(57)【要約】【課題】レジスト層由来のチャージアップのダメージをも検査することができる、半導体装置の検査ＴＥＧを提供することを目的とする。【解決手段】基板１０５上に形成されたポリシリコン層１０２と、基板１０５とポリシリコン層１０２との間にあって、基板１０５とポリシリコン層１０２とを絶縁する酸化膜層１０４と、ポリシリコン層１０２上に形成され、このポリシリコン層１０２に荷電粒子が注入されることを防ぐレジスト層１０１と、を含むアンテナ１を検査ＴＥＧに設ける。【選択図】図１
2013143553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された電極層と、
前記基板と前記電極層との間にあって、前記基板と前記電極層とを絶縁する絶縁層と、
前記電極層上に形成され、該電極層に荷電粒子が注入されることを防ぐレジスト層と、を含むアンテナを有することを特徴とする半導体装置の検査ＴＥＧ。
【請求項２】
前記アンテナを複数含むアンテナ群を有し、
前記アンテナ群は、
前記電極層の面積と前記レジスト層の面積とを加算した値を前記絶縁層の面積で除算して得られるアンテナ比が、互いに異なるアンテナを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査ＴＥＧ。
【請求項３】
前記電極層がポリシリコン層であり、前記絶縁層が酸化膜であり、前記レジスト層が前記ポリシリコン層へのイオン注入を防ぐフォトレジスト層であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の検査ＴＥＧ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の設計条件を決定することに使用されるＴＥＧに係り、特に、半導体素子のチャージアップの程度を検査するための検査ＴＥＧに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体素子の多くは、その製造工程において、プラズマを使ったプラズマ工程やイオンが注入される工程により、高エネルギーの電子やイオン中に曝されている。半導体素子が電子やイオン中に曝されることによって半導体素子を構成する部材が帯電（チャージアップ）し、半導体素子には、帯電によって高電界が生じる。そして、高電界の発生により、半導体素子にダメージが生じ、ダメージが半導体素子の不良となって表れることが知られている。
【０００３】
半導体素子で発生する不良は、プラズマ状態の他、半導体素子のサイズ等の設計条件によっても変化する。このため、半導体素子の設計条件を決定するにあたっては、半導体素子に加わるダメージの検査が行われており、検査に使用されるパターンは、一般的にＴＥＧ(Test Element Group)と呼ばれている。
公知のＴＥＧとしては、例えば、特許文献１記載のものがある。特許文献１に記載されているＴＥＧは、配線のチャージアップによるゲート絶縁膜の劣化や破壊の検査に使用される。絶縁膜劣化の状態は、ゲート領域の大きさと配線層の大きさとの比（アンテナ比）によって変わる。このため、特許文献１記載の発明では、アンテナ比の異なる複数のパターン（アンテナ）をＴＥＧに用意し、各アンテナのゲート酸化膜の劣化を検査している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６３０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、チャージアップのメカニズムには、二通りあることが報告されている。このうちの一つは、プラズマからウェハに流入する電子電流とイオン電流との平衡状態が崩れ、ＭＯＳトランジスタのゲート電極に電荷が蓄積されることが原因である。また、他の一つは、プロセス途中のウェハ上の絶縁膜（レジスト層や酸化膜層）上にイオンが蓄積されることが原因である。近年のイオン注入工程等では、イオンの注入時にウェハの大部分（９８％程度）がレジスト層に覆われる場合もあり、レジスト層に由来するチャージアップの影響が大きくなっていると考えられる。このため、レジスト層由来のチャージアップを解析することが求められている。
