(57)【要約】【課題】  製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出することが可能な、開口不良の評価方法及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、半導体基板１上に設けられた第１の絶縁膜２に形成され、かつ少なくとも１つの接続孔を有する接続孔パターンの開口不良を評価する方法であって、接続孔パターンを半導体基板１に転写する転写工程と、転写工程後に第１の絶縁膜２を除去する除去工程と、転写工程にて接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない正常接続孔３であると判定する一方、接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた不良接続孔４である判定する判定工程とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に設けられた絶縁膜に形成され、かつ少なくとも１つの接続孔を有する接続孔パターンの開口不良を評価する方法であって、
上記接続孔パターンを半導体基板に転写する転写工程と、
転写工程後に上記絶縁膜を除去する除去工程と、
上記転写工程にて上記接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない接続孔であると判定する一方、上記接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた接続孔である判定する判定工程とを含むことを特徴とする開口不良の評価方法。
【請求項２】
上記開口不良が生じた接続孔は半導体基板に到達しない一方、上記開口不良がない接続孔は半導体基板に到達するような接続孔パターンを評価することを特徴とする請求項１に記載の開口不良の評価方法。
【請求項３】
上記絶縁膜に、互いに同一である複数の接続孔パターンが周期的に形成されており、
上記判定工程は、上記複数の接続孔パターンが転写された各転写パターン同士を比較するパターン比較工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の開口不良の評価方法。
【請求項４】
上記転写工程で、上記絶縁膜に対し高選択比のエッチング条件で上記半導体基板をエッチングすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項５】
上記接続孔の底部の径より径が大きくなるように、上記半導体基板をエッチングすることを特徴とする請求項４に記載の開口不良の評価方法。
【請求項６】
上記エッチングは、等方性エッチングであることを特徴とする請求項４または５に記載の開口不良の評価方法。
【請求項７】
上記転写工程で、上記接続孔内に上記絶縁膜とは異なる材料からなる埋入層を形成し、
上記除去工程にて、上記絶縁膜を選択的に除去し、
上記判定工程にて、上記半導体基板上に上記埋入層が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定すること特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項８】
上記埋入層は、Ｓｉ系材料、またはＷ、Ｔｉ、またはＣｕの何れかを含む導電性材料からなっていることを特徴とする請求項７に記載の開口不良の評価方法。
【請求項９】
上記転写工程は、上記接続孔の底部にサリサイド化合物を形成するサリサイド工程を含み、
上記判定工程にて、上記半導体基板上にサリサイド化合物が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１０】
上記転写工程は、上記接続孔にイオン注入を施すイオン注入工程を含み、
上記判定工程にて、上記半導体基板上にイオン注入領域が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１１】
上記判定工程では、光学系またはレーザー系によるパターン比較検査装置を用いて、開口不良がない接続孔と開口不良が生じた接続孔とを比較することにより、開口不良が生じた接続孔を判定することを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１２】
上記絶縁膜の絶縁膜構造は、製品となる半導体装置に形成されている層間絶縁膜と同一の構造であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１３】
上記絶縁膜は、ＳｉＯ系材料または低誘電率を有する材料、あるいはそれらの組み合わせからなる第１の絶縁膜を備えたことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１４】
上記絶縁膜は、さらに、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜を備え、
上記半導体基板上に、上記第２の絶縁膜、上記第１の絶縁膜が、この順序で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１５】
上記絶縁膜は、さらに、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第３の絶縁膜を備え、
上記半導体基板上に、上記第１の絶縁膜、上記第３の絶縁膜が、この順序で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１６】
上記絶縁膜は、上記第１の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第３の絶縁膜とを備え、
上記半導体基板上に、上記第２の絶縁膜、上記第１の絶縁膜、上記第３の絶縁膜が、この順序で形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１７】
上記第２の絶縁膜は、Ｓｉ系材料からなることを特徴とする請求項１３〜１６の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１８】
上記第３の絶縁膜は、Ｓｉ系材料からなることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項１９】
上記接続孔パターンは、製品となる半導体装置に形成されている接続孔パターンと同一であることを特徴とする請求項１〜１８の何れか１項に記載の開口不良の評価方法。
【請求項２０】
請求項１〜１９の何れか１項に記載の開口不良の評価方法を適用した半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
予め半導体装置の半導体基板の一部に、開口不良評価用の基板領域を形成しておき、この基板領域について上記開口不良の評価方法を行うことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
上記開口不良の評価方法により得られたプロセス条件で、接続孔を形成することを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口不良の評価方法及び半導体装置の製造方法に関するものであり、より詳しくは、半導体装置のパターン検査において、特に微細で、高アスペクト比を有する接続孔パターンの高感度な開口不良の評価方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、半導体基板上の絶縁膜等に設けられる接続孔の径は、半導体装置の集積化、微細化に伴い縮小され、接続孔のアスペクト比はより高くなっている。それに伴い、接続孔形成時のフォトリソグラフィ工程において開口不良が生じたり、エッチング工程において、反応生成物がエッチングを阻害するという、いわゆるエッチングストップによる開口不良が生じたりする。
【０００３】
これらの開口不良は、すべて接続孔の接続不良を生み、製品不良を引き起こす。開口不良のない半導体装置製造の条件の早期に確立する、あるいは、開口不良が発生したときにその原因工程、装置の特定および対策を迅速に行うために、開口不良を感度よく高速に検出し、開口不良位置を特定することが重要である。
【０００４】
接続孔における開口不良の検出方法としては、例えば特許文献１に示される手法がある。特許文献１では、まず、半導体基板上の絶縁膜に接続孔を形成した後、接続孔内にＣＶＤ法によりタングステンを埋め込んだ半導体装置を作製している。次に、この半導体装置上のタングステンに荷電粒子を当て、生じた２次電子放出量を観測している。
【０００５】
開口不良のない正常な接続孔である場合、接続孔内に埋め込んだタングステンは、半導体基板に導通している。一方、開口不良のある接続孔では、接続孔内に埋め込んだタングステンは、半導体基板に導通していない。このため、タングステンに荷電粒子を当てた際の２次電子放出量、すなわち２次電子像の明るさは、開口不良のない正常な接続孔と開口不良のある接続孔とで異なる。特許文献１では、この２次電子像の明るさの違いにより、接続孔の開口不良を検出している。
【０００６】
