(57)【要約】【課題】接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減することができる微細針、微細針の製造方法、微細針を用いた電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等を提供する。【解決手段】本発明に係る微細針の製造方法は、タングステン１ａからなる針の先端に、ガリウムイオン４又はアルゴンイオン又はヨウ素イオン又はセシウムイオンによるイオンビームを照射することにより、前記針の先端にガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層３ａを形成することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする微細針。
【請求項２】
請求項１において、前記針の径は１０μｍ以下であることを特徴とする微細針。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記金属はタングステンであることを特徴とする
【請求項４】
金属からなる針の先端に、ガリウムイオン又はアルゴンイオン又はヨウ素イオン又はセシウムイオンによるイオンビームを照射することにより、前記針の先端にガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層を形成することを特徴とする微細針の製造方法。
【請求項５】
半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する電気特性評価方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする電気特性評価方法。
【請求項６】
半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細針、微細針の製造方法、電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等に関し、特に接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減することができる微細針、微細針の製造方法、微細針を用いた電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置におけるデバイス内部の素子の電気特性評価は、素子電極から引き出したＰＡＤ、もしくは電極に接続するビアに直接微細針を接触させることにより、電気特性を評価する。この微細針は、水酸化カリウム水溶液中で電界研磨を行い、８０℃の水、エタノールの順で洗浄して作製している。また、微細針の材質には、硬くて耐磨耗性に優れたタングステンが用いられることが多い（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４９５９９号公報（段落０００１〜０００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６は、従来の微細針の表面層の成分分析結果を示す図である。但し、成分分析の測定精度を考慮して微細針の先端部ではなく、側面部にて成分分析を行った結果である。図６に示すように、微細針の表面には炭素と酸素から構成される酸化膜層が付着していることが読み取れる。つまり、タングステンからなる微細針の表面層には、自然酸化膜が形成されていることとなる。この自然酸化膜が微細針の表面に付着していることにより、微細針を素子電極から引き出したＰＡＤ、もしくは直接ビアに接触させた場合、接触抵抗のばらつきの値が高く、高精度の解析が出来ない。
【０００５】
本発明は上述したことを考慮してなされたものであり、本発明に係る態様は、自然酸化膜の付着を抑制することにより接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減することができる微細針、微細針の製造方法、微細針を用いた電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る微細針は、金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
【０００７】
上記微細針によれば、前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層を形成している。これにより、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減するとともに、自然酸化膜が発生しにくくなり、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減した状態を長期間保つことができる。
【０００８】
また、本発明に係る微細針において、前記針の径は１０μｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る微細針において、前記金属はタングステンであることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る微細針の製造方法は、金属からなる針の先端に、ガリウムイオン又はアルゴンイオン又はヨウ素イオン又はセシウムイオンによるイオンビームを照射することにより、前記針の先端にガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層を形成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る電気特性評価方法は、半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する電気特性評価方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る微細針の作製方法を説明する為の図。
【図２】本発明の実施形態に係るイオンビーム照射後における微細針の表面層の成分分析結果を示す図。
