(57)【要約】   【課題】  様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】  走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性試料１００の任意の箇所における拡がり抵抗を導電性試料１００の表面形状像に対応させて計測し、計測した拡がり抵抗をあらかじめ設定した基準値、または計測した箇所の周辺の拡がり抵抗と比較することにより、不良内容および不良箇所を特定することができ、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性試料の任意の箇所における拡がり抵抗を測定可能な走査型プローブ顕微鏡を備える導電性試料の評価装置であって、
前記導電性試料にバイアス電圧を印加するＤＣバイアス電源と、
前記導電性試料の表面形状像を得る手段と、
前記拡がり抵抗から前記表面形状像と対応させてプロファイルを作成する手段と、
前記プロファイルから前記導電性試料の不良内容を特定し、前記拡がり抵抗と前記表面形状像との対応から不良箇所を特定する評価手段と
を有することを特徴とする導電性試料の評価装置。
【請求項２】
前記評価手段として、前記プロファイルから良・不良の判定に用いる閾値を決定する閾値決定装置と前記閾値より拡がり抵抗が大きくなる箇所を電気的接触不良箇所として特定する閾値比較装置とを有することを特徴とする請求項１記載の導電性試料の評価装置。
【請求項３】
前記評価手段として、前記プロファイルをキャリア濃度のプロファイルに変換する変換器と前記キャリア濃度が予測された値と異なる箇所を拡散不良箇所として特定する表示装置とを有することを特徴とする請求項１記載の導電性試料の評価装置。
【請求項４】
前記ＤＣバイアス電源は印加するバイアス方向が可変であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の導電性試料の評価装置。
【請求項５】
走査型プローブ顕微鏡を用いて導電性試料の評価を行う導電性試料の評価方法であって、
前記導電性試料にバイアス印加を行う工程と、
前記導電性試料の任意の箇所に導電性探針を接触させて前記任意の箇所における拡がり抵抗を前記任意の箇所の表面形状像と対応させながら計測する計測工程と、
前記計測結果より不良内容と不良箇所を特定する特定工程と
を有することを特徴とする導電性試料の評価方法。
【請求項６】
前記特定工程は、前記計測結果とあらかじめ決定された拡がり抵抗の基準値とを比較することによって、不良内容と不良箇所を特定することを特徴とする請求項５に記載の導電性試料の評価方法。
【請求項７】
前記計測工程が前記拡がり抵抗より前記表面形状像と対応した拡がり抵抗のプロファイルを作成し、
前記特定工程が前記プロファイルと前記表面形状像より不良内容と不良箇所を特定する
ことを特徴とする請求項５記載の導電性試料の評価方法。
【請求項８】
前記特定工程が前記プロファイルから閾値を決定し、各計測箇所の拡がり抵抗と前記閾値を比較することにより、前記閾値より拡がり抵抗が大きくなる箇所を電気的接触不良箇所として特定することを特徴とする請求項７記載の導電性試料の評価方法。
【請求項９】
前記特定工程が前記プロファイルをキャリア濃度のプロファイルに変換し、前記キャリア濃度のプロファイルから、前記キャリア濃度が予測された値と異なる箇所を拡散不良箇所として特定することを特徴とする請求項７記載の導電性試料の評価方法。
【請求項１０】
前記バイアスは印加するバイアス方向が可変であることを特徴とする請求項５または請求項６または請求項７または請求項８または請求項９のいずれかに記載の導電性試料の評価方法。
【請求項１１】
前記導電性試料が半導体装置であることを特徴とする請求項５または請求項６または請求項７または請求項８または請求項９または請求項１０のいずれかに記載の導電性試料の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の導電性試料の評価工程において、導電性試料上に存在する不良を特定する導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置のプロセスが微細化しており、高集積化が進んでいる。例えば、現在ゲート長０．１８μｍ以下のデバイスが主流となっているため、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のセルサイズは数μｍ２以下と非常に小さくなっている。それに伴い、半導体装置の不良解析も複雑化しており、また、高精度な不良箇所特定技術が求められている。
【０００３】
