(57)【要約】【課題】ＦｅＲＡＭ解析の高精度化を図る。【解決手段】ＦｅＲＡＭをＦＩＢ等により加工して、その強誘電体キャパシタの強誘電体膜より上部電極側の部分と下部電極側の部分とを共に除去し、その強誘電体膜の上下面を露出させる（ステップＳ１）。その露出させた面に対し、ＴＥＭにより電子線を照射して、その強誘電体膜のＴＥＭ像や電子線回折像の取得、元素組成分析等を行う（ステップＳ２）。強誘電体膜を広範囲にわたって評価することができるため、強誘電体膜の異常個所を高い確率で見つけ出すことが可能になる。【選択図】図１
2009038168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と上部電極との間に強誘電体膜が形成された強誘電体キャパシタを備える半導体装置の解析方法において、
前記強誘電体キャパシタの上部電極側の部分と下部電極側の部分とを除去して前記強誘電体膜の両面を露出させ、
前記強誘電体膜の露出させた面に電子線を照射して前記強誘電体膜の評価を行うことを特徴とする半導体装置の解析方法。
【請求項２】
前記強誘電体キャパシタは、複数の強誘電体キャパシタの電気的特性の検査に基づき、選択されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の解析方法。
【請求項３】
前記評価は、前記強誘電体膜の結晶構造を評価す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の解析方法。
【請求項４】
前記強誘電体膜の露出させた面に電子線を照射したときの前記強誘電体膜の透過電子像を取得することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の解析方法。
【請求項５】
前記評価は、前記強誘電体膜の元素組成を評価す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、半導体装置の解析方法に関し、特に、強誘電体キャパシタを備えた半導体装置の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦｅＲＡＭ（Ferro-electric Random Access Memory）は、キャパシタの一対の電極（上部電極および下部電極）に挟まれた誘電体部分に強誘電体膜を用いた強誘電体キャパシタを備える不揮発性半導体メモリ装置である。
【０００３】
ＦｅＲＡＭの開発・製造分野では、しばしば、所定の検査で見つかった不良ビットの発生原因を解明するために、強誘電体キャパシタについて、透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；ＴＥＭ）による強誘電体膜の観察等が行われる。現在、そのような強誘電体キャパシタのＴＥＭ観察は、まずその一方の電極側から他方の電極側に向かって切断した所定厚さの試料（断面試料）を作製し、その切断面に対して電子線を照射することによって行われている（例えば、特許文献１参照。）。また、ＦｅＲＡＭに限らず、種々の半導体装置の開発・製造分野においては、そのように形成した断面に対する（断面方向からの）ＴＥＭ観察が広く行われている。
【０００４】
なお、従来、ＴＥＭ観察の方法に関しては、基板上に強誘電体等の膜を形成してＴＥＭ用試料を作製し、その膜に電子線を照射して、その膜面に対する（平面方向からの）ＴＥＭ観察を行う方法等が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、基板表面に形成した絶縁膜の特定の欠陥箇所を、基板を裏面から削り、裏面方向からＴＥＭ観察を行う方法等も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１５３０１９号公報
【特許文献２】特開平９−１２９６８９号公報
【特許文献３】特開平８−２６１９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＦｅＲＡＭについて、その強誘電体キャパシタを含む断面試料を作製し、断面方向からＴＥＭ観察を行う場合には、非常に限られた領域しか観察することができなかったり、広い領域の観察を行おうとすれば多大な労力と時間を要してしまったりするといった問題点があった。
【０００６】
通常、ＦｅＲＡＭの上部電極は、μｍオーダのサイズになる。強誘電体キャパシタの断面方向からのＴＥＭ観察を行う場合、用いる断面試料は、ＴＥＭの電子線の透過距離を考慮した厚さで作製する必要があるが、電子線の透過距離は、せいぜい数百ｎｍ程度である。すなわち、１つの強誘電体キャパシタから作製される１つの断面試料のＴＥＭ観察では、その強誘電体キャパシタのほんの一部しか観察することができない。そのため、このようなＴＥＭ観察の方法では、強誘電体キャパシタ内に存在する異常箇所を見逃し、強誘電体キャパシタに起因した不良の発生原因を究明できない可能性がある。また、そのような断面試料を多数作製すれば、その分、その作製とＴＥＭ観察に多大な労力と時間を要してしまう。
