(57)【要約】【課題】  半導体素子の拡散層のドーパントプロファイルや電流パスを評価解析する必要があるが、簡単に解析できる解析装置や解析方法がないという問題がある。【解決手段】  電子線を用いた顕微鏡にプローブと半導体素子に印加する電圧源を追加する。評価半導体素子用の半導体素子に電位を印加して実動作状態とし、電子線を走査して２次電子像を得る。半導体素子は電位を印加され電位コントラストを持つことから、２次電子像は電位コントラストを持った拡散層のドーパントプロファイルや電流パスを示す像となる。電位コントラストを持つ２次電子像から直接拡散層のドーパントプロファイルや電流パスの可能像を得ることができる。【選択図】  図３
2008210987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントプロファイルの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子のドーパントプロファイル観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、
前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面のドーパントプロファイルに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする半導体素子の解析装置。
【請求項２】
電流パスの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子の電流パス観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、
前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面の電流パスに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする半導体素子の解析装置。
【請求項３】
ドーパントプロファイル及び電流パスの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子のドーパントプロファイル及び電流パス観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、
前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面のドーパントプロファイル及び電流パスに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする半導体素子の解析装置。
【請求項４】
ドーパントプロファイルの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面のドーパントプロファイルに応じた電位差を２次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の解析方法。
【請求項５】
電流パスの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面の電流パスに応じた電位差を２次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の解析方法。
【請求項６】
ドーパントプロファイル及び電流パスの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面のドーパントプロファイル及び電流パスに応じた電位差を２次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする半導体素子の解析方法。
【請求項７】
前記半導体素子加工工程においては、ダミー半導体に前記半導体素子を貼り合わせした後、短冊状に断面加工し、評価断面を露出させることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の半導体素子の解析方法。
【請求項８】
前記半導体素子加工工程においては、さらに露出された前記評価断面をアルゴン（Ａｒ）ミリング又はプラズマクリーニングによりクリーニングすることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子の解析方法。
【請求項９】
前記半導体素子加工工程においては、さらに露出された前記評価断面に導電性の微粒子をお互いに電気的につながらないように堆積させることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子の解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の解析装置及びその解析方法に係り、特に電圧を印加した動作状態における半導体素子の解析装置及びその解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の半導体製品は大容量化され、使用されるトランジスタ等の半導体素子は微細化され、その構造は複雑になっている。そして、これらの半導体素子については、様々な場面で解析が行われている。例えば、開発時点においては、半導体素子を解析し、問題点を抽出／確認することで、最適な半導体素子を決定している。製造工程においては、製造工程のモニタとして半導体素子解析が実施され、工程ラインの安定化を図っている。さらには顧客からのクレーム対応として返品された半導体素子の解析が実施されている。このように半導体素子の開発時、生産工程、顧客対応として半導体素子は様々な場面で解析され、その解析結果は可視化された写真や電子画像として広く利用されている。
