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JP2008252009A - 300 mm silicon test wafer and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

300 mm silicon test wafer and semiconductor manufacturing apparatus Download PDF

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JP2008252009A
JP2008252009A JP2007094492A JP2007094492A JP2008252009A JP 2008252009 A JP2008252009 A JP 2008252009A JP 2007094492 A JP2007094492 A JP 2007094492A JP 2007094492 A JP2007094492 A JP 2007094492A JP 2008252009 A JP2008252009 A JP 2008252009A
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JP
Japan
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film
wafer
silicon
edge
test wafer
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Withdrawn
Application number
JP2007094492A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Furumura
雄二 古村
Naomi Mura
直美 村
Katsuhiro Fujino
勝裕 藤野
Shinji Nishihara
晋治 西原
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Philtech Inc
Original Assignee
Philtech Inc
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Publication date
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Publication of JP2008252009A publication Critical patent/JP2008252009A/en
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a 300 mm silicon test wafer and the like, whereby high reproducibility is proper for the structure of an edge of the 300 mm test wafer for ensuring performance data evaluation in a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluating apparatus, and the like, and wherein exfoliation of a film or scratches are not produced. <P>SOLUTION: The 300 mm silicon test wafer of the present invention is provided for developing or evaluating the semiconductor manufacturing apparatus, the evaluating apparatus, and a material. The test wafer is manufactured and designed, such that the end face of the edge and a surface within 0.3 mm from the end face of the edge are made of the same material up to a depth of at least 10 nm, and thus the surface of the edge has stable electrical characteristics. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体製造装置、評価装置などの性能データ評価を確実にするための300mmテストウエハのエッジ部の構造および当該エッジ部の処理技術に関する。   The present invention relates to a structure of an edge portion of a 300 mm test wafer and a processing technique for the edge portion to ensure performance data evaluation of a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluation apparatus, or the like.

ウエハ上に半導体デバイスを作製するときに、当該ウエハは、プラズマ、イオン、または電荷を利用したいくつかの加工装置で処理される。そのとき、加工装置が発生する電荷(チャージ)または加工装置で利用する薬剤の電荷が配線メタルを通してゲート電極まで伝わり、当該電荷がゲート酸化膜を破壊し、損傷を与える。この現象は「チャージダメージ」と呼ばれる。高い歩留まりで半導体デバイスを製造するため、当該チャージダメージを低く抑えるための制御技術が開発されている。技術の進歩と共にチャージダメージはより小さく制御する必要があるので、チャージダメージの制御技術の開発は継続して行われている。当該開発を効率よく行うために、チャージダメージを加速的に与えるウエハを用いることがある。このウエハはチャージモニターのための「テストウエハ」と呼ばれる。 When manufacturing a semiconductor device on a wafer, the wafer is processed by several processing apparatuses using plasma, ions, or electric charges. At that time, the charge generated by the processing apparatus or the charge of the chemical used in the processing apparatus is transmitted to the gate electrode through the wiring metal, and the charge destroys the gate oxide film and causes damage. This phenomenon is called “charge damage”. In order to manufacture semiconductor devices with a high yield, a control technique for suppressing the charge damage has been developed. Since charge damage needs to be controlled to a smaller level as technology advances, development of charge damage control technology continues. In order to efficiently perform the development, a wafer that accelerates charge damage may be used. This wafer is called a “test wafer” for charge monitoring.

上記のテストウエハでは、シリコンウエハ酸化膜をゲート絶縁膜として用いるMOSキャパシタのメタル部分にポリシリコンを用い、そのポリシリコンをフィールド絶縁膜の上にまで拡張して大面積の電極を作製し、拡張電極がデバイス製造工程で発生する電荷を効率よく集めることにより電荷によるゲート絶縁膜の破壊を加速させ、チャージダメージを評価する。   In the above test wafer, polysilicon is used for the metal part of the MOS capacitor using the silicon wafer oxide film as the gate insulating film, and the polysilicon is extended over the field insulating film to produce a large-area electrode. By efficiently collecting the charges generated by the electrodes in the device manufacturing process, the breakdown of the gate insulating film due to the charges is accelerated, and the charge damage is evaluated.

ダメージモニタ専用で用いられるテストウエハの構造(セル構造)の一例を図8と図9に示す。図8は縦断面図を示し、図9は平面図を示す。図8と図9に示したテストウエハ100で、101は基板であり、102は基板101の表面に形成された絶縁膜(例えば350nmの厚さ)であり、103は絶縁膜102上に形成されたポリシリコン膜(例えば150〜450nm)である。ポリシリコン膜103は、図9に示すように、アンテナ領域103aとパッド領域103bとアクティブ領域103cの各部を有する。アクティブ領域103cには、上記の絶縁膜102によってゲート酸化膜(例えば4nmの厚さ)102aが形成されている。アクティブ領域に対するアンテナ領域の面積の割合をアンテナ比という。アンテナ比は2から百万まで、あるいはそれ以上にまで設計される。本発明に用いたウエハはアンテナ比百万まで設計されている。アンテナ比が大きいほど、チャージを捕獲してアクティブ領域の酸化膜を通過する電荷量が多くなる。通過する電荷量に応じて酸化膜はダメージを受けるので、アンテナ比が大きいほど敏感になる。ダメージが一定量を超えると酸化膜は破壊されて、導体のような材料に変化する。破壊されるまでは酸化膜は絶縁性を保ち、注入された電荷と内部に発生した欠陥を通してわずかの電流を流す。酸化膜が破壊される前と破壊された後では、際立って異なる電流電圧特性を示す。その典型的な特性カーブを参考として図18に示す。実線501が破壊される前、破線502が破壊された後の特性である。これらの特性501,502が、ゲート酸化膜の厚みが4nmのときの典型的特性である。チップ毎にこの特性カーブを確かめ、破壊されていたかどうかを調べ、破壊のウエハ分布マップを作ると破壊を誘発した原因を特定できる。実施例の説明では破壊マップを用いる。カーブから破壊を簡便に判定するには、一定値、例えば10のマイナス6乗の電流が流れたときの電圧を用いるのが便利であるので、その電圧を分類して破壊を判定する。チャージダメージは以上のアンテナつきのゲート電極の金属膜とシリコン酸化膜、シリコン基板の作るダイオードの破壊で評価する。 An example of a test wafer structure (cell structure) used exclusively for damage monitoring is shown in FIGS. FIG. 8 shows a longitudinal sectional view, and FIG. 9 shows a plan view. In the test wafer 100 shown in FIGS. 8 and 9, 101 is a substrate, 102 is an insulating film (eg, a thickness of 350 nm) formed on the surface of the substrate 101, and 103 is formed on the insulating film 102. A polysilicon film (for example, 150 to 450 nm). As shown in FIG. 9, the polysilicon film 103 has each part of an antenna region 103a, a pad region 103b, and an active region 103c. In the active region 103c, a gate oxide film (for example, 4 nm thick) 102a is formed by the insulating film 102 described above. The ratio of the area of the antenna area to the active area is called the antenna ratio. The antenna ratio is designed from 2 to 1 million or more. The wafer used in the present invention is designed up to a million antenna ratio. The larger the antenna ratio is, the more charge is captured and passed through the oxide film in the active region. Since the oxide film is damaged according to the amount of charge passing therethrough, it becomes more sensitive as the antenna ratio increases. When the damage exceeds a certain amount, the oxide film is destroyed and changed to a material like a conductor. The oxide film remains insulative until it is destroyed, and a small amount of current flows through the injected charges and defects generated inside. Before and after the oxide film is destroyed, the current-voltage characteristics are markedly different. The typical characteristic curve is shown in FIG. 18 for reference. This is the characteristic after the broken line 502 is broken before the solid line 501 is broken. These characteristics 501 and 502 are typical characteristics when the thickness of the gate oxide film is 4 nm. By checking this characteristic curve for each chip, examining whether it was destroyed or not, and creating a wafer distribution map of destruction, the cause of the destruction can be identified. In the description of the embodiment, a destruction map is used. In order to easily determine the destruction from the curve, it is convenient to use a voltage when a current of a constant value, for example, 10 to the sixth power, flows. Therefore, the breakdown is determined by classifying the voltage. Charge damage is evaluated by the destruction of the metal film of the gate electrode with the antenna, the silicon oxide film, and the diode formed by the silicon substrate.

電荷を発生させる、または用いる装置は多種類ある。電荷を発生させる半導体デバイス製造装置は、プラズマを用いる装置やイオンを用いる装置、電解液を用いるものが主であり、例えば、エッチャー、プラズマ化学気相成長装置、イオン注入装置、スパッッタリング装置、化学機械研磨装置(CMP装置)がある。その他に、みかけ上電荷を用いない装置ではあるが、摩擦により絶縁性の水が電荷を発生させる装置がある。下記の非特許文献1によれば、純水をシリコンウエハに衝突させることで−30ボルト(V)の表面電位がウエハの回転数に応じて生じる。 There are many types of devices that generate or use charge. Semiconductor device manufacturing apparatuses that generate electric charge are mainly apparatuses that use plasma, apparatuses that use ions, and apparatuses that use an electrolytic solution. For example, etchers, plasma chemical vapor deposition apparatuses, ion implantation apparatuses, sputtering apparatuses, and chemical machinery There is a polishing apparatus (CMP apparatus). In addition, although there is an apparatus that does not use an apparent charge, there is an apparatus in which insulating water generates an electric charge by friction. According to the following non-patent document 1, a surface potential of −30 volts (V) is generated according to the number of rotations of the wafer by causing pure water to collide with the silicon wafer.

