JP2008034475A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造過程において、コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を高速、かつ高精度に推定する。
【解決手段】検査用標準試料１のコンタクトホール７を被検査対象のコンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、電子線を照射して検査用標準試料１の二次電子画像の電位コントラストを測定し、検査用標準試料１の擬似欠陥部４におけるコンタクトホール７の電位コントラストとコンタクトホール７の底面に形成した擬似残存膜８の厚さまたは抵抗値との関係をあらかじめ取得しておく。その後、被検査対象のコンタクトホールへ電子線を照射して被検査対象の二次電子画像の電位コントラストを測定し、検査用標準試料１の電位コントラストと被検査対象の電位コントラストとを比較することにより、被検査対象のコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置に形成されたコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さの検出方法に適用して有効な技術に関するものである。

試料表面から発生した二次信号を対物レンズより電子源側で検出する手段と、試料に負電圧を印加して試料と対物レンズとの間に一次電子線に対する減速電界を発生させる手段と、試料の装着・交換時の準備動作に連動して試料への負電圧印加を制御する手段とを走査電子顕微鏡に設けることにより、試料の装着・交換時における試料の電圧印加を自動的に制御する技術が特開平６−１３９９８５号公報（特許文献１）に記載されている。

また、欠陥検査装置において、形成画面の均一性およびコントラストを最適化するようにパラメータを最適化し、基板上の一部の領域を画像化する前に、画像形成領域の周囲領域の帯電の悪影響を消去または軽減し、周囲領域の帯電と画像形成領域からの画像形成とを交互に行って形成した画像化領域の複数の画像を平均化処理することにより、欠陥検出の精度を上げる技術が特開２０００−２０８０８５号公報（特許文献２）に開示されている。

また、膜厚が既知の擬似残存膜および感光性樹脂を硬化処理した樹脂膜が支持基板上に順次積層され、その樹脂膜を貫通する開口部が設けられた標準試料のコンタクトホールの二次電子像のコントラストと、検査対象のコンタクトホールの二次電子像のコントラストとを比較することにより、不良コンタクトホール底面の残存膜厚を評価する方法が特開２０００−１６４７１５号公報（特許文献３）に開示されている。
特開平６−１３９９８５号公報（段落［００２７］〜［００２８］、図１） 特開２０００−２０８０８５号公報（段落［００１０］〜［００１１］） 特開２０００−１６４７１５号公報（段落［００４９］〜［００５１］、［００６２］〜［００６５］、図１）

半導体装置の微細化に伴い、半導体装置に形成されるコンタクトホールでは、その底面に絶縁膜等の不要な膜が残ることによる非導通欠陥が問題となっている。製造工程、例えば成膜工程やドライエッチング工程に対して早期に対策手段を講じるため、コンタクトホールを形成した直後にコンタクトホールの開口の様子を非破壊で検査することが望まれており、種々の検査方法が提案されている。例えば上記特許文献３に記載されたコンタクトホール検査方法では、コンタクトホール検査用標準試料を作製し、この標準試料と検査対象との二次電子像のコントラストの比較からコンタクトホールの底面に残る不要な残存膜の厚さを評価している。

しかしながら、コンタクトホールの底面に残る不要な残存膜の厚さを正確に、かつ高速に評価することのできる検査方法は未だ確立されていない。例えば上記特許文献３に記載されたコンタクトホール検査方法では、標準試料の表面が硬化処理された感光性樹脂材料であるため、コンタクトホールおよび樹脂材料から放出される標準試料の二次電子強度と検査対象の二次電子強度とが異なり、正確な残存膜の厚さの推定が難しいという課題を有している。また、感光性樹脂材料により凹凸の大きいコンタクトホールを形成することが難しく、標準試料では検査対象のコンタクトホールと同形状、同密度のコンタクトホールが形成できないという問題もある。

本発明の目的は、半導体装置の製造過程において、コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を高速、かつ高精度に推定することのできる検査方法を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明による半導体装置の製造方法は、検査用標準試料のコンタクトホールを被検査対象のコンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、電子線を照射して検査用標準試料の二次電子画像の電位コントラストを測定し、検査用標準試料の擬似欠陥部におけるコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと検査用標準試料の擬似欠陥部におけるコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係をあらかじめ取得しておき、その後、被検査対象のコンタクトホールへ電子線を照射して被検査対象の二次電子画像の電位コントラストを測定し、検査用標準試料の電位コントラストと被検査対象の電位コントラストとを比較することにより、被検査対象のコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を推定する検査工程を有するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