【図３】接触抵抗測定を説明する為の図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る微細針の先端部に形成された表面層の成分分析結果を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の電気特性評価方法を説明するための断面図。
【図６】従来の微細針の表面層の成分分析結果を示す図。
【図７】従来の微細針の先端部の成分分析結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態による微細針の作製方法を説明する為の図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、ＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ）装置の真空チャンバーに、例えば０．１〜０．２μｍの径の微細針１ａをセットする。微細針１ａの材質としては、金属が好ましく、例えばタングステンが用いられる。また、微細針１ａの表面には、自然酸化膜２ａが付着している。次いで、微細針１ａの先端にガリウムイオン４を用いてイオンビームを照射する。この際に、使用するイオンビームの一例としては、加速電圧３０ｋＶ、プローブ電流３２０ｐＡ、ビーム径５４ｎｍであり、処理条件はエッチング深さ３０ｎｍで行う。なお、本実施形態では微細針の径を０．１〜０．２μｍとしているが、この範囲の径に限定されるものではなく、本発明の微細針の径は、１０μｍ以下であれば種々の径を用いることが可能であり、より好ましくは１μｍ以下である。
【００１６】
ガリウムイオン４を用いたイオンビームによりスパッタリング現象が起こり、微細針１ａの表面に付着している自然酸化膜２ｂ及びタングステン１ｂが真空中にたたき出される。
【００１７】
次いで、図１（ｂ）に示すように、イオンビームを照射した微細針１ａの先端部は、表面に付着した自然酸化膜２ａが除去されるとともに、微細針１ａの一部が除去される。その後、露出した微細針１ａの先端部の表面にはタングステンにガリウムが含まれた表面層３ａが形成される。この表面層３ａの厚さは、１〜２０ｎｍが好ましい。
【００１８】
なお、本実施形態では、微細針１ａの先端にＧａイオンによるイオンビームを照射することによりＷとＧａを含む表面層３ａを形成しているが、微細針の先端にＡｒイオン又はＩイオン又はＣｓイオンによるイオンビームを照射することによりＷとＡｒ又はＩ又はＣｓを含む表面層を形成しても良い。
【００１９】
図２は、図１（ｂ）に示すガリウムイオン４によるイオンビーム照射後における微細針１ａの表面層３ａの成分分析を示す図である。また、成分分析の測定精度を考慮して微細針１ａの先端部ではなく、側面部にて成分分析を行っている。この際に、微細針１ａの側面部において、先端部と同様にガリウムイオン４によるイオンビーム照射し、タングステンにガリウムが含まれた表面層３ａを形成している。図２に示す成分分析において、図６に示す従来の微細針１ａの表面層３ａの成分分析と比較して、自然酸化膜２ａを構成する炭素と酸素の成分が減少していることが読み取れる。さらに、微細針１ａの表面層３ａには、ガリウムの成分が含まれていることが読み取れる。
【００２０】
図３は、微細針１ａによる接触抵抗測定を説明する為の図である。図３に示すように、絶縁膜３０に形成されたＡｌ膜３１を電気的に接続するＷプラグ３２があり、このＷプラグ３２に図１（ｂ）に示す微細針１ａを接触させ、微細針１ａに接続された電源より電圧を印加する。この際に、印加する電圧をＶ、電流をＩとして接触抵抗をＶ/２Ｉとして求めている。
【００２１】
上述したような微細針を６本作製し、それぞれの微細針による接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値ＡＶＥ及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表１に示す。また、上述した微細針の先端部に形成された表面層３ａの成分分析結果を図４（ａ）に示す。さらに、上述した微細針をイオンビーム照射直後から３０日間大気雰囲気で放置した後に、微細針の先端部に形成された表面層３ａの成分分析結果を図４（ｂ）に示す。
【００２２】
また、表１には、上述した微細針を７日間及び８０日間大気雰囲気で放置した後に上述した方法で接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値ＡＶＥ及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表１に示す。
【００２３】
また、表１には、ガリウムイオンによるイオンビーム照射されていない従来の微細針を６本作製し、それぞれの微細針による接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値ＡＶＥ及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表１に示す。また、上述した従来の微細針の先端部の成分分析結果を図７に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、従来のイオンビーム照射無しの微細針による接触抵抗はＡＶＥ＝４．１Ｅ＋７、σ＝７．９Ｅ＋７であるのに対して、イオンビーム照射直後の微細針による接触抵抗はＡＶＥ＝１１．７、σ＝４．０である。図７に示す従来のイオンビーム照射無しの微細針の先端部における成分分析によると、酸素が検出されており微細針の表面に自然酸化膜が形成されているが、図４（ａ）に示すイオンビーム照射直後の微細針の先端部における成分分析からは酸素が検出されておらず自然酸化膜が形成されていないことがわかる。また、微細針１ａの先端部は、針形状であり太さが一定ではない為、側面部と比較して成分分析の測定精度が低下する。その為、表面層３ａに含まれる微量のガリウムが検出されない。
【００２６】