電荷の与える影響は装置構造に依存しており、特にウエハエッジの固定の仕方や固定台表面の密着度合いなどが関係していることが分かってきた。そのため、ウエハエッジの状況を電気的に明確に一定に制御する必要が出てきた。しかし、ウエハエッジの与える影響を考慮しないで、本発明の対象であるテストウエハは製造されている。テストウエハはさまざまな会社のさまざまな装置を用いて製造される。ウエハエッジの材料構造は用いる装置のウエハ支持機構に応じて決まってしまっているので、意図しないうちに材料構造が決まっているという経緯がある。参考として、装置に依存してウエハエッジにつく膜がどのように異なるのかを図19,20,21,22に示す。図19はウエハ511の両面に成長膜512を形成するCVD等のバッチ処理炉(チューブ513)による膜成長の例を示している。酸化膜の成長やシリコン窒化膜、ポリシリコン膜の成長は、ほとんどがこの方式である。膜512はエッジを含むウエハ511の全面に成長する。図20はクランプ機構521を備えたウエハ支持機構522の装置の例である。クランプ機構521がウエハ523のエッジを覆うので、ウエハ523のエッジには膜524(金属膜、絶縁膜等)は成長しない。図21は、例えば静電チャック531でウエハ532を吸着する例を示す。533はカバーリングである。ガスが気相でウエハ532のエッジの裏面にまで回りこみ、膜534(金属膜、絶縁膜等)の成長が起きる。スッパタリング装置で用いる場合でもは裏には成長しないが、比較的高圧の仕様で処理してベーベル裏面にも成長させることができる。図22はシールド機構541が備えられた装置の例である。シールド機構541はシールドガイド542を備える。シールド機構541が作用してウエハ532のエッジの裏面には膜成長がおきにくい。粒子が直線的に進むスパッタリング装置ではシールド機構541の影には成長しない。以上はエッジ材料に影響する膜成長装置であったが、洗浄装置もテストウエハのエッジ材料構造を決めてしまっている。ウエハのエッジ処理装置を図23に示す。これは枚葉の処理装置の例である。ウエハ551の表面からは窒素ガス552を吹き付けてあり、この強度を調整すること((A)の場合は「強」、(B)の場合は「弱」)でエッチング用の薬品553のウエハ裏面からウエハ表面への回りこみが制御される。他の目的の工程も同じ処理装置を用いるので、特に設計してデータを取り目的に合わせて制御仕様を変更しない限り、一定の洗浄仕様で固定されて用いられる。吹き付ける窒素552が弱いと薬品はウエハ表面に回りこみ、エッジ端面と表面のエッジ部数mmまでの膜554を除去する。テストウエハについてはエッジ材料を意図的に設計するニーズがなかったので、エッジ材料構造に依存する課題のデータを測定して、そのデータをもとに装置の条件を設計し、製造仕様を設計するということはなかった。以上の背景があるので、本発明はテストウエハというデバイス製造を目的としないウエハについて、エッジの材料構造が与える影響を説明してエッジ材料構造を設計して規定する。 It has been found that the effect of electric charges depends on the structure of the apparatus, and in particular, the method of fixing the wafer edge and the degree of adhesion of the surface of the fixing table are related. For this reason, it has become necessary to control the wafer edge condition clearly and electrically. However, the test wafer which is the object of the present invention is manufactured without considering the influence of the wafer edge. Test wafers are manufactured using various equipment from various companies. Since the material structure of the wafer edge is determined according to the wafer support mechanism of the apparatus to be used, the material structure is unintentionally determined. For reference, FIGS. 19, 20, 21, and 22 show how the film attached to the wafer edge differs depending on the apparatus. FIG. 19 shows an example of film growth by a batch processing furnace (tube 513) such as CVD for forming the growth film 512 on both surfaces of the wafer 511. Most of the growth of the oxide film, the silicon nitride film, and the polysilicon film is performed by this method. The film 512 is grown on the entire surface of the wafer 511 including the edge. FIG. 20 shows an example of an apparatus of a wafer support mechanism 522 provided with a clamp mechanism 521. Since the clamp mechanism 521 covers the edge of the wafer 523, the film 524 (metal film, insulating film, etc.) does not grow on the edge of the wafer 523. FIG. 21 shows an example in which the wafer 532 is attracted by, for example, the electrostatic chuck 531. Reference numeral 533 denotes a cover ring. The gas flows in the vapor phase to the back surface of the edge of the wafer 532, and the film 534 (metal film, insulating film, etc.) grows. Even if it is used in a sputtering apparatus, it does not grow on the back side, but it can be grown on the back side of the bevel by treating it with a relatively high pressure specification. FIG. 22 shows an example of an apparatus provided with a shield mechanism 541. The shield mechanism 541 includes a shield guide 542. The shield mechanism 541 acts so that film growth hardly occurs on the back surface of the edge of the wafer 532. In the sputtering apparatus in which the particles travel linearly, they do not grow in the shadow of the shield mechanism 541. The above is the film growth apparatus that affects the edge material, but the cleaning apparatus also determines the edge material structure of the test wafer. A wafer edge processing apparatus is shown in FIG. This is an example of a sheet processing apparatus. Nitrogen gas 552 is blown from the front surface of the wafer 551, and adjusting the strength ("strong" in (A), "weak" in (B)), the wafer back surface of the etching chemical 553 To the wafer surface is controlled. Since the same processing apparatus is used for processes for other purposes, it is fixedly used with a fixed cleaning specification unless it is specifically designed and data is taken and the control specification is changed according to the purpose. When the nitrogen 552 to be blown is weak, the chemicals wrap around the wafer surface and remove the film 554 up to the edge end surface and several mm of the edge portion of the surface. Since there was no need to intentionally design edge materials for test wafers, we measure the data of issues that depend on the edge material structure, design the equipment conditions based on that data, and design the manufacturing specifications. It never happened. In view of the above background, the present invention designs and defines the edge material structure by explaining the influence of the edge material structure on a test wafer called a wafer not intended for device manufacture.

なおここで、図10の(A),(B)を参照して、ウエハのエッジ周りの場所に関する用語を定義する。図10において、201はウェハの端または縁の部分を示し、201aはウエハ表面、201bはウエハ裏面である。破線ブロック202で示した部分がエッジ部であり、先端部203がエッジ部端面である。さらに輪郭203aはエッジ部表面を示し、輪郭203bはエッジ部裏面を示し、破線輪郭204はべーベルである。べーベル204は、エッジ部表面203aとエッジ部裏面203bとを加えたものである。   Here, with reference to FIGS. 10A and 10B, terms relating to locations around the edge of the wafer are defined. In FIG. 10, 201 indicates the edge or edge portion of the wafer, 201a indicates the wafer front surface, and 201b indicates the wafer back surface. A portion indicated by a broken line block 202 is an edge portion, and a tip portion 203 is an edge portion end surface. Further, the contour 203a shows the surface of the edge portion, the contour 203b shows the back surface of the edge portion, and the broken-line contour 204 is a bevel. The bevel 204 is obtained by adding an edge portion surface 203a and an edge portion back surface 203b.

上記のエッジ部202の処理に関しては電気的な接触の観点だけではない。CMP(化学機械研磨)という工程があり、ウエハを平坦にするために使われる。これにはスラリーと呼ぶ液体に混ぜた研磨粉を使うが、これがウエハエッジの材料を研磨するときに、エッジ部の膜構造に依存して、新たな膜剥離を作り出したり、剥離片が傷を与えるという障害を生み出す。これは、研磨粉がウエハの上の膜を研磨するときに、圧力をかけた研磨運動に応じて大きな水平方向のストレスを与えるからである。特にウエハのエッジ部にはストレスが集中するので、膜が局所的に薄かったりすると、そこから剥離片が発生してその障害が起きやすい。また他の理由でも剥離片が発生する。レジストのエッジリンス不足があると、部分的に残ったテジストがマスクとなり膜エッチ工程でそれが残り、ゴミが残ったと同じになる。これも剥がれて剥離片となり傷の障害を与える。これを解決するために、エッジ部を研磨して削るという技術が採用されるようになった。そのための装置ニーズも高まってきた。それを記述した文献が下記の非特許文献2である。 The processing of the edge portion 202 is not only in terms of electrical contact. There is a process called CMP (Chemical Mechanical Polishing), which is used to flatten the wafer. For this, polishing powder mixed in a liquid called slurry is used, but when this polishes the material of the wafer edge, depending on the film structure of the edge part, it creates a new film peeling or scratches the peeled piece This creates a barrier. This is because when the polishing powder polishes the film on the wafer, a large horizontal stress is applied in accordance with the polishing motion under pressure. In particular, since stress concentrates on the edge portion of the wafer, if the film is locally thin, peeling pieces are generated from the film, and the failure tends to occur. In addition, peeling pieces are generated for other reasons. If there is insufficient edge rinse of the resist, the partially left tedist becomes a mask, which remains in the film etching process, which is the same as when dust remains. This also peels off and becomes a peeled piece, which causes damage to the wound. In order to solve this problem, a technique of polishing and scraping the edge portion has been adopted. The equipment needs for that purpose have also increased. The literature which describes it is the following non-patent literature 2.

障害を起こすエッジ部の材料膜を削りとるというのは解決策の一つであるが、削りとる場合であっても、電気的な接触特性を規定できるようにする必要がある。加工すべきパタンの寸法が130nm以下の微細さになり、かつ大きな300mmのウエハにおいてエッジ部の構造は以前には注目してなかったが、問題になって浮上してきた。問題の一つとすべきバリアー膜の厚さを例に引きながら、問題となる時期について述べておく。バリアー膜の厚さは世界共通認識があり、例えば下記の非特許文献3に記述されている。 Although it is one of the solutions to scrape the material film of the edge part that causes the obstacle, it is necessary to be able to define the electrical contact characteristics even in the case of scraping. The size of the pattern to be processed has become as fine as 130 nm or less, and the structure of the edge portion in a large 300 mm wafer has not been noticed before, but has emerged as a problem. Let us describe the timing of the problem, taking the thickness of the barrier film, which should be one of the problems, as an example. The thickness of the barrier film has a universal recognition, and is described in, for example, Non-Patent Document 3 below.

ここで参考に、バリアーメタルの厚さの設計予測を、微細さの技術ノード(MPUのハーフピッチ)と共に表1に抜粋して示す。 For reference, the design prediction of the thickness of the barrier metal is extracted and shown in Table 1 together with the technology node of fineness (MPU half pitch).

Figure 2008252009
Figure 2008252009

バリアーメタルはウエハエッジにも付着するが、10nmより薄い膜では電気的特性が明確にならない恐れがある。ウエハエッジと接触する装置部品や装置薬液があるときは、エッジ部を構成する材料は安定に定義される必要がある。   The barrier metal also adheres to the wafer edge, but there is a risk that the electrical characteristics will not be clear if the film is thinner than 10 nm. When there are apparatus parts and apparatus chemicals that come into contact with the wafer edge, the material constituting the edge portion needs to be defined stably.

ウエハエッジは、周囲長が長く、プラズマ装置ではプラズマの不均一な部分が発生しやすい反応室の周辺部におかれて不均一プラズマにさらされるので、ダメージの原因になるプラズマ不均一性の影響を受けやすい。ウエハは電荷で満ちたプラズマで囲まれるが、総合的な電気的な振る舞いはウエハの導電性の特徴と関係することが分かってきた。ウエハは、プラズマのほかに、固定ピンおよびウエハ支持台と、電気的な接触・非接触の関係が作られている。プラズマはウエハの電位分布と関係するので、接触部分全部を制御する必要が出てきた。例えば測定のための導電性を得るため、裏面の導通をとるための裏面エッチを行うが、ウエハエッジの表面にはわずかに絶縁膜とポリシリコンが残り、ウエハエッジの固定ピンが電気的に触れるときと、触れないときがあり、再現性がない。ウエハのエッジ部の従来構造を図11に示す。図11は、300mmウエハのエッジ部202を示し、ウエハ301はシリコンウエハである。ウエハ301のウエハ表面には上記のごとくゲート酸化膜302とポリシリコン膜303が形成されている。エッジ部202において、ゲート酸化膜302はウエハ301のエッジ部端面203に到るまで成膜されている。なおウエハ301の裏面は上記のごとく薬液エッチングされている。エッジ部の構造については、電気的な接触が、エッジ部端面203での固定ピンの構造にもよるので、これに影響される特性を評価する目的には再現性のあるエッジ構造が望まれていた。 Since the wafer edge has a long perimeter and is exposed to non-uniform plasma in the periphery of the reaction chamber where plasma non-uniform parts are likely to occur in the plasma device, the influence of plasma non-uniformity that causes damage is affected. Easy to receive. Although the wafer is surrounded by a plasma filled with charge, it has been found that the overall electrical behavior is related to the conductivity characteristics of the wafer. In addition to plasma, the wafer has an electrical contact / non-contact relationship with the fixing pins and the wafer support. Since plasma is related to the potential distribution of the wafer, it has become necessary to control the entire contact area. For example, in order to obtain conductivity for measurement, backside etching is performed to make the backside conductive. However, a slight amount of insulating film and polysilicon remain on the surface of the wafer edge, and the wafer edge fixing pin makes electrical contact. , Sometimes not touching, not reproducible. A conventional structure of the edge portion of the wafer is shown in FIG. FIG. 11 shows an edge portion 202 of a 300 mm wafer, and the wafer 301 is a silicon wafer. As described above, the gate oxide film 302 and the polysilicon film 303 are formed on the wafer surface of the wafer 301. In the edge portion 202, the gate oxide film 302 is formed until reaching the edge portion end surface 203 of the wafer 301. The back surface of the wafer 301 is chemically etched as described above. As for the structure of the edge part, since the electrical contact depends on the structure of the fixing pin on the edge part end surface 203, a reproducible edge structure is desired for the purpose of evaluating the characteristics affected by this. It was.