半導体装置の製造過程において、コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を高速、かつ高精度に推定することができる。

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態においては、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す。

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１による電子線をコンタクトホールに照射した際の二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。

図１に示すように、コンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さが０〜３００ｎｍの場合は、非導電性膜の厚さが薄くなるに従い二次電子画像の電位コントラストが増加するので、電位コントラストを精密に評価することにより、電位コントラストから上記非導電性膜の厚さを正確に推測することができる。そこで、本実施の形態１では、あらかじめコンタクトホールの底面に擬似残存膜を形成した検査用標準試料を作製し、この検査用標準試料で得られる電位コントラストと擬似残存膜の厚さとの関係（例えば図１）から被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する。

次に、本実施の形態１による検査用標準試料の一例を図２を用いて説明する。図２は検査用標準試料の要部断面図である。

図２に示すように、検査用標準試料１には、プラグ２の正常部３および擬似欠陥部４が形成されている。正常部３は、半導体基板５上に形成された層間絶縁膜６に開口されたコンタクトホール７と、そのコンタクトホール７に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ２とから構成される。擬似欠陥部４は、半導体基板５上に形成された層間絶縁膜６に開口されたコンタクトホール７と、そのコンタクトホール７の底面に形成された既知の膜厚を持つ擬似残存膜８と、さらにそのコンタクトホール７に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ２とから構成され、擬似的に導通不良欠陥が形成されている。

コンタクトホール７の底面に形成された擬似残存膜８の厚さは３００ｎｍ以下から数種類が選ばれて、例えば３００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍおよび３ｎｍの６種類とすることができる。本実施の形態１では、１枚の検査用標準試料１に１仕様の厚さの擬似残存膜８を形成した。すなわち、例えば上記６種類の厚さの擬似残存膜８を選んだ場合は６枚の検査用標準試料１が用意される。なお、１枚の検査用標準試料１に複数仕様の厚さの擬似残存膜８を形成してもよい。擬似残存膜８の材料は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、有機系の絶縁膜、低誘電率膜、高誘電率膜、窒化チタン、シリコンコバルト、レジスト等である。

また、二次電子画像の電位コントラストは、パターン表面の帯電量に依存して変化することから、コンタクトホール７の直径または密度に依存する。そこで、検査用標準試料１には、直径または密度が互いに異なる複数種類のコンタクトホール７が形成される。さらに、二次電子画像の電位コントラストは、半導体基板５に形成されるウェルまたは拡散層によって変化することから、半導体基板５には、被検査対象に形成されたウェルと同じ不純物濃度のウェル９が形成され、半導体基板５のコンタクトホール７の底部が接する領域には、被検査対象に形成される拡散層と同じ不純物濃度の拡散層１０が形成されている。なお、必ずしもウェル９または拡散層１０は形成しなくてもよい。

次に、本実施の形態１による検査用標準試料の製造方法の一例を図３〜図１１を用いて工程順に説明する。図３、図４、図６、図７、図９および図１０は検査用標準試料の要部断面図、図５および図８は露光用レチクルの要部上面図、図１１はその最表面に非導電性膜を形成した検査用標準試料の要部断面図である。

まず、図３に示すように、半導体基板５に不純物をイオン注入してウェル９を形成した後、半導体基板５の主面上に層間絶縁膜６を形成する。層間絶縁膜６は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成されたＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）膜とすることができて、その表面は、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により平坦化されている。

次に、図４に示すように、層間絶縁膜６上にレジストパターン１１を形成する。レジストパターン１１は通常のフォトリソグラフィ法によって形成されている。すなわち、層間絶縁膜６上にレジスト膜を塗布した後、そのレジスト膜に対して図５に示す露光用のレチクル１２を用いた露光処理および現像処理を施すことによりパターニングされている。レチクル１２には正常部３のコンタクトホールパターン３ａ（図中、白抜きで示す円パターン）および擬似欠陥部４のコンタクトホールパターン４ａ（図中、網掛けのハッチングで示す円パターン）が形成されており、擬似欠陥部４のコンタクトホールパターン４ａの位置を表示するためのマーク１３を形成してもよい。続いて、レジストパターン１１をマスクとして層間絶縁膜６をエッチングし、ウェル９に達するコンタクトホール７を形成する。

