(57)【要約】【課題】絶縁膜中のピンホール、膜中異物、成長異常等の膜質の評価を簡便にかつより精密に提供するものである。【解決手段】絶縁膜からなる上層膜と正孔を含むシリコン膜からなる下層膜とからなる積層膜構造において、溶解させる薬液に緩衝フッ酸やフッ酸を用いて、上層膜と下層膜とを同時に溶解させることにより上層膜の膜質を評価する。こうすると、緩衝フッ酸やフッ酸は絶縁膜を溶解すると同時に、部分的に接触したシリコン膜を溶解するため、エッチレートの速い絶縁膜の膜質異常部分、ピンホールになりかかっている部分および膜中のパーティクルなどを簡便にかつより精密に評価することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層膜と下層膜からなる積層膜構造において、前記上層膜と前記下層膜とを同時に溶解させることにより、前記上層膜の膜質を評価することを特徴とする絶縁膜の評価方法。
【請求項２】
上層膜と下層膜からなる積層膜構造において、前記下層膜の表面を凹凸が生じるように加工した後、前記上層膜を成膜し、その後前記上層膜と前記下層膜を同時に溶解させることにより、前記上層膜の膜質を評価することを特徴とする絶縁膜の評価方法。
【請求項３】
前記上層膜は絶縁膜であり、前記下層膜は正孔を含むシリコン膜であり、溶解させる薬液にフッ酸もしくは緩衝フッ酸を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁膜の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜の評価方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの微細化に伴い、絶縁膜の信頼性の確保はますます重要になっている。絶縁膜には主として、ゲート電極下に用いられるゲート絶縁膜、半導体メモリなどの蓄積容量に用いられる容量絶縁膜、配線間に用いられる層間絶縁膜、およびデバイスを保護する目的で用いられる保護絶縁膜などがある。最近では、ゲート絶縁膜に酸化膜や窒化膜の代わりに、誘電率の高い高誘電体膜であるタンタル酸化膜（Ｔａ２Ｏ５膜）、ハフニウム酸化膜（ＨｆＯｘ膜）、ジルコニウム酸化膜（ＺｒＯｘ膜）およびアルミナ膜（ＡｌＯｘ膜）等の金属酸化物を使用することで、実効酸化膜厚を低減してＭＩＳトランジスタの速度を向上させる取り組みが精力的に行われている。しかしながら、これらの金属酸化物はスパッタリング法や化学気相成長法（ＣＶＤ法）等で成膜されることが多く、膜中に存在するパーティクルやピンホールおよび成膜中の膜質異常などはＭＩＳトランジスタの動作や信頼性に致命的な影響を与える。
【０００３】
また、容量絶縁膜に関しても、上記ゲート絶縁膜と同様の材料のほか、さらに、比誘電率の高いバリウムストロンチウムチタン酸化物（ＢＳＴ）、強誘電体メモリの分野で使用される強誘電性の性質を持つ鉛ジルコニウムチタン酸化膜（ＰＺＴ）あるいはストロンチウムビスマスタンタル酸化膜（ＳＢＴ）などを使用する。これらの絶縁膜に関してもスパッタリングやＣＶＤ法等で成膜されることが多く、膜中に存在するパーティクルやピンホールおよび成膜中の膜質異常などは半導体メモリの動作や信頼性に致命的な影響を与える。
【０００４】
また、最近、銅配線における層間絶縁膜の低誘電率化が進んでいる。これは配線部の信号遅延は、配線抵抗と配線間容量との積に比例するため、配線抵抗は配線材料を銅に変えることで、また、配線間容量は層間絶縁膜を比誘電率の小さな材料に変えることで配線遅延を抑制するものである。比誘電率の小さな膜としては、従来から使用されてきたシリコン酸化膜からフッ素をドーピングしたシリコン酸化膜（ＳｉＯＦ膜）、ポーラスなＳＯＧ膜およびＳｉＯＣ膜などが実用化に向けて研究されている。これらの新規材料に関しても、ＣＶＤ法やスピン塗布法で成膜されることが多く、膜中に存在するパーティクルやピンホールおよび成膜中の膜質異常などは配線の信頼性に致命的な影響を与える。
【０００５】
また、従来から用いられている保護膜であるシリコン窒化膜に関しても、膜中に存在するパーティクルやピンホールおよび成膜中の膜質異常などはＭＩＳトランジスタの動作や信頼性に致命的な影響を与える。