上記のエッジ部202において、ゲート酸化膜302に仮に膜剥離、傷、または孔などがあると、そこから薬液や水が染み込み、膜を腐食や減耗させたり剥離させる障害が起こる。ポリシリコン膜残りが点状にあるとそれが剥離片になることもある。その例を図12と図13に示す。図12と図13で、301はウエハ、302はゲートシリコン酸化膜401は3つの固定ピン、402は膜剥離や減耗などを表す。1つの固定ピン401が膜剥離等402の部分に接触している。この部分は、ピン接触状態として導通・非導通の状態が不安定になる。 In the edge portion 202, if the gate oxide film 302 has a film peeling, scratch, or hole, a chemical solution or water penetrates from the gate oxide film 302, thereby causing a problem that the film is corroded, depleted, or peeled off. If the polysilicon film residue is dotted, it may become a peeling piece. Examples thereof are shown in FIGS. 12 and 13, reference numeral 301 denotes a wafer, 302 denotes a gate silicon oxide film 401, three fixing pins, and 402 denotes film peeling and wear. One fixing pin 401 is in contact with the part 402 such as film peeling. In this portion, the conductive / nonconductive state becomes unstable as a pin contact state.

また膜ポリシリコン膜の剥離は図14に示すごとく粒子ゴミ403を発生させるので、当該粒子ゴミ403が電気的接触を不安定にさせたり、固定ピンで押されると粒子ゴミ403によってさらに新しい傷を作り出すという障害の連鎖を生じていた。 Further, the peeling of the polysilicon film causes the generation of particle dust 403 as shown in FIG. 14. Therefore, when the particle dust 403 destabilizes the electrical contact or is pushed by the fixing pin, the particle dust 403 causes new scratches. It created a chain of obstacles to create.

このために、膜の孔や減耗部を通して薬液などが染み込まないようにすることと、剥離片がゴミ片とならないように、剥離を発生させない膜の組み合わせを選ぶ必要が出てきた。エッジ部の膜剥離を防ぐ方法しては、エッジ部の材料を機械研磨して取り除く方法が取られる。この課題と対策を記述した公知例として下記の特許文献1〜4を挙げることができる。 For this reason, it has become necessary to select a combination of a film that does not cause peeling, so that a chemical solution or the like does not permeate through a hole or a depletion portion of the film, and a peeling piece does not become a garbage piece. As a method for preventing film peeling at the edge portion, a method for removing the material at the edge portion by mechanical polishing is used. The following patent documents 1-4 can be mentioned as a well-known example which described this subject and countermeasure.

特許文献2,3によれば、研磨で膜を取り除く工程は膜のパタン形成工程の前にいれて、パタン転写の障害になる剥離が生じさせないようにしている。特許文献4には表面を水で保護しながら研磨すること、研磨したエッジの上には0.5μm以上の粒子が無いことが記述されている。特許文献1には剥離の問題と製造歩留まりへの影響が記述されている。このように障害は小口径ウエハの時代からあったが、最近300mmウエハでの製造の量産時代に入り、チップ歩留まりに影響を与えるウエハエッジ部分の処理がコストに影響するようになった。 According to Patent Documents 2 and 3, the process of removing the film by polishing is performed before the patterning process of the film so as not to cause peeling that becomes an obstacle to pattern transfer. Patent Document 4 describes that polishing is performed while protecting the surface with water, and that there are no particles of 0.5 μm or more on the polished edge. Patent Document 1 describes the problem of peeling and the influence on manufacturing yield. In this way, the obstacle has been in the era of small-diameter wafers, but recently, in the era of mass production of 300 mm wafers, the processing of wafer edge portions that affect the chip yield has come to affect the cost.

製造装置の支持台でウエハを固定するピンとの電気的な接触が不安定であるという上記課題のほかに、CMPと呼ばれる化学機械研磨工程でも課題があるので特に言及する。異種の材料がエッジ部、特に端面にあるとき、機械的ストレスと膜ストレスの歪が最大になる場所でもあるためと、金属の場合には電池作用で腐食が進行するなどのために、機械研磨の圧力で膜が剥がれる課題がある。180nmの線幅の技術世代でもあった課題であったが、300mmという大きなウエハを用いる130nm以下の線幅で加工する技術世代になると、付着させる膜の厚さが薄くなり、膜の中にある小さい孔を通した薬品などの染み込みに依存した腐食剥離が起こりやすくなると共に、剥離した膜片が研磨面を傷つけることが製造歩留まりの障害となっている。実際のデバイスの製造においては、表面のパタン形状に依存して付着させる膜のストレスが変わり、寸法依存の剥離問題が起きないように、寸法は同じか近い寸法を基準として用いる。即ち、例えば200nmの線幅を基準として必要な線幅が400nmなら、400nmを設計するのでなく、200nmを2本並べる設計をする。従って大きく異なる寸法は同一の層内にはないのが一般的である。それとは反対に装置性能を調べるためのテストウエハにおいては、同一の層内に大きく異なる寸法が積極的に設計されて存在する。その公知例として特許文献5を挙げることができる。 In addition to the above-described problem that the electrical contact with the pins for fixing the wafer on the support table of the manufacturing apparatus is unstable, there is a problem also in a chemical mechanical polishing process called CMP, which is particularly mentioned. Mechanical polishing due to the fact that the strain of mechanical stress and film stress is maximized when dissimilar materials are on the edge, especially the end face, and in the case of metal, corrosion progresses due to battery action. There is a problem that the film peels off under the pressure of. Although it was a problem that was also a technology generation with a line width of 180 nm, when it comes to a technology generation that processes with a line width of 130 nm or less using a large wafer of 300 mm, the thickness of the film to be deposited becomes thin and is in the film Corrosion peeling depending on the penetration of chemicals through small holes is likely to occur, and the peeled film piece damages the polished surface, which is an obstacle to manufacturing yield. In actual device manufacturing, the dimensions are the same or close to each other so that the stress of the deposited film changes depending on the surface pattern shape, and the dimension-dependent peeling problem does not occur. That is, for example, if the required line width is 400 nm with reference to the line width of 200 nm, the design is such that two 200 nm are arranged instead of designing 400 nm. Therefore, generally different dimensions are not in the same layer. On the other hand, in test wafers for examining apparatus performance, there are actively designed dimensions that are greatly different in the same layer. Patent document 5 can be mentioned as the well-known example.

特許文献5は、50μm以上の矩形領域の同一層内に40nmから130nmの間の少なくとも5水準のパタンが存在する配列に関する特許である。200nmの厚さのTEOS−SiOの80nm溝パタンの中にバリアーメタルとCuを入れようとすると、Ti5nm,TiN10nmを付着させると、溝の上で50nmの幅しか開口しない。しかし、下記実験で判明するように、開口部を大きくとるためにTiNをさらに薄くすると不完全な膜となり、孔があいている場合もある。このような孔が薬品の染み込み孔となり腐食を引き起こし、膜剥離の原因を作る。厚くTiNをつけると良いように見えるが、テストウエハの場合は広く分布させて設計してあるので、厚い方に合わせることはできない。デバイスを作るウエハと違い、テストウエハは基準を設けて規定する必要がある。特にストレスが集中するエッジ部とパタン寸法の間には最適な領域があるはずである。
特開平7−6985号公報 特開平9−186234号公報 特開平9−186120号公報 特開2003−257917号公報 特開2006−80238号公報 青木秀充、「Cu/LOW−K洗浄技術」、NIKKEI MICRODEVICESセミナー予稿集、A1−2、2004年9月30日発行 「拡大するエッジトリートメントのニーズ、 半導体プロセス向けにエッジ検査も本格化」、Electric Journal 2006年2月号、84ページ ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)、2003、SIA(半導体工業会)発行
Patent Document 5 is a patent relating to an arrangement in which at least five levels of patterns between 40 nm and 130 nm exist in the same layer of a rectangular region of 50 μm or more. When an attempt is made to put a barrier metal and Cu in an 80 nm groove pattern of TEOS-SiO 2 having a thickness of 200 nm, when Ti 5 nm and TiN 10 nm are deposited, only a width of 50 nm is opened on the groove. However, as will be understood from the following experiment, when TiN is further thinned to make the opening large, an incomplete film may be formed and there may be a hole. Such holes become the soaked holes of chemicals, causing corrosion and causing film peeling. Although it seems to be good to add TiN thickly, in the case of a test wafer, since it is designed to be widely distributed, it cannot be adjusted to the thicker one. Unlike wafers that make devices, test wafers need to be defined and defined. In particular, there should be an optimum region between the edge where stress is concentrated and the pattern size.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-6985 JP-A-9-186234 JP-A-9-186120 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-257717 JP 2006-80238 A Hidemitsu Aoki, “Cu / LOW-K Cleaning Technology”, NIKKEI MICRODEVICES Seminar Proceedings, A1-2, September 30, 2004 “Expanding edge treatment needs, full-scale edge inspection for semiconductor processes”, Electric Journal February 2006, page 84 ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors), 2003, SIA (Semiconductor Industry Association) issued

本発明の課題は、装置の性能データ評価を確実にするための300mmテストウエハのエッジ部の処理に関する技術を提供するものである。   An object of the present invention is to provide a technique related to processing of an edge portion of a 300 mm test wafer for ensuring the evaluation of performance data of an apparatus.