【０００３】
しかし半導体素子サイズが微細化されることで、半導体素子の解析は以前より困難になっている。そのため半導体素子を観察する解析装置としては光学顕微鏡では不十分となり、電子顕微鏡が利用されている。例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ、Scanning Electron Microscope）、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ、Scanning Probe Microscope）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ、Transmission Electron Microscope）、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ、Scanning Transmission Electron Microscope）等が利用されている。さらに集束イオンビーム（ＦＩＢ、Focused Ion Beam）や、電子線ホログラフィを利用した解析方法が開発されている。
【０００４】
半導体製品の不良の中には、実際に製品を動作させて初めて不良症状が現れるような異常がある。そのような不良に対しては、製品を電気的に動作させた状態で、その半導体素子の拡散層形状や電流パスを評価する必要がある。しかし現在、そのような評価は行われていない。近年の技術発展に伴い半導体素子の解析としては、例えば、電子線ホログラフィ技術により半導体素子の拡散層形状（ドーパントプロファイル）を可視化することが出来る。また半導体素子に直接針当てして、その半導体素子特性を評価することも出来る。しかし、それら２つの技術を合わせ半導体素子に針当てし、電圧を印加した半導体素子の動作状態での外観観察ということは実施されていない。
【０００５】
従来の電子線ホログラフィ等といったドーパントプロファイルの観察方法は、半導体素子作成、評価手法共に非常に煩雑で、観察できる確率も低かった。またここで観察されるものは、ドーパントの物理的な位置情報のみであり、実動作時の電圧を印加して、その状態でドーパントプロファイルを観察する手法は全くなかった。なお、シリコン（Ｓｉ）中の電位コントラスト（電位差）は、電圧が印加された場合に発生するのであって、印加していなければコントラスト（電位差）そのものがない。このように、電圧を印加した実動作状態で、ドーパントプロファイルを観察する簡単な手法の開発が望まれていた。
【０００６】
半導体素子の解析方法に関する先行特許文献として下記文献がある。特許文献１（特開２００１−１８５５９３）には、２次電子像（ＳＥＭ像）とＥＢＩＣ像（空乏層像）を重ね、ドーパントプロファイルを観察する技術が開示されている。特許文献１の評価装置は、ＳＥＭ機能を用いて、試料の表面形状、プローブの先端形状やプローブの位置を調べる（段落００１２）。そして、断面加工されたＭＯＳトランジスタの各部（ゲート、ドレイン、ソース、ウェル）にプローブを接触させ、トランジスタの各部に電圧を印加した状態でプローブ間に流れる電流を電流計で測定する（段落００１３）。一方、ＭＯＳトランジスタはｐｎ接合を含んで構成され、この接合には空乏層が存在する。この空乏層に電子線を照射した場合、ｐｎ接合に電子線誘起電流（ＥＢＩＣ）が流れる。この電子線の走査に対応したＥＢＩＣを電流計の各々で測定することにより、空乏層の形状を得ることができる（段落００１５）。
【０００７】
ＳＥＭ機能により電子線を走査し、照射位置に対応した２次電子強度を２次電子検出器によって検出し、２次電子像（ＳＥＭ像）とする。さらに各プローブ間に流れる電流値を電流計でそれぞれ測定する。このように、２次電子像（ＳＥＭ像）と各電子線誘起電流（ＥＢＩＣ）を同時に評価する。これにより、２次電子像（ＳＥＭ像、図２ａ）とＥＢＩＣ像（空乏層像、図２ｂ）を表示装置の画面上に重ね合わせて、同時に図２ｃとして表示することができる。従って、ＥＢＩＣ像に示される空乏層の位置を、ＳＥＭ像によって示される半導体素子の形状に対応させて解析することが可能となる（段落００１６）。
【０００８】
この特許文献１のＳＥＭ機能は、２次電子検出により試料の表面形状像を得るためと、空乏層に電子線を照射した時にｐｎ接合に誘起される電子線誘起電流（ＥＢＩＣ）を得るための２つの目的で使用されている。つまり、２次電子検出は、ドーパントプロファイルそのものを得るものではなく、あくまで、試料の表面形状の像を得るものである。ドーパントプロファイルは、コンピュータに制御された電圧をプローブに印加し、電子線の照射位置に対応したプローブに流れる電流を測定する。この印加された電圧と電子線誘起電流から空乏層の広がり（電圧依存性）を求め、式（数１）を用いたシミュレーションを行うことによってドーパントプロファイルを求めるものである。