次に、図６に示すように、レジストパターン１１を除去し、洗浄処理を行った後、半導体基板５に不純物をイオン注入して所定の領域に拡散層１０を形成する。その後、半導体基板５の主面上に、例えば熱酸化法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等により３００ｎｍ以下の厚さの擬似残存膜８を形成する。

次に、図７に示すように、擬似欠陥部４を覆うレジストパターン１４を形成する。レジストパターン１４は、上記レジストパターン１１と同様に、通常のフォトリソグラフィ法によって形成されている。すなわち、コンタクトホール７の内部を含む層間絶縁膜６上にレジスト膜を塗布した後、そのレジスト膜に対して図８に示す露光用のレチクル１５を用いた露光処理および現像処理を施すことによりパターニングされている。レチクル１５には擬似欠陥部４を十分に覆うことができ、かつ正常部３にはかからない欠陥パターン１６が形成されている。

次に、図９に示すように、レジストパターン１４をマスクとして擬似残存膜８をエッチングし、擬似欠陥部４にのみ擬似残存膜８を残す。

次に、図１０に示すように、レジストパターン１４を除去し、洗浄処理を行った後、コンタクトホール７の内部を含む層間絶縁膜６上および擬似残存膜８上に金属膜、例えばタングステン膜を堆積し、例えばＣＭＰ法でこの金属膜の表面を平坦化することによってコンタクトホール７の内部に金属膜を埋め込みプラグ２を形成する。なお、金属膜の下層にバリアメタル膜を形成してもよく、バリアメタル膜としては、例えばチタン膜、窒化チタン膜等が用いられる。以上の工程により、検査用標準試料１が略完成する。

ところで、擬似残存膜８を成膜すると、通常、コンタクトホール７の側壁にも擬似残存膜８は形成される。しかし、擬似残存膜８の厚さをコンタクトホール７の直径の１割以下とすることにより、側壁に形成された擬似残存膜８の影響を無視することが可能である。さらに精密な評価を必要とする場合は、熱酸化法またはプラズマＣＶＤ法等の非等方的な成膜方法により擬似残存膜８を形成することにより、コンタクトホール７の側壁への成膜を抑えて、コンタクトホール７の底部へ主とした成膜が可能である。

また、図１１に示すように、経時変化によるパターン表面の変質を防ぐために、検査用標準試料１の最表面に非導電性膜１７を形成してもよい。この非導電性膜１７を形成した検査用標準試料１に電子線を照射すると、非導電性膜１７の下のプラグ２に埋め込まれた導電性膜の電気特性に従って非導電性膜１７の表面に電荷が分布するので、非導電性膜１７上からもコンタクトホール７の底面に形成された擬似残存膜８の評価が可能である。検査用標準試料１の最表面に形成される非導電性膜１７の厚さとしては、非導電性膜１７の下のプラグ２の電気特性によって数Ｖ程度以上の電位分布を可能とする１００ｎｍ以下を用いる。

次に、本実施の形態１による前述した検査用標準試料を用いた被検査対象の検査方法の一例を図１２〜図１７を用いて説明する。図１２は被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査装置を示す構成図、図１３は不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査方法の工程図、図１４（ａ）および（ｂ）はそれぞれ検査用標準試料の二次電子画像および二次電子の信号強度分布、図１５は検査用標準試料の二次電子画像から得られた電位コントラストとコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さとの関係を示すグラフ図、図１６は推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのウエハ面内分布、図１７（ａ）および（ｂ）はそれぞれ推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのチップ単位分類および検査装置の画面表示である。

図１２に示すように、本実施の形態１で使用する検査装置１００は、電子光学系１０１、ステージ機構系１０２、ウエハ搬送系１０３、真空排気系１０４、光学顕微鏡制御系１０５、制御系１０６、操作部１０７により構成されている。

電子光学系１０１は、電子銃１０８、コンデンサレンズ１０９、対物レンズ１１０、検出器１１１、偏向器１１２、上面電極１１３、ウエハ高さ検出器１１４により構成されている。

ステージ機構系１０２は、ＸＹステージ１１５、ウエハ１１６を保持するためのホルダ１１７、ウエハ１１６およびホルダ１１７に負の電圧を印加するためのリターディング電源１１８により構成されている。ＸＹステージ１１５には、レーザ測長による位置検出器が取り付けられている。

