JPH06334014A - 半導体装置におけるパターン寸法の測定方法 - Google Patents

半導体装置におけるパターン寸法の測定方法

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JPH06334014A
JPH06334014A JP13945893A JP13945893A JPH06334014A JP H06334014 A JPH06334014 A JP H06334014A JP 13945893 A JP13945893 A JP 13945893A JP 13945893 A JP13945893 A JP 13945893A JP H06334014 A JPH06334014 A JP H06334014A
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JP
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film
pattern
sio
measuring
sin
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JP13945893A
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Kohei Eguchi
公平 江口
Noboru Murata
昇 村田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SiN膜パターンの寸法を電気抵抗測定によ
り測定する。 【構成】 P型のSi基板1上にSiO2 膜2及びSi
N膜3を形成した後、フォトレジスト膜5をマスクとし
てSiN膜3を選択的にエッチングする。次に、LOC
OS酸化を行ってSiO2 膜4を形成した後、熱リン酸
によってSiN膜3を除去する。次に、Si基板1の全
面に対してリンをイオン注入した後、アニールを行いS
iO2 膜2の下部のSi基板1内にN+ 層6を形成す
る。次に、HF溶液でSiO2 膜2を除去した後、N+
層6の抵抗を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置におけるパ
ターン寸法の測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置に金属配線等をパターニング
した際のパターン寸法の測定方法には、第1にSEM
(走査型電子顕微鏡)を用いる方法、第2に光学的にパ
ターニング部のエッジを測定する方法、第3にパターニ
ング部の電気抵抗を測定する方法がある。
【0003】第1のSEMを用いる方法は、測定精度は
高いが、スループットが低いため、大量のデータ収集を
行うには不向きである。第2のパターニング部のエッジ
を光学的に測定する方法は、スループットは高いが、光
学性能の限界から測定精度が低いという問題がある。こ
れに対して、第3のパターニング部の電気抵抗を測定す
る方法は、スループット及び測定精度が共に高いという
利点を有している。この第3の方法の一例を、図2及び
図3を参照して説明する。
【0004】図2は、半導体基板上に形成されたアルミ
ニウム膜のパターニングの様子を示す平面図である。ア
ルミニウム膜のパターンは、2つの正方形状の測定端子
7と、これらの間に形成された電気抵抗の測定箇所であ
る線状のパターン部(配線部)8とからなっている。
【0005】図2に示すようなアルミニウム膜のパター
ンを形成するには、まず、図3(a)に示すように、半
導体基板1上に絶縁膜であるSiO2 膜2を形成した
後、このSiO2 膜2上に金属膜、例えばアルミニウム
膜9を形成する。さらに、アルミニウム膜9上にフォト
レジスト膜5を形成し、パターニングする。
【0006】次に、図3(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜5をエッチングマスクとしてアルミニウム膜9
を選択的にエッチング除去する。
【0007】次に、図3(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜5を除去し、アルミニウム膜9のパターニング
が完了する。尚、図3(c)は、図2のA−A′線での
断面図である。
【0008】このとき、測定端子7間のパターン部8の
抵抗値Rは、アルミニウムの抵抗率をr、アルミニウム
膜の膜厚をt、パターン部8の巾の設計値をd、パター
ン部8の長さの設計値をlとすると、 R=(r・l)/(t・d) (1) と表される。従って、パターン部8の巾及び長さが設計
値どおりであれば、抵抗率rが既知でありかつ膜厚tが