テストウエハのエッジ部は、周囲長が長く、プラズマ装置では不均一プラズマにさらされ、ダメージの原因になるプラズマ不均一の影響を受けやすい。不均一が生じるとプラズマのチャージ分布に偏りが生じる。またはウエハ上面にイオン注入機でイオンを注入するとチャージの抜け方はウエハの周囲の構造やウエハを固定する部品などとの電気的接触に応じてさまざまに分布する。またエッジ部は固定ピンとウエハ支持台と電気的な接触/非接触の関係が作られ、エッジ部の構造上再現性が悪い場合が生じた。そこでエッジ部の構造については、再現性のあるエッジ構造が望まれている。 The edge portion of the test wafer has a long peripheral length and is exposed to non-uniform plasma in the plasma apparatus, and is easily affected by non-uniform plasma that causes damage. When non-uniformity occurs, the charge distribution of the plasma is biased. Alternatively, when ions are implanted into the upper surface of the wafer by using an ion implanter, how to remove the charge is variously distributed according to the electrical contact with the structure around the wafer and the parts for fixing the wafer. In addition, the edge portion has an electrical contact / non-contact relationship between the fixing pin and the wafer support, and the reproducibility of the edge portion structure is sometimes poor. Therefore, a reproducible edge structure is desired for the structure of the edge portion.

またエッジ部分膜に傷等があると、膜の剥離が起こる。これは、電気的接触を不安定にし、固定ピンで押されると新しい傷を作り出すという障害の連鎖を生じていた。このために、剥離を発生させない膜の組み合わせを選ぶことが望まれている。   Further, if there is a scratch or the like on the edge partial film, the film peels off. This resulted in a chain of failures that destabilized the electrical contact and created a new wound when pressed with a fixed pin. For this reason, it is desired to select a film combination that does not cause peeling.

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、半導体製造装置、評価装置などの性能データ評価を確実にするための300mmテストウエハのエッジ部の構造について再現性が良好であって、膜剥離や傷等の生じることのないテストウエハの製造方法、300mmシリコンテストウエハ、および電荷を利用する半導体製造装置を提供することにある。   In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is that the reproducibility of the structure of the edge portion of a 300 mm test wafer for ensuring performance data evaluation of a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluation apparatus, etc. It is an object of the present invention to provide a test wafer manufacturing method, a 300 mm silicon test wafer, and a semiconductor manufacturing apparatus using electric charges.

本発明に係るテストウエハの製造方法、300mmシリコンテストウエハ、および電荷を利用する半導体製造装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。   In order to achieve the above object, a test wafer manufacturing method, a 300 mm silicon test wafer, and a semiconductor manufacturing apparatus using electric charges according to the present invention are configured as follows.

本発明に係るテストウエハの製造方法は、半導体製造装置、評価装置、および材料の開発または評価を目的としたテストウエハを製造する方法であって、300mmシリコンウエハの表面に金属膜と絶縁膜を形成する方法であり、上記の目的に基づいて、エッジ部より膜除去されたテストウエハを上記の開発または評価に適用する場合には300mmシリコンウエハの外周面から膜を除去してシリコンウエハ表面を露出させ、さらに、上記の目的に基づいて、300mmシリコンウエハの外周面に膜を付着させたまま上記の開発または評価に適用する場合には、膜を外周面から除去する工程を省略する。   A test wafer manufacturing method according to the present invention is a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluation apparatus, and a method for manufacturing a test wafer for the purpose of development or evaluation of a material, wherein a metal film and an insulating film are formed on the surface of a 300 mm silicon wafer. In the case of applying the test wafer from which the film is removed from the edge portion to the above development or evaluation based on the above-mentioned purpose, the film is removed from the outer peripheral surface of the 300 mm silicon wafer to remove the silicon wafer surface. In the case of applying to the above development or evaluation with the film exposed to the outer surface of the 300 mm silicon wafer based on the above-mentioned purpose, the step of removing the film from the outer surface is omitted.

本発明に係る300mmシリコンテストウエハは、表面に絶縁膜と金属膜を形成させた300mmシリコンウエハであり、エッジ部端面とこのエッジ部端面から0.3mm以内の表面が10nm以上の深さまで同じ材料であることで特徴づけられる。   The 300 mm silicon test wafer according to the present invention is a 300 mm silicon wafer having an insulating film and a metal film formed on the surface, and the same material up to a depth of 10 nm or more at the edge part end face and the surface within 0.3 mm from the edge part end face. It is characterized by being.

また本発明に係る300mmシリコンテストウエハは、シリコンウエハを酸化して作製する絶縁膜を誘電体として用いるゲートキャパシタと、ゲートキャパシタを囲う絶縁膜とを備え、ポリシリコン膜がゲートキャパシタと絶縁膜の領域の一部を覆うように配置された300mmシリコンウエハであり、さらに、絶縁膜とポリシリコン膜のいずれか一方または両方をエッジ部端面とエッジ部端面から0.3mm以内の範囲から除かずに残したことを特徴とする。装置によっては、エッジ部端面から0.3mm以内のエッジ部の表裏の領域とウェハ裏面の絶縁膜と前記ポリシリコン膜を除去してシリコン表面を露出させることが安定なエッジ仕様を決定することになるので、完全に露出させることも好ましい。 A 300 mm silicon test wafer according to the present invention includes a gate capacitor that uses an insulating film produced by oxidizing a silicon wafer as a dielectric, and an insulating film that surrounds the gate capacitor, and the polysilicon film is composed of a gate capacitor and an insulating film. It is a 300 mm silicon wafer arranged so as to cover a part of the region, and further, without removing either or both of the insulating film and the polysilicon film from the range within 0.3 mm from the edge part end face and the edge part end face. It is characterized by having left. Depending on the apparatus, it is possible to determine the stable edge specification by exposing the silicon surface by removing the insulating film and the polysilicon film on the front and back surfaces of the edge portion within 0.3 mm from the edge surface of the edge portion, the wafer back surface, and the polysilicon film. Therefore, it is also preferable to expose completely.

上記の300mmシリコンテストウエハにおいて、上記の膜材料の一つがTiナイトライド、Zrナイトライド、Taナイトライド、Cu、W、Al、アモルファスSi、アモルファスCの少なくとも一つを含む金属膜であることを特徴とする。この場合において当該金属膜はその厚さが10nm以上であることが好ましい。換言すれば、金属膜において10nm以下の部分が存在しないことが好ましい。   In the above 300 mm silicon test wafer, one of the film materials is a metal film containing at least one of Ti nitride, Zr nitride, Ta nitride, Cu, W, Al, amorphous Si, and amorphous C. Features. In this case, the metal film preferably has a thickness of 10 nm or more. In other words, it is preferable that no portion of 10 nm or less exists in the metal film.

また上記の300nmシリコンウエハにおいて、上記の材料の一つがシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、カーボンを含むシリコン酸化膜、Hf酸化膜、Zr酸化膜を含む絶縁膜であることを特徴とする。この場合において絶縁膜はその厚さが10nm以上であることが好ましい。換言すれば、金属膜において10nm以下の部分が存在しないことが好ましい。 In the 300 nm silicon wafer, one of the materials is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film containing carbon, an Hf oxide film, or an insulating film containing a Zr oxide film. In this case, the insulating film preferably has a thickness of 10 nm or more. In other words, it is preferable that no portion of 10 nm or less exists in the metal film.

さらに上記の300mmシリコンウエハにおいて、エッジ部のベーベルに10μm以上の粒子が存在しないことが好ましい。   Further, in the above 300 mm silicon wafer, it is preferable that particles of 10 μm or more are not present on the edge bevel.

本発明に係る半導体製造装置は、前述したいずれかの300mmシリコンウエハをテストウエハとして用いて開発されることを特徴とする。 A semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention is developed using any of the 300 mm silicon wafers described above as a test wafer.

本発明によれば、半導体製造装置、評価装置などの性能データ評価を確実にするための300mmシリコンテストウエハのエッジ部の構造について再現性が良好であって、膜剥離や傷等の発生を防止することができるテストウエハを作ることができる。また電気的に安定にチャージダメージを測定する300mmのテストウエハを作製でき、装置のウエハエッジの様々な固定方法に対して、エッジ部の電気特性を明確にしたので、装置に適したエッジ処理のテストウエハを選ぶことができる。   According to the present invention, the reproducibility of the structure of the edge portion of a 300 mm silicon test wafer for ensuring performance data evaluation of a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluation apparatus, etc. is prevented, and the occurrence of film peeling or scratches is prevented. A test wafer can be made. In addition, a 300 mm test wafer that can measure charge damage electrically and stably can be manufactured, and the electrical characteristics of the edge part have been clarified for various fixing methods of the wafer edge of the apparatus, so that the edge processing test suitable for the apparatus can be performed. A wafer can be selected.

以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1〜図3を参照して、直径が300mmのテストウエハとして使用する本発明に係る300mmシリコンウエハ(300mmシリコンテストウエハ)のエッジ部の構造を説明する。この300mmシリコンウエハはチャージ(電荷)モニタ用のテストウエハとして使用される。図1〜図3は300mmシリコンウエハの端または縁の部分の縦断面構造を示している。   The structure of the edge portion of a 300 mm silicon wafer (300 mm silicon test wafer) according to the present invention used as a test wafer having a diameter of 300 mm will be described with reference to FIGS. This 300 mm silicon wafer is used as a test wafer for charge monitoring. 1 to 3 show a longitudinal sectional structure of an end or edge portion of a 300 mm silicon wafer.

本実施形態に係る300mmシリコンウエハのエッジ部の構造によれば、半導体製造装置等でのシリコンウエハのエッジ部固定において電気的に絶縁するのか、または導通させるかについては、300mmシリコンウエハの装置の場合には、シリコンウエハのエッジ部端面から0.3mmの範囲で下記の構造を有するように端面処理の制御がなされていれば構造上十分に本発明の作用効果を達成し得る。   According to the structure of the edge portion of the 300 mm silicon wafer according to the present embodiment, whether to electrically insulate or conduct in the edge portion fixing of the silicon wafer in a semiconductor manufacturing apparatus or the like depends on the device of the 300 mm silicon wafer. In such a case, if the end face processing is controlled so as to have the following structure within a range of 0.3 mm from the edge face of the edge portion of the silicon wafer, the effects of the present invention can be sufficiently achieved in terms of structure.

300mmシリコンウエハのエッジ部の構造において電気的に絶縁する場合には、エッジ部端面と、このエッジ部端面から0.3mmの範囲に含まれるエッジ部表面およびウエハ表面とエッジ部裏面およびウエハ表面とが同じ膜構造および膜材料であって、膜厚を制御して一定以上の膜厚を確保すればよい。当該エッジ部の構造例を図1に示す。図1で、テストウエハはシリコンウエハ11である。図1で示した破線ブロック202は前述したエッジ部を示している。シリコンウエハ11におけるウエハ表面およびウエハ裏面、エッジ部表面、エッジ部裏面、およびエッジ部端面はすべてゲート酸化膜(SiO)12が形成され、シリコンウエハ11の全表面はゲート酸化膜12により覆われている。膜13はシリコンウエハ11の表面側に形成されたポリシリコン膜である。膜14は、シリコンウエハ11の裏面側およびエッジ部を含む範囲を覆うように形成されるポリシリコン膜である。図1において、範囲A1が上記のエッジ部端面からの0.3mmの範囲を意味している。またポリシリコン膜14の厚さは一定であり、例えば150nmである。 When electrically insulating in the structure of the edge part of a 300 mm silicon wafer, the edge part end surface, the edge part surface, the wafer surface, the edge part back surface, and the wafer surface included in a range of 0.3 mm from the edge part end surface Are the same film structure and film material, and the film thickness may be controlled to ensure a certain film thickness. An example of the structure of the edge portion is shown in FIG. In FIG. 1, the test wafer is a silicon wafer 11. A broken line block 202 shown in FIG. 1 indicates the edge portion described above. A gate oxide film (SiO 2 ) 12 is formed on the wafer surface and the wafer back surface, the edge portion surface, the edge portion back surface, and the edge portion end surface of the silicon wafer 11, and the entire surface of the silicon wafer 11 is covered with the gate oxide film 12. ing. The film 13 is a polysilicon film formed on the surface side of the silicon wafer 11. The film 14 is a polysilicon film formed so as to cover the back surface side of the silicon wafer 11 and the range including the edge portion. In FIG. 1, a range A1 means a range of 0.3 mm from the edge portion end face. The thickness of the polysilicon film 14 is constant, for example 150 nm.