ウエハ搬送系１０３は、カセット載置部１１９、ウエハローダ１２０、カセット載置部１１９とウエハローダ１２０とＸＹステージ１１５とを結ぶ搬送手段により構成されており、カセット載置部１１９、ウエハローダ１２０、ＸＹステージ１１５との間を被検査対象が行き来するようになっている。

制御系１０６は、信号検出系制御部１２１、ブランキング制御部１２２、ビーム偏向補正制御部１２３、電子光学系制御部１２４、ウエハ高さセンサ検査系１２５、ステージ制御部１２６により構成されている。制御系１０６には操作部１０７が接続されており、操作部１０７は、操作画面１２７、画像処理部１２８、画像・検査データ保持部１２９、演算部１３０等により構成されている。操作部１０７には、外部サーバ１３１が接続されている。外部サーバ１３１は、他の検査装置と信号線で接続することが可能であり、検査装置１００で得られた検査データ、検査レシピを信号線を介して他の検査装置に転送することも可能である。

次に、上記検査装置１００を用いて被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する方法の一例を説明する。

（ステップ１）まず、検査装置１００の外部サーバ１３１または移動用記憶媒体から送られて画像・検査データ保持部１２９に保持されている検査用標準試料の複数のパターン情報を読み出す（図１３の工程Ｓ１）。パターン情報は、例えば検査用標準試料に形成されたコンタクトホールの直径またはパターン密度である。

（ステップ２）読み出された検査用標準試料の複数のパターン情報の中から、被検査対象に形成され、検査対象となる不良コンタクトホールの直径およびパターン密度に最も近い検査用標準試料のパターン情報を選び、さらに検査装置１００を用いてその選ばれたパターン情報を有する検査用標準試料の二次電子画像を取得する（図１３の工程Ｓ２）。

検査用標準試料の二次電子画像は、例えば以下のように取得することができる。まず、検査用標準試料を検査装置１００のカセット載置部１１９にセットする。次いで検査用標準試料を、ウエハローダ１２０内に搬送して、検査装置１００に導入する。ウエハロードが終了した後、入力された検査条件に基づいて電子光学系制御部１２４から各部へ二次電子画像を取得する際の電子線照射条件が設定される。その後、入力されたパターン情報によって指定されたパターンが電子光学系１０１の下にくるようにＸＹステージ１１５が移動し、指定されたパターンの二次電子画像が取得される。あるいは、検査用標準試料の一部を標準試料として、ホルダ１１７上に常時設置しておくこともできる。また、ホルダ１１７上に設置された標準試料の指定されたパターン上に電子光学系１０１がくるようにＸＹステージ１１５を移動させて指定されたパターンの二次電子画像を取得することもできる。

なお、あらかじめ種々のパターン情報における検査用標準試料の二次電子画像を取得して画像・検査データ保持部１２９に保持しておき、被検査対象の不良コンタクトホールが検出された際に、逐次、上記検査用標準試料の二次電子画像を演算部１３０に読み出してもよい。

図１４（ａ）に検査用標準試料の二次電子画像の一例、図１４（ｂ）に同図（ａ）の二次電子信号強度の一例を示す。

図１４（ａ）に示すように、二次電子画像１８上に検査用標準試料のプラグ２の領域および層間絶縁膜６の領域を確認することができ、またプラグ２の正常部３およびプラグ２の擬似欠陥部４を確認することができる。さらに、図１４（ｂ）に示すように、プラグ２（正常部３および擬似欠陥部４）部分の信号強度を層間絶縁膜６部分の信号強度よりも大きく検出し、またプラグ２の擬似欠陥部４の信号強度をプラグ２の正常部３の信号強度よりも大きく検出することができる。ここで、図１４（ｂ）に示した二次電子信号強度から、例えばコントラストＣ＝（Ｉｐｌｕｇ−Ｉｓｉｏ２）／Ｉｓｉｏ２を算出する。このコントラストＣは、コンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さによって変わる。図１５に、検査用標準試料の二次電子画像から得られたコントラストＣとコンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さとの関係を示す。擬似残存膜が厚くなるに従いコントラストＣは減少するという関係を有しており、このグラフ図から、後述する（ステップ３）および（ステップ４）において、被検査対象で検出される不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定することができる。ここで、図１５に示した検査用標準試料の二次電子画像から得られたコントラストＣとコンタクトホールの底面に形成された擬似残存膜の厚さとの関係は、検査装置１００の電子光学系１０１の設定値によって決められる入射電子線の電流値、対物レンズ１１０、上面電極１１３、リターディング電源１１８、検出器１１１の電圧出力値、ＸＹステージ１１５、ウエハホルダ１１７、上面電極１１３、対物レンズ１１０、検出器１１１の設置位置、検出器１１１の信号増幅率、ウエハ１１６の汚染、検査装置１００に付着した汚染等によって、微妙に変化することがある。そのような場合は、前記設定値を微調整することにより、安定した残存膜厚を推定することが可能となる。

