JPH07230989A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07230989A
JPH07230989A JP2151594A JP2151594A JPH07230989A JP H07230989 A JPH07230989 A JP H07230989A JP 2151594 A JP2151594 A JP 2151594A JP 2151594 A JP2151594 A JP 2151594A JP H07230989 A JPH07230989 A JP H07230989A
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JP
Japan
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film
sio
difference
thickness
capacitor
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JP2151594A
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Hideaki Matsumura
英明 松村
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体基板へのイオン注入に関
し、イオン種の違いによって生じる熱酸化膜の膜厚差を
モニターし、この膜厚差による障害を改善する。 【構成】 Si基板1を熱酸化してSiO2膜3を形成する
際、Si基板1内に注入するイオン種2の違いに起因す
る、SiO2膜3の厚さの違いを、Si基板1上に設けたSiO2
膜3の膜厚測定用のモニターパターン4により測定す
る。また、前記SiO2膜3を誘電体膜とするキャパシタに
おいて、前記SiO2膜3の厚さの違いによるキャパシタの
容量変化をSiO2膜3のパターン形状により補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板へのイオン
注入種の違いによって生じる熱酸化膜の膜厚差をモニタ
ーし、この膜厚差による障害の改善に関する。
【0002】近年の半導体装置は、ゲート酸化膜等をM
OS容量として回路に形成するが、その場合にSi基板を
電極とするため、空間電荷層の伸びによる容量低下防止
の為に、高濃度のイオン注入(例えば砒素)をSi基板の
電極部に行っている。
【0003】
【従来の技術】図3は従来例の説明図である。図におい
て、1はSi基板、2aは第1のイオン種、2bは第2のイオ
ン種、3はSiO2膜、5は上層電極、9はフィールドSiO2
膜、10はゲートSiO2膜、11はゲート電極、12はキャパシ
タ拡散層、13はソース・ドレイン拡散層、17はSiO2膜、
18は第1のレジスト膜、19は第2のレジスト膜である。
【0004】図3は従来例の説明図であり、本発明の解
決すべき問題点である高濃度イオン注入後の膜厚差の発
生原理を示す工程順模式断面図である。図中、左側の図
は高濃度のイオン注入を行ったSi基板の熱酸化により形
成したSiO2膜をキャパシタの誘電体膜として用いるキャ
パシタ領域であり、右図はn型MOSトランジスタの領
域である。
【0005】図3(a)〜(e)はウエハプロセスの中
で、問題となるプロセス工程を抜き出したものである。
図3(a)に示すように、Si基板上に次工程のイオン注
入のため、及びゲート絶縁膜形成のため、薄い200 Å程
度の厚さのSiO2膜17を熱酸化により形成する。
【0006】次に、図3(b)に示すように、マスクを
用いて第1のレジスト膜をパターニングし、キャパシタ
形成領域に第1のイオン種2aを注入する。次に、図3
(c)に示すように、第1のレジスト膜18を剥離・除去
後にウエット処理を行い、SiO2膜17を除去し、ゲート酸
化を行う。この熱酸化処理で、先程のイオン注入部の膜
厚が非注入部より厚くなり、これがキャパシタ用のSiO2
膜3となる。非注入部のMOSトランジスタ形成領域で
はゲートSiO2膜10が 150Åの厚さに形成される。膜厚の
差はイオン注入の量、即ち濃度にもよるが、 100〜200
Å程度である。つまり、倍の厚さの違いとなる。
【0007】従来行っていたダミーウエハやダイシング
ラインによる通常の膜厚測定では、その部分がイオン注
入されなかったり、もし注入されていても、他のイオン
種と混合になるため濃度差が生じて、実際の注入部分と
