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JPS5851410B2 - Mask alignment accuracy measurement method - Google Patents
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JPS5851410B2 - Mask alignment accuracy measurement method - Google Patents

Mask alignment accuracy measurement method

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Publication number
JPS5851410B2
JPS5851410B2 JP52094373A JP9437377A JPS5851410B2 JP S5851410 B2 JPS5851410 B2 JP S5851410B2 JP 52094373 A JP52094373 A JP 52094373A JP 9437377 A JP9437377 A JP 9437377A JP S5851410 B2 JPS5851410 B2 JP S5851410B2
Authority
JP
Japan
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mask
parallel
mask alignment
gate
gate electrode
Prior art date
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Expired
Application number
JP52094373A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5428573A (en
Inventor
順一 三橋
剛 山野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、二つのマスクのマスク合わせずれを高精度
に測定することができるマスク合わせ精度測定法に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring mask alignment accuracy that can measure mask alignment deviation between two masks with high precision.

従来、マスク合わせ精度を測定するには、測定用パター
ンのずれの測定を測微顕微鏡を用いて行うのが一般的で
あり、また、バーニヤ方式あるいはモアレ縞方式なども
提案されているが、いずれの方式にしても、測定は、測
定者が顕微鏡をのぞいてカーソル合わせをするかまたは
目盛の読み取りをする必要があり、これらの方式の測定
では、大量の測定は時間的にも労力的にも困難であると
いう欠点があった。
Conventionally, to measure mask alignment accuracy, it has been common to measure the deviation of the measurement pattern using a microscopic microscope, and vernier methods and moiré stripe methods have also been proposed; Even with these methods, measurements require the operator to look through a microscope and align the cursor or read the scale, and these methods require large amounts of measurement in terms of time and effort. The drawback was that it was difficult.

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、第1ゲ
ートと第2ゲートとの積重ねゲートを有する並列MOS
トランジスタを半導体ウェーバに作成することによって
、マスク合わせのずれを並列MOSトランジスタの電気
的特性として高精度に検出することを可能にするマスク
合わせ精度測定法を提供することを目的としたものであ
る。
This invention has been made in view of the above points, and is a parallel MOS having a stacked gate of a first gate and a second gate.
The object of the present invention is to provide a method for measuring mask alignment accuracy that makes it possible to detect mask alignment deviations with high accuracy as electrical characteristics of parallel MOS transistors by fabricating transistors on semiconductor wafers.

以下、実施例にもとづいてこの発明を説明する。The present invention will be explained below based on examples.

第1図はこの発明を実施するために半導体ウェーバに作
成された測定用並列MOSトランジスタの一例の最上層
の保護膜と電極取り出し用導体を取り除いた平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view of an example of parallel MOS transistors for measurement fabricated on a semiconductor wafer in order to carry out the present invention, with the uppermost protective film and electrode lead-out conductor removed.

この図においては、理解を容易にするため、平面図では
あるが、所要の部分に斜線を施しである。
Although this figure is a plan view, necessary parts are shaded for easy understanding.

第1図に示す並列MOSトランジスタとこれと並列方向
を90°回転させた並列MOSトランジスタとを作成す
ることにより、互いに直角な2方向のマスク合わせ精度
を測定することができる。
By creating the parallel MOS transistor shown in FIG. 1 and a parallel MOS transistor whose parallel direction is rotated by 90 degrees, it is possible to measure mask alignment accuracy in two directions perpendicular to each other.

第1図において、4はフィールド酸化膜、右下り斜線を
施した5、6は第1のマスクにより形成された第1のゲ
ート酸化膜および第1のゲート電極、左下りの針線を施
した7、8は第2のマスクにより形成された第2のゲー
ト酸化膜および第2のゲート電極、9はソース・ドレイ
ン領域、11はアルミニウム(Al)配線である。
In FIG. 1, 4 is a field oxide film, 5 is indicated by diagonal lines downward to the right, 6 is the first gate oxide film and the first gate electrode formed by the first mask, and 7 is indicated by needle lines downward to the left. , 8 is a second gate oxide film and a second gate electrode formed by the second mask, 9 is a source/drain region, and 11 is an aluminum (Al) wiring.