（ステップ３）検査装置１００を用いて被検査対象の二次電子画像を取得する（図１３の工程Ｓ３）。

（ステップ４）被検査対象で検出される不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する（図１３の工程Ｓ４）。上記（ステップ３）において得られた被検査対象の二次電子画像情報は検査装置１００の画像処理部１２８から演算部１３０へ送られ、被検査対象の二次電子画像からプラグ部分のコントラストＣが算出される。さらに演算部１３０において、その算出結果を図１５のグラフ図に当てはめることにより、被検査対象の不良コンタクトホールを特定し、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する。推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さは、欠陥データとして検査装置１００の操作画面１２７に表示され（ステップ５）、画像・検査データ保持部１２９に保持される（ステップ６）。

（ステップ５）検査ウエハで検出され、推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを、例えば図１６に示すように等高線を用いたウエハ面内分布として、または図１７（ａ）に示すようにチップ単位で分類して、または図１７（ｂ）に示すように二次電子画像を表示すると同時に、検査装置１００の操作画面１２７に表示する（図１３の工程Ｓ５）。

（ステップ６）検査ウエハで検出され、推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを画像・検査データ保持部１２９に保持する（図１３の工程Ｓ６）。外部サーバ１３１または移動用記憶媒体により他の装置に転送し、他の検査装置またはプロセス管理システムに欠陥データを入力することもできる。

上記（ステップ１）〜（ステップ６）により、被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さが推定され、また欠陥データに関する情報が管理される。なお、同様にして被検査対象のプラグの抵抗値を推定することができる。また、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値、あるいはこれらのウエハ面内分布等を用いてあらかじめデータベースを作成しておき、そのデータベースから自動的に欠陥発生プロセスまたは欠陥発生要因を特定する機構を設けてもよい。また、欠陥発生プロセスの加工条件を微調整する機構を設けてもよい。例えば被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る推定された不要残存膜の厚さに従ってコンタクトホールを加工するドライエッチング時間を微調整する機構を設けてもよい。

このように、本実施の形態１によれば、検査用標準試料１の擬似欠陥部４を被検査対象の不良コンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、検査用標準試料１の二次電子画像の電位コントラストと被検査対象の二次電子画像の電位コントラストとを比較することにより、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を非破壊で、かつ正確に推測することができる。また、検査用標準試料１の表面に被導電性膜１７を形成することにより、検査用標準試料１の表面の変質を防ぐことができるので、検査用標準試料１を長期間使用することが可能となる。これらにより、半導体製造過程の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値が高速、かつ高精度に推定されて、欠陥発生プロセスやその原因を早期に特定することができる。また、半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことができる。

さらに、本発明である検査用標準試料１を用いて検査装置１００の感度校正を行うことにより、検査用標準試料１を検査したときの欠陥検出率の変化から検査装置１００の検出感度の状態を日々管理することができるので、検査装置１００の異常を早期に発見することも可能となる。また、複数の検査装置１００の間で感度校正を行い、一度検査条件を最適化すると、検査レシピを他の検査装置へ転送することによって検査レシピの共有化が可能となるので、複数の検査装置において同一感度の検査を行うことができる。また、同一種類の複数の半導体装置を複数の検査装置で検査する場合、同一感度の検査が可能となるので、プロセス管理上のデータの信頼性を向上することができる。