また、簡単な設備で効率よく行える開口不良の検査方法としては、例えば特許文献２に示される方法が挙げられる。特許文献２では、まず、半導体基板上に形成された絶縁膜に接続孔を形成している。そして、コロナ放電によって絶縁膜上に荷電粒子を付着させることにより、絶縁膜表面を帯電させた半導体装置を作製する。
【０００７】
次に、上記絶縁膜とは異なる光の反射率または色をもった０．０８μｍの大きさの微粒子を絶縁膜上に散布する。そして、絶縁膜上の荷電粒子と微粒子との間に働く静電力により、絶縁膜に微粒子を付着させる。
【０００８】
開口不良のない正常な接続孔付近の絶縁膜では、半導体基板に荷電粒子が流れる。このため帯電せず、微粒子が付着しない。一方、開口不良のある接続孔付近の絶縁膜では、帯電しているため微粒子が付着する。微粒子は、その付着度合いにより光の反射率または色が異なる。この付着度合いにより異なる光の反射率または色を光学系検査装置で検出することにより、開口不良の有無を評価することができる。
【特許文献１】特開平５−１２９３８９号公報（平成５年５月２５日公開）
【特許文献２】特開２０００−３４０６２４号公報（平成１２年１２月８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された技術には、以下の問題が生じる。
【００１０】
上記特許文献１に記載の方法では、２次電子放出量を測定するために、走査型電子顕微鏡を用いている。このため、検査速度が遅く、半導体基板全面における２次電子放出量を測定するのに、非常に時間がかかるという問題がある。
【００１１】
さらに、上記特許文献１に記載の方法では、真空中で開口不良の検査を行う必要がある。このため、真空ポンプや真空計等の設備が必要であり、開口不良の検査装置が複雑、高価になるという問題も生じる。
【００１２】
また、上記特許文献２に記載の方法では、光学系の検査装置により開口不良検査を行うことが可能であるため、簡単な設備で効率よく開口不良の検査を行うことができる。
【００１３】
しかしながら、この方法にて散布された０．０８μｍの微粒子は、装置内でダストとなることが懸念される。装置内のダストは、後に処理される半導体基板や製品上に降り注ぎ、パターンの欠陥、配線の断線などの不良を発生させる。従って、この方法で用いる検査装置はクリーンルーム内での運用は考えられない。つまり、クリーンルーム内の検査装置での共用が不可能であり、クリーンルーム外で専用の検査装置が必要となる。このため、費用が余分に発生するという問題が生じる。
【００１４】
さらに、上記特許文献２には、用いられる微粒子の大きさは、０．０８μｍであり、接続孔内に付着させると記述されている。半導体装置の接続孔径は、さらに微細化され、近年では接続孔底における径は約０．１μｍ以下になりつつある。従って、上記特許文献２に記載の方法では、約０．１μｍ以下の径を有する帯電した接続孔内に、この微粒子を付着させることが困難であることは明らかである。
【００１５】
さらに、上記特許文献１及び２に記載の方法では、半導体基板上に絶縁膜を堆積させた状態で開口不良の検査が行われる。特許文献１に記載の方法では、さらに、接続孔にタングステン埋め込んだ状態で検査が行われる。このような状態で開口不良の検査を行うと、絶縁膜の膜厚さによる色ムラや絶縁膜中に存在する異物などが検出されてしまう。そして、これらは、開口不良検査におけるノイズとなり、高感度な開口不良の検査が困難となる。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出することが可能な開口不良の評価方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の開口不良の評価方法は、上記の課題を解決するために、半導体基板上に設けられた絶縁膜に形成され、かつ少なくとも１つの接続孔を有する接続孔パターンの開口不良を評価する方法であって、上記接続孔パターンを半導体基板に転写する転写工程と、転写工程後に上記絶縁膜を除去する除去工程と、上記転写工程にて上記接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない接続孔であると判定する一方、上記接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた接続孔である判定する判定工程とを含むことを特徴としている。
【００１８】
本発明は、半導体基板上に設けられた絶縁膜に形成され、かつ少なくとも１つの接続孔を有する接続孔パターンの開口不良を評価するものである。上記絶縁膜に接続孔パターンする接続孔形成工程において開口不良が生じる恐れがある。このような開口不良は、接続孔の接続不良を生み、その結果、製品となる半導体装置の不良を引き起こす。
【００１９】
上記の構成によれば、転写工程にて接続孔パターンを半導体基板に転写しており、除去工程にて絶縁膜を除去している。そして、絶縁膜を除去した状態で、判定工程にて、上記接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない接続孔であると判定する一方、上記接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた接続孔である判定している。このため、従来技術に見られるような、「絶縁膜の膜厚さによる色ムラや絶縁膜中に存在する異物」などが検出されるようなことがない。つまり、絶縁膜に起因するノイズを除去することが可能になる。
【００２０】
それゆえ、上記の構成によれば、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出することが可能な開口不良の評価方法を提供することが可能になる。
【００２１】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記開口不良が生じた接続孔は半導体基板に到達しない一方、開口不良がない接続孔は半導体基板に到達するような接続孔パターンを評価することが好ましい。
【００２２】
つまり、上記の構成によれば、接続孔が半導体基板に到達したか、あるいは到達していないかに基づいて、開口不良が生じた接続孔または開口不良がない接続孔を判定しているので、判定工程における開口不良が生じた接続孔または開口不良がない接続孔の判定をより正確に行うことができる。
【００２３】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記絶縁膜に、互いに同一である複数の接続孔パターンが周期的に形成されており、上記判定工程は、上記複数の接続孔パターンが転写された各転写パターン同士を比較するパターン比較工程を含むことが好ましい。
【００２４】
上記の構成によれば、互いに同一である複数の接続孔パターンが、上記絶縁膜に周期的に形成されている場合、パターン比較工程にて、上記複数の接続孔パターンが転写された各転写パターン同士を比較している。これにより、接続パターン単位で、接続孔の開口不良を評価することが可能になる。半導体基板全面を測定する時間を短縮することができる。さらに、これに伴い、開口不良が発生した際に、対策に要する時間を短縮し生産性を向上させることが可能になる。
【００２５】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記転写工程で、上記絶縁膜に対し高選択比のエッチング条件で上記半導体基板をエッチングすることが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、転写工程にて、上記絶縁膜に対し高選択比を有するドライエッチング条件で半導体基板をエッチングする。具体的には、絶縁膜をマスクにして、半導体基板をエッチングする。こうすることで、絶縁膜がエッチングされず、半導体基板のみがエッチングされるようになる。そして、絶縁膜の接続孔パターンが半導体基板に転写されるようになる。
【００２７】
これにより、開口不良のない接続孔の底部では、半導体基板がエッチングされる一方、開口不良のある接続孔では、エッチングされない。すなわち、絶縁膜に対し高選択比を有するドライエッチング条件で半導体基板をエッチングすることにより、絶縁膜に形成された接続孔の開口不良の有無が、半導体基板上に転写されて反映される。そして、半導体基板上に反映された転写パターンを、判定工程にて、開口不良が生じた接続孔または開口不良がない接続孔の判定を行うことで、感度よく開口不良を評価することが可能になる。
【００２８】
また、上記特許文献１では、開口不良を、２次電子放出量の有無に基づいて判定していた。このため、特許文献１では、走査性電子顕微鏡を用いる必要があり、検査速度が遅く、半導体基板全面を測定するのに非常に時間を要するという問題があった。
【００２９】
しかしながら、上記構成によれば、開口不良が生じた接続孔は、半導体基板上のエッチング部として転写されるので、特許文献１のように、走査性電子顕微鏡を用いる必要がなく、より簡単な検査装置で開口不良を評価できる。さらに、これにより、検査速度を高速にできるとともに、半導体基板全面を測定する時間を短縮することができる。
【００３０】
また、特に、判定工程にて、光学系あるいはレーザー系検査装置を用いることにより、半導体装置全面において高速な開口不良検査を行うことが可能となり、また、ダストを発生させることもないのでクリーンルーム内の検査装置での共用も可能である。