測定用並列MO8I−ランジスタの構造を理解し易くす
るため、その断面構造を作成段階に沿って説明する。
In order to make it easier to understand the structure of the parallel MO8I-transistor for measurement, its cross-sectional structure will be explained along the steps of its creation.

第2図A−Dは、並列MOSトランジスタの作成主要段
階における第1図の■−■線における断面に対応する断
面図である。
2A to 2D are cross-sectional views corresponding to the cross section taken along the line ■-■ in FIG. 1 at the main stages of fabricating a parallel MOS transistor.

第2図Aに示すように、シリコン基板1に酸化シリコン
(Si02)膜2および窒化シリコン(Si2N+)膜
3を順次形成し、フィールド領域のS 12N4膜3を
エツチングによって除去し、残存すルSi2N4膜3を
マスクとして、フィールド酸化膜4を形成する。
As shown in FIG. 2A, a silicon oxide (Si02) film 2 and a silicon nitride (Si2N+) film 3 are sequentially formed on a silicon substrate 1, the S12N4 film 3 in the field region is removed by etching, and the remaining Si2N4 film 3 is removed by etching. Field oxide film 4 is formed using film 3 as a mask.

次に、第2図Bに示すように、SiO2膜2およびSi
2N4膜3を除去し、除去した部分に新にSiO2膜、
多結晶シリコン膜を形成し、第1のマスクによるマスク
合わせ、エツチングの過程を経て、第1のゲート酸化膜
5および第1のゲート電極6からなる第1のゲートを形
成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the SiO2 film 2 and the Si
Remove the 2N4 film 3 and add a new SiO2 film to the removed area.
A polycrystalline silicon film is formed, and through a process of mask alignment using a first mask and etching, a first gate consisting of a first gate oxide film 5 and a first gate electrode 6 is formed.

つづいて、第2図Cに示すように、シリコン基板1およ
び第1のゲート電極6を酸化して5I02膜を形成した
後、このSiO2膜上に多結晶シリコン膜を形成し、第
2のマスクによるマスク合わせ、エツチングの過程を経
て、第2のゲート酸化膜7および第2のゲート電極3か
らなる第2のゲートを形成し、さらに、フィールド酸化
膜4、第1のゲート電極6および第2のゲート電極8を
マスクとしてソース・ドレイン領域9を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, after oxidizing the silicon substrate 1 and the first gate electrode 6 to form a 5I02 film, a polycrystalline silicon film is formed on this SiO2 film, and a second mask is formed. Through the process of mask alignment and etching, a second gate consisting of a second gate oxide film 7 and a second gate electrode 3 is formed, and then a field oxide film 4, a first gate electrode 6 and a second gate are formed. Source/drain regions 9 are formed using the gate electrode 8 as a mask.

次に、第2図りに示すように、SiO2膜10膜形0し
、必要部分を除いてエツチングし、Alを蒸着してAl
配線11を形成する。
Next, as shown in the second diagram, 10 SiO2 films are formed, etched except for the necessary parts, and Al is vapor-deposited.
Wiring 11 is formed.

最後に保護膜12および所要の電極取り出し用導体13
を形成して、測定用並列MO8)ランジスタの作成を完
了する。
Finally, the protective film 12 and the necessary electrode extraction conductor 13
, and complete the creation of the parallel MO8) transistor for measurement.

上記の並列MO8)ランジスタはnチャネルMOSトラ
ンジスタ、pチャネルMOSトランジスタのいずれでも
作成可能であることはいうまでもない。
It goes without saying that the above-mentioned parallel MO8) transistor can be made using either an n-channel MOS transistor or a p-channel MOS transistor.