次に、本実施の形態１による検査方法を用いた被検査対象のコンタクトホールの形成工程の一例を図１８を用いて説明する。図１８はコンタクトホールの形成工程図である。

まず、半導体基板の主面上に形成された各種半導体素子を覆う層間絶縁膜上に、通常のフォトリソグラフィ法によってレジストパターンを形成する（図１８の工程Ｓ１）。次に、レジストパターンをマスクとして層間絶縁膜をドライエッチングにより加工し、コンタクトホールを形成する（図１８の工程Ｓ２）。次に、アッシングまたは洗浄等の後処理およびイオン注入を行った後、コンタクトホールの内部に導電材料を埋め込むことによりプラグを形成する（図１８の工程Ｓ３）。その後、本実施の形態１による検査方法を用いて、プラグの導通検査を行い、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値、あるいはこれらのウエハ面内分布等を評価する（図１８の工程Ｓ４）。その評価結果から不良原因プロセスを同定することにより、早期にフォトリソグラフィ工程（図１８の工程Ｓ１）やドライエッチング工程（図１８の工程Ｓ２）へフィードバックすることができる。これにより、半導体装置の歩留まりを早期に向上させることが可能となる。なお、本実施の形態１による検査（図１８の工程Ｓ４）は、プラグを形成した後（図１８の工程Ｓ３の後）に行ったが、コンタクトホールを形成した後（図１８の工程Ｓ２の後）に行ってもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態２による検査用標準試料の一例を図１９を用いて説明する。図１９は検査用標準試料の要部断面図である。

図１９に示すように、検査用標準試料２１には、プラグ２２の正常部２３および擬似欠陥部２４が形成されている。正常部２３は、半導体基板２５上に層間絶縁膜２６およびストッパ絶縁膜２７を介して形成された下層配線２８と、下層配線２８上にストッパ絶縁膜２９および層間絶縁膜３０を介して形成された上層配線３１とがプラグ２２により接続されており、配線のチェーンが形成されている。プラグ２２はストッパ絶縁膜２９および層間絶縁膜３０に開口されたコンタクトホール３２と、そのコンタクトホール３２に埋め込まれた導電性膜、例えば金属膜から構成される。下層配線２８はストッパ絶縁膜２７上の層間絶縁膜３４に形成された配線溝３５に埋め込まれた金属膜から構成され、上層配線３１は層間絶縁膜３０上のストッパ絶縁膜３６および層間絶縁膜３７に形成された配線溝３８に埋め込まれた金属膜から構成される。

擬似欠陥部２４は、正常部２３と同様に、下層配線２８と上層配線３１とを接続する位置に形成されるが、ストッパ絶縁膜２９および層間絶縁膜３０に開口されたコンタクトホール３２の底面に既知の膜厚または既知の抵抗値を持つ擬似残存膜３９が形成され、さらにそのコンタクトホール３２に導電性膜、例えば金属膜からなるプラグ２２が埋め込まれており、擬似的に導通不良欠陥が形成されている。

コンタクトホール３２の底面に形成された擬似残存膜３９の厚さは３００ｎｍ以下から数種類が選ばれて、例えば２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、１０ｎｍおよび３ｎｍの５種類とすることができる。本実施の形態２では、１枚の検査用標準試料２１に１仕様の厚さの擬似残存膜３９を形成した。すなわち、例えば上記５種類の厚さの擬似残存膜３９を選んだ場合は５枚の検査用標準試料２１が用意される。なお、１枚の検査用標準試料２１に複数仕様の厚さの擬似残存膜３９を形成してもよい。擬似残存膜３９の材料は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、有機系の絶縁膜、低誘電率膜、高誘電率膜、窒化チタン、シリコンコバルト、レジスト等である。

また、二次電子画像の電位コントラストは、パターン表面の帯電量に依存して変化することから、コンタクトホール３２の直径または密度、あるいは上層配線３１の配線幅、配線長または密度に依存する。そこで、検査用標準試料２１には、直径または密度が互いに異なる複数種類のコンタクトホール３２、あるいは配線幅、配線長または密度が互いに異なる複数種類の上層配線３１が形成される。

検査用標準試料２１の最表面に非導電性膜４０を形成してもよく、これにより、経時変化によるパターン表面の変質を防ぐことができる。

次に、本実施の形態２による検査用標準試料の製造方法の一例を図２０〜図２７を用いて工程順に説明する。図２０〜図２７は検査用標準ウエハの要部断面図である。

まず、図２０に示すように、半導体基板２５の主面上に層間絶縁膜２６を形成する。続いて層間絶縁膜２６上にストッパ絶縁膜２７を形成する。層間絶縁膜２６は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成されたＴＥＯＳ膜、ストッパ絶縁膜２７は、例えば窒化シリコン膜とすることができる。

次に、図２１に示すように、ストッパ絶縁膜２７上に層間絶縁膜３４を形成した後、層間絶縁膜３４上にレジストパターン４１を形成する。続いてレジストパターン４１をマスクとして層間絶縁膜３４を加工し、配線溝３５を形成する。

