(57)【要約】      （修正有）【課題】チップ領域数を減らすことなく半導体ウェハにウォーターマークモニタ用パターンを配置する方法の提供。【解決手段】半導体ウェハのスクライブライン領域５に、ウォーターマークモニタ用パターンとして第１モニタ用パターン７、第２モニタ用パターン９及び第３モニタ用パターン１１が形成されている。第１モニタ用パターン７は半導体基板表面に形成された凹部によって形成されている。第２モニタ用パターン９は半導体基板表面に形成された複数の絶縁材料パターン９ａによって形成されている。第３モニタ用パターン１１は、半導体基板上に形成された半導体膜１１ａからなり、半導体膜１１ａには不純物が導入されていない第１半導体膜領域１１ｂと第１半導体膜領域１１ｂに隣接して形成された不純物が導入されている第２半導体膜領域１１ｃが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクライブライン領域によって互いに分画された複数のチップ領域が半導体基板上にマトリックス状に配置されている半導体ウェハにおいて、
前記スクライブライン領域に、ウォーターマークモニタ用パターンとして、前記半導体基板表面に形成された凹部からなる第１モニタ用パターン、前記半導体基板表面に形成された複数の絶縁材料パターンからなる第２モニタ用パターン、及び、前記半導体基板上に形成された半導体膜からなり、不純物が導入されていない第１半導体膜領域と前記第１半導体膜領域に隣接して形成された不純物が導入されている第２半導体膜領域からなる第３モニタ用パターンのうちの少なくとも１つを備えたことを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項２】
前記ウォーターマークモニタ用パターンの平面サイズは１０μｍ以上である請求項１に記載の半導体ウェハ。
【請求項３】
前記ウォーターマークモニタ用パターンとして、前記第１モニタ用パターン、前記第２モニタ用パターン及び前記第３モニタ用パターンのうち複数又は全部を備えている請求項１又は２に記載の半導体ウェハ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体ウェハを用い、
前記ウォーターマークモニタ用パターンを外観検査することによってウォーターマークの発生を検出する半導体ウェハのモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハに関し、特に、ゲート耐圧不良の原因等になるウォーターマークと呼ばれる円形のシミの発生の有無をモニタリングできるウォーターマークモニタ用パターンを備えた半導体ウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造するに当たって、ウェハの洗浄及び乾燥工程では、乾燥不足が起きたときに、ウォーターマークと呼ばれる円形のシミ（酸化膜残など）が形成される。ウォーターマークの発生機構については例えば特許文献１に開示されている。ウォーターマークは、数μｍ（マイクロメートル）〜数ｍｍ（ミリメートル）の大きさで形成される。酸化膜上にウォーターマークが形成されると酸化膜耐圧の低下が起こる。
【０００３】
半導体装置の製造設備導入時には、ベアウェハや簡易的なパターンの形成されたウェハを用いてウォーターマーク発生の有無を確認するが、実際の半導体装置製造プロセスでは、様々なパターンや膜の状態で洗浄処理及びウェットエッチング処理を行なっているため、設備導入時には見られなかったウォーターマークが確認されることがある。
【０００４】
その対策として、半導体製造プロセスに基づき、全ての洗浄工程及びウェットエッチング工程にてウォーターマークチェックを行なうと、膨大な時間がかかってしまう。また、設備立ち上げ時に問題が無くても、設備のトラブル等により、ウォーターマークが発生してしまうことも考えられる。
【０００５】
また、モニタ用パターンを用いてウォーターマークを検出する方法が例えば特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたモニタ方法では、製品用のチップ領域と同じかそれよりも大きい面積で、かつチップ領域に形成される凹凸のパターンと同じかそれより小さい凹凸を複数個有する酸化膜のパターンからなるモニタ用パターンを形成している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１２６５９号公報
