JPH07140095A - Ｘ線測定用試料 - Google Patents
Ｘ線測定用試料Info
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- JPH07140095A JPH07140095A JP5306998A JP30699893A JPH07140095A JP H07140095 A JPH07140095 A JP H07140095A JP 5306998 A JP5306998 A JP 5306998A JP 30699893 A JP30699893 A JP 30699893A JP H07140095 A JPH07140095 A JP H07140095A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
- H01L22/34—Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜状態の結晶構造をＸ線回折法により行う
際に、感度の低下を引き起こすことなく高精度に行うこ
とが可能なＸ線測定試料を得る。 【構成】 Ｘ線回折法により薄膜状態の結晶構造を測定
する試料として、少なくとも一方向に区切られた測定物
質の幅が相転移物質の相転移後における粒径より小さく
され、かつ測定物質が非晶質膜により区切られている構
成とする。例えば、半導体装置を試料として高融点金属
シリサイド膜を測定物質とし非晶質膜がシリコン基板を
酸化することにより形成されたシリコン酸化膜、または
シリコン基板上に堆積したシリコン酸化膜とする。
際に、感度の低下を引き起こすことなく高精度に行うこ
とが可能なＸ線測定試料を得る。 【構成】 Ｘ線回折法により薄膜状態の結晶構造を測定
する試料として、少なくとも一方向に区切られた測定物
質の幅が相転移物質の相転移後における粒径より小さく
され、かつ測定物質が非晶質膜により区切られている構
成とする。例えば、半導体装置を試料として高融点金属
シリサイド膜を測定物質とし非晶質膜がシリコン基板を
酸化することにより形成されたシリコン酸化膜、または
シリコン基板上に堆積したシリコン酸化膜とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＸ線測定を行う試料に関
し、特に半導体装置に形成されるシリサイド合金をＸ線
を利用して測定する際に有効な半導体装置に適用して好
適なＸ線測定用試料に関する。
し、特に半導体装置に形成されるシリサイド合金をＸ線
を利用して測定する際に有効な半導体装置に適用して好
適なＸ線測定用試料に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年におけるＭＯＳトランジスタのサイ
ズ縮小による集積度の向上に伴い、ゲート幅はますます
狭くなる傾向にある。したがって、サブミクロンオーダ
ー以下の微細技術においては、配線抵抗やコンタクト抵
抗などの寄生抵抗が増加する傾向にある。この問題に対
する解決策の１つとして、ソース・ドレイン領域や、ゲ
ート電極等のようにシリコンが露出した部分と、その上
に形成する金属とを反応させて自己整合的にシリサイド
膜を形成するサリサイド（ＳＡＬＩＣＩＤＥ：ｓｅｌｆ
−ａｌｉｇｎｅｄ−ｓｉｌｉｃｉｄｅ）技術が注目され
ている。サリサイド技術は、これまで用いられてきたシ
リコンプロセスとの互換性があるとともに、素子の微細
化に伴い浅くなり高抵抗化した接合の低抵抗化、アルミ
ニウムとのコンタクト抵抗の低減、内部配線層への適用
によるパターンレイアウトの高密度化など多くの利点が
ある。そのため、サブミクロン領域における微細デバイ
スにおいてサリサイド技術は必須である。
ズ縮小による集積度の向上に伴い、ゲート幅はますます
狭くなる傾向にある。したがって、サブミクロンオーダ
ー以下の微細技術においては、配線抵抗やコンタクト抵
抗などの寄生抵抗が増加する傾向にある。この問題に対
する解決策の１つとして、ソース・ドレイン領域や、ゲ
ート電極等のようにシリコンが露出した部分と、その上
に形成する金属とを反応させて自己整合的にシリサイド
膜を形成するサリサイド（ＳＡＬＩＣＩＤＥ：ｓｅｌｆ
−ａｌｉｇｎｅｄ−ｓｉｌｉｃｉｄｅ）技術が注目され
ている。サリサイド技術は、これまで用いられてきたシ
リコンプロセスとの互換性があるとともに、素子の微細
化に伴い浅くなり高抵抗化した接合の低抵抗化、アルミ
ニウムとのコンタクト抵抗の低減、内部配線層への適用
によるパターンレイアウトの高密度化など多くの利点が
ある。そのため、サブミクロン領域における微細デバイ
スにおいてサリサイド技術は必須である。
【０００３】例えば、ランプアニール装置によりチタン