は異なっていた。
【0008】また、実際の回路上での測定は、素子が微
細なため、測定器の視野に入らず、測定不可能だった。
次に、図3(d)に示すように、キャパシタの上層電極
5およびMOSトランジスタのゲート電極11をパターニ
ングし、ソース・ドレイン拡散層形成のため、第2のイ
オン種2bをSi基板1の全面に注入する。
【0009】図3(e)に示すように、ソース・ドレイ
ン拡散層15形成後の状態では、*印で示す部分はキャパ
シタの下層電極となる部分であるが、膜厚差によるイオ
ン注入の偏りで濃度差が生じて負荷が付いてしまうの
で、Al配線とのコンタクト抵抗の上昇等の特性不良につ
ながる。
【0010】そのため、膜厚差が生じても拡散抵抗差に
よる障害の出ない回路のレイアウトパターン設計を行う
必要がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来のSi基板への高濃
度注入では、イオン注入後の熱酸化によるゲート酸化に
て、イオン注入部と非注入部にて基板の酸化レートに差
を生じる。そのため酸化膜の厚さに差を生じて、設計段
階での容量値と出来上りが異なったり、その膜厚差によ
るプロセス工程での障害、例えば、エッチングでの残膜
分布やイオン注入の偏りの原因となるため、膜厚差をモ
ニターし、尚かつ、膜厚差を減ずるように工程を改善す
る必要がある。
【0012】従来の膜厚測定においては、ダミーウエハ
を酸化時に挿入して、そのダミーウエハの膜厚を測定し
たり、製品ウエハのダイシングライン等を測定してい
た。ところが、イオン種が異なる等によって生じるイオ
ン注入差における膜圧差はダミーウエハやダイシングラ
インの膜厚測定では検出ができなかった。
【0013】従って、イオン注入種の違いによる酸化膜
の厚さの発生で回路特性の不具合を生じていた。本発明
は、以上の点を鑑み、膜厚測定用のモニタパターンをイ
オン種別に設けてモニターすることを目的として、膜厚
差による特性の不具合をレイアウト設計の改善で対処す
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】図1〜図2は本発明の原
理説明図であり、第一および第二の実施例の説明図であ
る。
【0015】図において、1はSi基板、3はSiO2膜、4
はモニターパターン、5は上層電極、6はチップ、7は
パッド、8はダイシングライン、9はフィールドSiO
2膜、10はゲートSiO2膜、11はゲート電極、12はキャパ
シタ拡散層、13はソース・ドレイン拡散層、14は素子分
離領域、15はソース・ドレイン用イオン注入領域、16は
高濃度イオン注入領域である。
【0016】図1は本発明の第一の実施例の説明図であ
り、キャパシタSiO2膜の膜厚測定用モニターパターンの
説明図である。図2は本発明の第二の実施例の説明図と
従来例とを対比したものであり、平面図と断面図でキャ
パシタの完成したところの工程を示している。
【0017】図中、左側の図は高濃度のイオン注入を行
ったSi基板の熱酸化により形成したSiO2膜をキャパシタ
の誘電体膜として用いるキャパシタ領域であり、右図は
n型MOSトランジスタの領域である。
【0018】従来例の問題点を解決するためには、第一
にキャパシタ形成領域の誘電体膜の厚さ、すなわちキャ
パシタSiO2膜3の厚さを正確に測定して、その値を把握
することが必要である。そのためには、測定可能な面積
のモニターパターンをSi基板内に設け、イオン種や不純
物濃度と厚さの関係をモニターする。
【0019】第二に、モニターしたSiO2膜の厚さにより
上層電極の面積を、設計したキャパシタ容量に適合する
ように調整して、上層電極用のマスクパターンを作成す
る。即ち、本発明の目的は、図1に示すように、Si基板
1を熱酸化してSiO2膜3を形成する際、Si基板1内に注
入するイオン種2の違いに起因するSiO2膜3の厚さの違
いを、Si基板1上に設けたSiO2膜3の膜厚測定用のモニ
ターパターン4により測定することにより、また、図2
に示すように、SiO2膜3を誘電体膜とするキャパシタに
おいて、SiO2膜3の厚さの違いによる容量変化を、SiO2
膜のパターン形状により補正することにより達成され
る。
【0020】
【作用】本発明では、イオン注入種別に膜厚測定用のモ
ニターパターンを形成し、膜厚をモニター出来るため、
高濃度イオン注入の有無で熱酸化法で形成したキャパシ
タSiO2膜の膜厚差が生じる場合でも、後工程の改善や特
性の予測が可能となる。
【0021】更に、設計レイアウトの改善にて膜厚差が