【００３１】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記接続孔の底部の径より径が大きくなるように、上記半導体基板をエッチングすることが好ましい。
【００３２】
上記の構成によれば、上記接続孔の底部の径より径が大きくなるように、上記半導体基板をエッチングするので、除去工程後に、開口不良のない正常な接続孔に対応する転写を顕在化することができる。それゆえ、この顕在化した転写を検査することで、より高感度な検査が可能となる。さらに、検査器の解像できないレベルの微細な接続孔においても、顕在化することで開口不良を感度よく検出することができるようになる。また、上記エッチングは、等方性エッチングであることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記転写工程で、上記接続孔内に上記絶縁膜とは異なる材料からなる埋入層を形成し、上記除去工程にて、上記絶縁膜を選択的に除去し、上記判定工程にて、上記半導体基板上に上記埋入層が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、上記転写工程で、上記接続孔内に上記絶縁膜とは異なる材料からなる埋入層を形成するとき、開口不良がない接続孔に形成された埋入層は、半導体基板上に形成されている。一方、開口不良が生じた接続孔では、半導体基板と埋入層とは接触しておらず、半導体基板と埋入層との間に絶縁膜が存在した構成になる。
【００３５】
そして、除去工程にて、絶縁膜を選択的に除去することにより、開口不良のない正常接続孔には、埋入層の残渣が現れる。一方、開口不良が生じた不良接続孔では、埋入層の残渣が現れない。そして、上記判定工程にて、上記半導体基板上に上記埋入層が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することにより、開口不良がない接続孔と開口不良が生じた接続孔とを区別することができるようになる。
【００３６】
なお、上記埋入層の材質は、転写後のウェットエッチング（除去工程）において埋入層に対し、高選択比を有するエッチング条件を確立できる材質であることが好ましい。これにより、絶縁膜を選択的に除去することにより、開口不良のない正常接続孔には、埋入層の残渣が現れるようになる。
【００３７】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記判定工程では、光学系またはレーザー系によるパターン比較検査装置を用いて、開口不良がない接続孔と開口不良が生じた接続孔とを比較することにより、開口不良が生じた接続孔を判定することが好ましい。
【００３８】
これにより、高感度で、かつ、高速に開口不良の有無を評価することが可能となる。また、開口不良の評価方法におけるパターン比較方法は、これに限定されるものではない。
【００３９】
上記埋入層は、Ｓｉ系材料、またはＷ、Ｔｉ、またはＣｕの何れかを含む導電性材料からなっているが好ましい。これにより、除去工程にて、絶縁膜を選択的に除去することが可能になる。
【００４０】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記転写工程は、上記接続孔の底部にサリサイド化合物を形成するサリサイド工程を含み、上記判定工程にて、上記半導体基板上にサリサイド化合物が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することが好ましい。
【００４１】
サリサイド工程とは、ゲートの多結晶Ｓｉもしくは拡散層上に、金属とＳｉとの反応により選択的に金属のＳｉ化合物を形成する技術のことである。
【００４２】
上記の構成によれば、上記転写工程は、接続孔の底部にサリサイド化合物を形成するサリサイド工程を含んでいるので、開口不良のない接続孔の底部では、半導体基板にサリサイド化合物が形成される。一方、開口不良のある接続孔では、半導体基板にサリサイド化合物が形成されない。そして、上記判定工程にて、上記半導体基板上にサリサイド化合物が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することにより、開口不良がない接続孔と開口不良が生じた接続孔とを区別することができるようになる。
【００４３】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記転写工程は、上記接続孔にイオン注入を施すイオン注入工程を含み、上記判定工程にて、上記半導体基板上にイオン注入領域が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することが好ましい。
【００４４】
上記の構成によれば、上記転写工程は、接続孔にイオン注入を施すイオン注入工程を含んでいるので、開口不良のない接続孔の底部では、半導体基板にイオン注入領域が形成される。一方、開口不良のある接続孔では、半導体基板にイオン注入領域が形成されない。そして、上記判定工程にて、上記半導体基板上にイオン注入領域が形成されている場合に、開口不良がない接続孔であると判定することにより、開口不良がない接続孔と開口不良が生じた接続孔とを区別することができるようになる。
【００４５】
また、本発明の開口不良の評価方法では、上記絶縁膜の絶縁膜構造は、製品となる半導体装置に形成されている層間絶縁膜と同一の構造であることが好ましい。
【００４６】
さらに、上記絶縁膜は、上記絶縁膜は、ＳｉＯ系材料または低誘電率を有する材料、あるいはそれらの組み合わせからなる第１の絶縁膜を備えたことが好ましい。
【００４７】
また、上記絶縁膜は、さらに、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜を備え、上記半導体基板上に、上記第２の絶縁膜、上記第１の絶縁膜が、この順序で形成されていてもよい。
【００４８】
また、上記絶縁膜は、さらに、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第３の絶縁膜を備え、上記半導体基板上に、上記第１の絶縁膜、上記第３の絶縁膜が、この順序で形成されていてもよい。
【００４９】
さらに、上記絶縁膜は、上記第１の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜と、上記第１の絶縁膜と異なる材料からなる第３の絶縁膜とを備え、上記半導体基板上に、上記第２の絶縁膜、上記第１の絶縁膜、上記第３の絶縁膜が、この順序で形成されていてもよい。
【００５０】
また、上記第２の絶縁膜は、Ｓｉ系材料からなっていてもよい。
【００５１】
また、上記第３の絶縁膜は、Ｓｉ系材料からなっていてもよい。
【００５２】
また、上記接続孔パターンは、製品となる半導体装置に形成されている接続孔パターンと同一であることが好ましい。
【００５３】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、上述の開口不良の評価方法を適用したものである。
【００５４】
上述の開口不良の評価方法を適用することにより、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００５５】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、予め半導体装置の半導体基板の一部に、開口不良評価用の基板領域を形成しておき、この基板領域について上記開口不良の評価方法を行ってもよい。
【００５６】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、上述の開口不良の評価方法により得られたプロセス条件で、接続孔を形成してもよい。なお、「プロセス条件」とは接続孔の形成に関わる条件であり、例えば、接続孔のエッチングプロセス条件、フォトリソグラフィ工程における露光条件またはフォーカス条件が挙げられる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明の開口不良の評価方法では、以上のように、接続孔パターンを半導体基板に転写する転写工程と、転写工程後に絶縁膜を除去する除去工程と、上記転写工程にて接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない接続孔であると判定する一方、上記接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた接続孔である判定する判定工程とを含む構成である。
【００５８】
それゆえ、絶縁膜を除去した状態で、判定工程にて、上記接続孔パターンが転写された場合に、開口不良がない接続孔であると判定する一方、上記接続孔パターンが転写されない場合には、開口不良が生じた接続孔である判定している。このため、従来技術に見られるような、「絶縁膜の膜厚さによる色ムラや絶縁膜中に存在する異物」などが検出されるようなことがない。つまり、絶縁膜に起因するノイズを除去することが可能になる。
【００５９】
それゆえ、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出することが可能な開口不良の評価方法を提供することが可能になる。