【０００７】
高性能でかつ品質および信頼性に優れたＦｅＲＡＭを形成していくために、その強誘電体キャパシタ起因の不良を精度良く解析することのできる解析方法が要望されている。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、強誘電体キャパシタ起因の不良を精度良く解析することのできる半導体装置の解析方法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】
【０００８】
本発明では、上記課題を解決するために、下部電極と上部電極との間に強誘電体膜が形成された強誘電体キャパシタを備える半導体装置の解析方法において、前記強誘電体キャパシタの上部電極側の部分と下部電極側の部分とを除去して前記強誘電体膜の両面を露出させ、前記強誘電体膜の露出させた面に電子線を照射して前記強誘電体膜の評価を行うことを特徴とする半導体装置の解析方法が提供される。
【０００９】
このような半導体装置の解析方法によれば、内部に形成された強誘電体キャパシタの上部電極側の部分と下部電極側の部分とが共に除去されて、その強誘電体膜の両面が露出され、その露出させた面に対し、例えばＴＥＭにより、電子線が照射されて、その強誘電体膜の評価が行われる。そのため、その強誘電体膜の広い領域を評価対象とすることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、半導体装置が備える強誘電体キャパシタの強誘電体膜の両面を露出させ、その露出させた面に電子線を照射して、その強誘電体膜の評価を行う。これにより、強誘電体膜を広範囲にわたって評価することができるため、強誘電体膜の異常個所を高い確率で見つけ出すことが可能になり、性能、品質および信頼性に優れた半導体装置の形成に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、ＦｅＲＡＭの解析方法について説明する。
図１はＦｅＲＡＭの解析フローを示す図である。
【００１２】
ＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタは、下部電極上に強誘電体膜が形成され、その強誘電体膜上に上部電極が形成された構造を有する。このような強誘電体キャパシタを備えるＦｅＲＡＭから、ＴＥＭを用いた評価に用いる試料（ＴＥＭ用試料）を作製する。
【００１３】
ＴＥＭ用試料を作製する際には、ＦｅＲＡＭの加工を行い、その強誘電体キャパシタの強誘電体膜の上部電極側および下部電極側の面（上面および下面）を露出させる（ステップＳ１）。例えば、収束イオンビーム（Focused Ion Beam；ＦＩＢ）による加工を行い、強誘電体キャパシタの上部電極から上の部分と、下部電極から下の部分を除去し、強誘電体膜のみを残すことで、その両面を露出させる。
【００１４】
そして、ＴＥＭを用い、露出させた強誘電体膜面に対し、平面方向から、すなわち上部電極あるいは下部電極が形成されていた面側から、電子線を照射し、その強誘電体膜の評価を行う（ステップＳ２）。通常、ＦｅＲＡＭに形成される強誘電体キャパシタの強誘電体膜は、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度の膜厚であり、ＴＥＭにより照射される電子線が透過可能な膜厚である。
【００１５】
このように、ＦｅＲＡＭが備える強誘電体キャパシタの強誘電体膜の両面を露出させ、その平面方向から電子線を照射してその評価を行うことで、強誘電体膜の広い領域を評価することが可能になる。すなわち、ＴＥＭを用いた評価の際に電子線の照射位置を変更する、例えば電子線を走査しながら照射することにより、強誘電体膜の広い領域を評価対象とすることができる。したがって、多数のＴＥＭ用試料を作製することなく、ＦｅＲＡＭの強誘電体膜に存在する異常箇所を高い確率で見つけ出すことが可能になる。
【００１６】
以下、ＦｅＲＡＭの解析方法を、より具体的に説明する。
まず、解析に用いるＦｅＲＡＭの構成とその形成方法の一例について説明する。
図２はＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。なお、図２には、ＦｅＲＡＭのメモリセルの要部を図示している。
【００１７】
図２に示すＦｅＲＡＭ１は、シリコン（Ｓｉ）基板２を用いて形成されたＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のトランジスタ３と、このトランジスタ３に電気的に接続された強誘電体キャパシタ４を備えている。
【００１８】
Ｓｉ基板２には、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法を用いて素子分離領域５が形成され、素子分離領域５によって画定された領域にウェル６およびトランジスタ３が形成されている。トランジスタ３は、ゲート酸化膜３ａ、ゲート電極３ｂ、サイドウォール３ｃおよびソース・ドレイン領域３ｄを有している。
【００１９】