【特許文献２】特許３６４１３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示されたウォーターマークモニタ用パターンは、製品用のチップ領域と同じかそれよりも大きい面積で形成されるので、モニタ用パターンがない場合に比べて半導体ウェハ１枚に対するチップ領域の数が少なくなり、チップ取れ数が減少する。
【０００８】
そこで本発明は、チップ領域数を減らすことなくウォーターマークモニタ用パターンを配置することができる半導体ウェハ及びそれを用いたモニタ方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体ウェハは、スクライブライン領域によって互いに分画された複数のチップ領域が半導体基板上にマトリックス状に配置されている半導体ウェハであって、上記スクライブライン領域に、ウォーターマークモニタ用パターンとして、上記半導体基板表面に形成された凹部からなる第１モニタ用パターン、上記半導体基板表面に形成された複数の絶縁材料パターンからなる第２モニタ用パターン、及び、上記半導体基板上に形成された半導体膜からなり、不純物が導入されていない第１半導体膜領域と上記第１半導体膜領域に隣接して形成された不純物が導入されている第２半導体膜領域からなる第３モニタ用パターンのうちの少なくとも１つを備えたものである。
【００１０】
ウォーターマークモニタ用パターンは、外観検査装置で欠陥として検出できる程度の大きさが必要である。具体的には０.１μｍ以上の大きさである例を挙げることができる。
また、ウォーターマークは数μｍ〜数ｍｍの大きさで形成されることが多いので、上記ウォーターマークモニタ用パターンの平面サイズは１０μｍ以上であることがより好ましい。ここでウォーターマークモニタ用パターンの平面サイズが１０μｍ以上とは、第１モニタ用パターンについては凹部の最小平面サイズが１０μｍ以上、第２モニタ用パターンについては複数の絶縁材料パターンの配置領域の最小寸法が１０μｍ以上、第３モニタ用パターンについては半導体膜の最小平面サイズ及び第１半導体膜領域と第２半導体膜領域の境界の平面寸法が１０μｍ以上であることを意味する。
【００１１】
また、洗浄装置やプロセスにより、ウォーターマークの形成されやすいパターンはさまざまなので、本発明の半導体ウェハにおいて、上記ウォーターマークモニタ用パターンとして、上記第１モニタ用パターン、上記第２モニタ用パターン及び上記第３モニタ用パターンのうち複数又は全部を備えていることがより好ましい。
【００１２】
本発明に係る半導体ウェハのモニタ方法は、本発明の半導体ウェハを用い、半導体ウェハに形成されたウォーターマークモニタ用パターンを外観検査することによってウォーターマークの発生を検出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体ウェハでは、スクライブライン領域に、ウォーターマークモニタ用パターンとして、半導体基板表面に形成された凹部からなる第１モニタ用パターン、半導体基板表面に形成された複数の絶縁材料パターンからなる第２モニタ用パターン、及び、半導体基板上に形成された半導体膜からなり、不純物が導入されていない第１半導体膜領域と第１半導体膜領域に隣接して形成された不純物が導入されている第２半導体膜領域からなる第３モニタ用パターンのうちの少なくとも１つを備えているようにしたので、チップ領域数を減らすことなくウォーターマークモニタ用パターンを配置することができる。
【００１４】
ウォーターマークモニタ用パターンをスクライブライン領域に配置することにより、量産品のチップ領域を搭載したウェハを用いてウォーターマークの発生を検出することができる。すなわち、ウォーターマークをモニタするための専用のウェハを製造ラインに定期的に流すことなく、設備導入時の確認後も、ウォーターマークの発生の有無を常時モニタリングすることが可能となる。さらに、スクライブラインはウェハ面内のあらゆるところに存在するので、広範囲の情報収集が可能となる。
