JP2002324782A - 半導体装置のエッチング検査方法、およびエッチング検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁膜をエッチングする場合において、比較
的簡単な構成で、しかも、所定の回路形成領域に悪影響
を与えることなく、エッチング終了時点をリアルタイム
でかつ正確に検出することができるエッチング検査方法
とその装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板２上の所定の回路形成領域３
から離れたコーナ部分に、触針用のパッド部６ａ，７ａ
とこのパッド部６ａ，７ａから互いに向き合う方向に延
設された微細配線部６ｂ，７ｂとからなる一対の電極部
６，７で構成された検査パターン５を予め形成してお
き、回路形成領域３とともに検査パターン５の上に絶縁
膜４を形成した際に、パッド部６ａ，７ａが絶縁膜４か
ら一部露出するようにし、その露出部分を通じて両電極
部６，７間に電圧を印加し、この状態で絶縁膜のエッチ
ングを開始して電極部６，７間における電流値が変化し
た時点をエッチング終了時点と判断するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板上に
形成された絶縁膜を選択エッチングする過程でのエッチ
ング残りの有無を検査する方法、およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路の製造工程にお
いては、半導体基板の表面にＳｉＯ₂などの絶縁膜を形
成した後、絶縁膜の上に所定のパターンのレジストを形
成し、このレジストの形状によって定まる領域の絶縁膜
のみを選択エッチングして除去することにより、不純物
拡散マスク、層間絶縁膜、素子間のアイソレーション膜
などを形成している。

【０００３】このように、所望の半導体集積回路を得る
ためには、その製造過程において絶縁膜の選択エッチン
グが必要となるが、このような絶縁膜の選択エッチング
には、プラズマエッチングのようなドライエッチング
や、ＨＦなどの化学薬品の反応を利用したウエットエッ
チングなどが広く採用されている。

【０００４】このようなエッチングでは、デバイスの構
造や、その使用材料、膜質などによってエッチング条件
が微妙に異なっており、最適なエッチング条件を見出す
ことが重要である。エッチング条件が適切でないために
エッチング残りが生じると、所要の電気的特性が得られ
ず、製品歩留まりが劣化する。したがって、絶縁膜の最
適なエッチング条件を見出す上で、余分なエッチング残
りが有るか否かを確認することが必要となる。

【０００５】そこで、このような絶縁膜のエッチング残
りの有無を確認するために、従来技術では、光学顕微鏡
や走査型電子顕微鏡を用いてその状況を直接に観察した
り、あるいは、エッチング装置のチャンバ内の元素をモ
ニタし、エッチングの進行によって下地の膜を構成する
元素の割合が多くなった時点をエッチング終了時点とし
て判断するなどの方法が採用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ように顕微鏡で直接観察する方法は、広い領域を検査す
るためには検査時間がかかって効率が悪く、また、後者
のようにチャンバ内の元素割合をモニタする方法は、エ
ッチング面積が小さいときには検出感度が悪くなって信
頼性に乏しい。このように、従来技術では、絶縁膜のエ
ッチング終了時点を正確かつ効率的に判断することが難
しかった。

【０００７】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、絶縁膜をエッチングする場合におい
て、比較的簡単な構成で、しかも、所定の回路形成領域
に悪影響を与えることなく、エッチング終了時点をリア
ルタイムで、かつ正確に検出することができるエッチン
グ検査方法、およびその装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、請求項１記載の発明に係る半導体装置
のエッチング検査方法は、半導体基板上に形成された絶
縁膜を選択エッチングする過程でのエッチング残りの有
無を検査する方法において、半導体基板上の所定の回路
形成領域から離れたコーナ部分に、触針用のパッド部と
このパッド部から互いに向き合う方向に延設された微細
配線部とからなる一対の電極部で構成された検査パター
ンを予め形成しておき、前記回路形成領域とともに前記
検査パターンの上に絶縁膜を形成した際に、前記パッド
部が絶縁膜から一部露出するようにし、その露出部分を
通じて前記両電極部間に電圧を印加し、この状態で絶縁
膜のエッチングを開始して前記電極部間における電流値
が変化した時点をエッチング終了時点と判断することを
特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明に係る半導体装置のエ
ッチング検査方法は、請求項１記載の方法において、絶
縁膜をドライエッチングする場合には、エッチング終了
時点は、前記電極部間を流れる電流値が零になった時点
をもって判断するようにしている。

