(57)【要約】【課題】低コスト化で将来に亘る安定供給が可能なＳＴＩ方式によるプラズマダメージ評価パターン及びウェハを提供する。【解決手段】プラズマダメージ評価ウェハは、表面に碁盤目状に配置された複数の素子形成区画と、上記素子形成区画に１ないし複数の評価パターンを有する。上記評価パターンは、アクティブ領域と、ダミーアクティブ領域、ＳＴＩ膜、絶縁膜及び電極を有する。上記ダミーアクティブ領域は、上記アクティブ領域と同じ構造にされ、Ｘ及びＹ方向にそれぞれ所定距離を持って配置される。上記ＳＴＩ領域は、アクティブ領域及びダミーアクティブ領域を取り囲むように形成される。上記絶縁膜は、アクティブ領域の表面に形成されてゲート絶縁膜に相当する薄い膜とされる。上記電極は、上記アクティブ領域の表面及び上記ＳＴＩ領域の表面に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ領域と、
上記アクティブ領域に対してＸ及びＹ方向にそれぞれ所定距離を持って配置され、上記アクティブ領域と同じ構造にされたダミーアクティブ領域と、
上記アクティブ領域及びダミーアクティブ領域を取り囲むように形成されたＳＴＩ領域と、
上記アクティブ領域の表面に形成され、ゲート絶縁膜に相当する薄い絶縁膜と、
上記アクティブ領域の薄い絶縁膜表面及び上記ＳＴＩ領域の表面に形成された電極とを有するプラズマダメージ評価パターン。
【請求項２】
請求項１において、
上記プラズマダメージ評価パターンは、ＳＴＩ方式により素子分離が行われる半導体集積回路装置が碁盤目状に形成される半導体ウェハの一部に搭載されるプラズマダメージ評価パターン。
【請求項３】
表面に碁盤目状に配置された複数の素子形成区画と、
上記素子形成区画にそれぞれ設けられ、１ないし複数のプラズマダメージ評価パターンを有し、
上記プラズマダメージ評価パターンは、
アクティブ領域と、
上記アクティブ領域に対してＸ及びＹ方向にそれぞれ所定距離を持って配置され、上記アクティブ領域と同じ構造にされたダミーアクティブ領域と、
上記アクティブ領域及びダミーアクティブ領域を取り囲むように形成されたＳＴＩ領域と、
上記アクティブ領域の表面に形成され、ゲート絶縁膜に相当する薄い絶縁膜と、
上記アクティブ領域薄い絶縁膜表面及び上記ＳＴＩ領域の表面に形成された電極とを有するプラズマダメージ評価ウェハ。
【請求項４】
請求項３において、
上記ダミーアクティブ領域は、上記アクティブ領域を中心にしてＸ及びＹ方向に複数個が配置されるプラズマダメージ評価ウェハ。
【請求項５】
請求項３において、
上記電極は、上記ダミーアクティブ領域が形成される部分に開口が設けられるプラズマダメージ評価ウェハ。
【請求項６】
請求項５において、
上記複数のプラズマダメージ評価パターンは、上記アクティブ領域と上記電極の面積比が異なるものを含むプラズマダメージ評価ウェハ。
【請求項７】
請求項６において、
上記複数のプラズマダメージ評価パターンは、上記ダミーアクティブ領域を有さないものを含むプラズマダメージ評価ウェハ。
【請求項８】
請求項３ないし７のいずれかにおいて、
上記プラズマダメージ評価ウェハの大きさは、直径が３００ｍｍ以上とされるプラズマダメージ評価ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマダメージ評価パターンとプラズマダメージ評価ウェハに関し、特にＳＴＩ（Shallow Trench Isolation) 方式に向けたものに利用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマダメージ評価ＴＥＧ（Test Element Group）ウェハは、例えば株式会社コベルコ科研や株式会社フィルテック等から販売されている。プラズマチャージアップダメージについては、株式会社コベルコ科研のホームページhttp://www.kobelcokaken.co.jp/leo/item/chg/index.html において、プラズマチャージアップダメージについて、チャージアップダメージの主要な原因は、プラズマの不均一であり、ウェハ面内のプラズマ電位に分布があるときに、トランジスタの薄いゲート絶縁膜を横切って電流が流れることにより生じる。配線がイオンを捕獲するアンテナとなるため、一般には配線が長いほどダメージが大きくなることが述べられている。また、株式会社フィルテックのホームページhttp://www.philtech.co.jp/japanese/servic/index.htmlにおいてもプラズマダメージ評価について述べられている。
【非特許文献１】http://www.kobelcokaken.co.jp/leo/item/chg/index.html
【非特許文献２】http://www.philtech.co.jp/japanese/servic/index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