また、イオンビーム照射後７日経った微細針には、接触抵抗はＡＶＥ＝１２．６Ω、σ＝４．１であり、処理直後とほとんど変化がないことがわかる。さらに、イオンビーム照射後８０日経った微細針においても、接触抵抗はＡＶＥ＝１２．４Ω、σ＝４．２であり、処理直後とほとんど変化がないことがわかる。また、図４（ｂ）に示すイオンビーム照射後３０日経った微細針１ａの先端部に形成された表面層３ａの成分分析によると、イオンビーム照射直後とほとんど変わらず、酸素が検出されておらず自然酸化膜が形成されていないことがわかる。
【００２７】
次いで、図１（ｂ）に示す微細針を用いた半導体装置の電気特性評価方法について説明する。図５は、本発明の実施形態による半導体装置の電気特性評価方法を説明するための断面図である。
【００２８】
図５に示すように、シリコン基板１０の表面上に素子分離膜であるＬＯＣＯＳ酸化膜１１を形成する。次いで、シリコン基板１０の表面上にゲート絶縁膜１２となるゲート酸化膜を熱酸化法にて形成する。次いで、ゲート絶縁膜１２及びＬＯＣＯＳ酸化膜１１の上にＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法にてポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成する。これにより、ゲート絶縁膜１２上にゲート電極１３が形成される。次いで、シリコン基板１０にＬＤＤ領域の拡散層２４が形成される。
【００２９】
次いで、ゲート電極１３及びＬＯＣＯＳ酸化膜１１を含む基板の全面上に例えばシリコン窒化膜をＣＶＤ法により成膜する。その後、エッチバック法にてシリコン窒化膜をエッチングすることにより、ゲート電極１３の側壁にサイドウォール１４が形成される。次いで、ソース・ドレイン領域の拡散層２３が形成される。次いで、ゲート電極１３、サイドウォール１４及びＬＯＣＯＳ酸化膜１１を含む基板の全面上にＣＶＤ法にて第１の層間絶縁膜２２を成膜する。その後、第１の層間絶縁膜２２にホール形成する。次いで、このホール内及び第１の層間絶縁膜２２上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、ＣＭＰ法により、第１の層間絶縁膜２２上の金属膜を除去することにより、第１のプラグ１５が形成される。その後、スパッタリング法により第１の層間絶縁膜２２上及び第１のプラグ１５上に配線層を成膜し、この配線層をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成することにより、配線層からなる第１の配線１７が形成される。
【００３０】
その後、第１の層間絶縁膜２２及び第１の配線１７上にＣＶＤ法にて第２の層間絶縁膜１６を成膜する。その後、第２の層間絶縁膜１６にホール形成する。次いで、このホール内及び第２の層間絶縁膜１６上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、ＣＭＰ法により、第２の層間絶縁膜１６上の金属膜を除去する。これによって、第２の層間絶縁膜１６には第１の配線１７に電気的に接続された第２のプラグ１８が形成される。その後、スパッタリング法により第２の層間絶縁膜１６上及び第２のプラグ１８上に配線層を成膜し、この配線層をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成することにより、配線層からなる第２の配線２０が形成される。
【００３１】
その後、第２の層間絶縁膜１６及び第２の配線２０上にＣＶＤ法にて第３の層間絶縁膜１９を成膜する。その後、第３の層間絶縁膜１９にホール形成する。次いで、このホール内及び第３の層間絶縁膜１９上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、ＣＭＰ法により、第３の層間絶縁膜１９上の金属膜を除去する。これによって、第３の層間絶縁膜１９には第２の配線２０に電気的に接続された第３のプラグ２１が形成される。
【００３２】
その後、第２の配線２０に電気的に接続された第３のプラグ２１に図１（ｂ）に示す微細針１ａを接触させ、微細針１ａに接続されたテスター（図示せず）により電気特性評価用の信号をトランジスタに入力することにより、電気特性評価を行う。
【００３３】
以上、本発明の実施形態によれば、微細針１ａの表面にガリウムイオンによるイオンビーム照射を行い、微細針１ａの表面に付着した自然酸化膜２ａを除去するとともに、微細針の先端にガリウムとタングステンを含む表面層３ａを形成している。これにより、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減するとともに、自然酸化膜が発生しにくくなり、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減した状態を長期間保つことができる。
【００３４】
また、微細針の先端表面に自然酸化膜が付着しにくい金属膜をコーティングする方法をとった場合は微細針の先端径が太くなってしまうのに対し、本実施形態では、微細針１ａの先端径をほぼ変化させることがないという利点もある。
【００３５】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上述した電気特性評価方法を行う工程を含む半導体装置の製造方法も本発明の範囲に含むものとする。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ・・・微細針、１ｂ・・・タングステン、２ａ，２ｂ・・・自然酸化膜、３ａ・・・表面層、４・・・ガリウムイオン、３０・・・絶縁膜、３１・・・Ａｌ膜、３２・・・Ｗプラグ、１０・・・シリコン基板、１１・・・ＬＯＣＯＳ酸化膜、１２・・・ゲート絶縁膜、１３・・・ゲート電極、２４・・・ＬＤＤ領域の拡散層、２３・・・ソース・ドレイン領域の拡散層、１４・・・サイドウォール、２２・・・第１の層間絶縁膜、１５・・・第１のプラグ、１７・・・第１の配線、１６・・・第２の層間絶縁膜、１８・・・第２のプラグ、２０・・・第２の配線、１９・・・第３の層間絶縁膜、２１・・・第３のプラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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