(57)【要約】【課題】  薄膜状の評価サンプルに確実に評価パターンを含ませるようにする。また、評価サンプルの薄膜化を図って評価パターンの構造解析精度を向上させる。【解決手段】  基板上に一列に複数の評価パターン１０４が形成され、各評価パターン１０４を含むように基板と垂直な膜状の評価サンプル１０２が切り取られて評価パターン１０４の断面観察に供される半導体装置１００であって、各評価パターン１０４の並び方向と評価サンプル１０２の延在方向がずれるよう構成された。【選択図】  図１
2006313852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に一列に複数の評価パターンが形成され、各評価パターンを含むように前記基板と垂直な膜状の評価サンプルが切り取られて前記評価パターンの断面観察に供される半導体装置であって、
前記各評価パターンの並び方向と前記評価サンプルの延在方向がずれるよう構成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
隣接する評価パターン同士の前記評価サンプルの厚さ方向についてのずれ量が、前記評価サンプルの厚さ以下となるよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記評価パターンはプラグ部であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
基板上に一列に複数の評価パターンが形成される半導体装置を用いた評価パターンの評価方法であって、
前記半導体装置から各評価パターンを含むように前記評価サンプルを切り取るサンプル生成工程と、
前記サンプル生成工程にて生成された前記評価サンプルに含まれる各評価パターンの断面の所定方向寸法を計測する計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記各評価パターンの断面の所定方向寸法及び基準となる評価パターンからの前記各評価パターンの厚さ方向のずれ量に基づいて、評価パターンの形成状態を評価する評価工程と、を有することを特徴とする評価パターンの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価パターンを含むように膜状の評価サンプルが切り取られて評価パターンの断面観察に供される半導体装置と、この半導体装置における評価パターンの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、多数の回路素子が形成された基板を有し、所期の動作、機能等を果たすように、各回路素子を結線して構成される。このような半導体装置の解析手法として、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置により薄膜状の評価サンプルを作成し、この評価サンプルをＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）で観察する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、微小結晶欠陥が存在する部位を薄膜化するものが記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のものの他に、半導体装置の一部箇所を膜状の評価サンプルとして切り取り、評価サンプル中のパターンを観察する手法が知られている。ここで、評価サンプルには、評価対象のパターンが含まれるように、ＦＩＢ装置による加工が施される。評価対称のパターンは一列に並んで複数形成され、評価パターンの並び方向と評価サンプルの延在方向が一致するよう構成される。なお、ＴＥＭによる観察が可能な程度に評価サンプルを薄く形成する必要がある。この手法によれば、コンタクトプラグ、ビアプラグをはじめとした装置内部の評価パターンの形成状態を認識することができる。
【特許文献１】特開２００３−１６６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年、各部パターンの微細化に伴い、評価パターンの評価箇所が含まれるようにＦＩＢ装置を用いて評価サンプルを作成することが困難となってきている。例えば、円柱状のコンタクトプラグ、ビアプラグ等は、その径が０．１μｍ程度にまで微細化されており、評価の際にこれらのパターンの中心を常に評価サンプルに含ませることは困難である。すなわち、ＦＩＢ装置の加工に熟達した作業者でないと、評価パターンの評価部分を確実に含むよう的確に評価サンプルを切り出すことができないという問題点があった。