Ｓｉ基板２上には、トランジスタ３を覆う、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いたカバー膜７が形成され、その上に酸化シリコン（ＳｉＯ）の層間絶縁膜８が形成されている。ソース・ドレイン領域３ｄには、層間絶縁膜８およびカバー膜７を貫通するプラグ９が接続されている。
【００２０】
層間絶縁膜８上には、プラグ９の酸化を防止する酸化防止膜１０が形成されている。その上には、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）膜１１を介して、白金（Ｐｔ）膜からなる下部電極４ａ、強誘電体膜のチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3；ＰＺＴ）膜４ｂ、および酸化イリジウム（ＩｒＯ）膜からなる上部電極４ｃが順に積層され、雛壇状の強誘電体キャパシタ４が構成されている。
【００２１】
強誘電体キャパシタ４はＡｌＯ膜１１ａで覆われ、その上にはＳｉＯの層間絶縁膜１２が形成されている。この層には、下部電極４ａおよび上部電極４ｃに達するプラグ１３，１４、および下層のプラグ９に達するプラグ１５が形成されている。プラグ１３，１４，１５上には、配線１６，１７，１８が形成されている。配線１６，１７，１８上には、ＳｉＯの層間絶縁膜１９が形成され、ソース・ドレイン領域３ｄに電気的に接続されている配線１８には、プラグ２０が接続されている。
【００２２】
さらに上層には、図示を省略するが、同様にして、第２層目以降の配線層が順に形成されている。
なお、プラグ９，１３，１４，１５，２０は、チタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜の積層膜（Ｔｉ／ＴｉＮ膜）からなるバリアメタル膜９ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，２０ａと、タングステン（Ｗ）膜９ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，２０ｂによって構成されている。また、配線１６，１７，１８は、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１６ａ，１７ａ，１８ａ、アルミニウム（Ａｌ）−銅（Ｃｕ）合金膜（ＡｌＣｕ膜）１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ、およびＴｉ／ＴｉＮ膜１６ｃ，１７ｃ，１８ｃによって構成されている。第２層目以降に形成されるプラグや配線についても、これと同様の構成とすることができる。
【００２３】
なお、ここではＡｌＯ膜１１上にＰｔ膜を積層した構造を例示したが、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ2）またはルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ3）、その他導電性酸化物の膜、もしくはそれらの膜を適当に組み合わせて積層した構造を用いることも可能である。また、ここではＰＺＴ膜４ｂを用いたが、強誘電体膜には、ランタン（Ｌａ）をドープしたＰＺＴ（ＰＬＺＴ）や、その他種々の強誘電体材料を用いることが可能である。
【００２４】
図２に例示したような構成を有するＦｅＲＡＭ１は、例えば、次のようにして形成される。
図３および図４はＦｅＲＡＭの形成工程の要部断面模式図、図５はＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタ部分の一例の平面模式図である。
【００２５】
まず、常法に従ってＳｉ基板２に素子分離領域５、ウェル６およびトランジスタ３等を形成した後、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用い、膜厚１００ｎｍのカバー膜７を堆積する。そして、その上に、ＣＶＤ法を用いて膜厚約１０００ｎｍのＳｉＯ膜を形成し、それをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて平坦化し、層間絶縁膜８を形成する。その後、窒素（Ｎ2）雰囲気中、６５０℃、３０分間のアニールを行い、層間絶縁膜８の脱ガスを行う。層間絶縁膜８の形成後は、ソース・ドレイン領域３ｄに達するコンタクトホールを形成し、バリアメタル膜９ａおよびＷ膜９ｂの堆積と、その不要部分のＣＭＰ法による除去とを行い、プラグ９を形成する。そして、全面にＳｉＯＮやＳｉＯを用いて酸化防止膜１０を形成する。
【００２６】