シリサイドを形成するプロセスを簡単に説明する。先
ず、シリコン表面に形成された酸化膜に窓を開口してシ
リコン表面を露呈した上で、この窓内にチタンを堆積す
る。この後にランプアニール装置を用いて７００℃，３
０ｍｉｎ．程度の熱工程を加えてチタンとシリコンを反
応させることにより、準安定層のＣ４９構造のチタンシ
リサイド（６０〜７０μΩ・ｃｍ）が形成される。更
に、アンモニアと過水との混合液により余剰のチタンと
窒化したチタンを除去する。続いて、ランプアニール装
置を用いて９００℃，１０ｓｅｃ．程度の熱処理を加え
ることにより低抵抗なチタンシリサイド（１５〜１８μ
Ω・ｃｍ）を形成する。
シリサイドを形成するプロセスを簡単に説明する。先
ず、シリコン表面に形成された酸化膜に窓を開口してシ
リコン表面を露呈した上で、この窓内にチタンを堆積す
る。この後にランプアニール装置を用いて７００℃，３
０ｍｉｎ．程度の熱工程を加えてチタンとシリコンを反
応させることにより、準安定層のＣ４９構造のチタンシ
リサイド（６０〜７０μΩ・ｃｍ）が形成される。更
に、アンモニアと過水との混合液により余剰のチタンと
窒化したチタンを除去する。続いて、ランプアニール装
置を用いて９００℃，１０ｓｅｃ．程度の熱処理を加え
ることにより低抵抗なチタンシリサイド（１５〜１８μ
Ω・ｃｍ）を形成する。
【０００４】ところで、一方ではデバイスサイズの縮小
に伴い、横方向の不純物拡散を抑制するために拡散層の
深さは浅くなる傾向がある。この場合、シリサイドと拡
散層の接合界面が一致すると接合界面でリークを発生す
ることがあり、これを抑制するためにはシリサイドの薄
膜化が必要となる。しかしながら、シリサイド膜厚の薄
膜化は、本質的なシリサイド層抵抗の増加を導くだけで
なく、シリサイド形成における物性、例えばチタンシリ
サイド物性において次の２つの問題点を生じる。１つは
凝集によるシリサイド層の断線と、１つはＣ４９構造か
らＣ５４構造への相転移温度の上昇である。
に伴い、横方向の不純物拡散を抑制するために拡散層の
深さは浅くなる傾向がある。この場合、シリサイドと拡
散層の接合界面が一致すると接合界面でリークを発生す
ることがあり、これを抑制するためにはシリサイドの薄
膜化が必要となる。しかしながら、シリサイド膜厚の薄
膜化は、本質的なシリサイド層抵抗の増加を導くだけで
なく、シリサイド形成における物性、例えばチタンシリ
サイド物性において次の２つの問題点を生じる。１つは
凝集によるシリサイド層の断線と、１つはＣ４９構造か
らＣ５４構造への相転移温度の上昇である。
【０００５】凝集によるチタンシリサイド膜断線の原因
は次の様に考えられる。チタンシリサイド膜が８００℃
以上の高温になると軟化し始め、流動可能な状態にな
る。この流動は、チタンシリサイド膜の表面あるいは拡
散層との界面の方向に生じる。この流動によって、エネ
ルギが最小になるようチタンシリサイドの変形が生じ
る。したがって、膜状であったものが、やがて部分的に
島状になる領域と薄膜になる領域とが発生する。この現
象によって、チタンシリサイド膜の膜厚の不均一性が失
われるだけでなく、完全に断線状態になる場合もある。
したがって、チタンシリサイド膜の導電性が劣化し、抵
抗値が増加する。更に、シリサイド膜厚の低下とシリサ
イド配線幅の低下は表面張力の増加を引き起こし、薄膜
における凝集開始温度はチタンシリサイド膜厚の減少と
共に低下する。図５はシリサイド層抵抗のランプアニー
ル温度依存性を示す。シリサイド膜厚を５０ｎｍから３
０ｎｍへ薄膜化することにより、凝集温度は９００℃程
度から８７０℃程度まで低下する。（Ｔ．Ｐ．Ｎｏｌａ
ｎ，Ｒ．Ｓｉｎｃｌａｉｒ，ａｎｄ Ｒ．Ｂｅｙｅｒｓ
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，７１（２），１５，（１９９
２））
は次の様に考えられる。チタンシリサイド膜が８００℃
以上の高温になると軟化し始め、流動可能な状態にな
る。この流動は、チタンシリサイド膜の表面あるいは拡
散層との界面の方向に生じる。この流動によって、エネ
ルギが最小になるようチタンシリサイドの変形が生じ
る。したがって、膜状であったものが、やがて部分的に
島状になる領域と薄膜になる領域とが発生する。この現
象によって、チタンシリサイド膜の膜厚の不均一性が失
われるだけでなく、完全に断線状態になる場合もある。
したがって、チタンシリサイド膜の導電性が劣化し、抵
抗値が増加する。更に、シリサイド膜厚の低下とシリサ
イド配線幅の低下は表面張力の増加を引き起こし、薄膜
における凝集開始温度はチタンシリサイド膜厚の減少と
共に低下する。図５はシリサイド層抵抗のランプアニー
ル温度依存性を示す。シリサイド膜厚を５０ｎｍから３
