(57)【要約】【課題】半導体集積回路は高機能，高速化のためますます微細化，複雑化して、トランジスタゲートの酸化膜が非常に薄くなるとともに耐電圧が低くなっている。このような半導体集積回路のプラズマを用いた加工では、荷電粒子の入射に起因し、トランジスタゲートの酸化膜間に生じる電位差によって静電的なダメージが発生する。そのため、ウエハ面内のダメージの状態を評価し、ダメージを防止することが必要となる。本発明は、荷電粒子を用いた半導体デバイスの加工にともなうウエハの損傷を低コストで評価することを目的とする。【解決手段】ウエハ上の一部にフォトクロミック効果を有する積層膜および積層膜と接続され、ウエハと絶縁された金属膜を形成し、該ウエハを用いて加工時に生じるダメージ部分を光学的に評価する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を用いたウエハ加工におけるウエハの損傷を評価するのに用いる損傷評価用ウエハとして、ウエハ上の一部にフォトクロミック効果を有する積層膜および該積層膜と接続され前記ウエハと絶縁された金属膜を形成したことを特徴とする損傷評価用ウエハ。
【請求項２】
荷電粒子を用いたウエハ加工におけるウエハの損傷を評価するのに用いる損傷評価用ウエハとして、ウエハ上の一部に遷移金属酸化物および酸化物の積層膜を形成し、該積層膜に前記ウエハと絶縁された金属膜を接続したことを特徴とする損傷評価用ウエハ。
【請求項３】
荷電粒子を用いた加工装置でのウエハ加工に伴うウエハの損傷を評価する方法であって、ウエハ上の一部にフォトクロミック効果を有する積層膜および該積層膜と接続され前記ウエハと絶縁された金属膜を形成した損傷評価用ウエハを前記加工装置に導入し、前記加工装置による処理中の前記ウエハの積層膜の光学特性の変化を測定し評価することを特徴とするウエハ損傷評価方法。
【請求項４】
荷電粒子を用いた加工装置でのウエハ加工に伴うウエハの損傷を評価する方法であって、ウエハ上の一部に遷移金属酸化物および酸化物の積層膜を形成し、該積層膜に前記ウエハと絶縁された金属膜を接続した損傷評価用ウエハを前記加工装置に導入し、前記加工装置による処理中の前記ウエハの積層膜の光学特性の変化を測定し評価することを特徴とするウエハ損傷評価方法。
【請求項５】
荷電粒子を用いた加工装置でのウエハ加工に伴うウエハの損傷を評価する方法であって、ウエハ上の一部にフォトクロミック効果を有する積層膜および該積層膜と接続され前記ウエハと絶縁された金属膜を形成した損傷評価用ウエハに予め所定の電荷を注入し、該電荷が注入されたウエハを前記加工装置に導入し、前記加工装置による処理中の前記ウエハの積層膜の光学特性の変化を測定し評価することを特徴とするウエハ損傷評価方法。
【請求項６】
荷電粒子を用いた加工装置でのウエハ加工に伴うウエハの損傷を評価する方法であって、ウエハ上の一部に遷移金属酸化物および酸化物の積層膜を形成し、該積層膜に前記ウエハと絶縁された金属膜を接続した損傷評価用ウエハに予め所定の電荷を注入し、該電荷が注入されたウエハを前記加工装置に導入し、前記加工装置による処理中の前記ウエハの積層膜の光学特性の変化を測定し評価することを特徴とするウエハ損傷評価方法。
【請求項７】
請求項３または請求項４記載のウエハ損傷評価方法において、損傷評価終了後に損傷評価中に注入された電荷量を打ち消す電荷を前記ウエハに注入するウエハ損傷評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体集積回路の加工に用いられるプラズマ加工装置によって生じるウエハの損傷を評価するのに好適な損傷評価用ウエハ及びウエハ損傷評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、ウエハ上にトランジスタ等の半導体デバイスを作り、その電気特性を測定することによって加工時の損傷を評価していた。これに関するものとして、例えば、ＵＳＰ５５９４３２８号明細書が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ウエハ上にトランジスタ等の半導体デバイスを形成することになり、複雑な構造の損傷評価用のウエハを作成することになるので、作成に多大の時間費用を要し、また評価に際しても高価な電気特性を評価する装置が必要となるという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、荷電粒子を用いた半導体デバイスの加工にともなうウエハの損傷を低コストで評価することのできる損傷評価用ウエハ及びウエハ損傷評価方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ウエハ上の一部にフォトクロミック効果を有する積層膜および積層膜と接続され、ウエハとは絶縁された金属膜を形成した損傷評価用ウエハを用い、該評価用ウエハを加工装置の加工条件中に曝し、ウエハ上の積層膜の光学特性を観察・測定することによって、達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
半導体集積回路は高機能，高速化のためますます微細化，複雑化している。高速デバイスではトランジスタゲートの酸化膜が非常に薄くなり、それにともなって耐電圧が低くなっている。このような半導体集積回路の加工においては、例えば、プラズマからの荷電粒子を用いて加工を行うドライエッチング等では、正と負の荷電粒子の精密なバランスをとりながら処理を進めていかないと、トランジスタゲートの酸化膜間に生じた電位差で静電的なダメージが発生する。
【０００７】
これはウエハ母材（シリコン）の電位がウエハ上のプラズマから流入する電荷量の平均値に支配されるのに対し、ゲート酸化膜上の電位はその直上の局部のプラズマからの電荷の流入量に支配されるため、ウエハ全面にわたっての正負電荷の流入量のわずかな差がゲート酸化膜上とゲート酸化膜下（つまり母材シリコン）の数Ｖの電位差となって現れるからである。この現象はチャージングダメージとも呼ばれる。