生じても障害の発生を防ぐことが出来る。
【0022】
【実施例】図1は本発明の第一の実施例の説明図であ
り、キャパシタSiO2膜の膜厚測定用モニターパターンの
説明図である。
【0023】図2は本発明の第二の実施例の説明図と従
来例とを対比したものであり、平面図と断面図でキャパ
シタの完成したところの工程を示している。図におい
て、1はSi基板、3はSiO2膜、4はモニターパターン、
5は上層電極、6はチップ、7はパッド、8はダイシン
グライン、9はフィールドSiO2膜、10はゲートSiO2膜、
11はゲート電極、12はキャパシタ拡散層、13はソース・
ドレイン拡散層、14は素子分離領域、15はソース・ドレ
イン用イオン注入領域、16は高濃度イオン注入領域であ
る。
【0024】図1により本発明の第一の実施例を説明す
る。先ず、SiO2膜の膜厚測定用のモニターパターンの大
きさは膜厚測定器の視野限界である90μm□に設定す
る。そして、設計レイアウトで、特性測定用のチップ6
が特定場所に設けられているSi基板1では、そのチップ
6内にモニターパターン4を挿入する。例えば、図1
(a)においては、Si基板1の中心ならびに上下左右の
周辺4か所に設けられている。
【0025】また、各々のチップ6内に設ける場合は、
図1(b)に示すように、チップ6の角部にモニターパ
ターン群4’を配置し、そのモニターパターン群4’は
図1(b−1)に示すように、Si基板1上にキャパシタ
に限らず各層毎に必要なSiO2膜の厚さを測定するモニタ
ーパターン4を並べて設ける。
【0026】あるいは、チップ内に並列しているパッド
7の部分の下に設けても良い。モニターパターン4はSi
O2膜の厚さを測定すればその後、その上にパッドや配線
が来ても構わないので、チップ内の空いた場所にモニタ
ーパターン4の設置が困難な場合には利用出来る。この
ように、モニターパターン4を高濃度イオン注入後の膜
厚測定のモニターとして使用するが、このモニターパタ
ーンは測定のみなので、測定に差支えなければゲート配
線やAl配線がその上を通過しても問題はない。
【0027】更に、チープ間のダイシングライン8内に
図1(c)に示すようにモニターパターンを設けること
も出来る。次に、本発明の第二の実施例について、図2
および図3を用いて説明する。
【0028】図中、左側の図は高濃度のイオン注入を行
ったSi基板1の熱酸化により形成したSiO2膜をキャパシ
タの誘電体膜として用いるキャパシタ領域であり、右図
はn型MOSトランジスタの領域である。
【0029】図3(a)に示すように、Si基板1上に次
工程のイオン注入のため、薄い200Å程度の厚さのSiO2
膜17を熱酸化法により形成する。次に、図3(b)に示
すように、マスクを用いて第1のレジスト膜18をパター
ニングしキャパシタ形成領域の素子部に、イオン注入法
により、第1のイオン種2aとして、例えば, 砒素イオン
(As + ) を、加速電圧30〜80 KeV, ドーズ量 2〜4x1015
/cm2 の条件で注入する。
【0030】次に、図3(c)に示すように、第1のレ
ジスト膜18を剥離して除去後にウエット処理を行いSiO2
膜17を除去し、Si基板1のゲート酸化を行う。この熱酸
化処理で、先程のキャパシタ形成領域の高濃度イオン注
入領域16の膜厚が非注入部であるMOSトランジスタ形
成領域より厚くなる。膜厚の差はイオン注入の量、即ち
濃度にもよるが、 100〜200 Å程度である。ゲートSiO2
膜10の厚さが 150Åのため、SiO2膜3の厚さは倍程度に
なる。
【0031】従来行っていたダミーウエハやダイシング
ラインによる通常の膜厚測定では、その部分がイオン注
入されなかったり、もし注入されていても、他のイオン
種と混合になるため濃度差が生じて、実際の注入部分と
は異なった膜厚となる。
【0032】また、実際の回路上での測定は、素子が微
細なため、測定器の視野に入らず、測定不可能なので、
前述の第一の実施例のように、本発明では、膜厚測定用
のモニタパターン4を形成し、そのパターンを用いて膜
厚測定モニターを行う。
【0033】次に、図3(d)に示すように、キャパシ
タの上層電極5をゲート電極11と同時にパターニングし
た後、ソース・ドレイン拡散層13の形成のため、イオン
注入法により、第2のイオン種2bとして、例えば砒素イ
オン(As + ) を加速電圧50〜70 KeV, ドーズ量3〜5×
1015/cm2 の条件で注入する。
【0034】図3(e)に示すように、従来例では、ソ