【０００９】
この特許文献１においては、評価装置での測定そのものからドーパントプロファイルが直ちに可視化されるというものではない。２次電子検出によるＳＥＭ像、ＥＢＩＣの電流測定値と共に、シミュレーションが必要となるものである。つまり、電流測定のための電流計や、コンピュータによる余分なシミュレーション処理が必要となり、そのための手間と装置が必要になるという問題がある。
【００１０】
特許文献２（特開２００５−１７２７６５）では、評価試料の表面をＦＩＢによって加工処理した後、試料表面近傍を機械的方法、電気化学的反応、あるいは光を照射しながらの酸化、アニーリングといった光学的手法により研磨する。この研磨によりイオン照射によって打ち込まれたイオン元素を除去することで、本来の試料観察を可能としている。しかし上記したこれらの先行文献においては、本発明における課題を解決する技術、及び技術思想に関しては何ら記載されていない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１８５５９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１７２７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したように半導体素子の動作状態において、半導体素子の拡散層形状（ドーパントプロファイル）や電流パスを評価解析する必要がある。この解析のためにはＳＥＭ装置の他に電流計やコンピュータの装置、さらにはシミュレーション処理が必要になるという問題がある。本発明の目的は、これらの課題に鑑み簡単な構成の解析装置により直接、動作状態における半導体素子のドーパントプロファイルや電流パスを評価解析できる半導体素子の解析装置及びその解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願は上記した課題を解決するため、基本的には下記に記載される技術を採用するものである。またその技術趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できる応用技術も、本願に含まれることは言うまでもない。
【００１４】
本発明の半導体素子の解析装置は、ドーパントプロファイルの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子のドーパントプロファイル観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面のドーパントプロファイルに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の半導体素子の解析装置は、電流パスの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子の電流パス観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面の電流パスに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする。
【００１６】
本発明のさらに他の半導体素子の解析装置は、ドーパントプロファイル及び電流パスの観測が可能な形状に半導体素子断面を加工した半導体素子を載置するためのステージと、前記半導体素子断面に対する照射位置を制御しつつ電子線を照射する電子線照射手段と、前記半導体素子のドーパントプロファイル及び電流パス観測のため、前記半導体素子の必要な箇所に接触させることが可能な複数のプローブと、前記複数のプローブに電圧を印加するための電圧源と、前記半導体素子断面に対して前記電子線を照射したときに発生する２次電子量を検出するための２次電子検出器と、前記検出した２次電子量に応じたコントラストとして画面上に可視化する可視化手段とを備え、前記ステージに載置した前記半導体素子の必要な箇所に前記プローブを接触させて前記電圧源により所望の電圧を印加すると共に前記電子線照射手段により前記半導体素子断面に対して電子線を照射し、前記半導体素子断面のドーパントプロファイル及び電流パスに応じた電位差を、前記２次電子検出器にて２次電子量として検出して前記可視化手段の画面上にコントラストとして可視化することを特徴とする。
【００１７】
本発明の半導体素子の解析方法は、ドーパントプロファイルの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面のドーパントプロファイルに応じた電位差を２次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の半導体素子の解析方法は、電流パスの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面の電流パスに応じた電位差を2次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明のさらに他の半導体素子の解析方法は、ドーパントプロファイル及び電流パスの観測が可能な形状に半導体素子の断面を加工する半導体素子加工工程と、加工された前記半導体素子をステージに載