半導体装置製造後の解析方法としては、まず、プローブ接触を伴う電気的測定を行い、半導体装置の正常動作を確認する。さらに、電気的測定で不良が検出された場合は、不良箇所をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、走査型電子顕微鏡）やＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、透過型電子顕微鏡）等で観察し、不良原因の解明を行うという流れが一般的である。
【０００４】
しかし、電気的測定で検出された不良は、必ずしもその場所や原因が特定されるわけではない。ＳＥＭやＴＥＭ等の観察を行う以前に詳細に不良箇所を特定しなければ、広い領域の観察が要求されることが多く、解析時間が長期化しデバイスの完成度向上の遅延を招く結果となる。
【０００５】
電気的測定後の不良箇所特定技術としては、ＯＢＩＲＣＨ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｅａｍ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｃｈａｒｇｅ）法や液晶法、またＳＥＭを用いたＶＣ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ）法等が非破壊技術として知られている。
【０００６】
ＯＢＩＲＣＨ法ではレーザービームを半導体装置などの導電性試料上に照射して、配線パターンの温度を上昇させることによって配線抵抗を変化させる。定電圧源で電圧を印加していればこれが電流の変化となって現れる。これを像として見るために導電性試料の観察領域にレーザービームを照射し、電流変化を輝度変化として表示させたのがＯＢＩＲＣＨ像である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
液晶法は、液晶を塗布した導電性試料に電流または電圧を印加し、配線パターンの温度上昇を液晶の相転移変化として表示させ観察するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
ＶＣ法はＳＥＭ等を用いて電子ビームを導電性試料上に照射して得られる二次電子像の電位コントラストを比較する方法である。電気的接触の有無により二次電子像のコントラストが異なるため、不良箇所の特定を可能にするというものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、近年はナノプローブを用いて微細な単一トランジスタの特性を測定し、その結果を比較することにより不良箇所の特定を可能にする方法も用いられるようになっている（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】二川  清、井上  彰二；“レーザービーム走査・電流変化像による新コントラスト”、第１６回ＬＳＩテスティングシンポジウム会議録、ｐｐ．１２３−１２８，  １９９６
【非特許文献２】矢野  史子、柳田博史、水野  貴之、荒川  史子、小川  吉文、寺田  尚平、朝山  匡一郎；“ナノプローバとＴＥＭを用いた不良解析手法の開発”、第２３回ＬＳＩテスティングシンポジウム会議録、ｐｐ．２７３−２７５，  ２００３
【特許文献１】特開平６−６９３０２号公報
【特許文献２】特開平１１−８２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、前述のＯＢＩＲＣＨ法や液晶法は、いずれも半導体試料などの導電性試料に電圧を印加するためのプローブ接続用パッドが必要である。特定の評価を目的として作成されたＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）内の不良箇所特定には有意であるが、回路を駆動させるために複雑な素子構成をもつＳＲＡＭ等のメモリーセルアレイ内の不良箇所特定には不適である。また、不良箇所の特定精度は、現在のところＯＢＩＲＣＨ法では空間分解能０．５μｍ程度が限度である。また、液晶法に至ってはそれ以下の分解能しか得られないという問題点がある。
【００１１】
また、前述のＳＥＭによるＶＣ法では、パッドは不要であり空間分解能も１０ｎｍ以上得られている。しかし、ウエハと導電していなければならないコンタクトホールのオープン不良等の特定は可能だが、電気的接触が微妙な高抵抗モードの不良等は二次電子像のコントラスト比較では特定しにくい。また、拡散層への注入が何らかの理由で阻害されたことによる不良に関しては、パターンの異常として検出されないため、従来の解析手法では原因特定が非常に困難であるという問題点があった。
【００１２】