また、ゲート電極も多結晶シリコンに限らず、モリブデ
ン、タングステンなどでもよい。
Furthermore, the gate electrode is not limited to polycrystalline silicon, but may also be made of molybdenum, tungsten, or the like.

第3図は並列MOSトランジスタの第1図の■−■線に
おける断面に対応する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the parallel MOS transistor corresponding to the cross section taken along the line ■--■ in FIG. 1.

第1図に示す並列MOSトランジスタにおいて、マスク
合わせのずれによって、第2のゲート電極8が第1のゲ
ート電極6と図に示すY方向の正方向に△Lだけずれた
とすれば、図に示すLl、L2はそれぞれL+△L、L
−△L(Lはマスク合せずれのない場合に第1のゲート
電極6と第2のゲート電極8とで形成されるゲートのゲ
ート長〕となり、この両ゲート電極6,8をゲートとす
る二つの並夕1ルたMOS)ランジスタ(ソースは共通
)の電気的特性は差動的となりマスク合わせずれが電気
的に拡大して測定されることになる。
In the parallel MOS transistor shown in FIG. 1, if the second gate electrode 8 is shifted from the first gate electrode 6 by ΔL in the positive direction of the Y direction shown in the figure due to misalignment of the masks, then Ll and L2 are L+△L and L, respectively
−ΔL (L is the gate length of the gate formed by the first gate electrode 6 and the second gate electrode 8 when there is no mask misalignment), and the gate length of the gate formed by the first gate electrode 6 and the second gate electrode 8 is The electrical characteristics of the two parallel MOS transistors (with a common source) are differential, and mask alignment errors are electrically magnified and measured.

このとき、MOSトランジスタの測定する電気的特性と
しては、しきい値電圧Vthのショートチャネル効果を
利用することもできるが、チヤネル長の変化に対するV
thの変化が直線的でないので、直線性の良い相互コン
ダクタンスgmを用いる方が測定が容易である。
At this time, the short channel effect of the threshold voltage Vth can be used as the electrical characteristic to be measured of the MOS transistor, but the Vth
Since the change in th is not linear, it is easier to measure using mutual conductance gm, which has good linearity.

第4図はgm−1/Leff特性の一例を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing an example of gm-1/Leff characteristics.

Leffは実効チャネル長(ゲート長よりゲートの下に
ソース・ドレイン領域が横方向拡散により入り込んだ長
さを引いた値)を示し、第4図かられかるように、実効
チャネル長Leffの逆数とgmとの関係は良い直線性
を示すので、この特性を利用してマスク合わせずれを電
気量に変換する。
Leff indicates the effective channel length (the value obtained by subtracting the length of the source/drain region below the gate by lateral diffusion from the gate length), and as shown in Figure 4, it is the reciprocal of the effective channel length Leff. Since the relationship with gm shows good linearity, this characteristic is used to convert mask misalignment into an electrical quantity.

例えば、Leff−3μmを基準(マスク合わせずれの
ない場合)とすると、それから第1図に示すY方向の正
方向に0.5μmずれた場合、Leffl−3,5μm
z Leff2= 2.5μmとなり、二つのトランジ
スタのgmの差は差動的となるので、この例では約20
0μ8−1の差となる。
For example, if Leff-3 μm is used as the reference (when there is no mask alignment misalignment), if there is a deviation of 0.5 μm in the positive direction of the Y direction shown in FIG.
z Leff2 = 2.5 μm, and the difference in gm between the two transistors is differential, so in this example it is approximately 20 μm.
The difference is 0μ8-1.

従って、各のMOSトランジスタのgmを測定し、その
差を取ることによってマスク合わせずれを測定すること
ができる。
Therefore, mask alignment deviation can be measured by measuring the gm of each MOS transistor and taking the difference.

gmは安定に測定できるので、この方法でマスク合わせ
ずれを0.1μm程度まで検出できる。
Since gm can be measured stably, mask misalignment down to about 0.1 μm can be detected using this method.