【０００６】
このように、ＬＳＩの製造工程では種々の絶縁膜が使用されており、しかも、どの絶縁膜に関しても、成膜に起因するパーティクル、ピンホール、および膜質異常などはＬＳＩの動作や信頼性に致命的な影響を与えることになる。従来、絶縁膜の評価方法は下地層上に絶縁膜を形成し、絶縁膜を溶解することなく下地層だけを溶解する薬液を用いて、絶縁膜のピンホールチェックを行ってきた。
【０００７】
例えば、酸化膜または窒化膜を用いたゲート絶縁膜の場合では、下地層にシリコン基板を用いて、その上にゲート絶縁膜と同じ方法で作成した酸化膜または窒化膜を形成し、薬液にシリコンは溶解するが絶縁膜は溶解しない水酸化カリウム（ＫＯＨ）などを用いた。絶縁膜中にピンホールがあると下地のシリコンが溶解されるので、ピンホールの有無を確認できた（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２７６００号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では、下地が露出しているようなピンホールの確認はできるが、膜中でピンホールになりかけているもの、膜質異常などにより他の部分と膜質が異なる絶縁膜、膜厚が薄くなっている部分、あるいは膜中のパーティクルなどに対しては全く見つけ出すことは不可能であった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、絶縁膜中に存在するパーティクルやピンホールおよび成膜中の膜質異常などを含めた絶縁膜の膜質の評価をより精密にかつ簡便に提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）やフッ酸（ＨＦ）とシリコンとの溶解に関して詳細に調査した。その結果、ＢＨＦ薬液のｐＨの値や熱酸化膜のエッチレートとシリコンの溶解速度とが深く関係していることを見出した。また、シリコン中に導入するドーパントに関しても十分な調査を行った。これらの結果から、熱酸化膜のウェットエッチレートが０．１ｎｍ／ｍｉｎ以上のＢＨＦ薬液やＨＦ薬液では、局所的にｐ型シリコンと接触するとシリコンを溶解することを見出した。これは、ｐ型シリコンではシリコン中に正孔が多数ある状態であり、ＢＨＦ薬液やＨＦ薬液中のＨＦ２−イオンと強く相互作用を引き起こし、ｐ型シリコンを溶解してしまうためであると考えている。このようなシリコンの溶解現象はｎ型シリコンでも見られるが、その頻度はｐ型シリコンと比較して１／１０程度であった。
【００１２】
本発明の絶縁膜の評価方法は、上記の知見に基づいて創作されたものであって、上層膜と下層膜からなる積層膜構造において、上層膜と下層膜とを同時に溶解させることにより、上層膜の膜質を評価することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の絶縁膜の評価方法は、上層膜と下層膜からなる積層膜構造において、下層膜の表面を凹凸が生じるように加工した後、上層膜を成膜し、その後上層膜と下層膜を同時に溶解させることにより、上層膜の膜質を評価することを特徴とする。
【００１４】
上記の絶縁膜の評価方法において、上層膜は絶縁膜であり、下層膜は正孔を含むシリコン膜であり、溶解させる薬液に緩衝フッ酸もしくはフッ酸を用いることが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、膜質を評価したい絶縁膜と正孔を含むシリコン膜とを同時に溶解する緩衝フッ酸溶液もしくはフッ酸溶液を用いることにより、エッチレートの速い絶縁膜の膜質異常部分、ピンホールになりかかっている部分、および膜中のパーティクルなどを簡便にかつより精密に評価することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に従って説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１に熱酸化膜１０２を厚さ５０ｎｍ形成する。そののち、ポリシリコン膜１０３を従来の減圧ＣＶＤ法を用いて１００ｎｍ堆積し、その後、イオン注入法により、Ｂ原子を加速エネルギー５ｋｅＶ、ドーズ量３Ｅ１５ａｔｏｍ／ｃｍ２だけポリシリコン膜１０３に注入する。その後、１０００℃、５秒間のアニールにより、Ｂ原子の活性化を行う。その後、評価したいＣＶＤ酸化膜１０４を３０ｎｍ堆積した。ここで、この酸化膜１０４は原料にＴＥＯＳとオゾンを用いて常圧ＣＶＤ法を用いて４００℃で成膜したオゾン−ＴＥＯＳ酸化膜を用いた。