一方、前述のナノプローブによる単一トランジスタ特性の評価を行えば、トランジスタ単位での不良箇所の特定が可能になる。しかし、微細領域において複数のプローブをオペレーションする必要があるため、その操作には熟練を要し、容易に解析できないという問題点がある。
【００１３】
かかる課題に鑑みて、本発明は、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明における請求項１記載の導電性試料の評価装置は、導電性試料の任意の箇所における拡がり抵抗を測定可能な走査型プローブ顕微鏡を備える導電性試料の評価装置であって、前記導電性試料にバイアス電圧を印加するＤＣバイアス電源と、前記導電性試料の表面形状像を得る手段と、前記拡がり抵抗から前記表面形状像と対応させてプロファイルを作成する手段と、前記プロファイルから前記導電性試料の不良内容を特定し、前記拡がり抵抗と前記表面形状像との対応から不良箇所を特定する評価手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の導電性試料の評価装置は、請求項１記載の導電性試料の評価装置において、前記評価手段として、前記プロファイルから良・不良の判定に用いる閾値を決定する閾値決定装置と前記閾値より拡がり抵抗が大きくなる箇所を電気的接触不良箇所として特定する閾値比較装置とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の導電性試料の評価装置は、請求項１記載の導電性試料の評価装置において、前記評価手段として、前記プロファイルをキャリア濃度のプロファイルに変換する変換器と前記キャリア濃度が予測された値と異なる箇所を拡散不良箇所として特定する表示装置とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の導電性試料の評価装置は、請求項１または請求項２または請求項３のいずれかに記載の導電性試料の評価装置において、前記ＤＣバイアス電源は印加するバイアス方向が可変であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の導電性試料の評価方法は、走査型プローブ顕微鏡を用いて導電性試料の評価を行う導電性試料の評価方法であって、前記導電性試料にバイアス印加を行う工程と、前記導電性試料の任意の箇所に導電性探針を接触させて前記任意の箇所における拡がり抵抗を前記任意の箇所の表面形状像と対応させながら計測する計測工程と、前記計測結果より不良内容と不良箇所を特定する特定工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の導電性試料の評価方法は、請求項５記載の導電性試料の評価方法において、前記特定工程は、前記計測結果とあらかじめ決定された拡がり抵抗の基準値とを比較することによって、不良内容と不良箇所を特定することを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の導電性試料の評価方法は、請求項５記載の導電性試料の評価方法において、前記計測工程が前記拡がり抵抗より前記表面形状像と対応した拡がり抵抗のプロファイルを作成し、前記特定工程が前記プロファイルと前記表面形状像より不良内容と不良箇所を特定することを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の導電性試料の評価方法は、請求項７記載の導電性試料の評価方法において、前記特定工程が前記プロファイルから閾値を決定し、各計測箇所の拡がり抵抗と前記閾値を比較することにより、前記閾値より拡がり抵抗が大きくなる箇所を電気的接触不良箇所として特定することを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の導電性試料の評価方法は、請求項７記載の導電性試料の評価方法において、前記特定工程が前記プロファイルをキャリア濃度のプロファイルに変換し、前記キャリア濃度のプロファイルから、前記キャリア濃度が予測された値と異なる箇所を拡散不良箇所として特定することを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の導電性試料の評価方法は、請求項５または請求項６または請求項７または請求項８または請求項９のいずれかに記載の導電性試料の評価方法において、前記バイアスは印加するバイアス方向が可変であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１１記載の導電性試料の評価方法は、請求項５または請求項６または請求項７または請求項８または請求項９または請求項１０のいずれかに記載の導電性試料の評価方法において、前記導電性試料が半導体装置であることを特徴とする。