次に、300mmシリコンウエハのエッジ部の構造において電気的に導通させる場合の第1の構造例を図2に示す。図2では、シリコンウエハ11の全表面がゲート酸化膜12で覆われており、さらにゲート酸化膜12の表面に関しては、ウエハ表面、エッジ部表面、エッジ部端面、エッジ部裏面が覆われるようにポリシリコン膜14が形成されている。さらにポリシリコン膜14の表面に、ポリシリコン膜14の全体を覆うような状態で金属膜15が形成されている。金属膜15の材料としては例えばTiNまたはWである。金属膜15は端面においても一定以上の膜厚になっており、例えば10nm以上である。この構造例の場合においても、図2に示すごとく、範囲A1が上記のエッジ部端面からの0.3mmの範囲を意味している。   Next, FIG. 2 shows a first structural example in the case where electrical conduction is made in the structure of the edge portion of the 300 mm silicon wafer. In FIG. 2, the entire surface of the silicon wafer 11 is covered with the gate oxide film 12, and the surface of the gate oxide film 12 is covered with the wafer surface, the edge portion surface, the edge portion end surface, and the edge portion back surface. A polysilicon film 14 is formed. Further, a metal film 15 is formed on the surface of the polysilicon film 14 so as to cover the entire polysilicon film 14. The material of the metal film 15 is, for example, TiN or W. The metal film 15 has a certain thickness or more on the end face, for example, 10 nm or more. Also in the case of this structural example, as shown in FIG. 2, the range A1 means a range of 0.3 mm from the end face of the edge portion.

さらに、300mmシリコンウエハのエッジ部の構造において電気的に導通させる場合の第2の構造例を図3に示す。図3では、シリコンウエハ11のウエハ表面のみにゲート酸化膜12が形成され、さらに酸化膜12の表面のみにポリシリコン膜13が形成されている。この構造例では、シリコンウエハ11のエッジ部端面と、このエッジ部端面から0.3mmの範囲A1におけるシリコンウエハ11の表面、裏面からエッチングですべての膜を除去し、範囲A1等およびウエハ裏面でシリコンウエハ11の表面を露出させている。   Further, FIG. 3 shows a second structure example in the case of conducting electrically in the structure of the edge portion of the 300 mm silicon wafer. In FIG. 3, the gate oxide film 12 is formed only on the surface of the silicon wafer 11, and the polysilicon film 13 is formed only on the surface of the oxide film 12. In this structure example, all the films are removed by etching from the edge surface of the silicon wafer 11 and from the front and back surfaces of the silicon wafer 11 in a range A1 of 0.3 mm from the edge surface of the edge, The surface of the silicon wafer 11 is exposed.

300mmテストウエハである300mmシリコンウエハのエッジ部の構造について電気的に絶縁する場合と導通させる場合のそれぞれに関して、安定な結果が得られる膜の厚さを実験によって求めた。絶縁する場合の実験構成と実験結果を図4と図5にそれぞれ示し、導通させる場合の実験構成と実験結果を図6と図7にそれぞれ示す。   The thickness of the film that gives a stable result was determined experimentally for each of the case of electrically insulating and conducting the structure of the edge portion of a 300 mm silicon wafer, which is a 300 mm test wafer. FIG. 4 and FIG. 5 show experimental configurations and experimental results in the case of insulation, and FIG. 6 and FIG. 7 show experimental configurations and experimental results in the case of conducting, respectively.

図4に示された絶縁する場合の実験構成では、シリコンウエハ11の表面上に形成された酸化膜(SiO膜)12の表面上に2つの針21,22を接触させて配置し、2つの針21,22の間に直流電源23と電流計24を直列接続で接続する。直流電源23の印加電圧は10Vである。酸化膜12の表面上の任意の2点の各々に針21,22を接触させ、2つの針21,22の間に10Vの電圧を印加して流れる電流を測定する。酸化膜12の厚さに応じた測定結果を図5に示す。図5の横軸は酸化膜の厚さ(t1:nm)を意味し、縦軸は電流を意味する。 In the experimental configuration in the case of insulation shown in FIG. 4, two needles 21 and 22 are arranged in contact with each other on the surface of an oxide film (SiO 2 film) 12 formed on the surface of the silicon wafer 11. A DC power source 23 and an ammeter 24 are connected in series between the two needles 21 and 22. The applied voltage of the DC power supply 23 is 10V. The needles 21 and 22 are brought into contact with each of arbitrary two points on the surface of the oxide film 12, and a current flowing by applying a voltage of 10 V between the two needles 21 and 22 is measured. A measurement result corresponding to the thickness of the oxide film 12 is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 means the thickness of the oxide film (t1: nm), and the vertical axis means the current.

図5の実験結果において、ゲート酸化膜12の厚さが10nm以下である場合(領域A2)には絶縁性が不安定であったが、10nmよりも大きくなると電流量は0になり安定した絶縁性を得ることができた。   In the experimental results of FIG. 5, when the thickness of the gate oxide film 12 is 10 nm or less (region A2), the insulating property is unstable. However, when the thickness is larger than 10 nm, the amount of current becomes zero and stable insulation is achieved. I was able to get sex.

絶縁する場合の通電現象は針21,22の圧力に依存することは当然であると考えたが、パーティクルが原因であることも想定した。パーティクルがシリコンウエハ11の上にあると、そこに10nm以下の薄い膜をCVD法で成長させると、パーティクルの陰になった部分は成長しないか、または極端に薄くなる性質があると考えた。そこで厚さ10nmのCVD−SiO膜をシリコンウエハ11に成長させ900℃で酸化したところパーティクルの部分が早く酸化されて斑点状に変色した。このテスト方法はDRAMのキャパシタのシリコン窒化膜のピンホールの有無の確認に用いる方法である。すなわちシリコンウエハ11上にパーティクルがあると、ゲート酸化膜12を形成した場合、その部分は薄くなり、絶縁性が不足する原因になる。実験からは酸化膜12として10nm以上の厚さに形成すると、十分な厚みの絶縁膜を得ることができ、安定した絶縁性を得ることができることがわかった。 Although it was considered that the energization phenomenon in the case of insulation depends on the pressure of the needles 21 and 22, it was assumed that the cause was particles. When the particles are on the silicon wafer 11, when a thin film having a thickness of 10 nm or less is grown on the silicon wafer 11 by the CVD method, it is considered that the shadowed portion of the particles does not grow or becomes extremely thin. Therefore, when a CVD-SiO 2 film having a thickness of 10 nm was grown on the silicon wafer 11 and oxidized at 900 ° C., the particle portion was quickly oxidized and discolored into spots. This test method is a method used to confirm the presence or absence of pinholes in the silicon nitride film of the DRAM capacitor. In other words, if there are particles on the silicon wafer 11, when the gate oxide film 12 is formed, the portion becomes thin, which causes insufficient insulation. From experiments, it has been found that when the oxide film 12 is formed to a thickness of 10 nm or more, an insulating film having a sufficient thickness can be obtained and a stable insulating property can be obtained.

図6に示された導通させる場合の実験構成では、シリコンウエハ11の表面上にゲート酸化膜(SiO膜)12を形成し、さらに酸化膜(SiO膜)12の表面上に形成された金属膜(TiN膜)15の表面上に2つの針21,22を接触させて配置し、2つの針21,22の間に直流電源23と電流計24を直列接続で接続する。金属膜15の表面上の任意の2点の各々に針21,22を接触させ、2つの針21,22の間に10Vの電圧を印加して流れる電流を測定する。金属膜15の厚さに応じた測定結果を図7に示す。図7の横軸は金属膜の厚さ(nm)を意味し、縦軸は電流を意味する。無限大の記号は十分に電流が流れたことを意味する。 In the experimental configuration shown in FIG. 6, the gate oxide film (SiO 2 film) 12 is formed on the surface of the silicon wafer 11 and further formed on the surface of the oxide film (SiO 2 film) 12. Two needles 21 and 22 are arranged in contact with the surface of the metal film (TiN film) 15, and a DC power source 23 and an ammeter 24 are connected in series between the two needles 21 and 22. The needles 21 and 22 are brought into contact with each of arbitrary two points on the surface of the metal film 15, and a current flowing by applying a voltage of 10 V between the two needles 21 and 22 is measured. A measurement result corresponding to the thickness of the metal film 15 is shown in FIG. In FIG. 7, the horizontal axis represents the thickness (nm) of the metal film, and the vertical axis represents the current. The infinite symbol means that enough current has flowed.

図7の実験結果において、金属膜15の厚さが10nm以下である場合(領域A3)には導電性が不安定であったが、10nmよりも大きくなると電流は無限大になり安定した導電性を得ることができた。   In the experimental results of FIG. 7, when the thickness of the metal film 15 is 10 nm or less (region A3), the conductivity is unstable. However, when the thickness is larger than 10 nm, the current becomes infinite and stable conductivity. Could get.

導通させる場合の通電現象の考え方も、絶縁する場合の通電現象の考え方と基本的に同じである。厚さ10nmのTiN膜を、チタンターゲットをスパッタすることによってシリコンウエハに成長させ、800℃で酸化したところ、この場合にもパーテクルのあるところで変色が見られた。これは、TiNのピンホールを通してチタンが酸化されたと考えられる。金属膜15として10nm以上の厚さに形成すると、十分な厚みの導電膜を得ることができ、安定した導電性を得ることが確認された。   The concept of the energization phenomenon when conducting is basically the same as the concept of the energization phenomenon when insulating. A TiN film having a thickness of 10 nm was grown on a silicon wafer by sputtering a titanium target and oxidized at 800 ° C. In this case, discoloration was observed in the presence of a particle. This is considered that titanium was oxidized through the pin hole of TiN. When the metal film 15 was formed to a thickness of 10 nm or more, it was confirmed that a sufficiently thick conductive film could be obtained and stable conductivity was obtained.