０ｎｍへ薄膜化することにより、凝集温度は９００℃程
度から８７０℃程度まで低下する。（Ｔ．Ｐ．Ｎｏｌａ
ｎ，Ｒ．Ｓｉｎｃｌａｉｒ，ａｎｄ Ｒ．Ｂｅｙｅｒｓ
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ，７１（２），１５，（１９９
２））
【０００６】一方、低抵抗チタンシリサイドの形成には
Ｃ４９−Ｃ５４への相転移が必要である。すなわち、高
層抵抗（比抵抗：２×１０-4ｏｈｍ・ｃｍ）を有する非
平衡相であるＣ４９構造から、低層抵抗（比抵抗：１．
５×１０-5ｏｈｍ・ｃｍ）を有する平衡相であるＣ５４
構造への相転移である。トランジスタの微細化は不純物
濃度の増加、シリサイド膜厚の薄膜化が要求され、この
相転移温度は、不純物濃度、シリサイド膜厚に依存して
変動する。図６はＣ４９構造ＴｉＳｉ2 （１３１）Ｘ線
強度のランプアニール温度依存性を示す。シリサイド膜
厚を５０ｎｍから３０ｎｍへ薄膜化することにより、Ｃ
４９構造からＣ５４構造への相転移温度は８５０℃程度
から９５０℃以上まで上昇する。（Ｈ．Ｊｅｏｎ，Ｃ．
Ａ．Ｓｕｋｏｗ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ，７１（９），１，（１９９２））
Ｃ４９−Ｃ５４への相転移が必要である。すなわち、高
層抵抗（比抵抗：２×１０-4ｏｈｍ・ｃｍ）を有する非
平衡相であるＣ４９構造から、低層抵抗（比抵抗：１．
５×１０-5ｏｈｍ・ｃｍ）を有する平衡相であるＣ５４
構造への相転移である。トランジスタの微細化は不純物
濃度の増加、シリサイド膜厚の薄膜化が要求され、この
相転移温度は、不純物濃度、シリサイド膜厚に依存して
変動する。図６はＣ４９構造ＴｉＳｉ2 （１３１）Ｘ線
強度のランプアニール温度依存性を示す。シリサイド膜
厚を５０ｎｍから３０ｎｍへ薄膜化することにより、Ｃ
４９構造からＣ５４構造への相転移温度は８５０℃程度
から９５０℃以上まで上昇する。（Ｈ．Ｊｅｏｎ，Ｃ．
Ａ．Ｓｕｋｏｗ ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ，７１（９），１，（１９９２））
【０００７】したがって、チタンシリサイドプロセスで
は、相転移温度と凝集温度で制限された温度範囲でのみ
形成できるものである。このため、相転移温度の評価
は、薄膜シリサイドプロセスではデバイス特性の制御に
必要不可欠な物理定数である。この高融点シリサイドの
相転移温度を評価する方法として、従来からＸ線回折、
ＤＳＣ（示差熱量計：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、電子顕微鏡
による直接観察などの方法が存在する。
は、相転移温度と凝集温度で制限された温度範囲でのみ
形成できるものである。このため、相転移温度の評価
は、薄膜シリサイドプロセスではデバイス特性の制御に
必要不可欠な物理定数である。この高融点シリサイドの
相転移温度を評価する方法として、従来からＸ線回折、
ＤＳＣ（示差熱量計：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）、電子顕微鏡
による直接観察などの方法が存在する。
【０００８】ＤＳＣの模式図を図７に示す。恒温槽２０
内における不活性ガス雰囲気に設置した熱天秤を用い
る。Ｆｅ−Ｃｒなどでできたヒータ２１により周囲の温
度を一定速度で上昇させながら、標準試料２２と測定試
料２３が取り付けられた天秤間の温度差（示差温度）を
熱電対２４により連続的に測定してゆき、試料の温度変
化から定性分析を行い、また温度差−時間曲線に囲まれ
る面積から定量分析を行う方法である。この方法は測定
条件、特に相転移温度測定においては測定物質が変化す
る熱量と相転移温度で決まる。すなわち、シリコン基板
上に５００Å程度しか形成しない薄膜の測定物質の熱量
は測定感度に不利なばかりでなく、温度上昇に伴って発
生する熱雑音により感度は低下する（５００℃で０．０
２ｍｗ、７５０℃で０．２ｍｗ、１０００℃で５ｍｗ）
ことは、高融点金属の相転移温度評価には不適である。
内における不活性ガス雰囲気に設置した熱天秤を用い
る。Ｆｅ−Ｃｒなどでできたヒータ２１により周囲の温
度を一定速度で上昇させながら、標準試料２２と測定試
料２３が取り付けられた天秤間の温度差（示差温度）を
熱電対２４により連続的に測定してゆき、試料の温度変
化から定性分析を行い、また温度差−時間曲線に囲まれ
る面積から定量分析を行う方法である。この方法は測定
条件、特に相転移温度測定においては測定物質が変化す
る熱量と相転移温度で決まる。すなわち、シリコン基板
上に５００Å程度しか形成しない薄膜の測定物質の熱量