株式会社コベルコ科研、株式会社フィルテックから提供されているプラズマダメージ評価ウェハは、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon) 素子分離を使用したものが提供されている。現在、半導体技術の進展に伴い半導体装置の新製品の多くは、３００ｍｍウェハラインで開発・生産されている。そのため、プラズマダメージ評価についても３００ｍｍφの需要は多いが、３００ｍｍウェハラインでＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon) プロセスができるところが殆どない。このため、前記ＬＯＣＯＳ方式によるプラズマダメージ評価ウェハは、将来に亘る安定供給ができなくなる可能性がある。
【０００４】
本願発明者においては、３００ｍｍウェハラインをそのまま利用できるＳＴＩ方式でのプラズマダメージ評価ウェハの試作を行った。このプラズマダメージ評価ウェハの試作において、評価パターン依存性が大きく、ＳＴＩ形成プロセスに起因したゲート絶縁膜の膜厚ばらつきやダメージが発生して、前記ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon) 方式のプラズマダメージ評価ウェハと同等のゲート絶縁膜特性が得られないことが判った。この原因究明を行う中で本願発明に至った。
【０００５】
この発明の目的は、低コスト化で将来に亘る安定供給が可能なＳＴＩ方式によるプラズマダメージ評価パターン及びプラズマダメージ評価ウェハを提供することにある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される１つの実施例は、以下の通りである。プラズマダメージ評価パターンは、アクティブ領域と、ダミーアクティブ領域、ＳＴＩ膜、絶縁膜及び電極を有する。上記ダミーアクティブ領域は、上記アクティブ領域と同じ構造にされ、Ｘ及びＹ方向にそれぞれ所定距離を持って配置される。上記ＳＴＩ領域は、アクティブ領域及びダミーアクティブ領域を取り囲むように形成される。上記絶縁膜は、アクティブ領域の表面に形成されてゲート絶縁膜に相当する薄い膜とされる。上記電極は、上記アクティブ領域の表面及び上記ＳＴＩ領域の表面に形成される。
【０００７】
本願において開示される他の１つの実施例は、以下の通りである。プラズマダメージ評価ウェハは、表面に碁盤目状に配置された複数の素子形成区画と、上記素子形成区画にそれぞれ設けられ、１ないし複数のプラズマダメージ評価パターンを有する。上記プラズマダメージ評価パターンは、アクティブ領域と、ダミーアクティブ領域、ＳＴＩ膜、絶縁膜及び電極を有する。上記ダミーアクティブ領域は、上記アクティブ領域と同じ構造にされ、Ｘ及びＹ方向にそれぞれ所定距離を持って配置される。上記ＳＴＩ領域は、アクティブ領域及びダミーアクティブ領域を取り囲むように形成される。上記絶縁膜は、アクティブ領域の表面に形成されてゲート絶縁膜に相当する薄い膜とされる。上記電極は、上記アクティブ領域の表面及び上記ＳＴＩ領域の表面に形成される。
【発明の効果】
【０００８】
ダミーアクティブ領域を設けることにより、ＳＴＩ方式での高精度でのウェハ表面の研磨が可能となり、低コスト化で将来に亘る安定供給が可能なる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１には、この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの一実施例の平面図が示されている。同図においては、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の３種類の評価パターンが例示的に示されている。図１（Ｂ）に代表として例示的に示されているように、アクティブ領域１を中心にして、その上下（Ｙ方向）と左右（Ｘ方向）に距離ｄを持ってダミーアクティブ領域３が設けられる。上記アクティブ領域１上を含んで電極２が形成される。この電極２は、上記ダミーアクティブ領域３がアクティブ領域１を取り囲むように配置されているので、アクティブ領域１の下側に設けられたダミーアクティブ領域３に対応した部分の電極部分には開口４が設けられる。上記クティブ領域１とダミーアクティブ領域３との間の距離ｄは、プラズマダメージ評価ＴＥＧウェハを製造するＦＡＢ（ファブ）のプロセスで決められるパラメータである。
【００１０】
図１（Ａ）（Ｃ）は、前記各部位の記号が省略されているが、図１（Ｂ）と同様である。図１（Ａ）の評価パターンは、上記図１（Ｂ）の評価パターンに対してアクティブ領域１の面積が小さくされたものである。図１（Ｃ）の評価パターンは、上記図１（Ｂ）の評価パターンに対してアクティブ領域１の面積が大きくされたものである。つまり、ほぼ同じ大きさの電極２に対してアクティブ領域１の面積を異ならせることにより、電極２とアクティブ領域１との面積比に対応して複数通りのアンテナ効果を評価することができる。例えば、図１（Ａ）のアクティブ領域１の大きさは、１μｍ□程度であり、図１（Ｂ）は、５μｍ□程度である。そして、図１（Ｃ）は、１０μｍ□程度である。この他、図示しないが数１００μｍ□程度の容量測定パターンも形成される。数１００μｍ□のような大きなパターンについては、前記ダミーアクティブ領域３を省略することができる。