次に、チャージ(電荷)モニタ用の300mmのテストウエハの製造方法を説明する。この製造方法では、電荷モニタ用の300mmテストウエハとして、エッジ部の絶縁性と導通性が明確に分かるように製造工程を区分けした。以下に工程のフローを示す。   Next, a method for manufacturing a 300 mm test wafer for charge monitoring will be described. In this manufacturing method, as a 300 mm test wafer for charge monitoring, the manufacturing process is divided so that the insulation and conductivity of the edge portion can be clearly understood. The process flow is shown below.

(工程1) 300mm p型シリコン (またはn型シリコン)
(工程2) 前洗浄 RCA処理SC1
(工程3) パッド酸化 20nm
(工程4) 低圧シリコン窒化膜成長 SiHCl アンモニア 820℃
100nm
(工程5) フィールド酸化膜パタン露光
(工程6) エッチ シリコン窒化膜、
(工程7) レジスト 剥離 洗浄
(工程8) フィールド酸化 350nm
(工程9) シリコン窒化膜除去 パッド酸化膜除去
(工程10) ゲート酸化 4nm
(工程11) ポリシリコン 620℃ 450nmまたは150nm
(工程12) リンのイオン注入 0.5E14/cm
(n型シリコンのときはボロン)
(工程13) アニール 850℃ 1分
(工程14) ゲートパタン露光
(工程15) ポリシリコンエッチ
(工程16) レジスト 剥離 洗浄
(Process 1) 300mm p-type silicon (or n-type silicon)
(Process 2) Pre-cleaning RCA treatment SC1
(Process 3) Pad oxidation 20nm
(Process 4) Low pressure silicon nitride film growth SiH 2 Cl 2 ammonia 820 ° C.
100nm
(Process 5) Field oxide film pattern exposure (Process 6) Etch silicon nitride film,
(Step 7) Resist peeling Cleaning (Step 8) Field oxidation 350 nm
(Step 9) Silicon nitride film removal Pad oxide film removal (Step 10) Gate oxidation 4 nm
(Step 11) Polysilicon 620 ° C. 450 nm or 150 nm
(Step 12) Phosphorus ion implantation 0.5E14 / cm 2
(Boron for n-type silicon)
(Step 13) Annealing 850 ° C. 1 minute (Step 14) Gate pattern exposure (Step 15) Polysilicon etch (Step 16) Resist stripping Cleaning


以上の工程フローで製造されたウエハのエッジは酸化膜とポリシリコン膜で覆われた構造である。従来工程では、この次に、裏面研磨工程を入れた。その場合、従来例に示した通り、特に仕様設計で限定する必要がなかったのでエッジ部端面は酸化膜に覆われた部分とそうでない部分が混在していた。そのとき、その混在に対してチャージダメージが依存しない装置もあったが、依存する製造装置もあった。依存する装置の例として、あるイオン注入機があった。上の工程フロー例で作製した図11に示す端面構造のチャージダメージモニターウエハを用いてダメージを測定した。アンテナ比1Mで10%を超える割合でゲート酸化膜が破壊されるダメージを観察した。そのウエハマップの一例を図15に示す。アンテナ比が百万(1M)のダイオードを選び、P型基板(300mmウエハ601)を用いたので基板601をプラスにしてダイオードの電流電圧特性を調べた。ハッチングしたチップ602がゲート酸化膜が破壊されたチップを示す。この例では全158チップのうち54チップが破壊されていた。34%に相当する。しかし、これを上記の工程フローのウエハで調べたところ、ゲート酸化膜の破壊チップ602は1Mのアンテナ比で測定されなかった。それを図16に示す。図16では破壊チップ602が生じていない。450nmのポリシリコン膜は金属膜ほどではないが、導体膜として作用する。ウエハ周辺に注入されたイオンの電荷がポリシリコンを通してリークしたので、電荷蓄積とその不均一が解消されたと判断した。この結果としてチャージダメージが観察されないとき、この装置はエッジ周辺が確実に導体膜で覆われているときゲートにダメージを与えない製造が可能であるという装置条件の確認ができたことになる。このように確認されると、使用したウエハエッジ部の仕様ではその装置はダメージの無い注入が可能である装置と評価される。工程16の次に下記の(工程17)を実施すると、端面構造の電気的性質の違うウエハを製造できる。

The edge of the wafer manufactured by the above process flow has a structure covered with an oxide film and a polysilicon film. In the conventional process, this was followed by a backside polishing process. In that case, as shown in the prior art, it was not necessary to limit the specification design. Therefore, the edge portion end face was mixed with a portion covered with an oxide film and a portion not. At that time, there was a device where charge damage did not depend on the mixture, but there was also a manufacturing device depending on it. An example of a device that relies on was an ion implanter. Damage was measured using the charge damage monitor wafer having the end face structure shown in FIG. 11 fabricated in the above process flow example. Damage was observed where the gate oxide film was destroyed at a rate exceeding 10% at an antenna ratio of 1M. An example of the wafer map is shown in FIG. A diode with an antenna ratio of 1 million (1M) was selected, and a P-type substrate (300 mm wafer 601) was used. Therefore, the substrate 601 was made positive, and the current-voltage characteristics of the diode were examined. A hatched chip 602 indicates a chip in which the gate oxide film is broken. In this example, 54 chips out of all 158 chips were destroyed. It corresponds to 34%. However, when this was examined with the wafer of the above process flow, the gate oxide film breaking chip 602 was not measured with an antenna ratio of 1M. This is shown in FIG. In FIG. 16, the destructive chip 602 is not generated. A 450 nm polysilicon film acts as a conductor film, although not as much as a metal film. Since the charge of the ions implanted around the wafer leaked through the polysilicon, it was determined that charge accumulation and non-uniformity were eliminated. As a result, when no charge damage is observed, this apparatus has been confirmed to be capable of being manufactured without damaging the gate when the periphery of the edge is reliably covered with the conductor film. If confirmed in this way, the apparatus is evaluated as an apparatus capable of implanting without damage according to the specifications of the used wafer edge portion. When the following (Step 17) is performed after Step 16, wafers having different electrical properties of the end face structure can be manufactured.

(工程17) 裏面の薬液洗浄によるポリシリコンとゲート酸化膜の除去
この工程においては表面エッジ部に薬液が一部だけ回りこみ、全体には回りこまないように窒素を表面に吹き付けながらHFと硝酸の混合薬品でポリシリコンを、またHF洗浄液でゲート酸化膜を取る。制御することでエッジと表面1−3mmまで周りこませて膜を取る設計をした。
(Step 17) Removal of polysilicon and gate oxide film by chemical cleaning of back side In this step, HF and nitric acid are sprayed while nitrogen is blown to the surface so that only a part of the chemical solution wraps around the surface edge portion and does not wrap around the entire surface. The polysilicon is removed with the mixed chemical and the gate oxide film is removed with the HF cleaning solution. It was designed to take the film by controlling it to the edge and the surface 1-3mm.

上記工程17による処理により、エッジ部とウエハ表面の少なくとも0.3mmとウエハ裏面の全面が露出した構造仕様の300mmシリコンウエハを設計して製造した。この300mmシリコンウエハを用いてTiNのスパッタリング装置のダメージを調べた。TiNを実際にスパッタすると、膜の剥離が困難であるので、コンタクトホールの底部の自然酸化膜をとるためのArスパッタリング処理だけを行った。この装置は金属の爪でウエハを固定させる構造であるので、爪がウエハ基板と確実に電気的に接触した。図11に示す電気接触が不確実な端面構造のウエハを用いたときのゲート酸化膜破壊ダメージは1Mのアンテナ比で30%を超えていたが、本条件で作製した端面構造のウエハで測定すると1Mの破壊ダメージは無くならなかったが、10%以下になりチャージダメージが軽減された。このように確認されると、使用したシリコンウエハのエッジ部の仕様のウエハ基板を設計して用いると、そのスパッタ装置はダメージを抑制できる装置と評価される。   A 300 mm silicon wafer having a structural specification in which at least 0.3 mm of the edge portion and the wafer surface and the entire surface of the wafer back surface was exposed was designed and manufactured by the process in the step 17. This 300 mm silicon wafer was used to examine the damage of the TiN sputtering apparatus. When TiN is actually sputtered, it is difficult to peel off the film. Therefore, only Ar sputtering treatment was performed to form a natural oxide film at the bottom of the contact hole. Since this apparatus has a structure in which the wafer is fixed with a metal claw, the claw surely makes electrical contact with the wafer substrate. When the wafer having an end face structure with uncertain electrical contact shown in FIG. 11 was used, the gate oxide film destruction damage exceeded 30% at the antenna ratio of 1M. 1M destruction damage was not lost, but charge damage was reduced to 10% or less. If it confirms in this way, if the wafer substrate of the specification of the edge part of the used silicon wafer is designed and used, the sputtering device will be evaluated as a device capable of suppressing damage.

ゲート金属膜としてポリシリコン膜の代わりにW/WN/ポリシリコンの積層構造を用いた。W膜まで全てエッジシールドして成長できる枚葉装置で成長させる。その工程を示すと、次の通りである。 A laminated structure of W / WN / polysilicon was used as the gate metal film instead of the polysilicon film. The W film is grown by a single wafer apparatus that can be edge-shielded and grown. The process is as follows.

(工程1) 300mm p型シリコン (またはn型シリコン)
(工程2) 前洗浄 RCA処理SC1
(工程3) パッド酸化 20nm
(工程4) 低圧シリコン窒化膜成長 SiHCl アンモニア 820℃
100nm
(工程5) フィールド酸化膜パタン露光
(ゲートキャパシタのみにレジストを残す)
(工程6) エッチ (キャパシタ以外のポリコン窒化膜、パッド酸化膜)
(工程7) レジスト 剥離 洗浄
(工程8) フィールド酸化 350nm
(工程9) シリコン窒化膜除去 パッド酸化膜除去
(工程10) ゲート酸化 4nm
(工程11) 枚葉ポリシリコン 350nm
(工程12) リンのイオン注入 0.5E14/cm
(n型シリコンのときはボロン)
(工程13) アニール 850℃ 1分
(工程14) WN膜 50nm (周辺シールドでエッジ成長なし)
(工程15) Wスパッタ 300nm (周辺でシールドエッジ成長なし)
(工程16) ゲートパタン露光
(工程17) W/WN/ポリシリコン膜エッチ
(工程18) レジスト 剥離 洗浄
(Process 1) 300mm p-type silicon (or n-type silicon)
(Process 2) Pre-cleaning RCA treatment SC1
(Process 3) Pad oxidation 20nm
(Process 4) Low pressure silicon nitride film growth SiH 2 Cl 2 ammonia 820 ° C.
100nm
(Process 5) Field oxide film pattern exposure (resist is left only on gate capacitor)
(Process 6) Etch (Polycon nitride film other than capacitor, pad oxide film)
(Step 7) Resist peeling Cleaning (Step 8) Field oxidation 350 nm
(Step 9) Silicon nitride film removal Pad oxide film removal (Step 10) Gate oxidation 4 nm
(Process 11) Single wafer polysilicon 350 nm
(Step 12) Phosphorus ion implantation 0.5E14 / cm 2
(Boron for n-type silicon)
(Step 13) Annealing 850 ° C. for 1 minute (Step 14) WN film 50 nm (No edge growth at the peripheral shield)
(Process 15) W sputter 300nm (no shield edge growth around)
(Step 16) Gate pattern exposure (Step 17) W / WN / polysilicon film etching (Step 18) Resist stripping Cleaning