置し、載置された前記半導体素子の電極にプローブから電位を印加する工程と、前記半導体素子の断面に電子線を照射し、前記半導体素子の断面のドーパントプロファイル及び電流パスに応じた電位差を２次電子量として検出して可視化手段の画面上にコントラストとして可視化する工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体素子の解析方法の前記半導体素子加工工程においては、ダミー半導体に前記半導体素子を貼り合わせした後、短冊状に断面加工し、評価断面を露出させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体素子の解析方法の前記半導体素子加工工程においては、さらに露出された前記評価断面をアルゴン（Ａｒ）ミリングやプラズマクリーニングによりクリーニングすることを特徴とする。
【００２２】
本発明の半導体素子の解析方法の前記半導体素子加工工程においては、さらに露出された前記評価断面に導電性の微粒子をお互いに電気的につながらないように堆積させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の半導体素子の解析装置は、微細プローブを評価用半導体素子に接触させ電圧を印加し、半導体素子を動作させる。この動作状態の半導体素子に電子線をスキャンし、２次電子像をモニタ(ＳＥＭ像観察)する。ここで得られたＳＥＭ像の電位コントラストは、動作状態での拡散層のドーパントプロファイルや電流パスに応じたコントラストを示す。このようにドーパントプロファイルや電流パスをＳＥＭ像の電位コントラストとして、可視化された像として直接得ることができる。また、本発明によれば、構成の簡単な解析装置により直接可視化された拡散層のドーパントプロファイルや電流パスが得られる半導体素子の解析装置及びその解析方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の半導体素子の解析装置及びその解析方法について、図１〜４を参照して説明する。図１には評価半導体素子を張り合わせた模式図（Ａ）、拡大平面図（Ｂ）を示す。図２には評価半導体素子の評価断面を露出された模式図（Ａ）、拡大断面図（Ｂ）を示す。図３には評価半導体素子に針立てした模式図（Ａ）、拡大断面図（Ｂ）を示す。図４に本発明に解析装置の模式図を示す。
【００２５】
最初に解析する評価半導体素子について図を参照して説明する。図１（Ａ）に示すように、評価半導体素子１は、断面加工後の半導体素子強度を確保するために、ダミー半導体素子２等と評価半導体素子１を貼り合わせ、十分な半導体素子厚さとなるようにする。ここでの評価半導体素子は、例えばＮＭＯＳトランジスタであり、その拡大平面図を図１（Ｂ）に示す。ＮＭＯＳトランジスタはソース及びドレイン拡散層３と、ゲート電極４と、基板（サブストレート）５から構成され、それぞれの拡散層はコンタクト電極６により配線される。
【００２６】
次にダイシングや研磨等により、必要な電極を含んだ評価断面が片面に露出するよう、上記貼り合わせた半導体素子を短冊状に断面加工する(図２Ａ)。図２Ｂには、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線における拡大断面図を示す。その後、アルゴン（Ａｒ）ミリングを施し、評価断面のダメージやコンタミネーションを除去する。さらに互いが電気的につながらない程度に微小白金粒を蒸着し、コントラストをより鮮明にする等の適当な表面処理を施す。このように評価半導体素子の評価断面を加工し、ドーパントプロファイル観察に最適な状態となるようにすることができる。
【００２７】
加工した評価半導体素子１を、外部から移動制御可能な先端径が数十nmオーダーのプローブを有するＳＥＭ等の装置にセットする。必要な半導体素子の電極に必要な電気的バイアスを印加して動作状態とし、ＥＢスキャンする。図３に針当てした半導体素子の模式図（Ａ）、図１（Ｂ）のＡ−Ａ線における半導体素子の拡大断面図（Ｂ）を示す。この動作状態の半導体素子にＥＢスキャンし、その２次電子像をモニタ(通常のＳＥＭ像観察)する。得られたＳＥＭ像の電位コントラストから基板中の電位分布情報（ドーパントプロファイル）を取得する。このように可視化されたＳＥＭ像の電位コントラストから、直接ドーパントプロファイルが取得できる。
【００２８】
図４の解析装置として走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた場合の模式図を示す。ＳＥＭ装置は、真空容器１１内に電子線照射手段１２と、ステージ１３と、２次電子検出器１４と、プローブ１５とを備えている。真空容器１１の外側には、さらにＳＥＭ像を観察する可視化手段１６、電圧源１７、排気ポンプ１８及び全体を制御する制御部１９を備えている。電子線照射手段１２は、高エネルギーの電子を放出する電子銃２１、その電子を絞り集束させる集束レンズ２２、電子を偏向させる走査コイル２３、対物レンズ２４から構成できる。可視化手段１６は表示装置（ＣＲＴ）等を含む可視化するための画像表示手段である。これらの構成は、ＳＥＭ装置内部に、評価半導体素子に接触させるプローブ１５と、そのプローブに電圧を印加する電圧源１７が追加されているものである。その他の構成は一般的なＳＥＭ装置と同じであり、基本動作も一般的なＳＥＭ装置と同じである。