【００６０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、以上のように、上述の開口不良の評価方法を適用したものである。
【００６１】
それゆえ、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、本実施形態の開口不良の評価方法を示しており、図１（ａ）は、第１の絶縁膜に接続孔パターンを形成する工程における半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、図１（ｃ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【００６３】
まず、本実施形態の開口不良の評価方法では、図１（ａ）に示すように、半導体基板１上に、第１の絶縁膜２を積層する。なお、ここでは、積層する第１の絶縁膜の膜厚を、３μｍ以下としている。
【００６４】
そして、フォトリソグラフィ工程により第１の絶縁膜２に所望の接続孔パターンを形成する。より具体的には、第１の絶縁膜２上にフォトレジストを塗布（レジストパターン化）する。そして、このフォトレジストを、フォトマスクを介して露光・現像することにより、フォトレジストに所望の接続孔パターンが形成される。
【００６５】
次に、ドライエッチング（エッチング工程）により上記フォトレジストを剥離すると共に、第１の絶縁膜２に接続孔パターンを形成する。そして、酸素プラズマ処理及び薬液処理を施して、フォトレジストとドライエッチングで生じた接続孔内の反応生成物とを除去する。以上の工程を経て、所望の接続孔パターンが第１の絶縁膜２に形成される。
【００６６】
上記第１の絶縁膜２は、ＳｉＯ系からなる絶縁膜、または低誘電率を有する膜、あるいはそれらの組み合わせからなる絶縁膜であることが好ましい。具体的には、上記第１の絶縁膜２としては、ＣＶＤ法により形成されるＳｉＯ２膜、ＳｉＯＦ系膜、またはＳｉＯＣ系膜などが挙げられる。さらに、上記第１の絶縁膜２としては、塗布形式で形成されるＳＯＦ系膜、ＨＳＱ系膜（無機系）、ＭＳＱ系膜、ＰＡＥ系膜、または、ＢＣＢ系膜が挙げられる。なお、上記「低誘電率を有する」ものとしては、誘電率が４．２以下のものが好ましい。代表的な層間絶縁膜の材料であるＳｉＯ２の（比）誘電率は、４．２である。誘電率が大きい場合、微細化されたときに信号遅延などの不具合が生じてしまう。また、一般的に、Ｃｕ配線技術では、ＳｉＯＦ膜（誘電率＝３．５〜３．７）、またはＳｉＯＣ膜（誘電率＜２．５）が用いられている。
【００６７】
このように第１の絶縁膜２に所望の接続孔パターンが形成された場合、上記フォトリソグラフィ工程において開口不良が生じる、あるいは上記エッチング工程において反応生成物がエッチングを阻害するという、いわゆるエッチングストップによる開口不良が生じる恐れがある。このような開口不良は、全て接続孔の接続不良を生み、その結果、製品となる半導体装置の不良を引き起こす。
【００６８】
本実施形態の開口不良の評価方法は、第１の絶縁膜２に形成された所望の接続孔パターンのうち、開口不良が生じている接続孔を感度良く高速に検出すると共に、開口不良位置を特定するというものである。より具体的には、本実施形態の開口不良の評価方法は、第１の絶縁膜２に形成された接続孔パターンを半導体基板１に転写する転写工程と、該転写工程後に第１の絶縁膜２を除去する除去工程と、転写工程にて半導体基板１に転写された転写パターンに基づいて、不良接続孔４の有無を判定する判定工程とを含むものである。
【００６９】
図１（ａ）に示すように、開口不良のない正常な接続孔（正常接続孔３）は、半導体基板１に到達している。一方、フォトリソグラフィ工程、またはエッチング工程にて開口不良が生じた接続孔（不良接続孔４）は半導体基板１に到達していない。本実施形態では、転写工程にて接続孔パターンを半導体基板１に転写することにより、接続孔（正常接続孔３または不良接続孔４）が半導体基板１に到達しているか否かを判定し、開口不良の評価を行っている。
【００７０】
これにより、開口不良のない半導体装置製造の条件の早期に確立する、あるいは、開口不良が発生したときにその原因工程、装置の特定および対策を迅速に行うことができる。
【００７１】
以下に、本実施形態の開口不良の評価方法における転写工程、除去工程、及び判定工程について、さらに詳述する。なお、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第１の絶縁膜２に、開口不良のない正常な接続孔３（以下、正常接続孔３と記す）と開口不良が生じた接続孔４（以下、不良接続孔４と記す）とが形成されている場合について説明する。
【００７２】
まず、第１の絶縁膜２に形成された接続孔パターンを半導体基板１に転写する転写工程について、説明する。図１（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２に対し高選択比を有するドライエッチング条件で半導体基板１をエッチングする。具体的には、第１の絶縁膜２をマスクにして、半導体基板１をエッチングする。こうすることで、第１の絶縁膜２がエッチングされず、半導体基板１のみがエッチングされるようになる。そして、第１の絶縁膜２の接続孔パターンが半導体基板１に転写されるようになる。以下、第１の絶縁膜２に形成された接続孔パターンを半導体基板１に転写するようなエッチングを「転写エッチング」と記す。さらに、この転写エッチングにより半導体基板１に形成されたパターンを「転写パターン」と記す。
【００７３】
上述のように、開口不良のない正常接続孔３は半導体基板１に到達しており、半導体基板１が露出した構成になっている。これに対し、開口不良がある不良接続孔４は、半導体基板１に到達しておらず、半導体基板１が露出していない構成になっている。このため、転写エッチングにより、開口不良のない正常接続孔３の底部では、半導体基板１がエッチングされ、半導体基板１に転写エッチング部５が形成される。一方、開口不良のある不良接続孔４では、半導体基板１が露出していないため、エッチングされない（図１（ｂ）では、点線部６として表されている）。すなわち、転写エッチングにより、第１の絶縁膜２に形成された接続孔の開口不良の有無が、半導体基板１上の転写パターンとして反映されるのである。
【００７４】
上記転写エッチングとしての「第１の絶縁膜２に対し高選択比を有するドライエッチング」は、第１の絶縁膜２がエッチングされず半導体基板１のみがエッチングされていればよく、特に限定されるものではない。「第１の絶縁膜２に対し高選択比を有するドライエッチング」としては、例えば、ＣＦ４／Ｏ２＝６０／１５０ｓｃｃｍ、圧力２４Ｐａ、ソースパワー７００Ｗのようなドライエッチング条件で、等方的に約５０ｎｍ以上エッチングすることが挙げられる。
【００７５】
さらに、上記転写エッチングは等方性エッチングであることが好ましい。等方性エッチングで行うことにより、転写パターンの径は接続孔パターン底部の径よりも大きくなる。それゆえ、後述する除去工程後に、開口不良のない正常な接続孔に対応する転写パターンを顕在化することができる。それゆえ、この顕在化した転写パターンを検査することで、より高感度な検査が可能となる。
【００７６】
また、転写エッチングが等方性エッチングである場合には、他のドライエッチング条件であっても、ウェットエッチングであってもよい。また、上記転写エッチングは、後述する判定工程にて十分な感度が得られるようなエッチングであればよく、等方性エッチングに限らず、異方性エッチングであってもよい。
【００７７】
次に、本実施形態の開口不良の評価方法における、除去工程について、説明する。図１（ｃ）に示すように、半導体基板１への転写後、第１の絶縁膜２をウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去する。これにより、半導体基板１は、その上に第１の絶縁膜２が存在しない、転写パターンのみが露呈された状態になる。上述のように、正常接続孔３が転写した転写パターンは、転写エッチング部５として、半導体基板１に形成される。これに対し、不良接続孔４が半導体基板１に転写する場合、転写パターンが半導体基板１に形成されない（図１（ｃ）では、点線部６として表されている）。それゆえ、半導体基板１における転写パターンの有無により、接続孔の開口不良を評価することができる。
【００７８】
通常、高アスペクト比を有する接続孔を形成した場合には、接続孔の底を観察するために、高感度・高解像度の検査装置が必要となってくる。しかしながら、本実施形態では、除去工程にて、第１の絶縁膜２を除去しているので、転写パターンが半導体基板１表面に露呈される。このため、高アスペクト比を有する接続孔を形成した場合であっても、接続孔の底を観察するために、高感度・高解像度の検査装置を必要とすることがない。その結果、本実施形態では、開口不良の検出感度が向上するのである。
【００７９】
