(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板からなるウェハの表面にプロセスモニター用の酸化膜を設け、その上に導電膜を設けることによりモニター用パターンを形成し、前記半導体基板と前記導電膜との間に電圧および／または電流を印加して前記酸化膜の膜質を評価するプロセスモニター方法であって、前記モニター用パターンを、前記ウェハに形成される製品用のチップと同じかそれより大きい面積で形成し、かつ、該製品用のチップ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に形成して行う半導体装置のプロセスモニター方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＳＩなどの半導体装置の製造プロセスにおける信頼性をモニターするプロセスモニター方法に関する。さらに詳しくは、ゲート酸化膜などの薄い酸化膜の信頼性を製造プロセスの洗浄処理などによる影響をも含めて正確にモニターすることができる半導体装置のプロセスモニター方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、たとえば酸化膜の膜質を評価する場合、半導体ウェハ（ウェハ状の半導体基板）の一部に、モニター用パターンを形成し、そのモニター用パターンに電流を印加して何クーロンで破壊するかというＱＢＤ検査、または電圧を印加して何Ｖまで耐え得るかというＴＺＢＤ検査をしてその半導体ウェハに形成された膜質を評価する方法が採られている。
【０００３】
このような酸化膜をモニターするモニター用パターンは、たとえば図４に示されるように、半導体基板２１上にトンネル酸化膜またはゲート酸化膜程度の薄い評価用酸化膜２２をＬＯＣＯＳ酸化膜２４の間に形成し、その上に導電膜であるポリシリコン膜２５を形成しておき、そのポリシリコン膜２５を一方の電極として、ポリシリコン膜２５と半導体基板２１との間に電流または電圧を印加することができるようになっている。このモニター用パターンの大きさは、その半導体ウェハに作り込む半導体チップの１個分から１.５個分ぐらいの大きさにＬＯＣＯＳ酸化膜２４の間に形成され、その評価用酸化膜２２はその範囲でトンネル酸化膜やゲート酸化膜などのそのチップに使用されている厚さに形成して行われている。評価用酸化膜が、このように一様の厚さに形成される理由は、薄い酸化膜ができるだけ大きな面積で形成されていることにより、その一部に欠陥が生じていても不良を検出することができ、それだけ信頼性が高くなるためと考えられているからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、従来の半導体装置の製造に当っては、プロセスモニター用のパターンを形成して、その信頼性を充分に確保するようにして製造されている。しかし、それでも実際のＬＳＩなどの使用中に酸化膜の絶縁破壊の生じるものが発生することがあるなどの問題がある。
【０００５】
本発明者らは、酸化膜の信頼性を製造工程におけるプロセス用モニターによる検査と完全に対応させることにより、その信頼性を向上させるため、鋭意検討を重ねた結果、プロセス用モニターでは検出されず、その後に酸化膜の信頼性が低下する理由が、酸化膜の形成前に行う洗浄工程などによる洗浄液の残渣が残り、ウォーターマークが形成され、そのウォーターマークが後から酸化膜の膜質を低下させ、信頼性を低下させることにあることを見出した。
【０００６】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、プロセスモニターによる検査を実際の製品における酸化膜の信頼性と対応させ、プロセスモニターにより酸化膜の品質を精度よく検査して、その信頼性を向上させることができる半導体装置のプロセスモニター方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、プロセスモニターによる検査と実際の製品での酸化膜の信頼性とを対応させるため、鋭意検討を重ねた結果、前述のように、酸化膜の形成前や後に行われる洗浄処理などによるウォーターマークが形成されることに酸化膜の劣化の原因があり、従来の一様の厚さの酸化膜ではウォーターマークの影響が現れにくいことに原因があることを見出した。すなわち、洗浄処理をした後に、スピンナーにより半導体ウェハを回転させ、洗浄液を飛散させて乾燥させるが、酸化膜に凹凸があるとその凹部に洗浄液が残りその角部に前述のウォーターマークが形成されやすいが、従来の一様で面積の大きい酸化膜では、スピンナーにより洗浄液を飛ばすと殆ど飛んでしまって角部にも残らないためである。
