４中を電子が拡散してモリブデン膜３の表面に蓄積され
て電界を形成し、酸素イオンがモリブデン膜３側へ移行
し、酸化が進行していると考えられる。したがって電子
によるチャージアップでゲートリーク歩留まりが劣化し
ていると考えられる。

【０００９】このような方法によれば、ＭＯＳダイオー
ドを作製することなく、モリブデン膜３の表面上のモリ
ブデン酸化膜５の膜厚を測定することにより、容易にか
つ確実にプラズマのチャージアップ現象を把握すること
ができる。

【００１０】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明によるプラズ
マダメージ測定法の他の実施例を説明するための半導体
集積回路の製作工程の断面図である。まず、図（ａ）に
示すように半導体基板１上に絶縁膜を形成し、その上に
金属膜を形成する。本実施例では、絶縁膜として熱酸化
膜２を形成し、金属膜としてモリブデン膜３をスパッタ
リング法により約５０００Åの厚さに堆積した。次に図
（ｂ）に示すようにモリブデン膜３の表面が酸化されな
い程度の低温でこのモリブデン膜３上に薄膜を形成する
。本実施例では、薄膜としてプラズマＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法によりモリブデン膜３上に膜厚約５０００ÅのＳ
ｉＯ２膜４を形成する。ここで薄膜を形成する際にバイ
アスＥＣＲプラズマＣＶＤ法やスパッタリング法のよう
に低温で薄膜を形成する方法によりモリブデン膜３の表
面を被覆する意味で薄いＳｉＯ２膜４１を形成し、その
後、化学気相成長法，スパッタリング法等によりＳｉＯ
２膜４２を所望の膜厚まで積層し形成してもよい。次に
図（ｃ）に示すようにモリブデン膜３上にＳｉＯ２膜４
を形成した試料をプラズマ処理装置に導入し、プラズマ
を照射し、その後に偏光解析法によりモリブデン膜３と
ＳｉＯ２膜４との界面のモリブデン酸化膜５の膜厚を測
定する。本実施例では、プラズマ処理装置としてエッチ
ング装置を適用した。なお、エッチング装置に限らずあ
らゆるプラズマ装置であってもよいことは言うまでもな
い。

【００１１】このような方法によれば、モリブデン膜３
上に形成するＳｉＯ２４を低温度で形成し、もしくは低
温度でＳｉＯ２膜４１を形成し、その後、荷電粒子が流
れ易いＳｉＯ２膜４２を形成することにより、プラズマ
によるチャージアップ現象を検出し易くすることができ
る。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、半導体基
板上に金属膜を形成し、プラズマ処理装置に導入し、金
属膜の酸化物の膜厚を検知することにより、プラズマの
ダメージを定量的にかつ容易にしかも確実に判定するこ
とができるので、これまで素子を作製し、電気的特性の
評価を待たないと判定ができなかったことを短時間で容
易に判定できるという極めて優れた効果が得られる。ま
た、本発明によれば、金属膜の表面を酸化しない方法で
薄膜を形成した後にプラズマ処理を施すことにより、ダ
メージの状況を判断できる等の極めて優れた効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマダメージ測定法の一実施
例を説明する半導体集積回路の作製工程の断面図である
。

【図２】モリブデン酸化膜の膜厚とダメージとの関係を
示す図である。

【図３】本発明によるプラズマダメージ測定法の他の実
施例を説明する半導体集積回路の作製工程の断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　　　半導体基板 ２　　　　熱酸化膜 ３　　　　モリブデン膜 ４　　　　ＳｉＯ２膜 ５　　　　モリブデン酸化膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体基板上に絶縁膜を形成し、この
   絶縁膜上に金属膜を堆積した後、この金属膜上にプラズ
   マ処理により薄膜を形成し、しかる後、この金属膜と薄
   膜との界面の酸化物の膜厚を偏光解析法を用いて測定す
   ることを特徴とするプラズマダメージ測定法。
2. 【請求項２】　　半導体基板上に絶縁膜を形成し、この
   絶縁膜上に金属膜を堆積した後、この金属膜上に金属膜
   の酸化物を形成しない程度の低温で薄膜を形成し、プラ
   ズマを照射した後にこの金属膜と薄膜との界面の酸化物
   の膜厚を偏光解析法を用いて測定することを特徴とする
   プラズマダメージ測定法。