(57)【要約】【課題】コンタクトプラグの高抵抗不良の発生位置を特定できるようにすること。【解決手段】半導体デバイス１のＰ型シリコン基板２にパルス信号（パルス波形の電圧）を印加する工程と、前記パルス信号を印加した状態で電子ビーム８を半導体デバイス１のコンタクトプラグ側の面に走査照射して電位波形画像を取得する工程と、電位波形画像に基づいて非導通箇所のコンタクトプラグ６ｃ又は高抵抗箇所のコンタクトプラグ６ｂを特定する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの基板にパルス波形の電圧を印加する工程と、
前記パルス波形の電圧を印加した状態で電子ビーム又はイオンビームを前記半導体デバイスのコンタクトプラグ側の面に走査照射して電位波形画像又は電位コントラスト画像を取得する工程と、
前記電位波形画像又は電位コントラスト画像に基づいてコンタクトプラグの非導通箇所又は高抵抗箇所を特定する工程と、
を含むことを特徴とする半導体デバイスのコンタクト不良検査方法。
【請求項２】
半導体デバイスの基板にパルス波形の電圧を印加する印加手段と、
前記パルス波形の電圧を印加した状態で電子ビーム又はイオンビームを前記半導体デバイスのコンタクトプラグ側の面に走査照射して電位波形画像又は電位コントラスト画像を取得する取得手段と、
前記電位波形画像又は電位コントラスト画像に基づいてコンタクトプラグの非導通箇所又は高抵抗箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項３】
前記印加手段は、信号発生器又はＬＳＩテスタであることを特徴とする請求項２記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【請求項４】
前記取得手段は、少なくとも、電子ビーム又はイオンビームを走査照射する電子銃装置又はイオン銃装置と、電位波形を検出する検出器と、を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の半導体デバイスのコンタクト不良検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスのコンタクト不良を検査する半導体デバイスのコンタクト不良検査方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体デバイスのコンタクト不良検査方法において、単に荷電粒子線を連続的にコンタクトチェーン（配線）の表面に走査照射して、荷電粒子がコンタクトに堆積する割合によって異なる電位コントラスト像を得ることによって非導通箇所を特定する方法がある（電荷堆積法）。また、触針によりコンタクトチェーンの片端に正の電圧を印加し、荷電粒子線をコンタクトチェーンの表面に走査照射して、電位コントラスト画像を得ることによって非導通箇所を特定する方法もある（プローブ触針法；特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９６３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電荷堆積法、プローブ触針法では、半導体デバイスに荷電粒子を当て続けた後の定常状態での電位コントラストであるため、高抵抗部分でも電流が流れきるため、高抵抗部分と正常部分との区別がつかなかった。つまり、正常コンタクト箇所（通電箇所）では、コンタクトと拡散層との接続により、荷電粒子が基板に吸収され、コンタクトでの電荷の蓄積が解消される。断線箇所（非通電箇所）では、電荷が基板に吸収されないため、電荷の蓄積が起こり、正常コンタクト箇所との区別がつく。ところが、高抵抗箇所では、電荷の吸収は高抵抗であるため、時間が経つと、やがて電荷の蓄積が解消され、正常コンタクト箇所と同等の電位コントラストを示してしまうといった問題がある。
【０００５】
また、半導体デバイスの微細化の進展により、コンタクトも小さくなってきている。そのため、コンタクトプラグと拡散層（ｎチャネル、ｐチャネル）へのオーミック接続がボイド等により不完全になるコンタクト不良が頻発している。コンタクト不良のうち、断線不良は、コンタクトへの電荷堆積の有無や、コンタクトへの触針による電圧印加によって検出可能であるが、高抵抗不良は、上述のように、正常部と同等の電位コントラストを示すため、検出が困難であった。また、高抵抗不良は、デバイスの遅延不良などを引き起こす問題がある。
【０００６】
本発明の主な課題は、コンタクトプラグの高抵抗不良の発生位置を特定できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の視点においては、半導体デバイスのコンタクト不良検査方法において、半導体デバイスの基板にパルス波形の電圧を印加する工程と、前記パルス波形の電圧を印加した状態で電子ビーム又はイオンビームを前記半導体デバイスのコンタクトプラグ側の面に走査照射して電位波形画像又は電位コントラスト画像を取得する工程と、前記電位波形画像又は電位コントラスト画像に基づいてコンタクトプラグの非導通箇所又は高抵抗箇所を特定する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の視点においては、半導体デバイスのコンタクト不良検査装置において、半導体デバイスの基板にパルス波形の電圧を印加する印加手段と、前記パルス波形の電圧を印加した状態で電子ビーム又はイオンビームを前記半導体デバイスのコンタクトプラグ側の面に走査照射して電位波形画像又は電位コントラスト画像を取得する取得手段と、前記電位波形画像又は電位コントラスト画像に基づいてコンタクトプラグの非導通箇所又は高抵抗箇所を特定する特定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の前記半導体デバイスのコンタクト不良検査装置において、前記印加手段は、信号発生器又はＬＳＩテスタであることが好ましい。