は測定感度に不利なばかりでなく、温度上昇に伴って発
生する熱雑音により感度は低下する（５００℃で０．０
２ｍｗ、７５０℃で０．２ｍｗ、１０００℃で５ｍｗ）
ことは、高融点金属の相転移温度評価には不適である。
【０００９】一方、Ｘ線回折法は結晶構造変移の判定を
簡便に行うことができる。図８はＸ線回折法により回折
Ｘ線を測定するための装置におけるゴニオメーター光学
系を示すものである。通常の回折Ｘ線測定装置における
ゴニオメーター光学系は、回折角度分解能を向上させ、
結晶格子面間隔の測定精度を上げることが主目的である
ことから、Ｘ線源３１から角度θで試料３２面に入射さ
せたＸ線を、前記試料３２面の法線に対して対称位置
（入射Ｘ線の入射方向に対して角度２θの位置）に存在
する回折Ｘ線を回折Ｘ線検出器３３で検出し、かつ、検
出器３３の走査円周３４上で入射Ｘ線Ａ及び回折Ｘ線を
収束させるようにした集中ビーム法を用いた対称反射法
（θ−２θ法と称する）に基づいて設計されている。３
５は入射側ソーラスリット、３６は受光側ソーラスリッ
トである。このような対称反射法を採用することより、
前記回折Ｘ線測定装置は結晶格子面間隔を精度良く測定
できる利点以外に、結晶配向性ができる利点がある。
簡便に行うことができる。図８はＸ線回折法により回折
Ｘ線を測定するための装置におけるゴニオメーター光学
系を示すものである。通常の回折Ｘ線測定装置における
ゴニオメーター光学系は、回折角度分解能を向上させ、
結晶格子面間隔の測定精度を上げることが主目的である
ことから、Ｘ線源３１から角度θで試料３２面に入射さ
せたＸ線を、前記試料３２面の法線に対して対称位置
（入射Ｘ線の入射方向に対して角度２θの位置）に存在
する回折Ｘ線を回折Ｘ線検出器３３で検出し、かつ、検
出器３３の走査円周３４上で入射Ｘ線Ａ及び回折Ｘ線を
収束させるようにした集中ビーム法を用いた対称反射法
（θ−２θ法と称する）に基づいて設計されている。３
５は入射側ソーラスリット、３６は受光側ソーラスリッ
トである。このような対称反射法を採用することより、
前記回折Ｘ線測定装置は結晶格子面間隔を精度良く測定
できる利点以外に、結晶配向性ができる利点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】Ｘ線回折における深さ
Ｘの表面層による全回折強度の比、ＧX は次の式で与え
られる。 ＧX ＝〔１−ｅｘｐ−μＸ（１／ｓｉｎγ＋１／ｓｉｎ
β）〕 μ：吸収係数 γ：入射角 β：反射角 この表面層による回折強度が、試料全体による回折強度
の９５％（あるいは９９．９％）で十分であると決める
ならば、その表面層以下の部分による回折強度は無視さ
れ、Ｘが浸透の有効深さとなる。したがって、Ｘ線の有
効浸透深さＸ1より薄い膜厚の物質では、回折強度は指
数関数的に減少する。したがって、入射角γと反射角β
をできるだけ大きくし、吸収係数μをできるだけ小さく
すれば全回折強度の比は増加する。入射すなわち、入射
Ｘ線として２θの大きい回折線を使い、短い波長のＸ線
を使えば良い。
Ｘの表面層による全回折強度の比、ＧX は次の式で与え
られる。 ＧX ＝〔１−ｅｘｐ−μＸ（１／ｓｉｎγ＋１／ｓｉｎ
β）〕 μ：吸収係数 γ：入射角 β：反射角 この表面層による回折強度が、試料全体による回折強度
の９５％（あるいは９９．９％）で十分であると決める
ならば、その表面層以下の部分による回折強度は無視さ
れ、Ｘが浸透の有効深さとなる。したがって、Ｘ線の有
効浸透深さＸ1より薄い膜厚の物質では、回折強度は指
数関数的に減少する。したがって、入射角γと反射角β
をできるだけ大きくし、吸収係数μをできるだけ小さく
すれば全回折強度の比は増加する。入射すなわち、入射
Ｘ線として２θの大きい回折線を使い、短い波長のＸ線
を使えば良い。
【００１１】しかしながら、前記したようなシリサイド
膜、例えばチタンシリサイド膜のような薄膜表面層の化
学組成や、格子定数に関する測定をする場合、θを小さ
くしなければＸ線が回折する有効膜厚が得られないが、
格子定数を正確に測定するためには、θを大きくしなけ
ればならないという矛盾が生じる。このため、従来のＸ
線回折方法では薄膜の評価が精度良く行えないという問
題がある。本発明の目的は、薄膜状態の結晶構造をＸ線
回折法により高精度に行うことが可能なＸ線測定試料を
提供することにある。
膜、例えばチタンシリサイド膜のような薄膜表面層の化
学組成や、格子定数に関する測定をする場合、θを小さ
くしなければＸ線が回折する有効膜厚が得られないが、
格子定数を正確に測定するためには、θを大きくしなけ
ればならないという矛盾が生じる。このため、従来のＸ
線回折方法では薄膜の評価が精度良く行えないという問
題がある。本発明の目的は、薄膜状態の結晶構造をＸ線