【０００８】
本発明による半導体装置のプロセスモニター方法は、半導体基板からなるウェハの表面にプロセスモニター用の酸化膜を設け、その上に導電膜を設けることによりモニター用パターンを形成し、前記半導体基板と前記導電膜との間に電圧および／または電流を印加して前記酸化膜の膜質を評価するプロセスモニター方法であって、前記モニター用パターンを、前記ウェハに形成される製品用のチップと同じかそれより大きい面積で形成し、かつ、該製品用のチップ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に形成して行うことを特徴とする。
【０００９】
この方法によれば、実際のＬＳＩチップなどのパターンと同様またはそれより細かい酸化膜の凹凸のパターンが形成されているため、洗浄後のスピンナーによる乾燥を行うと、洗浄液は実際のパターンと同様の飛散の仕方になり、凹部に腐食性の液が残る場合はモニターパターンの酸化膜部分にも同様に残り、その影響による酸化膜の劣化をモニターパターンにより検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置のプロセスモニター方法について説明をする。
【００１１】
本発明による半導体装置のプロセスモニター方法は、図１（ａ）にその一実施形態のトンネルウインドウを有するＥＥＰＲＯＭのモニター用パターンが示されるように、半導体基板１上にＥＥＰＲＯＭの各メモリセルのアクティブ  トウ  アクティブ（active to active）のスペース（ＬＯＣＯＳ酸化膜を挟んだアクティブ領域の間隔）と同じかそれより小さい間隔（小さいアクティブ領域）でゲート酸化膜２が設けられ、ゲート酸化膜２の一部にメモリセルのトンネルウインドウと同じサイズのトンネルウインドウ３が形成されている。ゲート酸化膜２の間にはＬＯＣＯＳ酸化膜４が形成され、モニターパターンの部分全体を覆うように、導電膜であるたとえばポリシリコン膜５が設けられることにより、モニター用パターン１０が形成されている。このパターン１０のポリシリコン膜５を設ける前の平面説明図が図１（ｂ）に示されるように、薄い酸化膜であるトンネルウインドウ３および図１（ｂ）には示されていないＬＯＣＯＳ酸化膜４がマトリクス状に形成されている。このトンネルウインドウの大きさは、実際のセルのパターンに合せて、またはそれより小さく形成されるが、通常サブミクロンのオーダである。これらの酸化膜はそれぞれ厚さが異なり、図１（ａ）に示されるように、表面が凸凹になっており、とくにトンネルウインドウ３はゲート酸化膜２に凹部として形成されている。
【００１２】
このトンネルウインドウ３を形成するには、たとえばトンネルウインドウの形成場所であるゲート酸化膜の一部をエッチングすることにより半導体層を露出させ、その後全体を酸化させることによりトンネルウインドウ３の薄い酸化膜が形成されると共に、それ以外のゲート酸化膜なども酸化して厚くなり、トンネルウインドウ３のみが、とくに薄く形成される。このトンネルウインドウ３の形成部の半導体層を露出させるには、ホトレジスト膜などのマスクを形成してゲート酸化膜をエッチングし、その後ホトレジスト膜を除去して洗浄などが行われ、スピンナーにより洗浄液を飛ばして乾燥させている。そして、その後に酸化などにより酸化膜を形成し、前述のようにトンネルウインドウ３を形成している。このトンネルウインドウ３などの形成は、セルのトンネルウインドウなどの形成と同じプロセスにより同時に形成される。
【００１３】
その後、このモニター用酸化膜の全面に、たとえばポリシリコン膜５を堆積することにより導電膜を形成し、酸化膜の信頼性試験を行うための電極とし、モニター用パターン１０が形成される。
【００１４】
このモニター用パターン１０は、前述のように、このウェハに形成するチップと同程度から１.５倍程度の大きさで、前述のアクティブ領域も同程度から２倍程度（アクティブ領域の間隔を実パターンより小さくする場合がある）の個数になるように、また図２にウェハ１１の全体の説明図が示されるように、ウェハ１１内の数箇所に形成される。そして、セルの形成場所には、層間絶縁膜やゲート絶縁膜などのセルに必要な層を形成し、全てのウェハ工程を終了した後に前述のポリシリコン膜５と半導体基板１との間に電圧または電流を印加してそのリーク電流や耐圧を調べることによりトンネル酸化膜３の評価試験を行う。すなわち、たとえば印加電流を順次増加させ、破壊するときの電流値により何クーロンで破壊するか（ＱＢＤ）を各モニターパターンにより調べて、そのＱＢＤの分布により分布の中心が一定値以下の場合にそのロットを不良などと判断することができる。