【００１１】
図２には、前記図１（Ｂ）の評価パターンに対応した断面図が示されている。図２（Ａ）は、アクティブ領域１とダミーアクティブ領域３を含む一線鎖線Ａ−Ｂでの断面図である。図２（Ｂ）は、ダミーアクティブ領域３を含む一線鎖線Ｃ−Ｄでの断面図である。例えばＰ型基板の表面に浅い溝部が形成される。この溝部は、素子分離領域に対応した領域に形成される。次に、例えばシリコン酸化膜が堆積されて上記溝部が埋め込まれる。そして、例えば化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）によって上記堆積されたシリコン酸化膜が削られることによって表面が平坦化される。このようにして、ＳＴＩ領域５が形成される。図２（Ａ）においては、上記ＳＴＩ領域５に周囲が取り込まれてアクティブ領域１及びダミーアクティブ領域３が形成される。図２（Ｂ）においては、上記ＳＴＩ領域５に周囲が取り込まれてダミーアクティブ領域３が形成される。
【００１２】
図２（Ａ）（Ｂ）において、アクティブ領域１及びダミーアクティブ領域３の表面には、ゲート絶縁膜に相当する薄い酸化膜６が形成される。そして、アクティブ領域１と上記ＳＴＩ領域５上に電極２が形成される。図２（Ｂ）において、ダミーアクティブ領域３の表面には、上記電極２の開口部４が形成される。
【００１３】
ＳＴＩ方式では、上記研磨工程で堆積されたシリコン酸化膜を削って表面の平坦化が行われる。プラズマダメージ評価パターンは、アンテナ効果パターンを作る必要から孤立の微小アクティブ領域１を持つ特殊なパターンをしている。上記研磨は、アクティブ領域１の表面部に設けられたシリコンナイトライド膜等のように硬い膜と、上記堆積されたシリコン酸化膜のように相対的に柔らかい膜との硬度の違いを利用して研磨を行うものであるので、図１のようにアクティブ領域１が孤立した微小であると、それを検知するのが難しく、アクティブ領域１のシリコン表面までも研磨してしまう。これにより、前記ゲート絶縁膜の膜厚ばらつきやシリコン表面に機械的研磨でのダメージが発生して、前記ＬＯＣＯＳ方式のプラズマダメージ評価ウェハと同等のゲート絶縁膜特性を安定的に得ることが難しくなるものである。
【００１４】
本願発明においては、上記アクティブ領域１の周囲にダミーアクティブ領域３を配置することにより、上記微小アクティブ領域１の孤立化が解消され、上記アクティブ領域１及びダミーアクティブ領域３周囲において、上記堆積されたシリコン酸化膜の高い精度での研磨が可能になるものである。つまり、アクティブ領域１に対して上記シリコンナイトライド膜等のように硬い膜まで達すると機械的研磨工程を終了し、上記シリコンナイトライド膜やシリコン酸化膜を化学的にエッチング除去してシリコン表面をダメージ無しで露出させて、その後にゲート酸化膜に相当する薄い膜を形成するので、前記ＬＯＣＯＳ方式のプラズマダメージ評価ウェハと同等のゲート絶縁膜特性を得ることができる。
【００１５】
本願発明では、ＳＴＩ方式でプラズマダメージ評価パターンを形成するので、３００ｍｍＦＡＢの標準プロセスを利用してそのまま形成することができ、低コスト化で将来に亘る安定供給を実現することができる。３００ｍｍφ以上のウェハに対しては、ＬＯＣＯＳプロセスを実施するとウェハ自重に伴う結晶欠陥が発生する。したがって、３００ｍｍφ以上でのプラズマダメージ評価ウェハを製造するには、本願発明に係る評価パターンは、必須のものとなる。
【００１６】
図３には、この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの他の一実施例の平面図が示されている。同図においては、（Ｄ）、（Ｅ）の２種類の評価パターンが例示的に示されている。図３（Ｄ）の評価パターンは、図１（Ａ）の変形例であり、電極２が全てのダミーアクティブ領域３を取り囲むようよに形成される。つまり、電極２は、ダミーアクティブ領域３を含んだ領域に形成され、ダミーアクティブ領域３に対応した部分には、前記図１（Ａ）の下側のダミーアクティブ領域３と同様に開口４が設けられる。
【００１７】
図３（Ｅ）の評価パターンは、アクティブ領域１を中心にして、その上下（Ｙ方向）と左右（Ｘ方向）に距離ｄを持ってダミーアクティブ領域３がそれぞれ２個並べて設けられる。つまり、上記アクティブ領域１の上下方向には、その幅が上記アクティブ領域１よりも長くされ比較的短い長さにされたダミーアクティブ領域３が２個ずつ並べて設けられる。上記アクティブ領域１の左右方向には、上記上下方向に設けられたダミーアクティブ領域３を含んで上下方向に比較的長い長さに延びて形成されたダミーアクティブ領域３が２個ずつ並べて設けられる。電極２は、前記図３（Ｅ）と同様に、上記ダミーアクティブ領域３が設けられる部分に対応して開口４が設けられる。