【００１０】請求項３記載の発明に係る半導体装置のエ
ッチング検査方法は、請求項１記載の方法において、絶
縁膜をウエットエッチングする場合には、、エッチング
終了時点は、前記電極部間に流れる電流値が増加した時
点、あるいは、電極部間の電流が零の状態から電流が流
れ始めるようになった時点をもって判断するようにして
いる。

【００１１】請求項４記載の発明に係る半導体装置のエ
ッチング検査装置は、前記半導体基板上の回路形成領域
から離れたコーナ部分に形成された検査パターンを有
し、この検査パターンは、一対の電極部を備え、各電極
部は、触針用のパッド部と、このパッド部から互いに向
き合う方向に延設された微細配線部とから構成される一
方、前記検査パターンの各パッド部に接触する一対のプ
ローブと、前記検査パターンの各電極部間に前記プロー
ブを介して電圧を印加する電源と、各電極部間の通電の
有無を検出する検出手段と、を備えてなることを特徴と
している。

【００１２】請求項５記載の発明に係る半導体装置のエ
ッチング検査装置は、請求項４記載の構成において、前
記プローブは、触針部を除く部分が石英製またはテフロ
ン製のプロテクタで被覆されていることを特徴としてい
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体装置として
のＬＳＩチップに適用した場合の実施の形態について説
明する。なお、本発明はＬＳＩチップに限定されるもの
ではない。

【００１４】実施の形態１．図１は半導体装置としての
ＬＳＩチップの平面図である。この実施の形態におい
て、ＬＳＩチップ１は、半導体基板２上に本来の所期の
機能を発揮するための回路形成領域３が設けられるとと
もに、この回路形成領域３から離れた４つのコーナ部分
の内の１箇所に検査パターン５が形成されている。な
お、複数のコーナ部分にそれぞれ検査パターン５を形成
してエッチング終了時点の検査精度を高めるようにする
ことも可能である。

【００１５】ここで、検査パターン５を半導体基板２上
のコーナ部分に形成する理由は、回路形成領域３に入り
込んだ箇所に検査パターン５を形成すると、検査パター
ン５とともに回路形成領域３を覆っている絶縁膜をエッ
チングする際に、検査パターン５に電気的に接触させる
後述するプローブ１１，１２が回路形成領域３の上に重
なってしまい、その結果、回路形成領域３の絶縁膜のエ
ッチングが良好に行えなくなるので、このような不都合
を回避するためである。

【００１６】なお、ウェハ状態で絶縁膜をエッチングす
る場合には、図２に示すように、エッチング箇所の位置
の偏りの影響を把握できるようにするため、ウェハの最
外周に位置するＬＳＩチップ１を対象とし、そのＬＳＩ
チップ１について図１に示したコーナ部分に検査パター
ン５を形成するのが好ましい。

【００１７】上記の検査パターン５は、図３および図４
に示すように、絶縁膜４で覆われる一対の電極部６，７
を有し、各電極部６，７は、触針用のパッド部６ａ，７
ａと、このパッド部６ａ，７ａから互いに向き合う方向
に延設された微細配線部６ｂ，７ｂとからなる。そし
て、各微細配線部６ｂ，７ｂは、その先端が鋭角に形成
されていて所定の間隔Ｌを存して互いに対向している。
なお、８，９は各電極部６，７のパッド部６ａ，７ａに
プローブ１１，１２を接触できるように絶縁膜４の一部
を除いて形成された差込孔である。

【００１８】ここで、ドライエッチングの場合には、検
査パターン５の電極部６，７間を流れる微小なリーク電
流を効率良く検出する上で、微細配線部６ａ，７ａの先
端を鋭角に形成し、かつ相互の間隔Ｌも小さく設定する
のが好ましいが、微細配線部６ａ，７ａが互いに接近し
ているならば必ずしも鋭角に形成しなくてもよい。ま
た、ウエットエッチングの場合には、微細配線部６ａ，
７ａの間隔Ｌは、両者６ａ，７ａ間を流れる電流値によ
って適宜設定される。