【００１０】
本発明の前記半導体デバイスのコンタクト不良検査装置において、前記取得手段は、少なくとも、電子ビーム又はイオンビームを走査照射する電子銃装置又はイオン銃装置と、電位波形を検出する検出器と、を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来、困難であったコンタクトプラグの高抵抗欠陥の発生位置の特定が可能となる。それによって、短時間でコンタクト形成プロセスの改良にフィードバックすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【００１３】
コンタクト不良検査装置は、半導体デバイスのコンタクト不良を検査する装置である。コンタクト不良検査装置は、真空装置１０と、信号発生器２０と、制御装置３０と、検出装置４０と、表示装置５０と、を有する。
【００１４】
真空装置１０は、真空室１１内の半導体デバイス１に電子ビームを走査照射して、半導体デバイス１のコンタクト表面の２次電子の電位を検出する電子ビームテスタである。真空装置１０は、真空排気装置（図示せず）により真空にすることが可能な真空室１１を有する。真空室１１には、コンタクトプラグを有する半導体デバイス１（半導体ウェハ）を搭載するためのステージ１２が設けられている。ステージ１２には、ＸＹステージ、ＸＹＺステージ、あるいはこれらと回転系ステージや、チルトステージを組み合わせたものを用いることができる。ステージ１２は、制御装置３０によって位置制御が行われる。真空室１１には、電子銃装置１３が接続されている。電子銃装置１３内についても、真空排気装置（図示せず）によって真空にすることが可能である。電子銃装置１３は、制御装置３０の制御により、連続または間欠的に電子ビームを出力し、出力された電子ビームを集束し、集束された電子ビームをステージ１２上の半導体デバイス１の所定の位置に向けて出力する。電子ビームの加速電圧は、１ｋＶ程度である。真空室１１には、電子ビームを半導体デバイス１の表面に走査照射する際に発生する電位波形を検出する検出器１４が内蔵されている。検出器１４は、検出した信号を制御装置３０に向けて出力する。なお、ここでは電子ビームを用いているがイオンビームを用いてもかまわない。
【００１５】
信号発生器２０は、パルス信号（パルス波形の電圧）を発生する装置である。信号発生器２０は、ステージ１２上の半導体デバイス１の基板にパルス信号を印加する。信号発生器２０は、基板に印加されるパルス信号と同じパルス信号を制御装置３０および検出装置４０に向けて出力する。なお、信号発生器２０の代わりにＬＳＩテスタのパルス信号源を用いてもかまわない。
【００１６】
制御装置３０は、電子銃装置１３における電子ビームの出力及び集束を制御する。制御装置３０は、信号発生器２０からのパルス信号に基づいて、当該パルス信号と同期した電子ビームを出力するように制御することが可能である。制御装置３０は、検出器１４からの電位波形の電流増幅量を制御し、２次電子に係る情報を検出装置４０に向けて出力する。制御装置３０は、ステージ１２の位置制御を行う。
【００１７】
検出装置４０は、制御装置３０からの電位波形に基づいて設定時間幅内の２次電子の強度を検出する。２次電子の強度は、信号発生器２０からのパルス信号の立ち上がり或いは立ち下がりに同期する。検出装置４０は、設定時間幅内の２次電子の強度を表示装置５０に向けて出力する。
【００１８】
表示装置５０は、検出装置４０からの設定時間幅内の２次電子の強度に基づいて画像処理を行った後、電位波形画像や電位分布画像を表示する。
【００１９】
本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法（コンタクト不良検査装置の動作）について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法を説明するための模式図である。図３は、本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法によって基板に印加された低周波パルス信号とコンタクト表面の電位波形を示した模式図である。図４は、本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法によって基板に印加された高周波パルス信号とコンタクト表面の電位波形を示した模式図である。
【００２０】