【００２５】
以上により、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性試料の任意の箇所における拡がり抵抗を導電性試料の表面形状像に対応させて計測し、計測した拡がり抵抗をあらかじめ設定した基準値、または計測した箇所の周辺の拡がり抵抗と比較することにより、不良内容および不良箇所を特定することができ、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【００２７】
この時、計測した複数の拡がり抵抗よりプロファイルを作成し、基準値として閾値を設け、計測した拡がり抵抗が閾値より大きくなる箇所を電気的接触不良箇所として特定することにより、より高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【００２８】
また、計測した複数の拡がり抵抗より導電性試料の表面形状像に対応してキャリア濃度のプロファイルを作成し、実測したキャリア濃度が期待されるキャリア濃度より低くなるあるいは高くなる箇所を特定することより、注入されるべき不純物が欠如するあるいは過剰であるような拡散不良箇所として特定することにより、より高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
まず、図４を用いて、本発明における拡がり抵抗の測定原理を以下に説明する。
図４は本発明の拡がり抵抗成分を説明するための模式図である。
本発明では、ＳＳＲＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、走査型拡がり抵抗顕微鏡）を用いて、半導体装置などの導電性試料表面の拡がり抵抗を測定し、その抵抗値を検証して不良内容の推定を行うと共に、その抵抗値のプロファイルと試料表面形状を対比することによって、不良箇所の特定を行う。
【００３０】
ＳＳＲＭはＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、走査型プローブ顕微鏡）の一種で導電性試料に直接導電性ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｔｈ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、原子間力顕微鏡）探針を接触させて拡がり抵抗を測定するものであり、ＡＦＭの原理で得られる試料表面の凹凸三次元画像と、拡がり抵抗の二次元マッピングを同時出力することができる。探針が先鋭化されているのでその空間分解能は１０ｎｍ程度と非常に高い特徴を有する。
【００３１】
本発明の評価方法では、まず、導電性試料の評価したい表面を機械的研磨あるいはウエットエッチ等によって平滑に露呈させる。次に、前記方法で作成した導電性試料をバイアス電圧印加が可能な試料設置台に設置し、適切なバイアス電圧を印加する。その一方、導電性試料表面または断面に微小な導電性探針を接触させて走査し、探針動作領域における拡がり抵抗を測定し、あらかじめ設定された基準値との差異から不良箇所の特定を行う。あるいは、拡がり抵抗のプロファイルを用いて正常箇所と不良箇所との拡がり抵抗の差異から不良箇所の特定を行う。
【００３２】
拡がり抵抗の成分のイメージを模式的に示した図４において、導電性探針３４を１０Ｇｐａ程度の触圧で接触させることにより探針側の接触抵抗４１は無視することができる。また、試料側の接触抵抗４２は探針側の接触抵抗４１と比べて非常に小さく同様に無視することができる。よって、ＳＳＲＭで測定される全体の抵抗Ｒ（全体）は、Ｒ（拡がり抵抗４３）を測定していることになるため、式（１）のように記述される。
Ｒ（全体）＝Ｒ（探針側の接触抵抗４１）＋Ｒ（試料側の接触抵抗４２）＋Ｒ（拡がり抵抗４３）  …（１）
≒  Ｒ（拡がり抵抗４３）
ここで、拡がり抵抗の成分は測定する導電性試料１００によって異なる。拡散層が露出した試料表面を測定面としたならば、拡がり抵抗に依存する物理量として拡散層の不純物濃度（以下、ドーパント濃度と称す）に換算することが可能であるが、コンタクト等のパターンが露出した試料表面ならば、拡がり抵抗成分にはコンタクト抵抗４３ａを始めとする多くの要素をもって構成されることになる。以下、詳しく述べることとする。
【００３３】
本発明の導電性試料の評価装置及び評価方法の概略について、以下に説明する。
図３は本発明における導電性試料の評価装置の構成を示す概略図である。