別途測定可能な値であることから、抵抗値Rが定まる。
【0009】一方、パターン部8の巾がd+△dに、パ
ターン部8の長さがl+△lに変動したときは、測定端
子7間の抵抗値R′は、 R′={r・(l+△l)}/{t・(d+△d)} ={(r・l)/(t・d)} ・{(1+△l/l)/(1+△d/d)} (2) と表される。このとき、パターン部8の長さの設計値l
をパターン部8の巾の設計値dに対して十分大きくして
おくと、(2)式は、 R′≒{(r・l)/(t・d)}・{1/(1+△d/d)} =R・{1/(1+△d/d)} (3) と表される。従って、測定端子7間の電気抵抗値R′を
実測することにより、パターン部8の巾の変動量△dを
知ることができる。よって、パターン部8の巾の実際の
パターン寸法d+△dが得られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の電気抵
抗によるパターン寸法の測定方法は、アルミニウム膜の
ような導電体膜のパターンを測定することはできるが、
SiN膜のような絶縁膜のパターンの場合には、適用す
ることができなかった。
【0011】そこで、本発明の目的は、絶縁膜、特にS
iN膜のような絶縁膜をエッチング加工しパターン部を
形成する場合であっても、そのパターン寸法の測定を電
気的に行うことが可能な方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置におけるパターン寸法の測定方
法は、第1導電型の半導体基板上に第1のSiO2 膜を
形成する工程と、この第1のSiO2 膜上にSiN膜を
形成する工程と、このSiN膜を選択的にエッチング除
去し、前記第1のSiO2 膜を部分的に露出させる工程
と、前記第1のSiO2 膜の露出部分に第2のSiO2
膜を形成する工程と、前記SiN膜の残置部分を全て除
去する工程と、前記第1のSiO2 膜のみが形成されて
いる領域下の前記半導体基板が第2導電型となるように
イオン注入を行う工程と、前記イオン注入を行った領域
上の前記第1のSiO2 膜の少なくとも一部分を除去す
る工程と、前記イオン注入を行った領域の抵抗を測定す
る工程とを有している。
【0013】
【作用】本発明によれば、絶縁膜であるSiN膜のパタ
ーンに対応した領域下に導電部を形成し、この導電部の
電気抵抗を測定することにより、SiN膜のパターン寸
法を測定するので、SiN膜のような絶縁膜のパターン
寸法を電気抵抗測定により測定することができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図1を参照して
説明する。
【0015】まず、図1(a)に示すように、P型のS
i基板1上に熱酸化法により膜厚10nmのSiO2
2を形成した後、このSiO2 膜2上にCVD法により
膜厚150nmのSiN膜3を形成する。さらに、Si
N膜3上にフォトレジスト膜5をパターニング形成し、
このフォトレジスト膜5をマスクとしてSiN膜3を選
択的にエッチングし、SiO2 膜2を部分的に露出させ
る。
【0016】次に、図1(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜5を除去した後、SiO2膜2のうちSiN膜
3下部以外の露出部分にLOCOS酸化を行うことによ
って、この露出部分にSiO2 膜2よりも厚いSiO2
膜4を形成する。このSiO2 膜4の膜厚はほぼ500
nmである。
【0017】次に、図1(c)に示すように、熱リン酸
によってSiN膜3の残置した部分を全て除去する。
【0018】次に、図1(d)に示すように、70Ke
V、5×1015cm-2の注入条件でSi基板1の全面に
対してリン(P)をイオン注入した後、950℃、30
分の条件でアニールを行いリンを活性化することによ
り、SiO2 膜2のみが形成されている領域下のSi基
板1内にN+ 層6を形成する。
【0019】次に、図1(e)に示すように、HF溶液
でSiO2 膜2を除去する。これにより、N+ 層6が図
2に示した測定端子7及びパターン部8と同形状で基板
1上に露出する。
【0020】次に、N+ 層6のパターン部8の抵抗を測
定する。その結果、本実施例において抵抗値Rは125
20(Ω)と測定された。
【0021】ここで、フォトレジスト膜5を膜付する際
のマスク(図示せず)の、パターン部8の巾に対応する
部分の巾d′及び長さに対応する部分の長さl′はそれ
ぞれ1.0μm、100μmである。また、このマスク
の測定端子7に対応する部分の一辺の長さは100μm
である。
【0022】LOCOS酸化でのバーズビーク長及びイ
オン注入後のアニールの拡散により、N+ 層6のパター