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献１は、主に上記した前者が原因のチャージアップを解析することを目的としており、レジスト層が関わるチャージアップの半導体素子への影響を検査することはできない。このため、特許文献１記載の検査方法によって半導体素子のダメージを検査し、この結果に基づいて半導体素子の設計条件を決定しても、レジスト層に関する条件によっては発生する不良が予想されたものと相違する可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、レジスト層由来のチャージアップのダメージをも検査することができる、半導体装置の検査ＴＥＧを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、本発明の一態様の半導体装置の検査ＴＥＧは、基板（例えば図１（ｂ）に示した基板１０５）上に形成された電極層（例えば図１に示したポリシリコン層１０２）と、前記基板と前記電極層との間にあって、前記基板と前記電極層とを絶縁する絶縁層（例えば図１に示した酸化膜層１０４）と、前記電極層上に形成され、該電極層に荷電粒子が注入されることを防ぐレジスト層（例えば図１に示したレジスト層１０１）と、を含むアンテナ（例えば図１、図２に示したアンテナ１）を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様の半導体装置の検査ＴＥＧは、前記アンテナを複数含むアンテナ群を有し、前記アンテナ群は、前記電極層の面積と前記レジスト層の面積とを加算した値を前記絶縁層の面積で除算して得られるアンテナ比が、互いに異なるアンテナを含むことが望ましい。
本発明の一態様の半導体装置の検査ＴＥＧは、前記電極層がポリシリコン層であり、前記絶縁層が酸化膜であり、前記レジスト層が前記ポリシリコン層へのイオン注入を防ぐフォトレジスト層であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記した本発明によれば、電極層上にレジスト層を形成して半導体装置の検査ＴＥＧを構成しているので、レジスト層チャージアップのダメージをも検査することができる、半導体装置の検査ＴＥＧを提供することができる。
なお、アンテナ比が異なる複数のアンテナを有することにより、本発明によれば、絶縁層に対する電極層及び絶縁層の比の許容される面積を判定し、設計ルールを決定することができる。また、本発明によれば、ＭＯＳトランジスタのレジスト層、ポリシリコン層、ゲート酸化膜についての設計ルールを決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の検査ＴＥＧを説明するための図である。
【図２】図１に示した検査ＴＥＧがウェハ上に形成されている状態を示した図である。
【図３】図１に示した検査ＴＥＧと比較するために示した公知の検査ＴＥＧを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態の半導体装置の検査ＴＥＧ（以下、単に検査ＴＥＧとも記す）を説明する。なお、本実施形態の検査ＴＥＧは、ＭＯＳトランジスタの、イオン注入工程がゲート絶縁膜に与えるダメージを絶縁性により検査するものとする。イオン注入の工程は、素子の多くの部分が、絶縁性を有するレジスト層で覆われた状態で行われる。このため、イオン注入工程のチャージアップは、レジスト層の影響が、他の工程よりも顕著になることが考えられる。本実施形態の検査ＴＥＧは、レジスト層の影響を考慮してゲート絶縁膜の絶縁性を検査することができるため、イオン注入工程におけるチャージアップの影響を検査することに好適であるといえる。
【００１３】
図１は、本実施形態の検査ＴＥＧを説明するための図であって、図１（ａ）は本実施形態の検査ＴＥＧの上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中に示した線分Ａ−Ａ’に沿う断面図である。なお、図１（ｂ）に示した断面図は、酸化膜層１０４を中心にした図１（ａ）の一部を拡大して示している。
図１（ａ）、（ｂ）に示した検査ＴＥＧは、ＭＯＳトランジスタのゲート電極を想定したポリシリコン層１０２、ポリシリコン層１０２上に形成されたレジスト層１０１を備えている。なお、レジスト層１０１は、ＭＯＳトランジスタの製造時、イオン注入工程においてイオン注入すべきでない箇所を覆うために使用されるフォトレジストである。
【００１４】
ポリシリコン層１０２下には、ゲート酸化膜を想定した酸化膜層１０４が形成されている。図１(ａ)の上面図では、酸化膜層１０４を破線で示している。酸化膜層１０４が形成されている領域（図中にＲで示す）の外側にはＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）１０３が形成されている。
ただし、実際に本実施形態の検査ＴＥＧを上面からみた場合、酸化膜層１０４はポリシリコン層１０２に覆われている。なお、ポリシリコン層１０２上の符号１０７を付して示した部分は、ポリシリコン層１０２において、コンタクトＰＡＤとして機能する部位（便宜上、コンタクトＰＡＤ１０７と記す）である。本実施形態の検査ＴＥＧによる酸化膜層１０４の絶縁性の評価は、コンタクトＰＡＤ１０７と基板１０５間に流れるリーク電流の大きさによって行われる。
【００１５】