【００１８】
その後、１：２０の緩衝フッ酸溶液を用いて、３０秒間エッチングを行い、通常半導体装置の製造ラインで用いられている異物欠陥装置で異物の観察を行った。異物欠陥装置には光学顕微鏡モードで異物を観察できるものもあり、これを用いて観察すると、図２のようにポリシリコン膜１０３が円状に溶解し、エッチング痕２０１ができている。これは、酸化膜１０４中のパーティクルやピンホールにより、緩衝フッ酸がポリシリコンと局所的に接触したために、図１（ｂ）のようにポリシリコン膜１０３が溶解したものである。
【００１９】
尚、本実施形態では光学顕微鏡で観察できる異物検査装置を用いたが、通常、溶解するポリシリコンは０．２μｍ程度であることが多く、異物の大きさを測定できる通常のレーザー光の散乱を用いた異物検査装置を用いると、もっと簡便にパーティクルやピンホールの特定が可能である。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面に従って説明する。
【００２１】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコン基板３０１に熱酸化膜３０２を厚さ５０ｎｍ形成する。その後、ポリシリコン膜３０３を従来の減圧ＣＶＤ法を用いて１００ｎｍ堆積し、レジストを用いた写真露光技術とエッチング技術を用いて、ポリシリコン膜３０３のパターニングを行った。その後、イオン注入法により、Ｂ原子を加速エネルギー５ｋｅＶ、ドーズ量３Ｅ１５ａｔｏｍ／ｃｍ２だけポリシリコン膜３０３に注入する。その後、１０００℃、５秒間のアニールにより、Ｂ原子の活性化を行う。その後、評価したいＣＶＤ酸化膜３０４を３０ｎｍ堆積した。ここで、この酸化膜３０４は原料にＴＥＯＳとオゾンを用いて常圧ＣＶＤ法を用いて４００℃で成膜したオゾン−ＴＥＯＳ酸化膜を用いた。
【００２２】
その後、１：２０の緩衝フッ酸溶液を用いて、３０秒間エッチングを行い、通常半導体装置の製造ラインで用いられているパターン付きウェハでも測定が可能である異物欠陥装置を用いて異物の観察を行った。異物欠陥装置には、光学顕微鏡モードで異物を観察できるものもあり、これを用いて観察すると、図４のようにポリシリコン膜３０３が溶解し、エッチング痕４０１ができている。これは、酸化膜３０４中のパーティクルやピンホールにより、緩衝フッ酸がポリシリコンと局所的に接触したために、図３（ｂ）のようにポリシリコン膜３０３が溶解したものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、膜質の評価を行いたい絶縁膜とｐ型シリコン膜とを同時に溶解する緩衝フッ酸溶液もしくはフッ酸溶液を用いることにより、エッチレートの速い絶縁膜の膜質異常部分、ピンホールになりかかっている部分および膜中のパーティクルなどを簡便にかつより精密に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施形態におけるシリコン膜のエッチング痕を表す平面図
【図３】本発明の第２の実施形態を示す断面図
【図４】本発明の第２の実施形態におけるシリコン膜のエッチング痕を表す平面図
【符号の説明】
１０１、３０１  シリコン基板
１０２、３０２  熱酸化膜
１０３、３０３  ポリシリコン膜
１０４、３０４  オゾン−ＴＥＯＳ酸化膜
２０１、４０１  ポリシリコン膜のエッチング痕
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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