【００１９】この実施の形態におけるエッチング検査装
置１０は、図５に示すように、上記の検査パターン５に
加えて、この検査パターン５の各電極部６，７に接触す
る一対のプローブ１１，１２と、検査パターン５の各電
極部６，７間にプローブ１１，１２を介して電圧を印加
するための電源１５と、各電極部６，７間の通電の有無
を検出する検出手段としての電流計１６とから構成され
ている。

【００２０】上記の各プローブ１１，１２は、エッチン
グに伴う損傷を受けないように、その先端の触針部１１
ａ，１２ａを除く部分がプロテクタ１１ｂ，１２ｂで被
覆されている。この場合のプロテクタ１１ｂ，１２ｂの
素材としては、ドライエッチング、たとえばプラズマエ
ッチングではＣＦ₄系のエッチングガス等が使用される
ので石英製のものが好適である。また、ウエットエッチ
ングではＳｉＯ₂などの酸化膜系の絶縁膜に対してＨＦ
水溶液等が主として使用されるのでテフロン製のものが
好適である。なお、プローブ１１，１２と電源１５との
間を電気的に接続する電線１３についてもエッチング装
置のチャンバ内の部分は同様にプロテクタで保護するの
が好ましい。

【００２１】次に、上記構成を有するエッチング検査装
置１０を用いて、絶縁膜４に対するエッチング終了時点
を検出する方法について、ドライエッチングを行う場合
とウエットエッチングを行う場合の各々について説明す
る。

【００２２】（１）ドライエッチングを行う場合、 ここでは、ドライエッチングの代表例として、プラズマ
エッチングを行う場合について説明する。

【００２３】半導体基板２上の所定の回路形成領域３か
ら離れたコーナ部分に検査パターン５を予め形成してお
く。この場合、検査パターン５の各微細配線部６ｂ，７
ｂの互いに対向する間隔Ｌは、たとえば、数ｎｍ〜数十
ｎｍに設定される。また、回路形成領域３にＳｉＯ₂な
どの絶縁膜４を形成する際には、同時に検査パターン５
の上にも絶縁膜４を形成する。その際、検査パターン５
のパッド部６ａ，７ａの一部が絶縁膜４から外部に露出
するように、パッド部６ａ，７ａ直上の絶縁膜４の一部
を除いて差込孔８，９を形成しておく。

【００２４】そして、回路形成領域３については、選択
エッチングが行えるようにレジスト膜などを形成する一
方、検査パターン５に対しては、各差込孔８，９にプロ
ーブ１１，１２の触針部１１ａ，１２ａを挿入してパッ
ド部６ａ，７ａに接触させ、各プローブ１１，１２を各
々の電極部６，７と電気的に接続する。

【００２５】次に、電源１５を投入して両電極部６，７
に電圧を印加すると、その微細配線部６ｂ，７ｂ間には
絶縁膜４を介して微弱なリーク電流が流れるので、この
リーク電流が流れていることを電流計１６で確認する。

【００２６】この状態で回路形成部３および検査パター
ン５に対してプラズマエッチングを開始し、電流計１６
で電流値の変化をモニタする。そして、絶縁膜４が次第
にエッチングされて、図６に示すように、両電極部６，
７の微細配線部６ｂ，７ｂ間に位置する絶縁膜４が完全
に除かれて半導体基板２が露出すると、電極部６，７間
にリーク電流が流れなくなるので、電極部６，７間を流
れる電流値が零になった時点をエッチング終了時点と判
断し、エッチングを停止する。

【００２７】（２）ウエットエッチングを行う場合 このウエットエッチングにおいても、基本的にはドライ
エッチングの場合と同じ手順で行うが、エッチング液を
使用する関係上、エッチング終了時点の判断がドライエ
ッチングの場合と若干異なっている。そして、同じ組成
のエッチング液であっても、デバイスの構造や、その使
用材料に応じて次の２つの方法のいずれかを適宜使い分
けることができる。

【００２８】第１の方法 この第１の方法では、検査パターン５の各微細配線部６
ｂ，７ｂの互いに対向する間隔Ｌがたとえば、数ｎｍ〜
数十ｎｍに設定される。そして、ドライエッチングの場
合と同様に、回路形成領域３については、選択エッチン
グが行えるようにレジスト膜などを形成する一方、ある
一つの検査パターン５に対しては、各差込孔８，９にプ
ローブ１１，１２の触針部１１ａ，１２ａを挿入してパ
ッド部６ａ，７ａに接触させ、各プローブ１１，１２を
各々の電極部６，７と電気的に接続する。