回折法により高精度に行うことが可能なＸ線測定試料を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、拡散相転移
（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍａｔｉｏｎ）する物質の結晶構造をＸ線回折法に
より測定しており、その際に用いる試料として、少なく
とも一方向に区切られた測定物質の幅が相転移物質の相
転移後における粒径より小さくされ、かつ測定物質が非
晶質膜により区切られている構成とする。例えば、試料
としては、測定物質が高融点金属シリサイド膜であり、
非晶質膜がシリコン基板を酸化することにより形成され
たシリコン酸化膜、またはシリコン基板上に堆積したシ
リコン酸化膜を有する半導体装置とする。この場合に
は、高融点金属シリサイド膜の幅を金属シリサイド粒径
よりも小さくする。また、高融点金属シリサイド膜及び
シリコン酸化膜からなるＸ線測定用パターンが少なくと
も素子領域以外に形成する。
（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ−ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍａｔｉｏｎ）する物質の結晶構造をＸ線回折法に
より測定しており、その際に用いる試料として、少なく
とも一方向に区切られた測定物質の幅が相転移物質の相
転移後における粒径より小さくされ、かつ測定物質が非
晶質膜により区切られている構成とする。例えば、試料
としては、測定物質が高融点金属シリサイド膜であり、
非晶質膜がシリコン基板を酸化することにより形成され
たシリコン酸化膜、またはシリコン基板上に堆積したシ
リコン酸化膜を有する半導体装置とする。この場合に
は、高融点金属シリサイド膜の幅を金属シリサイド粒径
よりも小さくする。また、高融点金属シリサイド膜及び
シリコン酸化膜からなるＸ線測定用パターンが少なくと
も素子領域以外に形成する。
【００１３】
【作用】図１に相転移した物質の粒径と測定する物質の
パターニング幅の模式図を示す。図１（ａ）において、
Ａは相転移核、Ｂは相転移結晶成長方向を示しており、
測定物質を相転移した物質粒径ｄより小さい幅Ｗにパタ
ーニングすることにより、相転移における結晶成長は１
方向に制限され、その結果として相転移後の結晶粒径構
造はバンブー（竹の節）構造になる。一方、図１（ｂ）
のように、測定物質を相転移した物質粒径ｄより大きい
幅Ｗにパターニングすると、相転移における結晶成長は
異方性がない結晶成長となり、その結果として相転移後
の結晶粒構造は多結晶構造になる。
パターニング幅の模式図を示す。図１（ａ）において、
Ａは相転移核、Ｂは相転移結晶成長方向を示しており、
測定物質を相転移した物質粒径ｄより小さい幅Ｗにパタ
ーニングすることにより、相転移における結晶成長は１
方向に制限され、その結果として相転移後の結晶粒径構
造はバンブー（竹の節）構造になる。一方、図１（ｂ）
のように、測定物質を相転移した物質粒径ｄより大きい
幅Ｗにパターニングすると、相転移における結晶成長は
異方性がない結晶成長となり、その結果として相転移後
の結晶粒構造は多結晶構造になる。
【００１４】ここで、図２にＸ線強度のパターニング幅
依存性を示す。拡散相転移においてパターニング幅の縮
小に伴い、結晶面方位に起因した異方性の傾向が１．０
μｍ幅以下で顕著になることを示している。即ち、チタ
ンシリサイド（ＴｉＳｉ2 ）膜におけるチタンシリサイ
ドの粒径が１．０μｍ程度であることから、パターニン
グ幅が１．０μｍ以下では相転移の結晶成長方向を制約
することにより、相転移後の結晶性にも異方性を大きく
することができる。この選択配向性（ｐｒｅｆｅｒｅｄ
ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の増加により、同一結晶面
方位をもつ結晶粒が増加して、その同一粒子による回折
Ｘ線強度を増加することができる。したがって、薄膜測
定試料においても感度の低下を引き起こすことなくＳＮ
比の高い測定ができる。例えば、前記した場合には、図
３に示すように、薄膜のチタンシリサイドにおいても容
易に相転移温度を同定できる。
依存性を示す。拡散相転移においてパターニング幅の縮
小に伴い、結晶面方位に起因した異方性の傾向が１．０
μｍ幅以下で顕著になることを示している。即ち、チタ
ンシリサイド（ＴｉＳｉ2 ）膜におけるチタンシリサイ
ドの粒径が１．０μｍ程度であることから、パターニン
グ幅が１．０μｍ以下では相転移の結晶成長方向を制約
することにより、相転移後の結晶性にも異方性を大きく
することができる。この選択配向性（ｐｒｅｆｅｒｅｄ
ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）の増加により、同一結晶面
方位をもつ結晶粒が増加して、その同一粒子による回折
Ｘ線強度を増加することができる。したがって、薄膜測
定試料においても感度の低下を引き起こすことなくＳＮ
比の高い測定ができる。例えば、前記した場合には、図
３に示すように、薄膜のチタンシリサイドにおいても容
易に相転移温度を同定できる。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例を図４を参照して説明
する。図４は本発明を膜厚３００Åのチタンシリサイド
薄膜（ＴｉＳｉ2 ）を有する半導体装置の一部に測定パ
ターンとして形成した例を示している。即ち、この実施
例では非晶質層をシリコン基板を酸化することにより形
成されたシリコン酸化膜とし、測定物質をこのシリコン
酸化膜によって囲まれたチタンシリサイド膜として構成
した試料としての半導体装置を示している。以下、この
半導体装置を製造工程に従って説明する。先ず、図４
（ａ）のように、一般に知られている素子分離酸化膜形
成技術を用いて、１．０μｍ以下の拡散層幅が素子分離
酸化膜で区切られたストライプ状のパターンを、（１０
０）面が露出しているシリコン単結晶基板１上に形成す
る。この形成方法は、まずシリコン基板１上に酸化膜２
を１０ｎｍ形成し、続いて窒化膜３を１２０ｎｍ程度の
膜厚で形成する。その後に、フォトリソグラフィー技術
とプラズマエッチング装置を用いて酸化膜、窒化膜を巾
１．０μｍ以下にパターニングする。
する。図４は本発明を膜厚３００Åのチタンシリサイド
薄膜（ＴｉＳｉ2 ）を有する半導体装置の一部に測定パ
ターンとして形成した例を示している。即ち、この実施
例では非晶質層をシリコン基板を酸化することにより形
成されたシリコン酸化膜とし、測定物質をこのシリコン
酸化膜によって囲まれたチタンシリサイド膜として構成
した試料としての半導体装置を示している。以下、この
半導体装置を製造工程に従って説明する。先ず、図４
（ａ）のように、一般に知られている素子分離酸化膜形
成技術を用いて、１．０μｍ以下の拡散層幅が素子分離
酸化膜で区切られたストライプ状のパターンを、（１０
０）面が露出しているシリコン単結晶基板１上に形成す
る。この形成方法は、まずシリコン基板１上に酸化膜２
を１０ｎｍ形成し、続いて窒化膜３を１２０ｎｍ程度の
膜厚で形成する。その後に、フォトリソグラフィー技術
とプラズマエッチング装置を用いて酸化膜、窒化膜を巾
１．０μｍ以下にパターニングする。
【００１６】次に、図４（ｂ）のように、窒化膜３をマ
スクとしてシリコン基板１の表面を酸化することによ
り、素子分離用の酸化膜４を選択的に形成し幅１．０μ
ｍ以下の基板露出領域を形成する。次に、図４（ｃ）の
ように、チタンスパッタ膜５を形成し、続いてラピッド
サーマルアニール装置を用いて熱処理を加えることによ
りシリコン基板とチタンスパッタ膜との界面にチタンシ
リサイド６を形成する。その後、アンモニア水とＨ2 Ｏ
2 の混合液により余剰のチタン及び窒化チタンを除去し
て図４（ｄ）の試料が形成される。
スクとしてシリコン基板１の表面を酸化することによ
り、素子分離用の酸化膜４を選択的に形成し幅１．０μ
ｍ以下の基板露出領域を形成する。次に、図４（ｃ）の
ように、チタンスパッタ膜５を形成し、続いてラピッド
サーマルアニール装置を用いて熱処理を加えることによ
りシリコン基板とチタンスパッタ膜との界面にチタンシ
リサイド６を形成する。その後、アンモニア水とＨ2 Ｏ
2 の混合液により余剰のチタン及び窒化チタンを除去し
て図４（ｄ）の試料が形成される。
【００１７】このように、ストライプパターン状に形成
された物質の場合、試料パターンの長さ方向を回転軸と
平行に設定すると、低角度で入射したＸ線素子分離領域
により散乱され、Ｘ線回折強度が低下する。したがっ
て、試料の回転により測定物質面積が変化しないよう
に、測定パターン長さ方向がＸ線試料台の回転軸に直交
するように固定する。一方、格子状に形成された素子分
離領域により囲まれた物質の場合、必ず１方向の素子分
離酸化膜がＸ線入射および回折線を妨げるため、Ｘ線測
定の回転に従いＸ線強度が変化する。したがって、回折
測定に不適切となる。
された物質の場合、試料パターンの長さ方向を回転軸と
平行に設定すると、低角度で入射したＸ線素子分離領域
により散乱され、Ｘ線回折強度が低下する。したがっ
て、試料の回転により測定物質面積が変化しないよう
に、測定パターン長さ方向がＸ線試料台の回転軸に直交
するように固定する。一方、格子状に形成された素子分
離領域により囲まれた物質の場合、必ず１方向の素子分