しかも、電気的測定であるため大量の測定でも容易に迅
速に行うことができる。
Moreover, since the measurement is electrical, even a large amount of measurement can be easily and quickly performed.

以上は、第1図に示すY方向のマスク合わせずれを検出
する場合について述べたが、前述の通り、第1図に示す
並列MOSトランジスタと並列方向が90’回転した並
列MO8)ランジスタを作成すれば、第1図に示すX方
向のマスク合わせずれを同様にして測定することができ
る。
The above describes the case of detecting mask misalignment in the Y direction shown in Figure 1, but as mentioned above, a parallel MO8) transistor whose parallel direction is rotated by 90' from the parallel MOS transistor shown in Figure 1 is created. For example, mask misalignment in the X direction shown in FIG. 1 can be measured in a similar manner.

以上詳述したように、この発明によるマスク合わせ精度
測定法においては、第1のゲートと第2のゲートとの積
重ねゲートが二つ並列し第1のゲートと第2のゲートと
の重畳部分が配列方向の互いに反対方向にあるように形
成された並列MOSトランジスタの電気的特性の差動特
性からマスク合わせずれを測定するので、マスク合わせ
精度を高精度、高速度、高能率に行うことができる。
As detailed above, in the method for measuring mask alignment accuracy according to the present invention, two stacked gates of a first gate and a second gate are arranged in parallel, and the overlapped portion of the first gate and the second gate is Since mask alignment deviation is measured from the differential electrical characteristics of parallel MOS transistors formed in opposite directions in the array direction, mask alignment accuracy can be performed with high precision, high speed, and high efficiency. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は測定用並列MOSトランジスタの一例の平面図
、第2図A−Dは測定用並列MOSトランジスタの作成
主要段階における断面図、第3図は測定用並列MOSト
ランジスタのゲート電極に対するAI’配線が存在する
部分の断面図、第4図はgm−1/Leff特性を示す
グラフである。 図において、1はシリコン基板、5は第1のゲ−ト酸化
膜、6は第1のゲート電極、7は第2のゲート酸化膜、
8は第2のゲート電極、9はソース・ドレイン領域、1
1はAl配線である。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。
Fig. 1 is a plan view of an example of a parallel MOS transistor for measurement, Fig. 2 A-D is a cross-sectional view at the main stages of manufacturing the parallel MOS transistor for measurement, and Fig. 3 is an AI' for the gate electrode of the parallel MOS transistor for measurement. FIG. 4, which is a cross-sectional view of a portion where wiring exists, is a graph showing gm-1/Leff characteristics. In the figure, 1 is a silicon substrate, 5 is a first gate oxide film, 6 is a first gate electrode, 7 is a second gate oxide film,
8 is a second gate electrode, 9 is a source/drain region, 1
1 is an Al wiring. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に第1のマスクを使用して二つの第1
のゲートを並列させて形成し第2のマスクを使用して二
つの第2のゲートを各が上記第1のゲートの一つに重畳
しその重畳部分が上記第1のゲートの配列方向の互いに
反対方向にあるように形成することにより作成した並列
MOSトランジスタの電気的特性の差動特性から上記第
1のマスクと上記第2のマスクとのマスク合わせずれを
測定することを特徴とするマスク合わせ精度測定法。 2 二組の並列MO8)ランジスタを並列方向が互いに
直角になるように作成することを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載のマスク合わせ精度測定法。
[Claims] 1. Two first masks on a semiconductor substrate using a first mask.
gates are formed in parallel, and using a second mask, each of the two second gates is overlapped with one of the first gates, and the overlapping portions are mutually aligned in the arrangement direction of the first gates. Mask alignment characterized by measuring mask alignment misalignment between the first mask and the second mask from differential characteristics of electrical characteristics of parallel MOS transistors created by forming parallel MOS transistors in opposite directions. Accuracy measurement method. 2. The method for measuring mask alignment accuracy according to claim 1, characterized in that two sets of parallel MO8) transistors are created so that their parallel directions are perpendicular to each other.
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