【００１８】
図４には、この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの更に他の一実施例の平面図が示されている。同図のプラズマダメージ評価パターン（Ｆ）〜（Ｈ）は、前記図１の評価パターン（Ａ）〜（Ｃ）からダミーアクティブ領域３を省略したものである。つまり、この実施例の評価パターン（Ｆ）〜（Ｈ）は、前記試作のときに用いたパターンである。これらの評価パターン（Ｆ）〜（Ｈ）は、前記説明した理由によってパターン依存性が大きく、ＳＴＩ形成プロセスに起因したゲート絶縁膜の膜厚ばらつきやダメージが発生して、それ自体では所望のゲート絶縁膜特性が得られない。しかしながら、前記図１や図３に示した評価パターン（Ａ）〜（Ｅ）と組み合わせてプラズマダメージ評価ウェハ等に搭載することにより、図１や図３の評価パターンの信頼性の評価判定の基準に用いることができる。つまり、図４の評価パターン（Ｆ）〜（Ｈ）の測定結果、前記図１や図４の評価パターン（Ａ）〜（Ｅ）との測定結果の比較によって、ダミーアクティブ領域３が効果的に機能しているこの確認等に使用することができる。
【００１９】
図５には、プラズマダメージ評価ウェハを用いたプラズマダメージ評価方法の説明図が示されている。工程（１）においては、プラズマダメージ評価ウェハが用意される。このプラズマダメージ評価ウェハは、例えば３００ｍｍφのシリコンウェハに、碁盤目状に素子形成区画が設けられる。この素子形成区画は、通常の半導体ウェハでは、個々の半導体集積回路に相当する部分である。上記各素子形成区画には、それぞれ前記図１、図３に示した評価パターン（Ａ）〜（Ｅ）及び必要に応じて図４に示した評価パターン（Ｆ）〜（Ｈ）が形成される。
【００２０】
工程（２）において、上記プラズマダメージ評価ウェハをプロセス装置にかけて、プラズマ処理を行う。プロセス装置は、例えばエッチング、スパッタリング、アッシング、プラズマＣＶＤ、プラズマ洗浄、イオン注入装置の開発や、半導体生産工場でのプロセス条件の最適化、操業安定化に向けたものが対象とされる。
【００２１】
工程（３）では、上記プラズマ処理が行われプラズマダメージ評価ウェハについて、上記素子形成区画の評価パターンについて、Ｖ（電圧）−Ｉ（電流）測定を行い、ＧＯＩ電圧とリーク電流を求める。
【００２２】
工程（４）では、上記プラズマ処理が行われプラズマダメージ評価ウェハの個々の素子形成区画に対応して上記測定結果を集計して、エッチング、スパッタリング、アッシング、プラズマＣＶＤ、プラズマ洗浄、イオン注入装置の開発や、半導体生産工場でのプロセス条件の最適化、操業安定化に向けて利用される。なお、工程（１）での同様な測定結果（プラズマ未照射）のデータも取得しておけば、プラズマダメージをより正確に判定することができる。
【００２３】
以上本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、電極の形状は、前記図１や図３のように短冊状（矩形）を基本にして形状の他、スリットを設けたり、分岐を設けたりする等種々の実施形態を採ることができる。プラズマダメージ評価ウェハの大きさは、前記のような３００ｍｍφよりも小さいものにも適用することができる。評価パターンは、上記プラズマダメージ評価ウェハに搭載するものの他、実際の製品に搭載するものであってもよい。例えば、半導体集積回路装置を形成するウェハ上の例えばスクランブライン上等のＴＥＧ部に上記プラズマダメージ評価パターンを形成しておいて、上記プロセス条件の最適化、操業安定化に利用する。この発明に係る評価パターンは、前記のようにＳＴＩ方式で形成できるので、半導体集積回路装置を形成するウェハ上に搭載することが可能になるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明は、プラズマダメージ評価パターンとプラズマダメージ評価ウェハとして広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの一実施例の平面図である。
【図２】図１（Ｂ）に対応した断面図である。
【図３】この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの他の一実施例の平面図である。
【図４】この発明に係るプラズマダメージ評価パターンの更に他の一実施例の平面図である。
【図５】プラズマダメージ評価ウェハを用いたプラズマダメージ評価方法の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…アクティブ領域、２…電極、３…ダミーアクティブ領域、４…開口、５…ＳＴＩ領域、６…薄い絶縁膜、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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