離酸化膜がＸ線入射および回折線を妨げるため、Ｘ線測
定の回転に従いＸ線強度が変化する。したがって、回折
測定に不適切となる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、薄膜状態
の測定物質の結晶構造をＸ線回折法により測定するため
の試料として、少なくとも一方向に区切られた測定物質
の幅が相転移物質の相転移後における粒径より小さくさ
れ、かつ前記測定物質が非晶質膜により区切られている
構成とすることで、拡散相転移において、パターニング
幅の縮小に伴い、結晶面方位に起因した異方性の傾向が
顕著になる。すなわち、相転移の結晶成長方向を制約す
ることにより、相転移後の結晶性にも異方性を大きくす
ることができる。そして、その選択配向性の増加により
同一結晶面方位を持つ結晶粒が増加して、その同一粒子
による回折Ｘ線強度を増加することができる。その結
果、回折格子数の減少のため回折強度が低下する薄膜試
料においても、任意の方位配向性において、回折強度を
低下せずに相転移温度の同定が可能となる効果を有す
る。特に、本発明では、測定物質が高融点金属シリサイ
ド膜であり、非晶質膜がシリコン基板を酸化することに
より形成されたシリコン酸化膜、またはシリコン基板上
に堆積したシリコン酸化膜を有する半導体装置に適用す
ることで、薄膜の金属シリサイドにおいても回折強度を
低下させることなくＸ線回折測定を可能とする。
の測定物質の結晶構造をＸ線回折法により測定するため
の試料として、少なくとも一方向に区切られた測定物質
の幅が相転移物質の相転移後における粒径より小さくさ
れ、かつ前記測定物質が非晶質膜により区切られている
構成とすることで、拡散相転移において、パターニング
幅の縮小に伴い、結晶面方位に起因した異方性の傾向が
顕著になる。すなわち、相転移の結晶成長方向を制約す
ることにより、相転移後の結晶性にも異方性を大きくす
ることができる。そして、その選択配向性の増加により
同一結晶面方位を持つ結晶粒が増加して、その同一粒子
による回折Ｘ線強度を増加することができる。その結
果、回折格子数の減少のため回折強度が低下する薄膜試
料においても、任意の方位配向性において、回折強度を
低下せずに相転移温度の同定が可能となる効果を有す
る。特に、本発明では、測定物質が高融点金属シリサイ
ド膜であり、非晶質膜がシリコン基板を酸化することに
より形成されたシリコン酸化膜、またはシリコン基板上
に堆積したシリコン酸化膜を有する半導体装置に適用す
ることで、薄膜の金属シリサイドにおいても回折強度を
低下させることなくＸ線回折測定を可能とする。
【図１】本発明の原理を説明するための粒径とパターン
幅の相関を示す図である。
幅の相関を示す図である。
【図２】Ｘ線強度のパターン幅依存性を示す図である。
【図３】非晶質酸化膜で囲まれた本発明試料におけるＸ
線強度の膜厚依存性を示す図である。
線強度の膜厚依存性を示す図である。
【図４】本発明によるチタンシリサイド測定試料の形成
方法を工程順に示す断面図である。
方法を工程順に示す断面図である。
【図５】チタンシリサイド膜抵抗のアニール温度依存性
を示す図である。
を示す図である。
【図６】チタンシリサイド膜のＸ線強度のアニール依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図７】示差熱量計を説明するための模式図である。
【図８】Ｘ線回折装置の光学径を示す模式図である。
１ シリコン基板 ２ 熱酸化膜 ３ 窒化膜 ４ 熱酸化膜 ５ チタンスパッタ膜 ６ チタンシリサイド膜
Claims (4)
- 【請求項１】 薄膜状態の測定物質の結晶構造をＸ線回
折法により測定するための試料において、前記試料は少
なくとも一方向に区切られた測定物質の幅が相転移物質
の相転移後における粒径より小さくされ、かつ前記測定
物質が非晶質膜により区切られていることを特徴とする
Ｘ線測定用試料。 - 【請求項２】 測定物質が高融点金属シリサイド膜であ
り、非晶質膜がシリコン基板を酸化することにより形成
されたシリコン酸化膜、またはシリコン基板上に堆積し
たシリコン酸化膜を有する半導体装置からなる請求項１
のＸ線測定用試料。 - 【請求項３】 高融点金属シリサイド膜の幅を金属シリ
サイド粒径よりも小さくしてなる請求項２のＸ線測定用
試料。 - 【請求項４】 高融点金属シリサイド膜及びシリコン酸
化膜からなるＸ線測定用パターンが少なくとも素子領域
以外に形成されている請求項２または３のＸ線測定用試
料。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306998A JP2616412B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | Ｘ線測定用試料 |