次に、図２２に示すように、レジストパターン４１を除去し、洗浄処理を行った後、配線溝３５の内部を含む層間絶縁膜３４上に金属膜を堆積し、例えばＣＭＰ法でこの金属膜の表面を平坦化することによって配線溝３５の内部に下層配線２８を形成する。

次に、図２３に示すように、下層配線２８および層間絶縁膜３４上にストッパ絶縁膜２９および層間絶縁膜３０を順次堆積した後、層間絶縁膜３０上にレジストパターン４２を形成する。続いてレジストパターン４２をマスクとして層間絶縁膜３０およびストッパ絶縁膜２９を加工し、コンタクトホール３２を形成する。

次に、図２４に示すように、レジストパターン４２を除去し、洗浄処理を行った後、半導体基板２５の主面上に、例えば熱酸化法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマＣＶＤ法等により２００ｎｍ以下の厚さの擬似残存膜３９を形成する。

次に、図２５に示すように、擬似欠陥部２４を覆うレジストパターン４３を形成した後、図２６に示すように、レジストパターン４３をマスクとして擬似残存膜３９をエッチングし、擬似欠陥部２４にのみ擬似残存膜３９を残す。

次に、図２７に示すように、レジストパターン４３を除去し、洗浄処理を行った後、コンタクトホール３２の内部を含む層間絶縁膜３０上および擬似残存膜３９上に金属膜を堆積し、例えばＣＭＰ法でこの金属膜の表面を平坦化することによってコンタクトホール３２の内部に金属膜を埋め込みプラグ２２を形成する。続いて層間絶縁膜３０上およびプラグ２２上にストッパ絶縁膜３６および層間絶縁膜３７を順次堆積した後、レジストパターンをマスクとしたエッチングにより層間絶縁膜３７およびストッパ絶縁膜３６を加工し、配線溝３８を形成する。続いて配線溝３８の内部を含む層間絶縁膜３７上に金属膜を堆積し、例えばＣＭＰ法でこの金属膜の表面を平坦化することによって配線溝３８の内部に上層配線３１を形成する。さらに検査用標準試料２１の最表面に、厚さ１００ｎｍ以下の非導電性膜４０を形成してもよい。以上の工程により、検査用標準試料２１が略完成する。

ところで、擬似残存膜３９を成膜すると、通常、コンタクトホール３２の側壁にも擬似残存膜３９は形成される。しかし、擬似残存膜３９の厚さをコンタクトホール３２の直径の１割以下とすることにより、側壁に形成された擬似残存膜３９の影響を無視することが可能である。さらに精密な評価を必要とする場合は、熱酸化法またはプラズマＣＶＤ法等の非等方的な成膜方法により擬似残存膜３９を形成することにより、コンタクトホール３２の側壁への成膜を抑えて、コンタクトホール３２の底部へ主とした成膜が可能である。

このように、本実施の形態２によれば、検査用標準試料２１の擬似欠陥部２４を被検査対象の不良コンタクトホールとほぼ同じ材質および構造により構成し、検査用標準試料２１の二次電子画像の電位コントラストと被検査対象の二次電子画像の電位コントラストとを比較することにより、前述した実施の形態１と同様に、不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを非破壊で、かつ正確に推測することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の半導体装置の製造方法は、例えば半導体装置に形成されるコンタクトホールの不良を検出する検査工程に利用することができる。

本発明の実施の形態１による二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に残る非導電性膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態１による検査用標準試料の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による検査用標準試料の製造工程を示す要部断面図である。 図３に続く検査用標準試料の製造工程中の図３と同じ箇所の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による露光用レチクルの要部上面図である。 図４に続く検査用標準試料の製造工程中の図３と同じ箇所の要部断面図である。 図６に続く検査用標準試料の製造工程中の図３と同じ箇所の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による露光用レチクルの要部上面図である。 図７に続く検査用標準試料の製造工程中の図３と同じ箇所の要部断面図である。 図９に続く検査用標準試料の製造工程中の図３と同じ箇所の要部断面図である。 本発明の実施の形態１によるその最表面に非導電性膜を形成した検査用標準試料の要部断面図である。 本発明の実施の形態１による被検査対象の不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査装置を示す構成図である。 本発明の実施の形態１による不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さを推定する検査方法の工程図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ検査用標準試料の二次電子画像および二次電子の信号強度分布である。 本実施の形態１による検査用標準試料の二次電子画像の電位コントラストとコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さとの関係を示すグラフ図である。 本実施の形態１による推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのウエハ面内分布である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ推定された不良コンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さのチップ単位分類および検査装置の画面表示である。 本発明の実施の形態１による被検査対象に形成されるコンタクトホールの形成工程図である。 本発明の実施の形態２による検査用標準試料の要部断面図である。 本発明の実施の形態２による検査用標準試料の製造工程を示す要部断面図である。 図２０に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２１に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２２に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２３に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２４に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２５に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。 図２６に続く検査用標準試料の製造工程中の図２０と同じ箇所の要部断面図である。