図１（ａ）に示した酸化膜層１０４、ポリシリコン層１０２、レジスト層１０１は、本実施形態の検査ＴＥＧのアンテナ１を構成する。本実施形態では、レジスト層に蓄積されたイオンによってアンテナ１がチャージアップし、電荷がレジスト層１０１からポリシリコン層１０２を介して酸化膜層１０４に伝わってリーク電流を発生するモデルを想定している。このような現象は、アンテナ１の誘電率、酸化膜層１０４の面積とポリシリコン層１０２やレジスト層１０１の面積との比によって変化する。
【００１６】
このため、本実施形態では、以下の式によって決定する数値を１つのパラメータ（アンテナ比）とし、アンテナ比が異なる複数のアンテナアをウェハ上に形成する。以下の式において、Ｓpは１つのアンテナ１のポリシリコン層１０２の面積、Ｓrは同じ１つのアンテナのレジスト層１０１の面積、Ｓsは同じ１つのアンテナの酸化膜層１０４の面積を示している。
アンテナ比＝（Ｓp＋Ｓr）／Ｓs
なお、本実施形態では、酸化膜層１０４の面積Ｓsは一定とし、ポリシリコン層１０２及びレジスト層１０１の面積Ｓp、Ｓrを変化させるようにした。
【００１７】
図２は、アンテナ比が異なる複数のアンテナが１枚のウェハ上に形成されている状態を示した図である。複数のアンテナ１が形成されたウェハ全体には、ＭＯＳトランジスタ製造のプロセスに必要な条件でイオン注入が行われ、リーク電流の大きさが検査される。
このようにすることにより、本実施形態の検査ＴＥＧは、イオンインプランテーションの工程によって発生するチャージアップによるダメージを再現させることができる。そして、イオンインプランテーション条件を変えて複数のウェハにイオン注入を行えば、適切なイオンインプランテーション条件を抽出することができる。なお、このようなイオンインプランテーション条件の抽出は、イオンによるチャージアップを防ぐために電子中和方法を用いる場合にも有効である。また、本実施形態の検査ＴＥＧは、イオンインプランテーション装置を立ち上げる際の動作のチェックにも使用することができる。
【００１８】
さらに、本実施形態によれば、リーク電流の値が許容範囲（閾値）以内のアンテナのアンテナ比はＭＯＳトランジスタの設計上許される条件であり、閾値を超えるリーク電流が流れるアンテナのアンテナ比はＭＯＳトランジスタの設計上許容できないと判断することができる。
なお、本発明の範囲は、図示され、また記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【００１９】
図３（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）との比較のために示した図であって、本実施形態の検査ＴＥＧと比較し得る公知の検査ＴＥＧを示している。図３（ａ）、（ｂ）に示した検査ＴＥＧは、酸化膜層１０４とポリシリコン層１０２とによってアンテナ３が構成されている。公知の検査ＴＥＧでも、アンテナ比が異なるアンテナ３が１枚のウェハ上に複数形成されていて、ウェハ全体にプロセスに必要な条件でイオン注入した後、リーク電流の値によって酸化膜層１０４のダメージを検査する。このような公知技術によれば、イオン工程でポリシリコン層１０２に帯電したイオンによる酸化膜層１０４のダメージを検査することができる。
【００２０】
しかし、図３（ａ）、（ｂ）に示した公知技術の検査ＴＥＧでは、レジスト層１０１上で帯電したイオンがリーク電流に与える影響を検査することはできない。このため、例えば、イオン注入工程のようにレジスト層由来のチャージアップを考慮すべき工程の設計条件を決定する際、本実施形態の検査ＴＥＧは、公知の検査ＴＥＧよりもリーク電流を正確に予測することができる。
【００２１】
また、本実施形態によれば、図３（ａ）、（ｂ）に示した公知の検査ＴＥＧと同じプロセス条件及び同じアンテナ比のアンテナを作成し、同一の条件でイオン注入することによってチャージアップの２つのメカニズムのトランジスタに対する影響を切り分けることも可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、フォトレジスト層が形成されたウェハを、プラズマを使って処理する工程を含むトランジスタ素子全般のダメージを検査することができる。そして、特に、その大部分がフォトレジストに覆われた状態でプラズマ中に曝されるイオン注入によるダメージを検査することに好適である。
【符号の説明】
【００２３】
１  アンテナ
１０１  レジスト層
１０２  ポリシリコン層
１０４  酸化膜層
１０５  基板
１０７  コンタクトＰＡＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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