【００２９】次に、電源１５を投入して両電極部６，７
に電圧を印加すると、その微細配線部６ｂ，７ｂ間には
絶縁膜４を介して微弱なリーク電流が流れるので、この
リーク電流が流れていることを電流計１６で確認する。

【００３０】この状態で回路形成部３および検査パター
ン５に対してエッチング液を吹き付けるなどして絶縁膜
のウエットエッチングを開始し、電流計１６で電流値の
変化をモニタする。そして、絶縁膜４が次第にエッチン
グされて、両電極部６，７の微細配線部６ｂ，７ｂ間に
ある絶縁膜４が完全に除かれて半導体基板２が露出する
と、エッチング液中の不純物イオンの存在によって電極
部６，７間を流れる電流値が増加するようになる。そこ
で、電極部６，７間を流れる電流値が増加した時点をエ
ッチング終了時点と判断し、エッチングを停止する。

【００３１】第２の方法 この第２の方法では、検査パターン５の両電極部６，７
に電圧を印加しても両者６，７間にリーク電流が発生し
ないように、各微細配線部６ｂ，７ｂの互いに対向する
間隔Ｌは、第１の方法の場合の間隔よりも大きく、たと
えば数百ｎｍに設定される。

【００３２】そして、ある一つの検査パターン５に対し
て、各差込孔８，９にプローブ１１，１２の触針部１１
ａ，１２ａを挿入してパッド部６ａ，７ａに接触させ、
各プローブ１１，１２を各々の電極部６，７と電気的に
接続して両電極部６，７に電圧を印加する。このとき、
その微細配線部６ｂ，７ｂ間の間隔Ｌが比較的大きく設
定されているので、両電極部６，７間はオープン状態と
なり、電流計１６で検出される電流値は零になってい
る。

【００３３】この状態で回路形成部３および検査パター
ン５に対してエッチング液を吹き付けるなどして絶縁膜
のウエットエッチングを開始し、電流計１６で電流値の
変化をモニタする。そして、絶縁膜４が次第にエッチン
グされて、両電極部６，７の微細配線部６ｂ，７ｂ間に
ある絶縁膜４が完全に除かれて半導体基板２が露出する
と、エッチング液中の不純物イオンの存在によって電極
部６，７間に電流が流れるようになる。そこで、電極部
６，７間に電流が流れ始めた時点をエッチング終了時点
と判断し、エッチングを停止する。

【００３４】このように、ドライエッチングとウエット
エッチングのいずれの場合も、絶縁膜４がエッチングさ
れて電極部６，７間において半導体基板２が露出すれば
直ちにエッチングを停止できる。このため、エッチング
残りを確実に無くすとともに、オーバーエッチングも生
じない絶縁膜の最適なエッチング条件を見出すことがで
きる。その結果、故障解析のスループットが向上すると
ともに、故障解析結果を迅速に製造ラインにフィードバ
ックして適切な対策を講じることが可能になる。

【００３５】なお、上記の実施の形態では、ＳｉＯ₂な
どの酸化膜系の絶縁膜に対するエッチング終了時点を検
出する場合について説明したが、絶縁膜はこれに限るこ
となくＳｉ₃Ｎ₄膜等であってもよい。また、ドライエッ
チングとしてプラズマエッチングについて説明したが、
これに限らず、他の反応性イオンエッチングやイオンビ
ームエッチグなどのドライエッチングにも適用できる。

【００３６】さらに、多層配線構造のＬＳＩチップに対
しては、図７に示すように、各配線層ごとに一対の電極
部６，７からなる検査パターン５を形成するとともに、
上下の各検査パターン５間をプラグコンタクト１７，１
８を介して互いに電気的に接続した構成を採用すること
もできる。