【０００８】
この電荷流入量のわずかな差はプロセス条件やチャンバー状態によって大きく影響を受けるため、プロセス変更時等にはチャージングダメージの有無を事前にチェックする必要がある。その場合の評価は、被加工物である半導体デバイスに近い構造を持つ専用のテストサンプルウエハを作成し、そのサンプルウエハを実際の加工条件で加工し、その後電気特性を測定することによって行っていた。
【０００９】
しかしながらこの方法では、テストサンプルの作成に多工程必要であり、また損傷評価のための測定も専用の計測装置を用いて長時間かけて行う必要があった。また、これらテストサンプルは１回の測定で特性が変化するため再生利用が不可能であり、チャージングダメージのチェックは多大のコストを要していた。
【００１０】
そこで本発明者はチャージングダメージ評価方法を低コストで行うため、遷移金属が持つエレクトロクロミック効果を利用する方法を考案しその構造をシリコンウエハ上に作成し、これを用いて従来の損傷評価との比較を行った。
【００１１】
図１は本発明の損傷評価用ウエハの損傷評価部の断面構造を示したものである。基板１０１はシリコンであり、第１層目は三酸化タングステン１０２であり、第２層目は二酸化三アルミ１０３であり、第３層はポリシリコン１０４である。
このように構成した損傷評価用ウエハでは、ポリシリコン１０４と基板１０１であるシリコンとの間に電圧が印加されると第１層と第２層界面でエレクトロクロミック効果を示し、ポリシリコンを通して光学特性の変化として現れる。
【００１２】
この積層膜構造の電流−電圧特性を図２に示す。電圧を０Ｖから高くしていくと３Ｖから急速に電流が増えており、チャージングダメージ時に酸化膜で起こる絶縁破壊時の電流−電圧特性と同様な傾向を示す。
【００１３】
一方、図３はこの積層膜間に電圧を印加した場合にトータルで流れた通過電荷の量に対する膜の光学的な濃度を測定した結果を示したものである。これによると、光学濃度が通過電荷量に対して直線的に増加していることがわかる。また、この程度に変化すると目視によっても十分確認することが可能である。この通過電荷量は、オーダー的にゲート酸化膜にダメージを与える通過電荷量とほぼ同等である。
【００１４】
損傷評価用ウエハは、図１に示した積層構造の膜を蒸着工程によってシリコンウエハ上に形成し、部分的にマスクして、最終的に図４に示すようにウエハ上に検出箇所として５ケ所積層膜部分が残るようにし、残りの部分をエッチング除去して形成する。
【００１５】
このウエハを加工装置である、例えば、プラズマエッチング装置に入れ、３通りのプロセス条件に曝して従来の損傷評価方法との比較を行った。比較結果を図５に示す。プロセス条件Ａでは、従来の損傷評価方法においてはウエハの左側にダメージが見られたが、本発明の評価ウエハにおいては左側部分に変色したところが見られた。また、プロセス条件Ｂでは、従来の方法においてはウエハの中心部にダメージを受けた部分が見られたが、本発明の評価ウエハでは同様に中心部に変色領域が見られた。プロセス条件Ｃでは、従来の評価方法においてはダメージの発生は見られなかったが、本発明の評価ウエハでも同様に変色部分は見られなかった。
【００１６】
しかしながら、プロセス条件Ｄでは、従来方法では外周部にダメージが見られるが本発明によるウエハでは変色領域は見られなかった。これはプロセス条件Ｄではウエハ外周部に負の電位差が生じダメージが発生しているが、本発明による方法ではポリシリコン側が負の場合はフォトクロミック現象が発生せず、ダメージを検出できないことがわかった。
【００１７】
そこで、負の電位差によるチャージングダメージも検出できるように、図６に示すように積層膜を隣接して設け、一方には評価試験前に予めポリシリコン側に正の電圧をかけて電荷を注入し、着色させておくことにした。こうしてプロセス条件Ｄでの評価を再度行ったところ、着色していた評価セルのウエハ外周部分が脱色し、負の極性のダメージを検出することができた。これらの試験により、本実施例に示した発明により従来方法に代替できることが確認できた。
【００１８】
以上のように本実施例によれば、従来方法同様にダメージを検出することが出来、またその判定が目視によって十分可能であることがわかった。
【００１９】
また、損傷評価によって生じた変色は、制御された電源によりポリシリコン側を負電位にして電荷を注入することにより元の光学濃度を回復できた。その後、同じウエハを用いて前述のプロセス条件Ａ〜Ｄで再度試験を行ったところ、図５と同様の結果が得られ、再生利用も可能であることがわかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、荷電粒子を用いた半導体デバイスの加工にともなうウエハの損傷の評価を、低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である損傷評価用ウエハの積層部の膜構造を示す縦断面図である。
【図２】図１のウエハの加工損傷を評価する部分の膜の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】図１のウエハの加工損傷を評価する部分の膜の通過電荷量と光学濃度の関係を示す図である。
【図４】本発明の損傷評価用ウエハの平面図である。
【図５】図４の損傷評価用ウエハでの加工損傷結果と従来方法による加工損傷結果とを対比した図である。
【図６】本発明の他の実施例である損傷評価用ウエハを用いた負のチャージングダメージ評価を示す図である。
【符号の説明】
１０１…基板（シリコン）、１０２…三酸化タングステン、１０３…二酸化三アルミ、１０４…ポリシリコン。
【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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【図６】
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