【００１５】
また、本発明の半導体ウェハにおいて、ウォーターマークモニタ用パターンの平面サイズが１０μｍ以上であるようにすれば、ウォーターマークモニタ用パターンにおいてウォーターマークを発生させやすくなる。
【００１６】
また、上記ウォーターマークモニタ用パターンとして、上記第１モニタ用パターン、上記第２モニタ用パターン及び上記第３モニタ用パターンのうち複数又は全部を備えているようにすれば、複数の工程においてウォーターマークの発生の有無を検出することができる。
【００１７】
本発明の半導体ウェハのモニタ方法では、本発明の半導体ウェハを用い、半導体ウェハに形成されたウォーターマークモニタ用パターンを外観検査することによってウォーターマークの発生を検出するようにしたので、半導体ウェハにおけるチップ領域数を減らすことなくウォーターマークの発生を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は一実施例のウォーターマークモニタ用パターンを概略的に示す平面図である。図２は半導体ウェハ全体を示す平面図である。
図２に示すように、半導体ウェハ１にスクライブライン領域５によって互いに分画された複数のチップ領域３が半導体基板上にマトリックス状に配置されている。
図１に示すように、スクライブライン領域５に、ウォーターマークモニタ用パターンとして第１モニタ用パターン７、第２モニタ用パターン９及び第３モニタ用パターン１１が形成されている。
【００１９】
第１モニタ用パターン７は半導体基板表面に形成された凹部によって形成されている。この実施例では図１に示す領域に４個の第１モニタ用パターン７が形成されている。第１モニタ用パターン７の平面サイズは例えば数μｍ〜数十μｍであり、この実施例では２０μｍである。また、第１モニタ用パターン７の深さは例えば数ｎｍ〜数μｍ、ここでは１５０ｎｍである。なお、第１モニタ用パターン７の平面形状は、円形に限定されるものではなく、第１モニタ用パターン７は任意の平面形状で形成することができる。
【００２０】
第１モニタ用パターン７によって半導体基板表面に段差が形成されていると、ウェットエッチング処理は洗浄処理後の乾燥時に、段差の角部分で液体が完全に除去しきれず、ウォーターマークが発生しやすい。
【００２１】
第２モニタ用パターン９は半導体基板表面に形成された複数の絶縁材料パターン９ａによって形成されている。例えば絶縁材料パターン９ａは酸化膜によって形成されている。例えば絶縁材料パターン９ａの平面サイズは数μｍ、絶縁材料パターン９ａの厚みは数百ｎｍである。図１では８×８個の絶縁材料パターン９ａによって第２モニタ用パターン９が形成されている。ただし、図１では第２モニタ用パターン９を概略的に図示しており、例えばスクライブライン領域５の幅が１００μｍの場合、第２モニタ用パターン９において、絶縁材料パターン９ａは２０×２０個程度配置される。第２モニタ用パターン９の平面サイズは例えば１０μｍ×１０μｍ〜１００μｍ×１０００μｍ、ここでは１００μｍ×１００μｍである。なお、絶縁材料パターン９ａの平面形状は円形に限定されるものではなく、絶縁材料パターン９ａは任意の平面形状で形成することができる。また、第２モニタ用パターン９における絶縁材料パターン９ａの個数及び配置も任意である。
【００２２】
第２モニタ用パターン９のように、疎水性の半導体基板表面に親水性の絶縁材料パターン９ａが複数形成されていると、半導体基板の疎水面と絶縁材料パターン９ａの親水面の境界に起因してウォーターマークが発生しやすくなる。特に、第２モニタ用パターン９のように多数の絶縁材料パターン９ａが形成されていると、ウォーターマークが発生しやすい。
【００２３】
第３モニタ用パターン１１は半導体基板上に形成された半導体膜１１ａによって形成されている。半導体膜１１ａには、不純物が導入されていない第１半導体膜領域１１ｂと、第１半導体膜領域１１ｂに隣接して形成された不純物が導入されている第２半導体膜領域１１ｃが形成されている。半導体膜１１ａの平面サイズは例えば５μｍ×５μｍ〜１００μｍ×１０００μｍ、ここでは５０μｍ×５０μｍである。
【００２４】