【０００５】
さらに、評価サンプルは薄ければ薄いほどＴＥＭ等による観察がしやすくなることから、構造解析の精度の向上のために評価サンプルの薄膜化がのぞまれている。しかしながら、評価サンプルを薄くするとなおのこと評価パターンの評価箇所を含ませることは困難となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基板上に一列に複数の評価パターンが形成され、各評価パターンを含むように前記基板と垂直な膜状の評価サンプルが切り取られて前記評価パターンの断面観察に供される半導体装置であって、前記各評価パターンの並び方向と前記評価サンプルの延在方向がずれるよう構成された半導体装置が提供される。
なお、ここでいう並び方向とは、各評価パターンが直線状に並んでいる場合はその直線方向である。また、各評価パターンが直線状に並んでいない場合は、各評価パターンの中心点について最小二乗法によって求めた直線についての方向である。
【０００７】
本発明の半導体装置においては、各評価パターンの並び方向が評価サンプルの延在方向とずれているので、ＦＩＢ装置等により評価サンプルを切り取る際に、評価サンプルに評価パターンの評価箇所の少なくとも１つを含ませやすい。評価サンプルに各評価パターンの評価箇所の少なくとも１つが含まれれば、ＴＥＭ等による評価パターンの観察が可能となる。
【０００８】
このように、各評価パターンの並び方向が評価サンプルの延在方向とずれた分だけ、評価サンプルの切り取り時における厚さ方向の誤差が許容されるので、評価サンプルの加工時に厳しい加工精度が要求されることはない。そして、評価サンプルに評価パターンの評価箇所を確実に含ませるようにして、評価サンプルが切り出される半導体装置を無駄なく有効に利用することができる。
【０００９】
また、評価サンプルを薄くしても評価サンプルにいずれかの評価パターンが含まれることから、ＴＥＭ等による観察を容易にして評価パターンの構造解析の精度を向上させることもできる。
【００１０】
また、本発明によれば、基板上に一列に複数の評価パターンが形成され各評価パターンを含むように前記基板と垂直な膜状の評価サンプルが切り取られて前記評価パターンの断面観察に供される半導体装置における評価パターンの評価方法であって、前記半導体装置から各評価パターンを含むように前記評価サンプルを切り取るサンプル生成工程と、前記サンプル生成工程にて生成された前記評価サンプルに含まれる各評価パターンの断面の所定方向寸法を計測する計測工程と、前記計測工程にて計測された前記各評価パターンの断面の所定方向寸法及び基準となる評価パターンからの前記各評価パターンの厚さ方向のずれ量に基づいて、評価パターンの形成状態を評価する評価工程と、を有することを特徴とする評価パターンの評価方法が提供される。
【００１１】
本発明の評価パターンの評価方法においては、サンプル生成工程においては、前述のように、評価サンプルに各評価パターンのうち少なくとも１つは評価箇所を含むように切り取られた状態となっており、２つ以上の評価パターンが含まれることとなる。そして、計測工程にて評価サンプルに含まれる各評価パターンの断面の所定方向寸法を計測しておき、これらの寸法と基準となる評価パターンからのずれ量により、評価パターンの形成状態が評価される。すなわち、複数の評価パターンを用いて形成状態を評価することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置によれば、評価サンプルの加工時に厳しい加工精度が要求されることはなく、熟練の作業者でなくとも評価パターンの評価箇所が含まれるように評価パターンを切り取ることができる。また、評価サンプルを薄膜とすることにより、構造解析精度を向上させることができる。さらに、半導体装置の有効利用を図って、評価サンプル用に製造される半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