すなわち、図１（ａ）に示すように、不良接続孔４は、フォトエッチングまたはエッチングなどの不具合により第１の絶縁膜２の中程で止まってしまう。この不良接続孔４を含む場合において、第１の絶縁膜２を除去せずに上方から光学系顕微鏡で観察すると、正常接続孔３と不良接続孔４とが同じように見えてしまう。それゆえ、どれが開口不良のある接続孔であるか判定することができなくなる。すなわち、接続孔エッチング直後の第１の絶縁膜２がついた状態では、従来の光学系のパターン比較による開口不良検査では開口不良の接続孔を検出することができない。そこで、本発明では、転写工程や層間絶縁膜（第１の絶縁膜２）を除去するという手法を用いることで、開口不良の有無が強調される。このため、本発明では、最高感度の欠陥検査装置を用いることなく、従来までこの最高感度の欠陥検査装置により検出不可能な接続孔の開口不良が検出可能になる。
【００８０】
また、本実施形態では、除去工程にて第１の絶縁膜２を除去するので、開口不良を検査するに際し、絶縁膜の膜厚さによる色ムラや絶縁膜中に存在する異物などに起因するノイズを除去することができる。それゆえ、本実施形態では、より高感度な検査を実現することができる。
【００８１】
次に、本実施形態の開口不良の評価方法における、判定工程について説明する。判定工程は、上記転写工程にて半導体基板１に転写された転写パターンに基づいて、不良接続孔４の有無を判定するものである。この判定工程では、半導体基板１に上述した転写パターンが形成されたか否かを判定する。つまり、判定工程にて半導体基板１に転写パターン（転写エッチング部５）が形成されていると判定された場合、この転写パターンに対応する接続孔（正常接続孔３）は、開口不良のない接続孔である。一方、判定工程にて半導体基板１に転写パターンが形成されていないと判定された場合、この転写パターンに対応する接続孔（不良接続孔４）は、開口不良が生じた接続孔である。
【００８２】
また、上記の転写パターンの有無を判定する方法は、特に限定されるものではない。例えば、互いに同一である複数の接続孔パターンが、第１の絶縁膜に規則正しく周期的に形成されている場合、判定工程にて、隣接する転写パターン同士で画像データを比較する（パターン比較工程）ことで開口不良が生じた接続孔を特定することができる。
【００８３】
以下、図２及び図３に基づいて、パターン比較工程について具体的に説明する。図２は、複数の半導体チップが規則正しく半導体基板に配置された半導体装置を示す模式図である。
【００８４】
図２に示す半導体装置では、半導体基板１’に、半導体チップ１１が複数配置されている。また、この半導体装置では、接続孔パターンが、半導体チップ１１毎に（チップ周期で）規則正しく形成されている。
【００８５】
図３は、図２に示す半導体チップにおける、除去工程後における３つの半導体チップ１１分の転写パターンを示す拡大図である。図３に示すように、半導体チップ１１ａ及び１１ｃには、開口不良がない正常な接続孔パターンが転写された転写パターン３ａ及び３ｃが形成されている。一方、半導体チップ１１ｂには、開口不良が生じた不良接続孔を有する接続孔パターンが転写された転写パターン３ｂが形成されている。そして、転写パターン１１ｂでは、開口不良が生じた接続孔に対応する箇所（図３では、点線部４’及び４’’で示されている）に転写エッチング部が形成されていない。
【００８６】
パターン比較工程では、上記のように隣接した同一の転写パターンの画像データを比較していく。図３に示すように、転写パターン３ａと転写パターン３ｂとで画像データを比較すると、開口不良が生じた接続孔に対応する箇所（点線部４’及び４’’）で転写パターンが異なる。それゆえ、このパターン比較工程により、点線部４’及び４’’を開口不良箇所（欠陥箇所）として検出することができる。
【００８７】
また、パターン比較工程では、転写パターンを光学系またはレーザー系によるパターン比較検査装置により検査を行うことが好ましい。これにより、高感度で高速に開口不良の有無を評価することが可能となる。
【００８８】
このようなパターン比較検査装置としては、光学系またはレーザー系により隣接する転写パターン同士を比較可能な比較検査装置であればよく、特に限定されるものではない。
【００８９】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。図４は、本実施形態の開口不良の評価方法を示しており、図４（ａ）は、第１の絶縁膜に接続孔パターンを形成する工程における半導体装置の構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、図４（ｃ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【００９０】
なお、本実施形態では、主に、上記実施の形態１との相違点について説明するものとし、上記実施の形態１で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付している。
【００９１】
本実施形態の開口不良の評価方法は、上記実施の形態１と比較して、第１の絶縁膜に形成された接続孔パターンを半導体基板に転写する転写工程が異なる。
【００９２】
図４（ａ）に示すように、半導体基板１上に設けられた第１の絶縁膜２に、所望の接続孔パターン（正常接続孔３及び不良接続孔４）を形成する。
【００９３】
本実施形態では、転写工程にて、第１の絶縁膜２とは異なる材料からなる埋入層７を、正常接続孔３及び不良接続孔４それぞれの内部に形成する。
【００９４】
図４（ｂ）に示すように、開口不良のない正常接続孔３では、半導体基板１と埋入層７とは接触している。すなわち、正常接続孔３内部に形成された埋入層７は、半導体基板１上に形成されている。一方、開口不良が生じた不良接続孔４では、半導体基板１と埋入層７とは接触しておらず、半導体基板１と埋入層７との間に第１の絶縁膜２が存在した構成になっている。すなわち、不良接続孔４内部に形成された埋入層７は、第１の絶縁膜２上に形成されている。
【００９５】
転写工程にて、埋入層７を、正常接続孔３及び不良接続孔４それぞれの内部に形成した後、除去工程にて、埋入層７に対し高選択比を有するエッチング条件でウェットエッチングまたはドライエッチングを行う。具体的には、埋入層７をマスクして第１の絶縁膜２をエッチングする。こうすることで、埋入層７がエッチングされず、第１の絶縁膜２のみがエッチングされるようになる。これにより、第１の絶縁膜２が選択的に除去される。
【００９６】
図４（ｃ）に示すように、除去工程後、開口不良のない正常接続孔３には、埋入層７の残渣８が現れる。一方、開口不良が生じた不良接続孔では、埋入層７の残渣が現れない（図３（ｃ）では、点線部９として表している）。このようにして、本実施形態の開口不良の評価方法では、除去工程後に、半導体基板１に埋入層７の残渣８が現れるか否かを判定することにより、正常接続孔３と不良接続孔４とを区別することができるようになる。なお、本実施形態における「転写パターン」とは、半導体基板１に形成された埋入層７の残渣８のパターンのことをいう。
【００９７】
そして、判定工程にて、上記転写工程にて半導体基板１に転写された転写パターンに基づいて、不良接続孔４の有無を判定する。
【００９８】
また、上記実施の形態１と同様に、例えば、互いに同一である複数の接続孔パターンが、第１の絶縁膜に規則正しく周期的に形成されている場合、判定工程にて、隣接する転写パターン同士で画像データを比較する（パターン比較工程）ことで開口不良が生じた接続孔を特定することができる。
【００９９】
さらに、パターン比較工程にて、光学系またはレーザー系によるパターン比較検査装置で検査を行うことにより、接続孔の開口不良箇所を効率よく高速に特定することができる。
【０１００】
また、上記埋入層７の材質は、転写後のウェットエッチング（除去工程）において埋入層７に対し、高選択比を有するエッチング条件を確立できる材質であることが望ましい。このような埋入層７の材質としては、例えば、Ｓｉ系材料、または、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｕのいずれかを含む導電性材料が挙げられる。
【０１０１】
〔実施の形態３〕
本発明の実施のさらに他の形態について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。図５は、本実施形態の開口不良の評価方法を示しており、図５（ａ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【０１０２】
なお、本実施形態では、主に、上記実施の形態１及び２との相違点について説明するものとし、上記実施の形態１及び２で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付している。
【０１０３】
本実施形態の開口不良の評価方法は、上記実施の形態１及び２と比較して、第１の絶縁膜に形成された接続孔パターンを半導体基板に転写する転写工程が異なる。
【０１０４】
図５（ａ）に示すように、半導体基板１上に設けられた第１の絶縁膜２に所望の接続孔パターンを形成した後に、転写工程にてサリサイド技術を施す（サリサイド工程）。
【０１０５】