図３において、バイアス方向が可変なＤＣバイアス電源３５を具備した導電性試料３１を設置するための設置台３２上と、適切なバイアス電圧を印加した導電性試料３１の表面に接触させて走査するカンチレバー３３の先端に取り付けられた導電性探針３４と、導電性試料３１の拡がり抵抗のプロファイルを測定する抵抗測定器３８、導電性試料３１の表面形状像を得る手段としてのレーザー照射装置３６、レーザー受光器３７から構成される。
【００３４】
レーザー照射装置３６から出力されたレーザー光が、カンチレバー３３に照射され、反射されたレーザー光をレーザー受光装置３７で検知することにより、導電性試料３１の表面形状像を得ることができる。また、該拡がり抵抗のプロファイルと導電性試料３１の表面形状像とを対応させる手段として、例えば、該拡がり抵抗のプロファイルから良・不良の判定に用いる閾値を決定する手段としての閾値決定装置３９及び該閾値から導電性試料３１における不良箇所を特定する手段としての閾値比較装置４０とを、あるいは、該拡がり抵抗のプロファイルをキャリア濃度プロファイルに変換する手段としての変換器５０及び該キャリア濃度のプロファイルから導電性試料３１における不良箇所を特定する手段としての表示装置５１とを有する。
【００３５】
以下、上記評価装置を用いた導電性試料の評価方法を説明する。
まず、ＤＣバイアス電源３５から供給される電流は、導電性試料３１を通して、導電性探針３４に流れ、抵抗測定器３８で測定され、拡がり抵抗値として抵抗測定器３８から出力される。
【００３６】
次に、拡がり抵抗値は閾値決定装置３９に出力され、閾値決定装置３９において、拡がり抵抗のプロファイルと、レーザー受光器３７で得られた導電性試料３１の表面形状像である三次元像とが対比されて、閾値を求める対象となる部位及び閾値が決定され、閾値比較装置４０において、導電性試料３１の各部位における拡がり抵抗値と閾値とが比較され、閾値との高低差から導電性試料３１における不良箇所が特定される。
【００３７】
上記の説明では、不良内容や不良箇所を特定するために、測定した拡がり抵抗の値から閾値を求めて、各拡がり抵抗値と閾値を比較したが、各部位における拡がり抵抗値とあらかじめ設定された、良品に対応する基準値とを比較することによって特定してもよい。
【００３８】
あるいは、抵抗測定器３８から出力される拡がり抵抗値は、後述の式（３）において、比抵抗率と相関関係にあることから、変換装置５０において、拡がり抵抗値から比抵抗率が算出され、更に、比抵抗率がキャリア濃度プロファイルに変換され、該キャリア濃度プロファイルとレーザー受光器３７で得られた導電性試料３１の表面形状像である三次元像とが対比されて、予測されるキャリア濃度プロファイルあるいは正常箇所におけるキャリア濃度プロファイルとは異なっているキャリア濃度プロファイルとなっている箇所が、導電性試料３１における不良箇所として特定される。
【００３９】
なお、該拡がり抵抗のプロファイルと導電性試料３１の表面形状像とを対応させる手段としては、本発明の構成には限定されない。
以上により、不良箇所を含む導電性試料を、微小な導電性探針で接触させながら走査し、導電性試料を通して導電性探針に供給される電流から拡がり抵抗を計測し、この拡がり抵抗と、導電性探針の動きから得られる導電性試料の表面形状像とを対比させることによって、例えば、半導体装置のような導電性試料の微小領域における電気的特性に影響する不良箇所を容易に特定できる。
【００４０】
また、導電性試料中に形成された２以上の被測定箇所において、電気的特性に影響する不良箇所が存在した場合に、拡がり抵抗のプロファイルと、導電性試料の表面形状像とを対比させることによって、例えば、半導体装置のような導電性試料の微小領域における不良箇所をより容易に特定できる。特に、不良箇所の不良モードが、比較的高抵抗な不良モードであっても、拡がり抵抗のプロファイルの形状から、容易に不良箇所を特定することができる。
【００４１】
また、拡がり抵抗のプロファイルから、不良か否かの判断をするための拡がり抵抗の閾値を決定し、被測定箇所における拡がり抵抗の測定値と閾値を比較して不良箇所を特定するため、例えば、半導体装置のような導電性試料中に、正常な被測定箇所と不良箇所である被測定箇所が混在して存在した場合に、不良箇所をより正確に特定することが可能となる。さらに、周囲を絶縁膜で囲われた、第一の導電層及び前記第一の導電層と高抵抗層を介して接する第二の導電層からなる、コンタクトプラグ不良などの不良箇所を容易に特定することができる。
【００４２】
また、拡がり抵抗のプロファイルをキャリア濃度のプロファイルに変換して不良箇所を特定するため、例えば、半導体装置のような導電性試料中に設定値とは異なるキャリア濃度の箇所が存在した場合に、不良箇所をより正確に特定することが可能となる。例えば、設定値とは異なるドーパント濃度を有する不純物拡散層などの不良箇所を容易に特定することができる。
（実施例１）