【００２９】
図３、４を参照して説明する。評価用半導体素子であるＮＭＯＳトランジスタのゲート、ソース、ドレイン、基板の各電極に、先端径が数十nmオーダーのプローブを接触させる。ＮＭＯＳトランジスタの各電極にそれぞれ、電位Ｖｇ、Ｖｓ、Ｖｄ、Ｖｓｕｂを、各プローブを介して印加する。例えば、Ｖｓ＝０ｖ、Ｖｄ＝１ｖ、Ｖｓｕｂ＝−０．３ｖ、Ｖｇ＝０ｖを印加する。ゲート電位が０ｖであることから、ＮＭＯＳトランジスタはオフ状態である。その状態で、図３(Ｂ)に示すように評価断面にＥＢスキャンを行い、ＳＥＭ像観察を実施する。このＳＥＭ像は、基板とソースドレイン拡散層の電位が異なることから電位コントラストを持つ。この可視化されたＳＥＭ像から直接、ソースドレイン拡散層のドーパントプロファイルが得られることになる。
【００３０】
また、Ｖｓ＝０ｖ、Ｖｄ＝１ｖ、Ｖｓｕｂ＝−０．３ｖ、Ｖｇ＝１ｖを印加し、ＥＢスキャンを行い、ＳＥＭ像観察を実施する。ゲート電位が１ｖであることから、ＮＭＯＳトランジスタはオン状態である。ＮＭＯＳトランジスタの動作状態で、ＥＢスキャンを行い、ＳＥＭ像を観察する。このＳＥＭ像としては、基板とソースドレイン拡散層の電位コントラスト、さらにドレインーソース間に電流が流れることからチャネル部にも電位コントラストを持つ。この可視化されたＳＥＭ像から直接、実動作状態の半導体素子（ＮＭＯＳトランジスタ）のソースドレイン拡散層のドーパントプロファイル、及びチャネル部に流れる電流パスの情報が得られる。
【００３１】
このようにＳＥＭ装置にプローブと、評価半導体素子に印加する電圧源を追加し、評価半導体素子に電位を印加することで実動作状態とする。実動作状態の半導体素子に、電子線を走査して直接ＳＥＭ像を得る。半導体素子は電位を印加されていることから、得られたＳＥＭ像は電位コントラストを持つ。電位コントラストを持つＳＥＭ像は、拡散層のドーパントプロファイルや電流パスの電位コントラストを示す像である。本発明によれば、ＳＥＭ装置にプローブと半導体素子に印加する電圧源を追加することで、簡単に拡散層のドーパントプロファイルや電流パスの像が得られる。
【００３２】
また、上記実施例において、２次電子像を反射電子像とすることができるし、反射ではなく、透過電子線(ＴＥＭ、ＳＴＥＭ等)にも置き換えてもよい。また、電圧を印加した状態で像観察する際、像の位置が大きくシフトするため、ビームシフトで位置調整する必要があるが、それを画像処理で自動化してもよい。更に半導体素子表面の処理として、アルゴン（Ａｒ）ミリングの代わりにプラズマ中でのクリーニングを行ってもよいし、微小白金粒でなくても、導電性の微小粒であれば何でも代用できる。
【００３３】
上述したように、本発明の半導体素子の解析装置は、電子線を用いた顕微鏡にプローブと半導体素子に印加する電圧源を追加する。評価半導体素子に電位を印加して実動作状態とし、電子線を走査して２次電子像を得る。半導体素子は電位を印加され電位コントラストを持つことから、２次電子像も可視化の可能な電位コントラストを持つ。この２次電子像は、拡散層のドーパントプロファイルや電流パスの像である。本発明によれば、簡単な解析装置及び方法により拡散層のドーパントプロファイルや電流パスの情報を直接得ることができる。
【００３４】
以上実施例に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上述の実施例に制限されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができ、これらの変更例も本願に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の利用分野として、全ての半導体製品の不良解析や、半導体素子特性評価において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明における評価半導体素子を張り合わせた模式図（Ａ）、拡大平面図（Ｂ）である。
【図２】本発明における評価半導体素子の評価断面を露出された模式図（Ａ）、拡大断面図（Ｂ）である。
【図３】本発明における評価半導体素子に針立てした模式図（Ａ）、拡大断面図（Ｂ）である。
【図４】本発明における解析装置の模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    評価半導体素子
２    ダミー半導体素子
３    ソースドレイン拡散層
４    ゲート電極
５    基板（サブストレート）
６    コンタクト電極
１１    真空容器
１２    電子線照射手段
１３    ステージ
１４    ２次電子検出器
１５    プローブ
１６    可視化手段
１７    電圧源
１８    排気ポンプ
１９    制御部
２１    電子銃
２２    集束レンズ
２３    走査コイル
２４    対物レンズ
【図１】
2008210987.tif 000003
【図２】
2008210987.tif 000004
【図３】
2008210987.tif 000005
【図４】
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