サリサイド技術（サリサイド工程）とは、ゲートの多結晶Ｓｉもしくは拡散層上に、金属とＳｉとの反応により選択的に金属のＳｉ化合物（サリサイド化合物）を形成する技術のことである。すなわち、サリサイド工程では、接続孔の底部にサリサイド化合物を形成している。図５（ａ）に示すように、開口不良のない正常接続孔３は半導体基板１に到達しており、半導体基板１が露出した構成になっている。これに対し、開口不良がある不良接続孔４は、半導体基板１に到達しておらず、半導体基板１が露出していない構成になっている。このため、上記サリサイド技術により、開口不良のない正常接続孔３の底部では、半導体基板１に金属のＳｉ化合物（サリサイド化合物）１０が形成される。一方、開口不良のある不良接続孔４では、半導体基板１が露出していないため、半導体基板１にＳｉ化合物１０が形成されない（図５（ａ）では、点線部１１として表されている）。それゆえ、転写工程にてサリサイド技術を施すことにより、第１の絶縁膜２に形成された接続孔の開口不良の有無が、半導体基板１上の転写パターンとして反映されるのである。つまり、開口不良のない正常接続孔３と開口不良のある接続孔４とを区別することができる。なお、ここでいう「転写パターン」とは、サリサイド技術を施すことにより半導体基板１に形成されたＳｉ化合物１０のパターンのことをいう。
【０１０６】
そして、図５（ｂ）に示すように、除去工程にて、第１の絶縁膜２を除去した後、検査装置により、半導体基板１に形成されたＳｉ化合物の有無を検査する。これにより接続孔の開口不良箇所を特定することができる。なお、上記検査装置として、上記実施の形態１及び２に記載の検査装置と同様のものを使用することができる。
【０１０７】
また、転写工程では、サリサイド技術を施す以外にも、イオン注入を行ってもよい。以下、転写工程にてイオン注入を行う場合における開口不良の評価方法について、図６に基づいて説明する。図６は、転写工程にてイオン注入を行う場合における開口不良の評価方法を示し、図６（ａ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、図６（ｂ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【０１０８】
図６（ａ）に示すように、半導体基板１上に設けられた第１の絶縁膜２に所望の接続孔パターンを形成した後に、転写工程にてイオン注入を施す（イオン注入工程）。このイオン注入に用いられるイオン種としては、例えば、Ｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｉｎ、またはＳｂのイオン種が挙げられる。
【０１０９】
図６（ａ）に示すように、開口不良のない正常接続孔３は半導体基板１に到達しており、半導体基板１が露出した構成になっている。これに対し、開口不良がある不良接続孔４は、半導体基板１に到達しておらず、半導体基板１が露出していない構成になっている。このため、イオン注入により、開口不良のない正常接続孔３の底部では、半導体基板１にイオン注入された領域（イオン注入領域）１２が形成される。一方、開口不良のある不良接続孔４では、半導体基板１が露出していないため、半導体基板１に領域１２が形成されない（図６（ａ）では、点線部１３として表されている）。それゆえ、転写工程にてイオン注入を施すことにより、第１の絶縁膜２に形成された接続孔の開口不良の有無が、半導体基板１上の転写パターンとして反映されるのである。つまり、開口不良のない正常接続孔３と開口不良のある接続孔４とを区別することができる。なお、ここでいう「転写パターン」とは、イオン注入を施すことにより半導体基板１に形成された領域１２のパターンのことをいう。
【０１１０】
イオン注入された領域１２では、イオン注入によりダメージを受け、半導体基板１の結晶構造が破壊される、あるいは、注入イオン種の濃度が、イオン注入されていない領域（例えば点線部１３）よりも高くなる。このため、イオン注入された領域１２は、イオン注入されていない領域（例えば点線部１３）と比較して、光の反射率が異なっている。したがって、光の反射率として、開口不良の有無が光の反射率の変化として区別できる。
【０１１１】
図６（ｂ）に示すように、除去工程にて、第１の絶縁膜２を除去した後、半導体基板１に形成された転写パターンを光学式検査装置で検査を行うことにより、接続孔の開口不良箇所を特定することができる。なお、「光学式検査装置」とは、半導体基板１に形成された転写パターンの有無を検出するために、半導体基板１に光を照射し、その反射光の光学特性を検査する装置のことをいう。
【０１１２】
このように本実施形態では、転写工程にて転写された接続孔パターンについて、サリサイド化合物が形成された領域、またはイオン注入された領域を正常接続孔として判定している。
【０１１３】
実際に、イオン注入された領域を光学系顕微鏡で観察すると、イオン注入された領域の色が、注入されていない領域と異なる。それゆえ、転写工程にてイオン注入による転写を行うことにより、正常接続孔の箇所の色（反射光）が変化する。そして、この色の違いに基づき、不良接続孔と区別することができるようになる。また、複数の接続孔パターンが転写された各転写パターン同士を比較することで、不良接続箇所が特定できるようになる。
【０１１４】
また、サリサイド化合物が形成された領域は、光学顕微鏡で観察した場合、サリサイドが形成されていない領域とを区別することができる。それゆえ、転写工程が、接続孔にサリサイド技術を施すサリサイド工程を含む場合においても、光学的なパターン比較欠陥検査方法で検査することが可能になる。
【０１１５】
〔実施の形態４〕
本発明の実施のさらに他の形態について図７及び図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施形態では、主に、上記実施の形態１との相違点について説明するものとし、上記実施の形態１〜３で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付している。
【０１１６】
本実施形態の開口不良の評価方法は、上記実施の形態１〜３と比較して、半導体基板上に形成された絶縁膜の構造が異なる。以下、この絶縁膜の構造について、図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態の開口不良の評価方法における絶縁膜の構造を示し、図７（ａ）は、第１の絶縁膜にさらに第２の絶縁膜を備えた構造を示す断面図であり、図７（ｂ）は、第１の絶縁膜にさらに第３の絶縁膜を備えた構造を示す断面図であり、図７（ｃ）は、第１の絶縁膜にさらに第２及び第３の絶縁膜を備えた構造を示す断面図である。なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、何れも転写工程を行う直前の構成を示している。
【０１１７】
半導体装置の微細化に伴い、接続孔とその下に配された配線層とのアライメント制御には、より高精度な技術が要求されている。接続孔と配線層とのアライメントずれが生じると、接続孔形成のエッチングの際に、接続孔下に配された配線層の横にある絶縁膜がエッチングされてしまう。このため、配線層の側壁はダメージを受ける。
【０１１８】
この配線層の側壁のダメージにより、半導体装置の配線抵抗に異常が生じる。また、接続孔下に配された配線層が半導体基板の活性領域である場合、活性領域の側壁ダメージは、活性領域の耐圧劣化を引き起こす。そして、これらの配線抵抗異常や活性領域の耐圧劣化は製品不良を誘発する。
【０１１９】
このような接続孔と配線層とのアライメントを制御するためのマージンを確保する手法の一つとして、層間絶縁膜の下にライナー絶縁膜を具備する手法がある。このライナー層は、層間絶縁膜に対して高選択エッチング比を有する。このライナー層を具備した半導体装置では、接続孔形成時に、ライナー層に対して高選択比を有するエッチング条件で層間絶縁膜をエッチングすることにより、このライナー層表面でエッチングを一旦ストップする。
【０１２０】
次に、ライナー層下の絶縁膜に対し高選択比を有するエッチング条件で、ライナー層をエッチングし、ライナー層下の配線層と接続する。このようにライナー層を具備することで、接続孔とその下に配された配線層とのアライメントがずれた場合であっても、接続孔下に配された配線層の横にある絶縁膜をエッチングすることがなくなる。すなわち、アライメント制御にマージンが生まれるのである。
【０１２１】
このようにライナー層を備えた絶縁膜の構造として、より具体的には、図７（ａ）に示す構造が挙げられる。
【０１２２】
図７（ａ）に示すように、この絶縁膜構造は、半導体基板１上に第２の絶縁膜１４が形成されており、さらに第２の絶縁膜１４の上に第１の絶縁膜２が形成された構成である。すなわち、第２の絶縁膜１４が半導体基板１と第１の絶縁膜２との間に設けられた構成である。第２の絶縁膜１４は、第１の絶縁膜２とは異なる材質からなっており、上述のアライメント制御に関わるライナー層に相当する。また、第２の絶縁膜１４は、１００ｎｍ以下の厚さを有するものである。第２の絶縁膜は、ライナー層として機能するものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ＳｉＮなどのＳｉ系材料から構成されていることが好ましい。
【０１２３】
以下、図７（ａ）に示す絶縁膜構造に接続孔を形成する方法について説明する。まず、第１の絶縁膜２を第２の絶縁膜１４に対し高選択比を有する条件でエッチングを行う。これにより、エッチングは、第２の絶縁膜１４上で一旦止まる。このとき、開口不良の無い正常接続孔３は第２の絶縁膜１４に到達する。一方、開口不良のある不良接続孔４は第２の絶縁膜１４まで到達しない。