本発明の実施例１における導電性試料の評価方法として、ｐ＋拡散層に接続したコンタクトを有する半導体装置である導電性試料の不良解析に、本発明の導電性試料の評価方法を実施した場合について説明する。
【００４３】
評価は、図３に示した本発明の導電性試料の評価装置を用い、実施例１では、該試料における不良コンタクト部の特定及び不良内容の推定が行うことができる。
評価の対象としての半導体装置である、実施例１における導電性試料の要部断面構造図を図１（ａ）に示す。図１（ａ）はＬＳＩの一部の断面であり、１は層間絶縁膜（酸化膜）、２は導電物コンタクト（正常）、３は導電物コンタクト（異常）、４はｐ＋拡散層、５はウエル領域、６はＳｉ基板、７は素子分離領域、８は異常な高抵抗層である。導電物コンタクト２は正常にウエハ導電層であるｐ＋拡散層４と接続しているが、導電物コンタクト３とｐ＋拡散層４の間には異常な高抵抗層８が存在しているために高抵抗となり、不良が顕在化したとする。図１（ｂ）は実施例１における導電性試料を上方から見た図であり、導電性探針の走査箇所を説明する図である。
【００４４】
以下、上記導電性試料の評価方法を、図１，図３，図４を用いて説明する。
まず、導電性試料１００は図１（ａ）に示したように、導電性探針の接触時の接触抵抗に影響を与えないように、導電物コンタクト２、導電物コンタクト３表面及び層間絶縁膜１が平坦に露出するように研磨等の加工を施しておく。
【００４５】
次に、このような導電性試料１００を図３に示した評価装置の設置台に載せ、基板６側に所定電圧の負バイアスをＤＣバイアス電源３５により印加し、導電性探針３４を導電性試料１００表面に接触させコンタクトをとる。そして、導電性試料１００表面上を図１（ｂ）に示したように、探針走査方向ａ―ａ‘に沿って走査し、その拡がり抵抗を測定する。実施例１における測定結果の拡がり抵抗の二次元プロファイルの模式図を図１（ｃ）に示す。
【００４６】
本実施例で示したような試料における拡がり抵抗を模式的に図４に示した。導電性試料１００と設置台３２との間の試料側の接触抵抗４２及び導電性試料１００と導電性探針３４との間の探針側の接触抵抗４１を除いた、導電物コンタクト２、または導電物コンタクト３と導電性探針３４との間における拡がり抵抗４３の構成は式（２）のようになる。
Ｒ（拡がり抵抗４３）＝Ｒ（コンタクト抵抗４３ａ）
＋Ｒ（コンタクト断面の面積から周囲に広がる拡がり抵抗４３ｂ）
＋Ｒ（Ｓｉ側に接合があればその空乏層の抵抗４３ｃ）          …（２）
導電物コンタクト２、導電物コンタクト３とｐ＋拡散層４との間の電気的接触の有無は、特にＲ（コンタクト抵抗４３ａ）やＲ（Ｓｉ側に接合があればその空乏層の抵抗４３ｃ）の成分に顕著に表れる。
【００４７】
図１（ｃ）のように得られた拡がり抵抗４３のプロファイルから閾値を決定し、導電物コンタクトの不良及び正常の判断をする。層間絶縁膜１における拡がり抵抗４３は非常に高抵抗になり、図１（ｃ）中のレベルＡのような値が得られるが、これは測定時の電気的反応の遅れが特定された値にすぎないため、ここでは導電物コンタクト２、導電物コンタクト３の拡がり抵抗値を閾値の基準として考える。
【００４８】
例えば、測定例として、正常なコンタクトの拡がり抵抗４３であるレベルＣが１Ｅ５Ωであるのに対し、異常なコンタクトの拡がり抵抗４３であるレベルＢは１Ｅ９Ω程度という結果が得られた場合を考える。まず、導電物コンタクト２及び導電物コンタクト３がｐ＋拡散層４と電気的に接触しているか否かを判断する閾値として、閾値決定装置３９において、導電物コンタクト箇所における拡がり抵抗４３値の平均としてレベルＤを選択する。ここでは三つのコンタクト箇所での抵抗値の測定結果から、レベルＤを３．３Ｅ８Ωとする。このとき、各コンタクトでの拡がり抵抗４３値のオーダーが閾値であるレベルＤよりも低い場合にはコンタクトは電気的に接触していると判断できる。逆に拡がり抵抗４３値のオーダーが閾値であるレベルＤよりも高い場合にはコンタクトは高抵抗となっており、不良であると判断できる。
【００４９】
図１（ｃ）では、導電物コンタクト２における拡がり抵抗４３は閾値であるレベルＤよりも低抵抗なレベルＣであるため閾値比較装置４０において、電気的接触がとれていると判断されるが、導電物コンタクト３における拡がり抵抗４３は閾値であるレベルＤよりも高抵抗なレベルＢであるため、不良であると判断される。また、この判断基準から不良内容がコンタクトの高抵抗であると分類できる。ここでは閾値をレベルＤに設定した例を示したが、閾値としてレベルＡを選ぶことにより、図１のような例では導電物コンタクト２及び導電物コンタクト３ともに閾値よりも低い抵抗値であるため、コンタクトのオープン不良はないという判断ができる。このように、一つの測定結果に対し、複数の閾値設定及びそれに対応する判断を行うことで、より正確な不良箇所及び不良内容の特定が可能になる。もちろん閾値の設定方法はここにあげたものに限定されるものではない。本実施例のように正常箇所と異常個所の間で、拡がり抵抗値４３のオーダーが大きく異なる場合は、平均値のレベルＤを閾値として設定することで容易に良／不良の判定ができる。