【００１５】
本発明によれば、エッチング液が凹部の隅などに残存したり、汚れた洗浄液により洗浄して、凹部の隅にその残液が残ることにより、ウォーターマークが形成された状態で酸化工程を進めた場合、そのウォーターマークによる酸化膜への影響を確実に加味して膜質を検査することができる。すなわち、モニター用パターンが実際のメモリセルのパターン（実パターン）と同程度の凹凸を有する酸化膜のパターンで形成されている。そのため、実パターンで汚れた洗浄液などがウォーターマークとして残存する場合はモニター用パターンにも同じように残存し、実パターンと同じ状態で検査をすることができる。これは、従来は検査をする薄い酸化膜をできるだけ広い面積で形成して検査をすることにより信頼性が向上するという考え方であったのを、酸化膜の厚い部分が増えても実パターンと同様の凹凸を形成することが重要であるという発想の転換に基づくものである。
【００１６】
さらに詳述すると、前述のように、洗浄後の乾燥は、スピンナーによる遠心力で飛ばすことにより行われるが、前述のトンネルウインドウ３などは、０.６μｍ程度のサブミクロンオーダの非常に小さな凹部になっている。そのため、スピンナーにより回転しても凹部内に入っているエッチング液や洗浄液はなかなか飛ばすことができず、残ったまま残渣となり、前述のようにウォーターマークとなりやすい。そのまま酸化処理がなされると、その残渣は残ったまま酸化は進む。そのため、エッチング液などが完全に置換され、かつ、洗浄水があまり汚れていない清浄な液であれば凹部内に液が残っていても、酸化処理時の加熱により乾燥して問題ないが、エッチング液が残っていたり、汚れた洗浄液が残っていると乾燥した後でも腐食性の残渣がたまる。それがとくにトンネルウインドウのように薄い酸化膜を腐食すると、絶縁破壊を起こしやすいという問題がある。しかし、そのような洗浄水などの汚れがあると、モニター用パターンにも同程度の細かい凹部が形成されているため、その凹部に残った腐食性の残渣がモニター用パターンのトンネルウインドウを腐食し、洗浄液の汚れまたはエッチング液の除去の不充分さを確実に把握することができる。
【００１７】
これに対して、従来の方法では、広い面積に亘って、薄い酸化膜が形成されているため、スピンナーにより乾燥すると、凹部に残存しないで殆ど全て飛んでしまい、ウォーターマークとしては残らない。そのため、実パターンにエッチング液が残存したり、汚れた洗浄水が残存していても、モニター用パターンには残存せず、その影響を知ることができず、精度よくモニターすることができなかった。
【００１８】
図３は、本発明のモニター用パターンの他の例を示す説明図である。この例は、ＣＭＯＳやＬＯＧＩＣ  ＩＣなどのモニター用パターンの例で、ＬＯＣＯＳ酸化膜４とゲート酸化膜２との間に中間の厚さの中間厚酸化膜６が形成された２段ＬＯＣＯＳ構造である。この例では、ゲート酸化膜２が薄く、その信頼性が要求されるが、その大きさが実際のＭＯＳパターンと同程度の幅で形成されており、ウォーターマークの影響を確実にモニターすることができる。このウォーターマークの影響は、凹部の大きさが１.２μｍ角以下ぐらいになると確実に現れ、これ以下のデザインルールでは、本発明のように実パターンに合せたモニター用パターンを形成するメリットが大きく現れる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、小さな凹部にエッチング液や汚れた洗浄液が残存しても、その影響を加味して酸化膜の信頼性を確実にモニターすることができる。その結果、高集積化されたＬＳＩなどの信頼性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモニター方法に用いるモニター用パターンの一例の説明図である。
【図２】半導体ウェハにモニター用パターンを形成する例の説明図である。
【図３】本発明のモニター方法に用いるモニター用パターンの他の例の説明図である。
【図４】従来のモニター用パターンの一例の説明図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    ゲート酸化膜
３    トンネルウインドウ
４    ＬＯＣＯＳ酸化膜
５    ポリシリコン膜
１０    モニター用パターン
１１    ウェハ
【図１】
0003641378.tif 000002
【図２】
0003641378.tif 000003
【図３】
0003641378.tif 000004
【図４】
0003641378.tif 000005