【０１２４】
次に、第２の絶縁膜１４を第１の絶縁膜２に対し、高選択比を有する条件でエッチングを行う。このとき、開口不良のない正常接続孔３は、半導体基板１に到達する。一方、開口不良のある不良接続孔４は、第１の絶縁膜２に対し高選択比エッチングを行っているため、半導体基板１に到達することができない。その後、酸素プラズマ処理、薬液処理を施しフォトレジストおよびエッチングで生じた接続孔内の反応生成物を除去することで所望の接続孔パターンを半導体基板１上に形成する。
【０１２５】
また、図７（ｂ）に示す絶縁膜構造は、半導体基板１上に第１の絶縁膜２が形成されており、さらに第１の絶縁膜２の上に第３の絶縁膜１５が形成された構成である。すなわち、第１の絶縁膜２が半導体基板１と第３の絶縁膜１５との間に設けられた構成である。第３の絶縁膜１５は、第１の絶縁膜２とは異なる材質からなっており、接続孔パターンを第１の絶縁膜２に形成する際のフォトリソグラフィ工程に用いられる膜である。また、第３の絶縁膜１５は、１００ｎｍ以下の厚さを有するものである。第３の絶縁膜１５は、ＳｉＯＮ、ＳｉなどのＳｉ系材料から構成されていることが好ましい。
【０１２６】
絶縁膜構造がこのような材料からなる第３の絶縁膜１５を備えたことにより、下地からの反射光を制御できる。このため、フォトリソグラフィ工程におけるフォーカスマージン、露光量マージンを広げることが可能になる。
【０１２７】
また、図７（ｂ）に示す絶縁膜構造に所望の接続孔パターンを形成すると、開口不良のない正常な接続孔（正常接続孔３）は、半導体基板１に到達している。一方、フォトリソグラフィ工程、またはエッチング工程にて開口不良が生じた接続孔（不良接続孔４）は半導体基板１に到達していない。
【０１２８】
さらに、図７（ｃ）に示す絶縁膜構造は、第１の絶縁膜２に加え、さらに上記第２の絶縁膜１４と上記絶縁膜１５との両方を備えた構造である。すなわち、図７（ｃ）に示すように、半導体基板１上に第２の絶縁膜１４、第１の絶縁膜２、第３の絶縁膜１５がこの順序に形成された構造である。
【０１２９】
また、図７（ｂ）に示す絶縁膜構造である場合と同様に、図７（ｃ）に示す絶縁膜構造に所望の接続孔パターンを形成すると、開口不良のない正常な接続孔（正常接続孔３）は、半導体基板１に到達している。一方、フォトリソグラフィ工程、またはエッチング工程にて開口不良が生じた接続孔（不良接続孔４）は半導体基板１に到達していない。
【０１３０】
図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した絶縁膜構造では、何れも開口不良のない正常接続孔３は、半導体基板１に到達している一方、開口不良が生じた不良接続孔４は半導体基板１に到達していない。
【０１３１】
このような絶縁膜構造に形成された接続孔パターンに、上記実施の形態１〜３の何れかの開口不良の評価方法を適用することにより、開口不良が生じた接続孔を検出することができるようになる。
【０１３２】
また、上記の絶縁膜構造における、各絶縁膜の膜厚、配置、あるいは寸法は、適宜設定可能である。しかしながら、この絶縁膜構造は、製品となる半導体装置に形成されている層間絶縁膜と同一の構造であることが好ましい。また、各絶縁膜の膜厚も、製品となる半導体装置に形成されている層間絶縁膜と同一の膜厚であることが望ましい。さらに、絶縁膜構造に形成された接続孔パターンは、製品となる半導体装置に形成されている接続孔パターンと同一の配置、寸法であることが望ましい。
【０１３３】
しかしながら、絶縁膜構造は、これに限定されるものではなく、例えば、加工マージンを評価するために、絶縁膜の膜厚を厚くする、あるいは接続孔の径を小さくするようになっていてもよい。このような絶縁膜構造に形成された接続孔パターンの開口不良を評価することにより、より完成度の高い半導体装置を製造することができるようになる。
【０１３４】
以上のように、本発明の開口不良の評価方法は、第１の絶縁膜２に形成された接続孔パターンを半導体基板１に転写する転写工程と、該転写工程後に第１の絶縁膜２を除去する除去工程と、転写工程にて半導体基板１に転写された転写パターンに基づいて、不良接続孔４の有無を判定する判定工程とを含む。それゆえ、第１の絶縁膜２に形成された所望の接続孔パターンのうち、開口不良が生じている接続孔を感度良く高速に検出すると共に、開口不良位置を特定することが可能になる。さらに、開口不良が発生した際に対策に要する時間を短縮し生産性を向上させることができる。
【０１３５】
さらに、本発明の開口不良の評価方法を製品となる半導体装置の製造方法に適用することにより、接続不良がなく、かつより完成度が高い半導体装置を製造することができる。
【０１３６】
以下、本発明の開口不良の評価方法を適用した、製品となる半導体装置の製造方法（本発明の半導体装置の製造方法）について、具体的に説明する。
【０１３７】
本発明の開口不良の評価方法を実際の製品となる半導体装置の製造方法に適用する例として、以下の適用例(i) 〜(iii) が挙げられる。
【０１３８】
適用例(i) ：開口不良評価用の半導体基板と製品となる半導体装置の半導体基板との２つの半導体基板を用意する。そして、両半導体基板に同一構造の絶縁膜を形成し、同一パターンの接続孔パターンを形成する。その後、開口不良評価用の半導体基板に形成された絶縁膜のみを除去し、半導体基板上の転写パターンの有無を検出する。
【０１３９】
適用例(ii)：本発明の開口不良の評価方法を用いて、開口不良ない接続孔を形成することが可能なエッチングプロセス条件を求める。そして、求めたエッチングプロセス条件を製品となる半導体装置の製造方法に適用する。
【０１４０】
適用例(iii) ：予め製品となる半導体装置の半導体基板の一部に、開口不良評価用の基板領域を形成しておき、この基板領域について本発明の開口不良の評価方法を実施する。
【０１４１】
上記適用例(iii)のように、製品となる半導体装置の半導体基板の一部に、開口不良評価用の基板領域を形成することで、製品不良が開口不良による接続不良に起因するかどうかを判別することが可能となる。
【０１４２】
また、上記適用例(ii)のように、開口不良のない接続孔を形成するプロセス条件を製品となる半導体装置に適用することで、開口不良による接続不良の無い半導体装置を製造することができる。
【０１４３】
以下、上記適用例(ii)におけるエッチングプロセス条件について、さらに詳述する。このエッチングプロセス条件は、例えば、以下のようにして求められる。
【０１４４】
すなわち、予め接続孔底の径、絶縁膜厚（接続孔の深さ）等が異なる複数の設定で、本件の開口不良の評価方法を実施する。これら接続孔に関する複数の設定それぞれに対し、正常な開口を示すようなエッチングプロセス条件を求める。
【０１４５】
また、接続孔形成時のエッチングプロセス条件検討では、通常、ターゲットとする接続孔径サイズや層間絶縁膜厚のサンプルでのみ検討するとは限らない。プロセス上のバラツキを考慮して、最悪と想定したケースよりも厳しい状態においても検討を行う。
【０１４６】
例えば、プロセス上のバラツキとしては、フォトリソグラフィ工程における接続孔径サイズのばらつきや層間絶縁膜の厚さのばらつきなどが挙げられる。エッチング条件検討では、これらのばらつきがあったとしても安定した接続孔を形成できるようなエッチング条件を確立する必要がある。
【０１４７】
そのため、わざと層間膜厚の厚い、またはフォトリソグラフィ工程における接続孔径の小さいサンプルといった、接続孔エッチングにおいて厳しい条件のサンプルでエッチング条件の検討を行う。このような厳しい条件で安定した接続孔が形成することができれば、これらの項目において想定される範囲内でばらついたとしても安定した接続孔が形成することができ、マージンを確保することができる。
【０１４８】
以下、適用例(ii)におけるエッチングプロセス条件検討の具体例について、図８に基づいて説明する。図８は、本発明の開口不良の評価方法を用いた接続孔エッチングプロセス条件検討を示し、図８（ａ）は、第１の絶縁膜を積層後の半導体装置の構成を示す断面図であり、図８（ｂ）は、フォトグラフィ工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【０１４９】
接続孔エッチングプロセスでは、接続孔径サイズに対する接続孔深さの比、いわゆるアスペクト比が高いほど、エッチングが止まりやすくなるという現象（エッチストップ）が生じやすくなることが知られている。このエッチストップは、エッチングに寄与するラジカルが接続孔底部に到達しづらくなることに起因している。
【０１５０】
近年、半導体装置の微細化に伴いアスペクト比がますます高くなり、エッチストップが発生し易い状況にある。エッチストップによる開口不良は、下層配線層への接続を阻害する。その結果、製品となる半導体装置の不良が起きる。完成度の高い半導体装置を製造するためには、開口不良のない接続孔のエッチングプロセス条件の確立が不可欠である。
【０１５１】