ただし、閾値の設定方法に関しては、本実施例に限られるものではなく、正常箇所と異常箇所の判別ができれば、他の設定方法としてもよい。
【００５０】
また、レーザー受光器３７から出力された導電性試料１００の表面形状像と、図１（ｃ）の拡がり抵抗プロファイルとを対比させることによって、不良の導電物コンタクト３の位置が正確に特定される。
【００５１】
なお、本実施例では試料１００の表面から裏面に向けて順バイアス方向に電圧印加することによって高抵抗モードの不良を特定することができたが、逆バイアス方向に電圧印加し、リークモードの不良を特定することも可能である。
【００５２】
本手法を用いて不良箇所の特定及び不良内容の推定を行った後に、ＦＩＢによる断面加工をし、コンタクトＢの断面観察を追加すれば、高抵抗層８の詳細な解明を行うことができ、より詳細な解析が可能になる。
【００５３】
以上のように、導電性試料の拡がり抵抗を走査測定し、特定したい不良内容に応じて設定した閾値と比較し、さらに、測定結果を導電性試料の表面形状と対比することにより、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【００５４】
なお、本実施例では、測定により求めた拡がり抵抗値から、閾値を決定して、導電物コンタクト２あるいは導電物コンタクト３における拡がり抵抗と閾値とを比較することによって、不良内容や不良箇所の特定を行っているが、それ以外の特定方法として、広がり抵抗のプロファイルから明らかに広がり抵抗の値が高い等の異常が明確に判断できる場合は、閾値を決定することなく、特定を行ってもよい。また、あらかじめ設定された拡がり抵抗の基準値と導電物コンタクト２あるいは導電物コンタクト３における拡がり抵抗とを比較することによって、特定してもよい、例えば、ばらつきを考慮した正常なコンタクトの拡がり抵抗の範囲を基準値としてあらかじめ設定してもよい。
（実施例２）
本発明の実施例２における導電性試料の評価方法として、不純物拡散領域を露呈させた半導体装置である導電性試料の解析に、本発明の導電性試料の評価方法を実施した場合について説明する。評価は、図３に示した本発明の導電性試料の評価装置を用いた。本実施例では、該導電性試料における不純物注入時の不良箇所特定及び不良内容の推定を行うことができる。
【００５５】
評価の対象としての半導体装置である実施例２における導電性試料の要部断面構造図を図２（ａ）に示す。図２（ａ）はＬＳＩの不純物拡散領域の一部の断面であり、２１は層間絶縁膜、２２は不純物拡散領域、２５はウエル領域、２６はｐ＋Ｓｉ基板、２７は素子分離領域、２３は本来注入によって不純物拡散領域が形成されるべきであった拡散不良領域である。何らかの原因で拡散不良領域２３に不純物の注入がされなかったために不良が顕在化したとする。
【００５６】
以下、上記導電性試料の評価方法を、図２，図３，図４を用いて説明する。
まず、断面が上を向くようにして導電性試料２００を図３に示した評価装置の設置台に載せ、基板２６側に所定電圧をＤＣバイアス電源３５により印加し、導電性探針３４を導電性試料２００断面に接触させコンタクトをとる。そして試料２００の断面上を図２（ａ）に示したように、走査方向ｂ−ｂ‘及び走査方向ｃ−ｃ’に沿って走査し、その拡がり抵抗を測定する。
【００５７】
本実施例で示すようなキャリア濃度プロファイルを比較する試料の場合、電位分布がポアソン方程式に従うため、導電性試料２００と装置と設置台３４との間の試料側の接触抵抗４２及び導電性試料２００と探針３４との間の探針側の接触抵抗４１を除いた拡がり抵抗４３の構成は式（３）のようになる。
【００５８】
Ｒ（拡がり抵抗４３）＝ＣＦ×ｋ×ρ／２πｒ∝ｋ×ρ    …（３）
ＣＦ：拡がり抵抗の堆積効果による補正項
ｋ：探針と試料との極性依存性による補正項（導電型がＰ型とＮ型で異なる）
ｒ：探針先端の曲率半径
ρ：比抵抗率（キャリア濃度Ｎに依存する）
このため、試料２００中に基準となるキャリア濃度がわかっていれば、式（３）を用いて、拡がり抵抗４３の値から比抵抗率を求め、比抵抗率からキャリア濃度に換算することが可能である。本実施例では試料２００は図２（ａ）に示したように断面を対象とするものであり、拡がり抵抗４３をキャリア濃度のみの寄与として換算するため、導電性探針の接触時の接触抵抗に影響を与えないよう平坦に露出するように加工しておく。
【００５９】