上記の状態で工程を終了させたウエハのキャパシタ以外の表面はフィールド酸化膜で、またエッジ部はシリコン窒化膜とパッド酸化膜で覆われている。ウエハ固定のための支持台とピンとこのウエハは電気的に絶縁されている。接触の導通と非導通のウエハ周辺の場所依存性はない。このエッジ構造のシリコンウエハを設計して用いてあるプラズマエッチング装置のダメージを評価し、従来構造のウエハと比較した。従来のエッジ構造(図11)では、1Mのアンテナ比で、図15のウエハマップと類似して30%の以上のダメージチップを観測した。しかし本処理のウエハでは図16のウエハマップと同様のマップを得た。即ちダメージを受けたチップは観測しなかった。同装置は、静電チャックというウエハ支持台(チャック)を備えており、ウエハ裏面全体を静電気力で吸着する形式であり、ウエハのエッジと電気的に接触する部分はない。しかし、静電吸着するための電荷がチャック全体に電極埋め込み電極のデザインに依存して分布して存在していると予測する。この例のようにウエハを絶縁膜で完全に絶縁する設計仕様でも、ダメージの低減に効果があるのを確認した。   The surface of the wafer other than the capacitor that has been processed in the above-described state is covered with a field oxide film, and the edge portion is covered with a silicon nitride film and a pad oxide film. This wafer is electrically insulated from the support and pins for fixing the wafer. There is no location dependence around the conductive and non-conductive wafers. The damage of a plasma etching apparatus that is designed and used with a silicon wafer having this edge structure was evaluated and compared with a wafer having a conventional structure. In the conventional edge structure (FIG. 11), more than 30% of damaged chips were observed in the antenna ratio of 1M, similar to the wafer map of FIG. However, a map similar to the wafer map of FIG. 16 was obtained for the wafer of this processing. That is, the damaged chip was not observed. The apparatus is provided with a wafer support (chuck) called an electrostatic chuck, which is a type that adsorbs the entire back surface of the wafer with electrostatic force, and has no portion that makes electrical contact with the edge of the wafer. However, it is predicted that the charge for electrostatic adsorption is distributed and distributed throughout the chuck depending on the design of the electrode embedded electrode. It was confirmed that the design specification that completely insulates the wafer with an insulating film as in this example is effective in reducing damage.

ゲート金属膜としてポリシリコン膜の代わりにW/WN/ポリシリコンの積層構造を用いる点は同じだが、ウエハ周囲を覆うシールド式の固定でなく全面成長装置を用いた。その工程を示すと、次の通りである。 Although a W / WN / polysilicon laminated structure is used instead of the polysilicon film as the gate metal film, the whole surface growth apparatus is used instead of the shield type fixing covering the periphery of the wafer. The process is as follows.

(工程1) 300mm p型シリコン (またはn型シリコン)
(工程2) 前洗浄 RCA処理SC1
(工程3) パッド酸化 20nm
(工程4) 低圧シリコン窒化膜成長 SiHCl アンモニア 820℃
100nm
(工程5) フィールド酸化膜パタン露光
(ゲートキャパシタのみにレジストを残す。このとき周辺にはレジストが残っている。)
(工程6) エッチ (キャパシタ以外のポリコン窒化膜)
(工程7) レジスト 剥離 洗浄
(工程8) フィールド酸化 350nm
(工程9) シリコン窒化膜除去 パッド酸化膜除去
(工程10) ゲート酸化 4nm
(工程11) 枚葉ポリシリコン 350nm
(工程12) リンのイオン注入 0.5E14/cm
(n型シリコンのときはボロン)
(工程13) アニール 850℃ 1分
(工程14) WN膜スパッタ 50nm
(工程15) CVD−W 300nm
(工程16) ゲートパタン露光
(工程17) W/WN/ポリシリコン膜のエッチ
(工程18) レジスト 剥離 洗浄
(Process 1) 300mm p-type silicon (or n-type silicon)
(Process 2) Pre-cleaning RCA treatment SC1
(Process 3) Pad oxidation 20nm
(Process 4) Low pressure silicon nitride film growth SiH 2 Cl 2 ammonia 820 ° C.
100nm
(Step 5) Field oxide film pattern exposure (resist is left only on the gate capacitor. At this time, the resist remains in the periphery)
(Process 6) Etch (Polycon nitride film other than capacitor)
(Step 7) Resist peeling Cleaning (Step 8) Field oxidation 350 nm
(Step 9) Silicon nitride film removal Pad oxide film removal (Step 10) Gate oxidation 4 nm
(Process 11) Single wafer polysilicon 350 nm
(Step 12) Phosphorus ion implantation 0.5E14 / cm 2
(Boron for n-type silicon)
(Step 13) Annealing 850 ° C. for 1 minute (Step 14) WN film sputtering 50 nm
(Process 15) CVD-W 300nm
(Step 16) Gate pattern exposure (Step 17) W / WN / Polysilicon film etching (Step 18) Resist stripping Cleaning

上記の状態で工程を終了させる。この状態で工程を終了すると、ウエハのエッジ部の上部ベーベルの部分とエッジ部端面から0.3mmの部分にまで確実にCVD−W/WN/ポリシリコン膜が成長する。この処理ではウエハ固定のための支持台とピンとは、電気的に導通される構造となる。この設計エッジ構造のウエハを用いてArスパッタリング装置のダメージを評価した。このときも、従来構造のウエハと比較した。従来エッジ構造では、1Mのアンテナ比で30%のダメージチップを観測した装置において、本処理のウエハではダメージを受けたチップは観測しなかった。完全に導通させることも、ダメージの低減に効果があるのを確認した。従って、このスパッタリング装置でダメージを低減ないしは無くするにはウエハのエッジ部と裏面を導通させる設計も有効な方法であると確認した。以上はゲート酸化膜の破壊という評価でウエハエッジの仕上げ構造を評価した。以上に挙げたゲート構造を作る材料は実施例としてあげた。材料としては、ここに挙げたもののほかに、ゲート電極としての金属膜は、TiN、ZrN、TaN、Cu、W、Al、アモルファスシリコン、アモルファスカーボンを採用することも設計上の自由である。酸化膜としては、シリコン酸化膜のほかに、シリコン窒化膜、カーボンを含む酸化膜(SiOC)、Hf酸化膜、Zr酸化膜を採用することも設計により自由である。   The process is terminated in the above state. When the process is finished in this state, the CVD-W / WN / polysilicon film is surely grown to the upper bevel portion of the edge portion of the wafer and the portion of 0.3 mm from the end face of the edge portion. In this process, the support base for fixing the wafer and the pins are electrically connected. The damage of the Ar sputtering apparatus was evaluated using the wafer having this designed edge structure. At this time, it was compared with a wafer having a conventional structure. In the conventional edge structure, in a device in which 30% damaged chips were observed at an antenna ratio of 1M, damaged chips were not observed on the wafer of this processing. It was confirmed that conducting completely was also effective in reducing damage. Therefore, it has been confirmed that the design of conducting the edge portion and the back surface of the wafer is also an effective method for reducing or eliminating the damage with this sputtering apparatus. The above evaluated the finished structure of the wafer edge by evaluating gate oxide film destruction. The materials for forming the gate structure described above are given as examples. In addition to the materials listed here, the metal film as the gate electrode can be freely designed using TiN, ZrN, TaN, Cu, W, Al, amorphous silicon, or amorphous carbon. As the oxide film, in addition to the silicon oxide film, a silicon nitride film, an oxide film containing carbon (SiOC), an Hf oxide film, or a Zr oxide film can be freely used by design.

従来はKrFの露光装置で転写可能な0.18μmのパタンしかテストウエハでは採用できなかった。しかし、ArF露光、X線露光が可能になるに従い、130nm以下のパタンも作製可能になった。この技術を用い、作製した100nmを含む線幅のラインパタンのCMP評価用の300mmテストウエハがある。前述した特許文献5ではパタン配列の先行発明が開示されているが、ウエハのエッジ部の処理は記述されていない。最適領域を確認するテストウエハを作るためにX線露光マスクを設計した。設計上のライン幅は100nmから100μmまであり、線の密度をパラメータとしてそれぞれの線幅で変化させるパタンである。この300mmテストウエハの製造方法の工程は、次の通りである。   Conventionally, only a 0.18 μm pattern that can be transferred by a KrF exposure apparatus can be used for a test wafer. However, as ArF exposure and X-ray exposure become possible, a pattern of 130 nm or less can be produced. There is a 300 mm test wafer for CMP evaluation of a line pattern having a line width including 100 nm produced using this technique. Patent Document 5 described above discloses a prior invention with a pattern arrangement, but does not describe the processing of the edge portion of the wafer. An X-ray exposure mask was designed to make a test wafer to confirm the optimum area. The design line width ranges from 100 nm to 100 μm, and is a pattern that changes with the line width using the line density as a parameter. The steps of this 300 mm test wafer manufacturing method are as follows.

(工程1) 300mm p型Si ウエハ
(工程2) 熱酸化 200nm
(工程3) 100nmを含む線パタン(上記特許文献5の特許パタン)をX線で露光転写
(工程4) エッチング 熱酸化膜200nm
(工程5) レジスト 剥離 洗浄
(工程6) Tiスパッタ 10nm
(工程7) TiN膜スパッタ 30nm
(工程8) シードCuスパッタ 100nm
(工程9) めっきCu 1μm (周辺2mmを除く内部領域にのみ成長)
(工程10) エッジ周辺1mmのシードCu除去
(Process 1) 300 mm p-type Si wafer (Process 2) Thermal oxidation 200 nm
(Process 3) X-ray exposure transfer of a line pattern including 100 nm (patent pattern of Patent Document 5) (Process 4) Etching Thermal oxide film 200 nm
(Process 5) Resist peeling Cleaning (Process 6) Ti sputtering 10 nm
(Step 7) TiN film sputtering 30 nm
(Process 8) Seed Cu sputtering 100nm
(Process 9) Plating Cu 1 μm (Grows only in the inner region excluding the peripheral 2 mm)
(Process 10) Seed Cu removal 1mm around edge

上記の工程までで、エッジ部における0.3mmの範囲でエッジ部端面とエッジ部表面は30nmの厚さのTiN金属膜で覆われた設計となった。従来は工程2でCVD−SiOを用いたためとシードCu除去工程を省略したのでエッジ部0.3mmの部分でSiOとCu膜の異種材料が表面に現れていてCMPのスラリーの電気的腐食作用と機械圧力でCu片を剥離させ、それが研磨面の傷を発生させて、障害となった。この例を模式的に図17に示す。図17ではウエハ701の表面を示し、さらにレーザマーク702とCMP後の傷703が示されている。100nmを含むパタンはCuめっき膜に覆われていて表面には見えてない。これに対して本工程のウエハではエッジにあるCu膜の除去を行いエッジの端面をグルーレイヤーのTi膜10nmとその上のTiN膜30nmで均一に覆う構造仕様にした。ウエハの内部領域で用いた材料と同じ材料がウエハエッジまで延びて存在しており、電気的接続が保たれている。十分に厚いTiNで一様に覆われており電気腐食作用が原理的にないので剥離の問題は生じなかった。 Up to the above steps, the edge part end face and the edge part surface were covered with a TiN metal film having a thickness of 30 nm in a range of 0.3 mm in the edge part. Conventionally, since CVD-SiO 2 was used in Step 2 and the seed Cu removal step was omitted, the SiO 2 and Cu film dissimilar materials appeared on the surface at the edge portion of 0.3 mm, and the CMP slurry electrocorrosion. The Cu piece was peeled off by the action and mechanical pressure, which caused scratches on the polished surface and became an obstacle. This example is schematically shown in FIG. FIG. 17 shows the surface of the wafer 701, and further shows a laser mark 702 and a scratch 703 after CMP. The pattern including 100 nm is covered with the Cu plating film and is not visible on the surface. On the other hand, in the wafer of this process, the Cu film at the edge was removed, and the edge surface of the edge was uniformly covered with the Ti film 10 nm of the glue layer and the TiN film 30 nm thereon. The same material as that used in the inner area of the wafer extends to the wafer edge, and electrical connection is maintained. Since it was uniformly covered with sufficiently thick TiN and there was no electrocorrosion action in principle, there was no problem of peeling.