第３モニタ用パターン１１において、不純物が導入されていない第１半導体膜領域１１ｂと不純物が導入されている第２半導体膜領域１１ｃとでは、それらの表面で液体の濡れ性が互いに異なる。したがって、第１半導体膜領域１１ｂと第２半導体膜領域１１ｃの境界でウォーターマークが発生しやすくなる。
【００２５】
各モニタ用パターン７，９，１１は、図２に示した領域以外の半導体ウェハ１領域のスクライブライン５にも形成されている。好ましくは、半導体ウェハ１全体において、スクライブライン５に各モニタ用パターン７，９，１１が形成されている。
【００２６】
この実施例では、ウォーターマークモニタ用パターンとしての第１モニタ用パターン７、第２モニタ用パターン９及び第３モニタ用パターン１１はスクライブライン領域５に形成されているので、チップ領域３の数を減らすことなくウォーターマークモニタ用パターンを配置することができる。
【００２７】
さらに、３種類のモニタ用パターン７，９，１１を備えているので、多種のウォーターマーク発生条件に対応することができる。ただし、３種類のモニタ用パターン７，９，１１の全部を必ずしも備えている必要はなく、モニタ用パターン７，９，１１のうち１種類又は２種類を備えているようにしてもよい。
【００２８】
図３は第１モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。以下に説明する工程（１）〜（５）は図３のかっこ数字に対応している。
（１）半導体基板１３上に犠牲酸化膜１５及び酸化時のマスクとなる保護膜１７を形成する。保護膜１７としては例えば窒化膜が挙げられるが、酸化時のマスクとなり、エッチング時の酸化膜との選択比が大きい膜であれば特に制限はない。
【００２９】
（２）写真製版技術を用いて、第１モニタ用パターン７の凹部の形成予定位置に数μｍ〜数１００μｍの開口部１９ａをもつフォトレジストパターン１９を形成する。
（３）例えばドライエッチング技術を用いて、フォトレジストパターン１９をマスクにして第１モニタ用パターン７の凹部の形成予定位置の保護膜１７をエッチング除去する。その後、フォトレジストパターン１９を除去する。
（４）保護膜１７をマスクとして熱酸化処理を施して第１モニタ用パターン７の凹部の形成予定位置に厚い酸化膜２１を形成する。
【００３０】
（５）ウェットエッチング技術を用いて、保護膜１７、厚い酸化膜２１及び犠牲酸化膜１５を除去する。このとき、厚い酸化膜２１が形成されていた部分の半導体基板１３の表面に凹部からなる第１モニタ用パターン７が形成される。半導体基板１３の表面に第１モニタ用パターン７に起因する段差が形成されていると、ウェットエッチングや洗浄後の乾燥時に、段差の角の液体が完全に除去しきれず、ウォーターマークが発生しやすい。
【００３１】
図４は第２モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。以下に説明する工程（１）〜（５）は図４のかっこ数字に対応している。
（１）半導体基板１３上に犠牲酸化膜１５及び酸化時のマスクとなる保護膜１７を形成する。図３を参照して説明した製造工程と同様に、酸化時にマスクとなる保護膜１７として例えば窒化膜があげられるが、酸化時のマスクとなり、エッチング時の酸化膜との選択比が大きい膜であれば特に制限はない。
【００３２】
（２）写真製版技術を用いて、第２モニタ用パターン９の絶縁材料パターン９ａの形成予定位置に数μｍの開口部２３ａを多数含んだフォトレジストパターン２３を形成する。
（３）例えばドライエッチング技術を用いて、フォトレジストパターン２３をマスクにして絶縁材料パターン９ａの形成予定位置の保護膜１７をエッチング除去する。その後、フォトレジストパターン２３を除去する。
【００３３】
（４）保護膜１７をマスクとして熱酸化処理を施して半導体基板１表面に厚い酸化膜からなる絶縁材料パターン９ａを形成する。
（５）ウェットエッチング技術を用いて、絶縁材料パターン９ａが残るように保護膜１７及び犠牲酸化膜１５を除去する。絶縁材料パターン９ａを、例えば図１に示すように、第２モニタ用パターン９の形成領域内にマトリックス状又は千鳥状に多数形成することで、疎水面と親水面の境界が多数形成されるため、ウォーターマークが発生しやすくなる。