このようにして、測定結果の拡がり抵抗４３を変換器５０によって、キャリア濃度の二次元プロファイルに変換する。表示装置５１に表示されたキャリア濃度の二次元プロファイルの模式図として図２（ｂ）、（ｃ）に示す。図２（ｂ）は走査方向ｂ−ｂ‘のキャリア濃度の二次元プロファイルを示す図、図２（ｃ）は走査方向ｃ−ｃ’のキャリア濃度の二次元プロファイルを示す図である。
【００６０】
図２（ｂ）及び（ｃ）のように得られたキャリア濃度プロファイルから不良箇所を特定する方法を説明する。
まず、走査方向の深さからプロファイルが何を示すかを考える。図２（ｂ）では拡散層領域に対応したレベルＥからレベルＦの領域に設定値に相当する高キャリア濃度のピークが見え、設定通りの不純物濃度を有する不純物拡散層２２が形成されていることがわかる。これに対して、図２（ｃ）では、同じ領域に高キャリア濃度のピークが観察されないため、走査方向ｃ−ｃ’は不純物拡散層２２になるべき領域の不純物（ドーパント）が欠如して、設定値から不純物濃度が不足した拡散不良領域２３であると判断できる。
なお、あらかじめ、設定した不純物濃度に対応するキャリア濃度プロファイルがわかっている場合には、図２（ｂ）の正常箇所に対応するプロファイルを求めることなく、図２（ｃ）のプロファイルを求めるだけで、拡散不良領域２３の存在の有無を求めることができる。
【００６１】
また、レーザー受光器３７から出力された導電性試料２００の表面形状像と、図２（ｂ）、（ｃ）で示されるキャリア濃度プロファイルとを対比させることによって、拡散不良領域２３の位置が正確に特定される。
【００６２】
本実施例では、二次元方向の走査結果のみについて記述したが、拡がり抵抗像として両者を比較すればより視覚的に不良箇所の特定が可能になる。
以上のように、導電性試料のキャリア濃度プロファイルを走査測定し、測定結果から不良の有無を判断し、さらに、測定結果を導電性試料の表面形状と対比することにより、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に不良箇所の特定をすることが可能である導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置を提供することができる。
【００６３】
なお、本実施例では、拡散不良領域として、設定値から不純物濃度が不足した領域を想定したが、設定値から不純物濃度が過剰である領域としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置によれば、様々な形態の不良に対しても、高精度かつ容易に特定することが可能となり、半導体装置等の導電性試料の評価工程において、導電性試料上に存在する不良を特定する導電性試料の評価方法及び導電性試料の評価装置等に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）実施例１における導電性試料の要部断面構造図  （ｂ）実施例１における導電性試料を上方から見た図  （ｃ）実施例１における測定結果の拡がり抵抗の二次元プロファイルの模式図
【図２】（ａ）実施例２における導電性試料の要部断面構造図  （ｂ）走査方向ｂ−ｂ‘のキャリア濃度の二次元プロファイルを示す図  （ｃ）走査方向ｃ−ｃ’のキャリア濃度の二次元プロファイルを示す図
【図３】本発明における導電性試料の評価装置の構成を示す概略図
【図４】本発明の拡がり抵抗成分を説明するための模式図
【符号の説明】
【００６６】
１    層間絶縁膜
２    導電物コンタクト（正常）
３    導電物コンタクト（異常）
４    ｐ＋拡散層
５    ウエル領域
６    基板
７    素子分離領域
８    高抵抗層
２１    層間絶縁膜
２２    不純物拡散領域
２３    拡散不良領域
２５    ウエル領域
２６    基板
２７    素子分離領域
３１    導電性試料
３２    設置台
３３    カンチレバー
３４    導電性探針
３５    ＤＣバイアス電源
３６    レーザー照射装置
３７    レーザー受光器
３８    抵抗測定器
３９    閾値決定装置
４０    閾値比較装置
４１    探針側の接触抵抗
４２    試料側の接触抵抗
４３    拡がり抵抗
４３ａ    コンタクト抵抗
４３ｂ    拡がり抵抗
４３ｃ    空乏層の抵抗
５０    変換器
５１    表示装置
１００    導電性試料
２００    導電性試料
【図１】
2005331241.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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