また、本発明の評価パターンの評価方法によれば、複数の評価パターンを用いることにより、より正確な形成状態の評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照しつつ、本発明による半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態を示す半導体装置の模式的な平面図、図２は評価サンプルの模式的な平面図である。
この半導体装置１００は、基板上に一列に複数の評価パターン１０４が形成され、各評価パターン１０４を含むように基板と垂直な膜状の評価サンプル１０２が切り取られて評価パターン１０４の断面観察に供される。図１に示すように、この半導体装置１００は、各評価パターン１０４の並び方向と評価サンプル１０２の延在方向がずれるよう構成されている。
【００１５】
本実施形態においては、評価パターン１０４は、コンタクト、ビア等の円柱状のプラグ部１０６である。図２に示すように、薄膜状の評価サンプル１０２は、半導体装置１００のプラグ部１０６の軸方向（図２中、奥側の方向）に延びる。そして、評価サンプル１０２は、ＴＥＭによりプラグ部１０６を軸方向一方側から軸方向他方側へ向かって観察される。
【００１６】
本実施形態においては、このＴＥＭによるプラグ部１０６の観察により、製造プロセス、材質等の変更によってプラグ部１０６の径がどのように変化するか評価する。すなわち、評価パターン１０４の評価箇所は、プラグ部１０６の円形部分の中心を含み、円形部分の径が評価できる断面である。
【００１７】
各プラグ部１０６は計７つであり、評価サンプル１０２の延在方向とわずかにずれる方向に並んで配置される。尚、図１には、７つのプラグ部１０６のうち５つの範囲を図示している。すなわち、各プラグ部１０６の並び方向と各評価サンプル１０２の延在方向は所定のなす角を形成するようになっている。隣接する各プラグ部１０６の評価サンプル１０２の厚さ方向のについてのずれ量は、評価サンプル１０２の厚さ以下となっている。そして、各プラグ部１０６は、厚さ方向と直交する方向について一方から他方（図１中、左方から右方）へ向かい、厚さ方向の一方（図１中、上方）へ所定のずれ量ずつずれるよう配置されている。すなわち、各評価パターン１０４は直線状に並んでいる。また、厚さ方向について最も一方側（図１中、上側）に位置するプラグ部１０６と、最も他方側（図１中、下側）に位置するプラグ部１０６の厚さ方向のずれ量が、評価サンプル１０２の膜厚以上となるよう構成されている。
【００１８】
以上のように構成された半導体装置１００においては、各評価パターン１０４の並び方向が評価サンプル１０２の延在方向とずれているので、ＦＩＢ装置により評価サンプル１０２を切り取る際に、評価サンプル１０２に評価パターン１０４の評価箇所の少なくとも１つを含ませやすい。
【００１９】
すなわち、図２に示すように、各プラグ部１０６のうち少なくとも１つは、断面に円の中心を含むように切り取られることとなる。このように評価サンプル１０２に各評価パターン１０４の評価箇所の少なくとも１つが含まれれば、ＴＥＭによる評価パターン１０４の観察が可能となる。
【００２０】
また、隣接する各プラグ部１０６の厚さ方向のずれ量は、評価サンプル１０２の膜厚以下となっていることから、ＦＩＢ装置による切り取り部分が評価パターン１０４から大きくずれない限りは、隣接するプラグ部１０６が所定のずれ量でずれた状態で評価サンプル１０２に含まれることとなる。すなわち、少なくとも２つの評価パターン１０４が含まれ、これらを比較して評価することも可能となる。
【００２１】
このように、各評価パターン１０４の並び方向が評価サンプル１０２の延在方向とずれた分だけ、評価サンプル１０２の切り取り時における厚さ方向の誤差が許容されるので、評価サンプル１０２の加工時に厳しい加工精度が要求されることはない。そして、評価サンプル１０２に確実に評価パターン１０４の評価箇所を含ませるようにして、評価サンプル１０２が切り出される半導体装置１００を無駄なく有効に利用することができる。
【００２２】
また、評価サンプル１０２を薄くしても評価サンプル１０２にいずれかの評価パターン１０４が含まれることから、評価サンプル１０２の薄膜化によりＴＥＭによる観察を容易にして評価パターンの構造解析の精度を向上させることもできる。
【００２３】
この半導体装置１００における評価パターン１０４の評価方法について説明する。図３は評価パターンの評価方法の工程説明図、図４は評価パターンの評価方法に関する説明図である。