【００３４】
また、第１モニタ用パターン７と第２モニタ用パターン９の製造工程において、図３に示したフォトレジストパターン１９と図４に示したフォトレジストパターン２３を同一のフォトレジスト層で同時に形成し、図３に示した厚い酸化膜２１と図４に示した絶縁材料パターン９ａを同一の熱酸化処理工程で同時に形成し、図３に示した厚い酸化膜２１、保護膜１７及び犠牲酸化膜１５を除去する際に同時に図４に示した保護膜１７及び犠牲酸化膜１５を除去するようにすれば、第１モニタ用パターン７と第２モニタ用パターン９を同一製造工程で同時に形成することができる。
【００３５】
図５は第３モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。以下に説明する工程（１）〜（４）は図５のかっこ数字に対応している。
（１）半導体基板１３上にゲート絶縁膜２５を介して半導体膜１１ｄを形成する。半導体膜１１ｄは不純物が導入されていない多結晶シリコン又はアモルファスシリコンによって形成されている。
【００３６】
（２）写真製版技術を用いて、第３モニタ用パターン１１の第２半導体膜領域１１ｃの形成予定位置を含む開口部２７ａをもつフォトレジストパターン２７を形成する。
（３）イオン注入技術を用いて、フォトレジストパターン２７をマスクとして半導体膜１１ｄにイオン注入を行ない、不純物がドーピングされた半導体膜１１ｅを形成する。その後、フォトレジストパターン２７を除去する。
【００３７】
（４）写真製版技術及びエッチング技術を用いて半導体膜１１ｄ，１１ｅをパターニングして、不純物が導入されていない半導体膜からなる半導体膜領域１１ｂと、不純物が導入されている半導体膜からなる半導体膜領域１１ｃをもつ半導体膜１１ａからなる第３モニタ用パターン１１を形成する。このとき、チップ領域ではトランジスタのゲート電極が同時に形成される。ここで、ゲート絶縁膜２５に対してもエッチング処理を行なって、第３モニタ用パターン１１下及びゲート電極下の領域を除いてゲート絶縁膜２５を除去してもよい。
【００３８】
第３モニタ用パターン１１において、不純物が導入されていない半導体膜領域１１ｂと不純物が導入されている半導体膜領域１１ｃとでは液体の濡れ性が互いに異なるので、半導体膜１１ａの表面において半導体膜領域１１ｂと半導体膜領域１１ｃの境界でウォーターマークが発生しやすくなる。
【００３９】
図６は第３モニタ用パターンの製造工程の他の例を説明するための概略的な工程断面図である。以下に説明する工程（１）〜（５）は図６のかっこ数字に対応している。
（１）半導体基板１３上にゲート絶縁膜２５を介して半導体膜１１ｄを形成する。
【００４０】
（２）半導体膜１１ｄの上に例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法を用いて酸化膜２９を形成する。写真製版技術を用いて、酸化膜２９上に、第３モニタ用パターン１１の第２半導体膜領域１１ｃの形成予定位置を含む開口部３１ａをもつフォトレジストパターン３１を形成する。
（３）例えばウェットエッチング技術を用いて、フォトレジストパターン３１をマスクとして酸化膜２９の一部分をエッチング除去して酸化膜２９に開口部２９ａを形成する。その後、フォトレジストパターン３１を除去する。
（４）ＬＰＣＶＤ法を用いて半導体膜１１ｄ上及び酸化膜２９上にリンガラスを堆積し、半導体膜１１ｄにリンを拡散させて不純物が導入された半導体膜１１ｆを形成する。その後、例えばウェットエッチング技術を用いて酸化膜２９を除去する。
【００４１】
（５）写真製版技術及びエッチング技術を用いて半導体膜１１ｅ，１１ｆをパターニングして、不純物が導入されていない半導体膜からなる半導体膜領域１１ｂと、不純物が導入されている半導体膜からなる半導体膜領域１１ｃをもつ半導体膜１１ａからなる第３モニタ用パターン１１を形成する。このとき、チップ領域ではトランジスタのゲート電極が同時に形成される。ここで、ゲート絶縁膜２５に対してもエッチング処理を行なって、第３モニタ用パターン１１下及びゲート電極下の領域を除いてゲート絶縁膜２５を除去してもよい。
【００４２】