符号の説明

１ 検査用標準試料
２ プラグ
３ 正常部
３ａ コンタクトホールパターン
４ 擬似欠陥部
４ａ コンタクトホールパターン
５ 半導体基板
６ 層間絶縁膜
７ コンタクトホール
８ 擬似残存膜
９ ウェル
１０ 拡散層
１１ レジストパターン
１２ レチクル
１３ マーク
１４ レジストパターン
１５ レチクル
１６ 欠陥パターン
１７ 非導電性膜
１８ 二次電子画像
２１ 検査用標準試料
２２ プラグ
２３ 正常部
２４ 擬似欠陥部
２５ 半導体基板
２６ 層間絶縁膜
２７ ストッパ絶縁膜
２８ 下層配線
２９ ストッパ絶縁膜
３０ 層間絶縁膜
３１ 上層配線
３２ コンタクトホール
３４ 層間絶縁膜
３５ 配線溝
３６ ストッパ絶縁膜
３７ 層間絶縁膜
３８ 配線溝
３９ 擬似残存膜
４０ 非導電性膜
４１，４２，４３ レジストパターン
１００ 検査装置
１０１ 電子光学系
１０２ ステージ機構系
１０３ ウエハ搬送系
１０４ 真空排気系
１０５ 光学顕微鏡制御系
１０６ 制御系
１０７ 操作部
１０８ 電子銃
１０９ コンデンサレンズ
１１０ 対物レンズ
１１１ 検出器
１１２ 偏向器
１１３ 上面電極
１１４ ウエハ高さ検出器
１１５ ＸＹステージ
１１６ ウエハ
１１７ ホルダ
１１８ リターディング電源
１１９ カセット載置部
１２０ ウエハローダ
１２１ 信号検出系制御部
１２２ ブランキング制御部
１２３ ビーム偏向補正制御部
１２４ 電子光学系制御部
１２５ ウエハ高さセンサ検査系
１２６ ステージ制御部
１２７ 操作画面
１２８ 画像処理部
１２９ 画像・検査データ保持部
１３０ 演算部
１３１ 外部サーバ

Claims (5)

1. 以下の検査工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
   （ａ）互いにコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値が異なる複数の検査用標準試料を用意する工程；
   （ｂ）前記複数の検査用標準試料にそれぞれ電子線を照射して、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストをそれぞれ取得する工程；
   （ｃ）前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係を取得する工程；
   （ｄ）被検査対象に電子線を照射して、前記被検査対象が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストを取得する工程；
   （ｅ）前記（ｃ）工程で取得した前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの二次電子画像の電位コントラストと前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールの底面に形成した擬似残存膜の厚さまたは抵抗値との関係から、前記被検査対象が有するコンタクトホールの底面に残る不要残存膜の厚さまたは抵抗値を推定する工程、
   ここで、前記工程（ａ）で用意される前記複数の検査用標準試料は、以下の工程を含む：
   （ａ１）半導体基板の主面上に絶縁膜を堆積する工程、
   （ａ２）前記絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程、
   （ａ３）前記コンタクトホールの内部を含む前記絶縁膜上に３００ｎｍ以下の厚さの前記擬似残存膜を形成する工程、
   （ａ４）擬似欠陥部のコンタクトホールをマスクパターンで覆い、擬似欠陥部以外の領域の擬似残存膜を除去する工程、
   （ａ５）前記コンタクトホールの内部に導電性膜を埋め込む工程。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記（ａ５）工程の後に、前記半導体基板の主面上に非導電性膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールは、前記半導体基板に接していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体基板に不純物を導入して形成された拡散層に前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールが接していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記複数の検査用標準試料が有するコンタクトホールは、下層配線と上層配線との間の絶縁膜に、前記下層配線および前記上層配線に接して形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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