図３に示すように、この評価方法は、半導体装置１００から各評価パターン１０４を含むように評価サンプル１０２を切り取るサンプル生成工程２００と、サンプル生成工程２００にて生成された評価サンプル１０２における各評価パターン１０４の断面の所定方向寸法を計測する計測工程２１０と、計測工程２１０にて計測された各評価パターン１０４の断面の所定方向寸法及び基準となる評価パターン１０４からの各評価パターン１０４の厚さ方向のずれ量に基づいて、評価パターン１０４の形成状態を評価する評価工程２２０と、を有する。
【００２４】
サンプル生成工程２００においては、図２のように、評価サンプル１０２に各プラグ部１０６のうち少なくとも１つは、評価箇所を含むように切り取られた状態となっており、２つ以上の評価パターン１０４が含まれることとなる。
【００２５】
そして、計測工程２１０においては、図４に示すように、評価パターン１０４の断面の所定方向寸法として、各プラグ部１０６における厚さ方向と直交する方向についての断面寸法Ｌを計測する。この断面寸法Ｌは、プラグ部１０６における円の弦の寸法である。
【００２６】
また、評価工程２２０においては、これらの断面寸法Ｌと基準となる評価パターン１０４からのずれ量Ｐにより、評価パターン１０４の形成状態が評価される（図４参照）。すなわち、複数の評価パターンを用いて形成状態を評価することができる。本実施形態においては、切り取られた評価パターン１０４のうちいずれか１つを基準として、各プラグ部１０６の直径Ｈについて評価を行う。
【００２７】
ここで、基準となるプラグ部１０６から各プラグ部１０６までのずれ量Ｐと、断面寸法Ｌとの間には、基準となるプラグ部１０６の断面の中心からのずれ量をＰ０とすると、
Ｌ＝２（Ｈ２−（Ｐ−Ｐ０）２）（１／２）
となる。この式から、評価サンプル１０２中の各プラグ部１０６の直径Ｈをそれぞれ求めて、各プラグ部１０６の形成状態の評価を行う。これにより、複数の評価パターン１０４を用いて、より正確な直径Ｈの評価を行うことができる。
【００２８】
尚、前記実施形態においては、半導体装置１００として、コンタクト、ビア等のプラグ部１０６を評価パターンとしたものを示したが、例えば配線部等の他の部分を評価パターンとしてもよい。そして、他の評価パターンであっても、前記実施形態と同様に、サンプル生成工程２００、計測工程２１０、評価工程２２０の順に評価を行うことにより、複数の評価パターンを用いて、より正確な評価パターン１０４の形成状態の評価を行うことができる。
【００２９】
また、前記実施形態においては、隣接する各プラグ部１０６のずれ量を膜厚以下とし、厚さ方向に最も離隔したプラグ部１０６同士のずれ量が膜厚以上としたものを示したが、各プラグ部１０６のずれ量は任意であり、試験目的、ＦＩＢ装置の加工精度、構造解析の精度等に応じて変更してもよい。
【００３０】
また、前記実施形態においては、各プラグ部１０６が直線状に並んだものを示したが、必ずしも直線状に並んでいる必要はなく、例えば隣接する各プラグ部１０６のずれ量がまちまちであってもよい。これらの場合の並び方向は、各評価パターン１０４の中心点について最小二乗法によって求めた直線についての方向となる。また、ＦＩＢ装置の加工による評価サンプル１０２の切り取り方向や評価パターン１０４における評価箇所等も任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示す半導体装置の模式的な平面図である。
【図２】評価サンプルの模式的な平面図である。
【図３】評価パターンの評価方法の工程説明図である。
【図４】評価パターンの評価方法に関する説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００        半導体装置
１０２        評価サンプル
１０４        評価パターン
１０６        プラグ部
２００        サンプル生成工程
２１０        計測工程
２２０        評価工程
Ｌ            プラグ部の断面寸法
Ｈ            プラグ部の直径
Ｐ            基準となるプラグ部から各プラグ部までのずれ量
Ｐ０          基準となるプラグ部の断面の中心からのずれ量
【図１】
2006313852.tif 000003
【図２】
2006313852.tif 000004
【図３】
2006313852.tif 000005
【図４】
2006313852.tif 000006