(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に下層より第１の絶縁膜、シリコン窒化膜及び第２の絶縁膜が形成された半導体装置において、
第２の絶縁膜を化学的機械的研磨処理し第２の絶縁膜の下部に残膜が残るようにし、
前記シリコン窒化膜のみを選択的にエッチングするエッチャントにより、前記研磨後に発生するスクラッチにより露出した前記シリコン窒化膜をエッチングすることを
特徴とする絶縁膜中のスクラッチ検出方法。
【請求項２】
前記第２の絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜中のスクラッチ検出方法。
【請求項３】
前記エッチャントは熱燐酸であることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜中のスクラッチ検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程における不良解析技術に関する。特に、半導体装置の製造方法の化学的機械的研磨処理時において発生する、スクラッチ（研磨傷）の検出感度を向上させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細化技術が開発されている。化学的機械的研磨（ CMP：Chemical Mechanical Polishing ）もその一工程であり、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配線の形成といった工程に利用されている。
【０００３】
一般的に層間絶縁膜のＣＭＰは、スラリ（研磨液）に含まれる微粒子の機械的研磨作用によりなされ、スラリに含まれる化学的成分であるアルカリ液等の化学的エッチングとの協働作用により研磨が促進して行われる。そして、機械的作用と化学的作用両者のバランスにより平坦性の良い研磨処理が可能となる。スラリに含まれる微粒子としては、数１０〜数１００ｎｍの粒子径をもつアルミナやシリカ等が知られ、化学成分としては、水酸化ナトリウム（ＫＯＨ）あるいは水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）等を含む溶液が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CMPにおいては、研磨剤であるスラリ中の微粒子に起因する下地層に傷が付くスクラッチ傷が発生していた。スクラッチは、パーティクルあるいはパターン欠損同様、歩留り低下を引き起こすことが考えられていたが、スクラッチは、研磨工程以外で付着したパーティクルとの区別が困難なばかりか、それ自体を検出することも非常に困難であった。そのため、その発生メカニズムの検討ができず、スクラッチに対する対策が不十分であったため、スクラッチと歩留りとの相関を解析することはできなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
シリコン基板上に下層から、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が積層形成される構造の試料において、最上層の酸化膜の残膜が残るようにＣＭＰ研磨し、その後窒化膜の選択的エッチング液で処理する。酸化膜の残膜層を突き抜ける深さのスクラッチ部分の窒化膜が選択的にエッチングされ、酸化膜残膜以上の深さのスクラッチのみを顕在化することができる。
【０００６】
また、他の発明は、基板上にシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が繰り返し積層形成される構造の試料において、最上層の酸化膜の残膜が残るようにＣＭＰ研磨し、その後窒化膜の選択的エッチング液で処理する。酸化膜の残膜層を突き抜ける深さのスクラッチ部分の窒化膜のみが選択的にエッチングされ、酸化膜残膜以上の深さでしかも各窒化膜に到達する深さのスクラッチのみを顕在化することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
第1の実施の形態を説明するための試料の作成工程図を図１乃至図３に、平面図を図４に示す。図１乃至図３は図４のＡＡ′部の断面図を示している。図１において、シリコン基板１上に５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２が形成され、さらに５０ｎｍ程度のシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｏ４）３、８００ｎｍ程度のシリコン酸化膜４が積層されている。この時の窒化膜３の膜厚は、後の燐酸によるエッチング処理時間にも依るが、エッチング可能な膜厚とし、また、酸化膜４の膜厚はＣＭＰ研磨終了時の残膜が生ずるように設定する必要がある。
【０００８】
次に図２において、酸化膜４をＣＭＰ研磨により５００ｎｍ程度エッチングし、酸化膜４の残膜が３００ｎｍ程度とする。上述したように、酸化膜４が残存するように、つまり、下層の窒化膜３が露出しないように研磨する必要がある。この時点において、図２に図示したように、酸化膜４の表面には多種多様な形状及び深さのスクラッチが存在すると考えらる。たとえば、深さの深いスクラッチ５及び浅いスクラッチ６である。本試料の表面上からスクラッチ５及び６を区別して検出することは困難である。
【０００９】