【００３７】この構成にすれば、上層の絶縁膜４をエッ
チングで除いた後は、プラグコンタクト１７，１８にプ
ローブ１１，１２を接触させることで、それよりも下方
の各配線層の検査パターン５の電極部６，７間に電圧を
印加することができるため、各層ごとに絶縁膜４のエッ
チング終了時点を検査することが可能になる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、絶縁膜の
エッチング時において、比較的簡単な構成であるにもか
かわらず、エッチング終了時点をリアルタイムで、かつ
正確に検出することができるので、絶縁膜の最適なエッ
チング条件を見出すことが可能になる。その結果、故障
解析のスループットが向上するとともに、故障解析結果
を迅速に製造ラインにフィードバックして適切な対策を
講じることができる。しかも、所定の回路形成領域の絶
縁膜をエッチングする際に何ら悪影響を与えることがな
い。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、特に、ドラ
イエッチングを行う場合のエッチング終了時点を精度良
く検出することができる。

【００４０】請求項３記載の発明によれば、特に、ウエ
ットエッチングを行う場合のエッチング終了時点を精度
良く検出することができる。

【００４１】請求項４記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様に、比較的簡単な構成で、しかも、所定
の回路形成領域に悪影響を与えることなく、エッチング
終了時点をリアルタイムにかつ正確に検出することがで
きる。

【００４２】請求項５記載の発明によれば、プローブは
エッチング環境に適合したプロテクタで保護されている
ので、エッチングによって損傷を受けるのが防止され、
長期間にわたって検査装置を使用することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るエッチング検査装
置を構成する検査パターンをＬＳＩチップに形成した状
態の平面図である。

【図２】 本発明が適用された半導体ウェハの平面図で
ある。

【図３】 図１の検査パターンを拡大して示す平面図で
ある。である。

【図４】 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態に係るエッチング検査装
置の全体を示す構成図である。

【図６】 絶縁膜のエッチング終了時点を示す断面図で
ある。

【図７】 本発明を多層配線構造のＬＳＩチップに適用
した場合の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体装置（ＬＳＩチップ）、２ 半導体基板、３
回路形成領域、４絶縁膜、５ 検査パターン、６，７
電極部、６ａ，７ａ パッド部、６ｂ，７ｂ 微細配
線部、１０ エッチング検査装置、１１，１２ プロー
ブ、１１ａ，１２ａ 触針部、１１ｂ，１２ｂ プロテ
クタ、１５ 電源、１６ 検出手段（電流計）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成された絶縁膜を選択
   エッチングする過程でのエッチング残りの有無を検査す
   る方法であって、 半導体基板上の所定の回路形成領域から離れたコーナ部
   分に、触針用のパッド部とこのパッド部から互いに向き
   合う方向に延設された微細配線部とからなる一対の電極
   部で構成された検査パターンを予め形成しておき、前記
   回路形成領域とともに前記検査パターンの上に絶縁膜を
   形成した際に、前記パッド部が絶縁膜から一部露出する
   ようにし、その露出部分を通じて前記両電極部間に電圧
   を印加し、この状態で絶縁膜のエッチングを開始して前
   記電極部間における電流値が変化した時点をエッチング
   終了時点と判断することを特徴とする半導体装置のエッ
   チング検査方法。
2. 【請求項２】 前記エッチング終了時点は、絶縁膜をド
   ライエッチングする場合には、前記電極部間を流れる電
   流値が零になった時点である請求項１記載のエッチング
   検査方法。
3. 【請求項３】 前記エッチング終了時点は、絶縁膜をウ
   エットエッチングする場合には、電極部間に流れる電流
   値が増加した時点、あるいは、電極部間の電流が零の状
   態から電流が流れ始めるようになった時点である請求項
   １記載のエッチング検査方法。
4. 【請求項４】 半導体基板上に形成された絶縁膜を選択
   エッチングする過程でのエッチング残りの有無を検査す
   るための装置であって、 前記半導体基板上の回路形成領域から離れたコーナ部分
   に形成された検査パターンを有し、この検査パターン
   は、一対の電極部を備え、各電極部は、触針用のパッド
   部と、このパッド部から互いに向き合う方向に延設され
   た微細配線部とから構成される一方、前記検査パターン
   の各パッド部に接触する一対のプローブと、前記検査パ
   ターンの各電極部間に前記プローブを介して電圧を印加
   する電源と、各電極部間の通電の有無を検出する検出手
   段と、を備えてなることを特徴とする半導体装置のエッ
   チング検査装置。
5. 【請求項５】 前記プローブは、触針部を除く部分が石
   英製またはテフロン（登録商標）製のプロテクタで被覆
   されていることを特徴とする請求項４記載のエッチング
   検査装置。