| US08/335,390 US5587590A (en) | 1993-11-15 | 1994-11-03 | Test piece for X-ray inspection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5306998A JP2616412B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | Ｘ線測定用試料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07140095A true JPH07140095A (ja) | 1995-06-02 |
| JP2616412B2 JP2616412B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=17963789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5306998A Expired - Lifetime JP2616412B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | Ｘ線測定用試料 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5587590A (ja) |
| JP (1) | JP2616412B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005020032A (ja) * | 2004-10-15 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法及びその製造装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7875959B2 (en) * | 2005-08-31 | 2011-01-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor structure having selective silicide-induced stress and a method of producing same |
| DE102006009247B4 (de) * | 2006-02-28 | 2007-12-27 | Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale | Verfahren zum Abschätzen der kristallinen Textur gestapelter Metallleitungen in Mikrostrukturbauelementen |
| US7525152B2 (en) * | 2006-03-02 | 2009-04-28 | Freescale Semiconductor, Inc. | RF power transistor device with metal electromigration design and method thereof |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6267837A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Sony Corp | 半導体装置 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5306998A patent/JP2616412B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-11-03 US US08/335,390 patent/US5587590A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005020032A (ja) * | 2004-10-15 | 2005-01-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法及びその製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5587590A (en) | 1996-12-24 |
| JP2616412B2 (ja) | 1997-06-04 |
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