本発明は、電気的に安定な端面をもつ300mmのテストウエハを設計して提供できる。装置のウエハエッジ固定方法は様々であるが、エッジ部の電気特性を明確に設計したので、装置のウエハ固定方法に依存して適したエッジ処理の300mmテストウエハを選べるようになった。   The present invention can design and provide a 300 mm test wafer having an electrically stable end face. There are various methods for fixing the wafer edge of the apparatus, but since the electrical characteristics of the edge portion are clearly designed, it is possible to select a 300 mm test wafer with an appropriate edge processing depending on the wafer fixing method of the apparatus.

直径が300mmのテストウエハとして使用する本発明に係る300mmシリコンウエハのエッジ部の構造の第1の例を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the 1st example of the structure of the edge part of the 300 mm silicon wafer based on this invention used as a test wafer with a diameter of 300 mm. 直径が300mmのテストウエハとして使用する本発明に係る300mmシリコンウエハのエッジ部の構造の第2の例を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the 2nd example of the structure of the edge part of the 300 mm silicon wafer based on this invention used as a test wafer whose diameter is 300 mm. 直径が300mmのテストウエハとして使用する本発明に係る300mmシリコンウエハのエッジ部の構造の第3の例を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the 3rd example of the structure of the edge part of the 300 mm silicon wafer based on this invention used as a test wafer with a diameter of 300 mm. 本実施形態に係るシリコンウエハのエッジ構造の絶縁膜の絶縁特性を検査する実験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the experimental apparatus which test | inspects the insulation characteristic of the insulating film of the edge structure of the silicon wafer which concerns on this embodiment. エッジ構造の絶縁膜の絶縁特性を示すグラフである。It is a graph which shows the insulation characteristic of the insulating film of an edge structure. 本実施形態に係るシリコンウエハのエッジ構造の金属膜の導電特性を検査する実験装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the experimental apparatus which test | inspects the electroconductive characteristic of the metal film of the edge structure of the silicon wafer which concerns on this embodiment. エッジ構造の金属膜の導電特性を示すグラフである。It is a graph which shows the electrical conductivity characteristic of the metal film of an edge structure. 従来のテストウエハを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional test wafer. 従来のテストウエハを示す平面図である。It is a top view which shows the conventional test wafer. ウエハのエッジ構造の各部の用語を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the term of each part of the edge structure of a wafer. ウエハの従来のエッジ構造を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the conventional edge structure of a wafer. ウエハの固定構造を示す平面図である。It is a top view which shows the fixation structure of a wafer. ウエハのエッジ部と固定ピンの接触上の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem on the contact of the edge part of a wafer, and a fixing pin. ウエハのエッジ部と固定ピンの接触上の問題を説明する図である。It is a figure explaining the problem on the contact of the edge part of a wafer, and a fixing pin. 酸化膜が破壊したアンテナ比百万のダイオードのあるチップのマップ図である。It is a map figure of the chip | tip with the diode of a million antenna ratio which the oxide film destroyed. 破壊した酸化膜が一つもないアンテナ比百万のダイオードのあるチップのマップ図である。It is a map figure of the chip | tip with a diode of the antenna ratio million which has no broken oxide film. 100nmの酸化膜パタンの上にCuめっき膜を成長させてCMPしたあとの300mmテストウエハの傷の模式図である。It is a schematic diagram of a scratch on a 300 mm test wafer after a Cu plating film is grown on a 100 nm oxide film pattern and subjected to CMP. 酸化膜の典型的な電流電圧特性の模式図である。It is a schematic diagram of typical current-voltage characteristics of an oxide film. ウエハ両面に膜成長させるバッチ処理炉の断面図の模式図である。It is a schematic diagram of a cross-sectional view of a batch processing furnace for growing a film on both surfaces of a wafer. エッジ部を除くウエハ表面に膜成長させる装置のウエハ支持台の模式図である。It is a schematic diagram of a wafer support of an apparatus for growing a film on the wafer surface excluding an edge portion. ベーベルを含む表面に膜成長させる装置のウエハ支持台の模式図である。It is a schematic diagram of the wafer support stand of the apparatus which makes a film grow on the surface containing a bevel. 表面に膜成長させるスッパッタ装置のウエハ支持台の模式図である。It is a schematic diagram of the wafer support stand of the sputtering device which makes the film grow on the surface. 窒素ガスに依存して薬品の流れ方が違う戦場装置の模式図である。It is a schematic diagram of a battlefield apparatus in which the flow of chemicals differs depending on nitrogen gas.

符号の説明Explanation of symbols

11 シリコンウエハ
12 ゲート酸化膜
13,14 ポリシリコン膜
15 金属膜
202 エッジ部
203 エッジ部端面
203a エッジ部表面
203b エッジ部裏面
204 べーベル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Silicon wafer 12 Gate oxide film 13,14 Polysilicon film 15 Metal film 202 Edge part 203 Edge part end surface 203a Edge part surface 203b Edge part back surface 204 Bevel

Claims (10)

半導体製造装置、評価装置、および材料の開発または評価を目的に表面に金属膜と絶縁膜、シリコン基板で形成したダイオードを配列した300mmシリコンテストウエハにおいて、エッジ部端面とこのエッジ部端面から0.3mm以内の表面が10nm以上の深さまで同じ材料であることを特徴とする300mmシリコンテストウエハ。 A 300 mm silicon test wafer in which a metal film, an insulating film, and a diode formed of a silicon substrate are arranged on the surface for the purpose of developing or evaluating a semiconductor manufacturing apparatus, an evaluation apparatus, and a material. 300 mm silicon test wafer, characterized in that the surface is within 3 mm and is the same material up to a depth of 10 nm or more. シリコンウエハを酸化して作製する絶縁膜を誘電体として用いるゲートキャパシタと、前記ゲートキャパシタを囲う絶縁膜とを備え、ポリシリコン膜が前記ゲートキャパシタと前記絶縁膜の領域の一部を覆うように配置された300mmシリコンウエハにおいて、
前記絶縁膜と前記ポリシリコン膜のいずれか一方または両方をエッジ部端面とエッジ部端面から0.3mm以内の範囲から除かずに残したことを特徴とする300mmシリコンテストウエハ。
A gate capacitor using an insulating film formed by oxidizing a silicon wafer as a dielectric, and an insulating film surrounding the gate capacitor, the polysilicon film covering a part of the region of the gate capacitor and the insulating film In the arranged 300 mm silicon wafer,
A 300 mm silicon test wafer, wherein one or both of the insulating film and the polysilicon film are left without being removed from an edge portion end face and a range within 0.3 mm from the edge portion end face.
前記エッジ部端面から0.3mm以内のエッジ部の表裏の領域とウェハ裏面の前記絶縁膜と前記ポリシリコン膜を除去してシリコン表面を露出させたことを特徴とする請求項2記載の300mmシリコンテストウエハ。 3. The 300 mm silicon according to claim 2, wherein the front and back regions of the edge portion within 0.3 mm from the edge surface of the edge portion, the insulating film on the back surface of the wafer, and the polysilicon film are removed to expose the silicon surface. Test wafer. 前記膜材料の一つがTiナイトライド、Zrナイトライド、Taナイトライド、Cu、W、Al、アモルファスSi、アモルファスCの少なくとも一つを含む金属膜であることを特徴とする請求項1記載の300mmシリコンテストウエハ。 2. The 300 mm film according to claim 1, wherein one of the film materials is a metal film containing at least one of Ti nitride, Zr nitride, Ta nitride, Cu, W, Al, amorphous Si, and amorphous C. Silicon test wafer. 前記金属膜はその厚さが10nm以上であることを特徴とする請求項4記載の300mmシリコンテストウエハ。 The 300 mm silicon test wafer according to claim 4, wherein the metal film has a thickness of 10 nm or more. 前記膜材料の一つがシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、カーボンを含むシリコン酸化膜、Hf酸化膜、Zr酸化膜を含む絶縁膜であることを特徴とする請求項1記載の300mmシリコンテストウエハ。 2. The 300 mm silicon test wafer according to claim 1, wherein one of the film materials is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film containing carbon, an Hf oxide film, and an insulating film containing a Zr oxide film. 前記絶縁膜はその厚さが10nm以上であることを特徴とする請求項6記載の300mmシリコンテストウエハ。 The 300 mm silicon test wafer according to claim 6, wherein the insulating film has a thickness of 10 nm or more. エッジ部のベーベルに10μm以上の粒子が存在しないことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の300mmシリコンテストウエハ。 The 300 mm silicon test wafer according to claim 1, wherein particles having a size of 10 μm or more are not present on the edge bevel. 半導体製造装置、評価装置、および材料の開発または評価を目的に表面に金属膜と一定ピッチで並ぶ100nm以下の線幅の絶縁膜を形成した300mmシリコンテストウエハにおいて、エッジ部端面とこのエッジ部端面から0.3mm以内の表面が10nm以上の深さまで同じ材料であることを特徴とする300mmシリコンテストウエハ。 In a 300 mm silicon test wafer in which an insulating film having a line width of 100 nm or less aligned with a metal film is formed on a surface for the purpose of development or evaluation of a semiconductor manufacturing apparatus, evaluation apparatus, and material, an edge end face and the edge end face A 300 mm silicon test wafer characterized in that a surface within 0.3 mm is the same material up to a depth of 10 nm or more. 請求項1〜9のいずれか1項に記載された300mmシリコンテストウエハを用いて開発されることを特徴とする半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus developed using the 300 mm silicon test wafer according to any one of claims 1 to 9.
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