その後、図３において、窒化膜３が完全に消失する程度の時間、１７０℃程度の燐酸（Ｈ３ＰＯ４）処理を施す。熱燐酸のシリコン酸化膜に対するエッチングレートは、シリコン窒化膜に比べて非常に小さく、選択性が高いのでスクラッチ５により露出した部分の窒化膜３のみがエッチングされることになる。そして、深さが酸化膜２に到達するようなスクラッチ５の窒化膜３は完全に消失し、酸化膜２が露出するようになる。
【００１０】
以上のエッチング処理により、図４に示すように、酸化膜４の残膜厚以上のスクラッチ５が顕在化するとともに、スクラッチ５の部分とそれ以外の部分とのコントラスト差が明瞭になることから、光学顕微鏡あるいは光学則定器等においても、残膜厚以上のスクラッチの観察が容易になる。その結果、スクラッチの解析が可能になり、不良あるいは歩留り等との相関解析ができるようになる。
【００１１】
第２の実施の形態を説明するための試料の作成工程図を図５乃至図７に、平面図を図８に示す。図５乃至図７は図４のＢＢ′部の断面図を示している。図５において、シリコン基板１１上に５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜１２が形成され、さらに、シリコン窒化膜１３、シリコン酸化膜１４、シリコン窒化膜１５、シリコン酸化膜１６及びシリコン窒化膜１７が各１０ｎｍ程度形成される。そして、最後に５００ｎｍ程度のＣＭＰ研磨されるシリコン酸化膜１８が積層されている。
【００１２】
この時の窒化膜１３、酸化膜１４、窒化膜１５、酸化膜１６及び窒化膜１７の積層膜の膜厚は、スクラッチの深さ、燐酸によるエッチング処理時間あるいはＣＭＰ条件等に依存し、また、酸化膜１８の膜厚はＣＭＰ研磨終了時の残膜が生ずるように設定する必要がある。
【００１３】
次に、、図６において、酸化膜１８をＣＭＰ研磨により５００ｎｍ程度エッチングし、酸化膜４の残膜が３００ｎｍ程度とする。ＣＭＰ研磨は、酸化膜１８の一部が残存するように、つまり、窒化膜１７が露出しないように研磨する必要がある。この時点において、図６に示めされているように、酸化膜１８の表面には多種多様な形状及び深さのスクラッチ１９乃至２１が存在すると考えられが、本試料の表面上からスクラッチ１９乃至２１を区別して検出することは困難である。
【００１４】
その後、図７において、窒化膜１７、窒化膜１５窒化膜１３が完全に消失する程度の時間（１０ｎｍ窒化膜のエッチング時間）、１７０℃程度の燐酸処理を施す。熱燐酸のシリコン酸化膜に対するエッチングレートは、シリコン窒化膜に比べて非常に小さく選択性が高いので、スクラッチ１９乃至２１により露出した部分の各窒化膜のみがエッチングされることになる。
【００１５】
そして、スクラッチ１９、２０、２１の深さに応じて窒化膜１３、１５、１７に到達するようになり、その部分の窒化膜は完全に消失し、その窒化膜の下層の酸化膜が露出するようになる。図８に示すように、以上のエッチング処理により、酸化膜１８の残膜厚以上でしかも窒化膜１３、１５、１７に到達する深さのスクラッチが顕在化するとともに、スクラッチの深さに応じてコントラスト差が明瞭になることから、光学顕微鏡あるいは光学測定器等においても、容易に残膜厚以上のスクラッチを観察可能とすることができる。
【００１６】
【発明の効果】
層間絶縁膜のCMP研磨において発生するスクラッチにおいて、ある深さを有するスクラッチのコントラストを他の部分と明瞭にすることにより、パーティクルあるいはパターン欠損等との区別ができるようになり、光学顕微鏡あるいは光学測定器等においても、容易にスクラッチを観察可能とすることができる。そのため、スクラッチと歩留りとの相関を調べることも、スクラッチの発生メカニズムを検討することも、また、スクラッチに対する対策も十分行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、最上層のシリコン酸化膜を形成後を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、ＣＭＰ研磨後に発生するスクラッチを示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、スクラッチ部のエッチングを示す。
【図４】本発明の第１の実施の形態を説明するための試料平面図であり、スクラッチ部のエッチング後の状態を示す。
【図５】本発明の第２の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、最上層のシリコン酸化膜を形成後を示す。
【図６】本発明の第２の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、ＣＭＰ研磨後に発生するスクラッチを示す。
【図７】本発明の第２の実施の形態を説明するための試料作成断面図であり、スクラッチ部のエッチングを示す。
【図８】本発明の第２の実施の形態を説明するための試料平面図であり、スクラッチ部のエッチング後の状態を示す。
【符号の説明】
１、１１    シリコン基板
２、４、１２、１８    シリコン酸化膜
３、１３、１５、１７    シリコン窒化膜
５、６、１９、２０、２１    スクラッチ
【図１】
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【図２】
0004251750.tif 000003
【図３】
0004251750.tif 000004
【図４】
0004251750.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004251750.tif 000007
【図７】
0004251750.tif 000008
【図８】
0004251750.tif 000009