なお、半導体デバイス１は、Ｐ型シリコン基板２に、Ｎウェル４が形成され、各々のＮウェル４の間の電流のリークを防止するための素子分離領域３が形成されている。Ｎウェル４は、層間絶縁膜５の下穴にコンタクトプラグ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）が形成されている。層間絶縁膜５の表面は、コンタクトプラグ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）の表面が露出するように化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって平坦化されていることが好ましい。
【００２１】
ステージ１２上の半導体デバイス１のＰ型シリコン基板２に信号発生器２０からのパルス信号（パルス波形の電圧）を印加しながら、コンタクトプラグ６（６ａ、６ｂ、６ｃ）の表面に電子ビームを照射し、コンタクトプラグ６表面の電位波形を検出し、検出した電位波形を電流増幅し、画像処理を行うことで、パルス波形（ハイレベル及びローレベル状態）での電位波形画像を取得することができる（図２参照）。
【００２２】
正常部のコンタクトプラグ６ａでは、Ｐ型シリコン基板２がハイレベル及びローレベルに変化した瞬間に、低周波か高周波かにかかわらず、印加電圧Ｖ０、Ｖ０´と同レベルの電位変化Ｖ１、Ｖ１´を示す（図３、図４参照）。一方、高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂと断線部のコンタクトプラグ６ｃでは、Ｐ型シリコン基板２の印加電圧Ｖ０がコンタクトプラグ６周りの層間絶縁膜５や、コンタクトプラグ６のボイドによって電位低下をおこす（図３、図４参照）。断線部のコンタクトプラグ６ｃでの電位低下は、低周波か高周波かにかかわらず、そのまま（Ｖ３´＝Ｖ３）である（図３、図４参照）。高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂでは、低周波パルス信号を用いた場合、ある時間まで正常部のコンタクトプラグ６ａの電位変化より低いが（Ｖ２＜Ｖ０）、ある時間を超えると電流が流れることにより電位低下が解消され、正常部のコンタクトプラグ６ａの電位変化と同等（Ｖ２＝Ｖ０）になる（図３参照）。高周波パルス信号を用いた場合、高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂでは、電位低下の復元が間に合わないため、電位コントラストの低下（Ｖ２´＜Ｖ０´）が起こる（図４参照）。この電位コントラストの低下は、抵抗値が高くなるほど大きくなり、断線部のコンタクトプラグ６ｃのときの電位低下に近づく。
【００２３】
つまり、高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂの表面が、Ｐ型シリコン基板２に印加した電圧に達するのにある時間が必要であり、この時間よりも短い時間で繰り返すパルス信号に対しては電位波形が鈍り、波高が低下する。そのため、高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂに高周波パルス信号を照射することで、電位波形の差が小さくなる。言い換えると、所定の時間よりも短い周期のパルス信号（高周波パルス信号）を用いることで、高抵抗部での電流の補給による電荷堆積補償が不十分になり、電位波形の低下、振幅の減少が起こる。そのため、電位波形のＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルでの電位コントラスト差が小さくなる。この電位コントラスト差が小さくなることを利用して、高抵抗部のコンタクトプラグ６ｂを検出することができる。これにより、電位波形ではなく、電位分布画像を用いて平面的に高抵抗箇所を特定することも可能となる。
【００２４】
実施形態１によれば、従来、困難であったコンタクトプラグの高抵抗欠陥の発生位置の特定が可能となる。それによって、短時間でコンタクト形成プロセスの改良にフィードバックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法を説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法によって基板に印加された低周波パルス信号とコンタクト表面の電位波形を示した模式図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る半導体デバイスのコンタクト不良検査方法によって基板に印加された高周波パルス信号とコンタクト表面の電位波形を示した模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  半導体デバイス（半導体ウェハ）
２  Ｐ型シリコン基板
３  素子分離領域
４  Ｎウェル
５  層間絶縁膜
６  コンタクトプラグ
６ａ  コンタクトプラグ（正常部）
６ｂ  コンタクトプラグ（高抵抗部）
６ｃ  コンタクトプラグ（断線部）
７  ２次電子
８  電子ビーム
１０  真空装置
１１  真空室
１２  ステージ
１３  電子銃装置
１４  検出器
２０  信号発生器
３０  制御装置
４０  検出装置
５０  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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