ニングエッジはマスク設計値から0.2μm狭まる。従
って、設計上のパターン部8の巾dは0.6μm、パタ
ーン部8の長さlは100.4μmとなる。また、測定
端子7の一辺の長さは、抵抗測定を行うについてはLO
COS酸化や拡散の影響を無視できる十分な大きさであ
る。
【0023】一般に、拡散層のシート抵抗をρs (Ω/
□)とすると、パターン部の長さl、配線部の巾dであ
る拡散層パターンの抵抗値R(Ω)は、以下の式(4)
で表される。 R=ρs ・l/d (4)
【0024】本実施例において抵抗値Rは12520
(Ω)と測定され、N+ 層6のシート抵抗はあらかじめ
69Ω/□として確認されている。これらの値を式
(4)に代入すると、 12520=69・100.4/d となり、パターン部8の巾d=0.55μmと計算され
る。従って、このときのパターン部8の巾が、設計値で
ある0.6μmより0.05μm細くなっていることが
判明する。
【0025】本実施例において、パターン部8の電気抵
抗の測定は、例えば1枚のウェハから100点の測定デ
ータが1〜2分程度で収集することができるというよう
に、短時間のうちに行うことができる。
【0026】本実施例では、パターン部8の電気抵抗の
測定結果から計算によりパターン部8の巾を求めたが、
バーズビークの算出や拡散長のアニール依存性などの種
々の条件によってパターン部の巾が変動する場合がある
ので、あらかじめキャリブレーションカーブを作成して
おいてもよい。
【0027】なお、本発明によるSiN膜のパターン寸
法測定方法は、以下のようにして実際の半導体デバイス
製造プロセスに適用することができる。
【0028】まず、本発明のプロセスが、通常のLOC
OS酸化のプロセスに酷似していることから、LOCO
S酸化の際のSiN膜の工程品質管理のために、定期的
に本発明の測定を実施する。
【0029】また、LSIの製造フロー中、本発明のプ
ロセスに相当するSiN膜製造プロセスで、ロットの中
にリファレンスウェハを1枚入れておき、これをロット
と一緒に流す(但し、リファレンスウェハに対するマス
クパターンは、図2に示すような測定用のパターンにす
る。)。そして、このプロセス終了後、リファレンスウ
ェハを抜き取り、電気抵抗の測定を行う。このデータを
ロットの品質管理用として用いる。
【0030】さらに、LSIのマスクパターン内に、図
2に示すような測定用のパターンを入れておき、本発明
のプロセスに相当するSiN膜製造プロセス終了後、そ
の測定用パターンを用いて電気抵抗の測定を行う。この
データを品質管理用のデータとして用いる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、従来導電膜のパターン
寸法の測定に対してのみ可能であった電気抵抗測定によ
るパターン寸法測定方法を、SiN膜のような絶縁膜パ
ターンに対しても適用することができる。従って、絶縁
膜のパターン寸法を高いスループット及び測定精度で測
定することができ、SiN膜パターン形成工程の工程品
質管理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による測定方法を説明するた
めの半導体装置の断面図である。
【図2】測定用のパターンを示す平面図である。
【図3】図2に示すパターンをアルミニウム膜により形
成する手順を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 第1のSiO2 膜 3 SiN膜 4 第2のSiO2 膜 5 フォトレジスト 6 N+ 層 7 測定端子 8 パターン部 9 アルミニウム膜 l パターン部の長さ d パターン部の巾

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上に第1のSi
    2 膜を形成する工程と、 この第1のSiO2 膜上にSiN膜を形成する工程と、 このSiN膜を選択的にエッチング除去し、前記第1の
    SiO2 膜を部分的に露出させる工程と、 前記第1のSiO2 膜の露出部分に第2のSiO2 膜を
    形成する工程と、 前記SiN膜の残置部分を全て除去する工程と、 前記第1のSiO2 膜のみが形成されている領域下の前
    記半導体基板が第2導電型となるようにイオン注入を行
    う工程と、 前記イオン注入を行った領域上の前記第1のSiO2
    の少なくとも一部分を除去する工程と、 前記イオン注入を行った領域の抵抗を測定する工程とを
    有することを特徴とする半導体装置におけるパターン寸
    法の測定方法。
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