ース・ドレイン拡散層13形成後の状態では、*印で示し
た部分はキャパシタの下層電極5となる部分であるが、
膜厚差によるイオン注入の偏りで濃度差が生じて負荷が
付いてしまうので、Al配線とのコンタクト抵抗の上昇等
の特性不良につながる。
【0035】そのため、膜厚差が生じても拡散抵抗差に
よる障害の出ない回路のレイアウトパターン設計を行う
必要がある。本発明では、SiO2膜3を誘電体膜とするキ
ャパシタにおいて、先に測定したこのSiO2膜3の厚さの
違いを、上層電極5のパターン形状により補正する。そ
の例を図2により説明する。
【0036】図2は本発明の第二の実施例の説明図と従
来例とを対比したものであり、図2(a)〜(b)は従
来例、図2(c)〜(d)は本発明の実施例でキャパシ
タの完成したところの工程を示している。
【0037】前述の図3(e)の図をそのまま図2
(a)に示し、その平面図を図2(b)に示す。平面図
と断面図でキャパシタの完成したところの工程を示して
いる。Si基板1への高濃度拡散層の濃度とイオン種によ
りSiO2膜3の膜の厚さが変わり、キャパシタの容量値が
微妙に変化するため、設計値に適合するようにキャパシ
タの容量を補正するため、高濃度イオン注入領域16を図
2(b)の従来例から、図2(d)の本発明のように、
イオン注入領域を変化させるようにSiO2膜3の領域形成
用のマスクパターンを変更する。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン注入種別に膜厚測定用のモニターパターンを形成
し、膜厚をモニター出来るため、高濃度イオン注入の有
無で熱酸化膜の膜厚差が生じる場合でも、後工程の改善
や特性の予測が可能となる。
【0039】更に、設計レイアウトの改善にて膜厚差が
生じても障害の発生を防ぐことが出来る。よって、半導
体装置の特性が改善され、半導体装置の性能向上、高信
頼化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例の説明図
【図2】 本発明の第二の実施例の説明図
【図3】 従来例の説明図
【符号の説明】
図において 1 Si基板 3 SiO2膜 4 モニターパターン 5 上層電極 6 チップ 7 パッド 8 ダイシングライン 9 フィールドSiO2膜 10 ゲートSiO2膜 11 ゲート電極 12 キャパシタ拡散層 13 ソース・ドレイン拡散層 14 素子分離領域 15 ソース・ドレイン用イオン注入領域 16 高濃度イオン注入領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板(1) を熱酸化して二酸化シ
    リコン膜(3) を形成する際、該シリコン基板(1) 内に注
    入するイオン種(2) の違いに起因する該二酸化シリコン
    膜(3) の厚さの違いを、該シリコン基板(1) 上に設けた
    二酸化シリコン膜からなる膜厚測定用モニターパターン
    (4) により測定することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 前記二酸化シリコン膜(3) の厚さの違い
    によるキャパシタ用誘電体膜としての容量変化を該二酸
    化シリコン膜(3) のパターン形状により補正することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
JP2151594A 1994-02-18 1994-02-18 半導体装置の製造方法 Withdrawn JPH07230989A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011035036A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Fujitsu Semiconductor Ltd スクライブコーナモニタ、半導体ウェーハ及びモニタ方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011035036A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Fujitsu Semiconductor Ltd スクライブコーナモニタ、半導体ウェーハ及びモニタ方法

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Effective date: 20010508