上記適用例(ii)におけるエッチングプロセス条件の検討では、まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１上に、膜厚Ａを有する第１の絶縁膜２を積層する。第１の絶縁膜２の膜厚Ａは、製品となる半導体装置において想定されるプロセス上のばらつきを考慮し、製品となる半導体装置で想定される第１の絶縁膜２の膜厚よりも厚い膜厚が望ましい。また、プロセス上のバラツキとしては、例えば第１の絶縁膜２の積層装置におけるデポレートのバラツキ、または第１の絶縁膜２に施す平坦化技術（ＣＭＰ）のレートのバラツキ等が挙げられる。しかしながら、バラツキの要因に関しては、これに限定されるものではない。
【０１５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、第１の絶縁膜２上にフォトレジスト１６を積層する。そして、フォトリソグラフィ工程により所望の接続孔パターンを形成する。ここで、接続孔パターンにおける接続孔径のサイズＢは、製品となる半導体装置において想定されるプロセス上のばらつきを考慮して設定されることが好ましい。すなわち、接続孔径のサイズＢは、製品となる半導体装置で想定される接続孔径のサイズよりも小さい接続孔径であることが望ましい。上記フォトリソグラフィ工程に影響を及ぼすプロセス上のバラツキとしては、例えば、第１の絶縁膜２の膜厚Ａのバラツキ、またはフォトリソグラフィ工程を行う装置そのものの揺らぎによるバラツキが挙げられる。しかしながら、ばらつきの要因に関しては、これに限定されるものではない。
【０１５３】
そして、上記フォトリソグラフィ工程後のサンプルは、製品となる半導体装置において想定される最もアスペクト比の高い、すなわち接続孔エッチングにおいて開口不良のない完成度の高い接続孔を形成するに最も厳しいサンプルである。
【０１５４】
このサンプルと、製造する半導体装置本来の膜構造のサンプルとの両方において、本発明の開口不良の評価方法を実施し、開口不良のない接続孔エッチングプロセス条件を確立する。そして、こうして得られた接続孔エッチングプロセス条件を製品となる半導体装置の製造方法に適用することで、より完成度の高い接続孔形成が可能となる。
【０１５５】
以上のように、プロセス的に、製品となる半導体装置にて想定された範囲よりの厳しい状態下で接続孔エッチングプロセス条件を確立し、その条件を半導体装置の製造方法に適用することで安定した開口不良のない半導体装置を製造することが可能となる。
【０１５６】
本発明は、以下のように言い換えることができる。
【０１５７】
すなわち、本発明は、半導体基板上に設けられた絶縁膜に接続孔を形成する際の開口不良の評価方法であって、半導体基板上に絶縁膜（第１の絶縁膜）を積層させ、その絶縁膜に、所望の接続孔パターンを形成し、そのパターンを半導体基板上に転写する工程と、絶縁膜を除去する工程と、転写パターンを有する半導体基板の欠陥検査を行う工程とを含むことを特徴とするともいえる。
【０１５８】
さらに、本発明では、第１の絶縁膜に接続孔を形成する工程で、開口不良を有する接続孔は半導体基板に到達せず、開口不良のない接続孔は半導体基板に到達することが好ましい。
【０１５９】
さらに本発明では、上記転写とは、第１の絶縁膜に接続孔を形成した後、第１の絶縁膜に対し高選択比のエッチング条件で基板をエッチングして転写することである。さらに、上記基板のエッチングは等方性であり、接続孔底の径より径を大きくすることが好ましい。
【０１６０】
また、本発明では、上記転写とは、第１の絶縁膜に接続孔を形成した後、接続孔を第１の絶縁膜とは異なる材質の第２の膜で埋め、絶縁膜を除去する工程で開口不良孔に埋められた第２の膜を同時に除去することで、正常な接続孔パターンを基板上に第２の膜の突起として転写することである。
【０１６１】
また、上記転写とは、第１の絶縁膜に接続孔を形成した後、サリサイド技術により開口不良のない正常な接続孔にのみ金属のＳｉ化合物を形成し、絶縁膜を除去する工程で開口不良孔を除去することにより、正常な接続孔パターンを基板上にＳｉ化合物として転写することである。
【０１６２】
また、上記転写とは、第１の絶縁膜に接続孔を形成した後、イオン注入を行い、開口不良のない正常な接続孔にのみイオン注入領域を形成し、絶縁膜を除去する工程で開口不良孔を除去することにより、正常な接続孔パターンを基板上にイオン注入領域として転写することである。
【０１６３】
また、本発明では、上記第１の絶縁膜下に第１の絶縁膜と異なる材料からなる絶縁膜（第２の絶縁膜）が設けられており、上記工程で形成される開口不良のない接続孔は第２の絶縁膜を貫通し、基板まで到達し、基板に転写されていることが好ましい。また、上記第１の絶縁膜上に第１の絶縁膜と異なる材料からなる絶縁膜（第３の絶縁膜）が設けられていることが好ましい。また、上記第１の絶縁膜下に第１の絶縁膜と異なる材料からなる第２の絶縁膜が設けられており、かつ上記第１の絶縁膜上に第１の絶縁膜と異なる材料からなる第３の絶縁膜が設けられていることが好ましい。
【０１６４】
また、絶縁膜構造は、製品となる半導体装置に形成されている層間絶縁膜と同一の構造、膜厚であることが好ましい。
【０１６５】
上記第１の絶縁膜はＳｉＯ系材料または低誘電率系材料あるいはそれらの組み合わせからなることが好ましい。
【０１６６】
上記第２の絶縁膜はＳｉ系材料からなることが好ましい。上記第３の絶縁膜はＳｉ系材料からなることが好ましい。
【０１６７】
さらに、上記第２の膜はＳｉ系またはＷ、Ｔｉ、Ｃｕのいずれかを含む導電性材料からなることが好ましい。
【０１６８】
本発明では、上記接続孔パターンは、製品となる半導体装置に形成されている接続孔と同一の配置、寸法であることが好ましい。さらに、欠陥検査とは、光学系またはレーザー系によるパターン比較検査方法を用いて、開口不良を含む接続パターンと開口不良を含まない正常な接続孔パターンとを比較することにより不良箇所を特定することが好ましい。
【０１６９】
さらに、上記転写パターンを、製品となる半導体装置と同一の基板上に具備することが好ましい。さらに、本発明の開口不良の評価方法を用いて評価されたプロセス条件を、製品となる半導体装置製造に適用し、生産を行うことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明に係る開口不良の評価方法においては、以上のように、製品不良の原因となる開口不良を感度よく検出することが可能である。それゆえ、本発明に係る開口不良の評価方法は、半導体産業において、好適に使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】本発明の実施の形態１の開口不良の評価方法を示しており、（ａ）は、第１の絶縁膜に接続孔パターンを形成する工程における半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｃ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】複数の半導体チップが規則正しく半導体基板に配置された状態を示す模式図である。
【図３】図２に示す半導体チップにおける、除去工程後における３つの半導体チップ分の転写パターンを示す拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態２の開口不良の評価方法を示しており、（ａ）は、第１の絶縁膜に接続孔パターンを形成する工程における半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｃ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３の開口不良の評価方法を示しており、（ａ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図６】転写工程にてイオン注入を行う場合における開口不良の評価方法を示し、（ａ）は、転写工程後の半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、除去工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４の開口不良の評価方法における絶縁膜の構造を示し、（ａ）は、第１の絶縁膜にさらに第２の絶縁膜を備えた構造を示す断面図であり、（ｂ）は、第１の絶縁膜にさらに第３の絶縁膜を備えた構造を示す断面図であり、（ｃ）は、第１の絶縁膜にさらに第２及び第３の絶縁膜を備えた構造を示す断面図である。
【図８】本発明の開口不良の評価方法を用いた接続孔エッチングプロセス条件検討を示し、（ａ）は、第１の絶縁膜を積層後の半導体装置の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、フォトグラフィ工程後の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１，１’    半導体基板
２    第１の絶縁膜
３    正常接続孔
４    不良接続孔
５    転写エッチング部（転写パターン）
【図１】
2007036155.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007036155.tif 000006
【図５】
2007036155.tif 000007
【図６】
2007036155.tif 000008
【図７】
2007036155.tif 000009
【図８】
2007036155.tif 000010