このような方法でも、不純物が導入されていない半導体膜領域１１ｂと不純物が導入されている半導体膜領域１１ｃをもつ半導体膜１１ａからなる第３モニタ用パターン１１を形成することができる。
【００４３】
モニタ用パターン７，９，１１は、外観検査装置で欠陥として検出できる程度の大きさが必要である。具体的には、０.１μｍ以上の大きさである必要がある。また、ウォーターマークは数μｍ〜数ｍｍの大きさで形成されることが多いので、モニタ用パターン７，９，１１は１０μｍ以上の大きさであることがより好ましい。
また、モニタ用パターン７，９，１１はスクライブライン領域５に配置されているので、スクライブライン領域５の幅方向におけるモニタ用パターン７，９，１１の寸法はスクライブライン領域５の幅寸法よりも小さい。
【００４４】
モニタ用パターン７，９，１１が形成された状態で洗浄及び乾燥を行ない、パターン欠陥を見ることができる外観検査装置にて確認することで、ウォーターマーク発生の有無を確認するのが難しいチップ領域を見ることなく、ウォーターマーク発生の有無を確認することができる。
【００４５】
また、これらのモニタ用パターン７，９，１１をチップ領域３内に作製してするのではなく、量産品のスクライブライン領域５に作製することで、ウォーターマークモニタ用の専用のウェハを製造ラインに流す必要がなく、量産品のスクライブライン領域５に形成されたモニタ用パターン７，９，１１を検査することで、ウォーターマーク発生の有無を常時モニタリングできる。さらに、スクライブライン領域５は半導体ウェハ１面内のあらゆるところに存在するので、モニタ用パターン７，９，１１を半導体ウェハ１の全体の領域でスクライブライン領域５に配置しておけば、広範囲の情報収集が可能となる。
【００４６】
また、各モニタ用パターン７，９，１１は、上述のように、それらのモニタ用パターン７，９，１１の形成完了時におけるウォーターマークの発生の検出に用いることができる。ただし、モニタ用パターン７，９，１１の形成後の工程でモニタ用パターン７，９，１１の上層に形成される膜をモニタ用パターン７，９，１１の形成領域で除去するようにすれば、モニタ用パターン７，９，１１はモニタ用パターン７，９，１１の形成後の工程におけるウォーターマークの発生の検出にも用いることができる。
【００４７】
例えば、第３モニタ用パターン１１はモニタ用パターン７，９を形成した後に形成されるが、第３モニタ用パターン１１の形成完了時、すなわち半導体膜からなるゲート電極の形成完了時にモニタ用パターン７，９が露出されているようにすれば、第３モニタ用パターン１１の形成完了時におけるウォーターマークの発生を３種類のモニタ用パターン７，９，１１によって検出することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一実施例のウォーターマークモニタ用パターンを概略的に示す平面図である。
【図２】一実施例の半導体ウェハ全体を示す平面図である。
【図３】第１モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。
【図４】第２モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。
【図５】第３モニタ用パターンの製造工程例を説明するための概略的な工程断面図である。
【図６】第３モニタ用パターンの製造工程の他の例を説明するための概略的な工程断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  半導体ウェハ
３  チップ領域
５  スクライブライン領域
７  第１モニタ用パターン
９  第２モニタ用パターン
９ａ  絶縁材料パターン
１１  第３モニタ用パターン
１１ａ  半導体膜
１１ｂ  第１半導体膜領域
１１ｃ  第２半導体膜領域
１３  半導体基板
【図１】
2010097965.tif 000003
【図２】
2010097965.tif 000004
【図３】
2010097965.tif 000005
【図４】
2010097965.tif 000006
【図５】
2010097965.tif 000007
【図６】
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