次いで、図３に示すように、ＡｌＯ膜１１、下部電極４ａ、ＰＺＴ膜４ｂおよび上部電極４ｃを形成する。その際は、まず、スパッタ法を用い、膜厚２０ｎｍのＡｌＯ膜１１と、下部電極４ａとなる膜厚１５５ｎｍのＰｔ膜を順次堆積する。そして、堆積したＰｔ膜上に、ＲＦスパッタ法を用い、膜厚１５０ｎｍのＰＺＴ膜４ｂを成膜し、さらに、酸素（Ｏ2）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガス雰囲気中（Ｏ2：１．２５体積％）、５６３℃、９０秒間のＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）処理を行って、ＰＺＴ膜４ｂを結晶化させる。その後、そのＰＺＴ膜４ｂ上に、ＣＶＤ法を用い、上部電極４ｃの一部となる膜厚５０ｎｍのＩｒＯ膜を堆積し、Ｏ2とＡｒの混合ガス雰囲気中（Ｏ2：１体積％）、７０８℃、２０秒間のＲＴＡ処理を行った後、さらに上部電極４ｃの残りの部分となる膜厚２００ｎｍのＩｒＯ膜を堆積する。
【００２７】
このようにして形成した下部電極４ａ、ＰＺＴ膜４ｂおよび上部電極４ｃを、それぞれ別個のレジストパターンを用いて３段階で順にエッチングすることにより、図４および図５に示すような、複数の雛壇状の強誘電体キャパシタ４を形成する。
【００２８】
なお、ＡｌＯ膜１１は、下部電極４ａのＰｔ膜の配向性を向上させる目的で形成され、ＡｌＯ膜１１により、下部電極４ａは、Ｐｔ（１１１）面に強く配向するようになり、それにより、最終的に（１１１）面に強く配向されたＰＺＴ膜４ｂが得られるようになる。
【００２９】
図４および図５に示したような強誘電体キャパシタ４の形成後は、全面にＡｌＯ膜１１ａを形成した後、上記同様に層間絶縁膜１２およびプラグ１３，１４，１５を形成する。そして、Ｔｉ／ＴｉＮ膜１６ａ，１７ａ，１８ａ、Ａｌ−Ｃｕ合金膜（ＡｌＣｕ膜）１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ、およびＴｉ／ＴｉＮ膜１６ｃ，１７ｃ，１８ｃを形成し、そのパターニングを行って配線１６，１７，１８を形成する。層間絶縁膜１９およびプラグ２０についても上記同様に形成していき、第２層目以降の配線等も形成して、ＦｅＲＡＭ１を完成させる。
【００３０】
ＴＥＭを用いた評価を行う際には、このようにして形成したＦｅＲＡＭ１から、ＴＥＭ用試料が作製される。
続いて、ＴＥＭ用試料の作製方法について説明する。
【００３１】
上記例示したようなＦｅＲＡＭ１の形成過程では、１枚のウェハ上に多数のチップが形成され、ウェハ上にある各チップの外観・欠陥検査や電気的特性の検査等が行われ、不良チップやチップ内の不良ビットが特定される。
【００３２】
例えば、電気的特性の検査では、ＦｅＲＡＭ１のメモリ機能、具体的にはメモリ機能に影響を及ぼす分極特性、データ保持特性、疲労特性等が検査され、強誘電体キャパシタ４に起因して発生した不良チップや不良ビットが特定される。そのようなメモリ機能の不良は、強誘電体キャパシタ４の特にＰＺＴ膜４ｂの構成に大きく影響される。そのような不良の発生原因の究明には、ＰＺＴ膜４ｂのＴＥＭを用いた評価が有効な手段のひとつとなる。評価を行うためには、次のようにしてＴＥＭ用試料を作製することができる。
【００３３】
図６は試料片の切り出しおよび裏面研磨工程の説明図、図７はメッシュ貼付およびＦＩＢ加工工程の説明図である。なお、図６の（Ａ）は試料片を切り出す様子を模式的に示す図、（Ｂ）は切り出した試料片を模式的に示す図、（Ｃ）は裏面研磨後の試料片を模式的に示す図である。また、図７の（Ａ）は試料片をメッシュに貼り付ける様子を模式的に示す図、（Ｂ）はＦＩＢ加工の様子を模式的に示す図である。
【００３４】
まず、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、多数のチップが形成されているウェハ３１（例えば直径１５０ｍｍ）から、ダイシングソー３２を用い、不良ビットが存在する試料片３３を、１ｍｍ角の大きさで切り出す。その際は、後述するＦＩＢ加工を容易にするため、不良ビットが、試料片３３のできるだけ端部に位置するように、例えば切り出した試料片３３の端面から１０μｍ程度までの領域に位置するように、ウェハ３１から試料片３３を切り出す。
【００３５】
そして、図６（Ｃ）に示すように、切り出した試料片３３の裏面（トランジスタ３や強誘電体キャパシタ４が形成されている面と反対側の面（Ｓｉ基板２））を研磨することにより、試料片３３を厚さ４０μｍ程度まで薄くする。
【００３６】
次いで、図７（Ａ）に示すように、その裏面研磨後の試料片３３を、例えば直径３ｍｍのＴＥＭ用メッシュの一部を除去した切り欠きメッシュ３４に、接着剤等を用いて固定する。その際は、試料片３３の不良ビットが存在する端部が、その切り欠きメッシュ３４の一部が除去された領域に突出するように、切り欠きメッシュ３４に固定する。
【００３７】
そして、図７（Ｂ）に示すように、切り欠きメッシュ３４に固定した試料片３３に、その側方からガリウム（Ｇａ）イオンを照射し、ＦＩＢ加工を施す。
図８はＦＩＢ加工後のＴＥＭ用試料の側面模式図である。
【００３８】
図７（Ｂ）のＦＩＢ加工により、図８に示すように、試料片３３の端部の、強誘電体キャパシタ４以外の部分と強誘電体キャパシタ４の下部電極４ａおよび上部電極４ｃを除去し、そのＰＺＴ膜４ｂを露出させる。これにより、ＴＥＭ用試料３０が作製される。
【００３９】
このＴＥＭ用試料３０では、ＰＺＴ膜４ｂの下面（下部電極４ａが形成されていた側の面）および上面（上部電極４ｃが形成されていた側の面）が露出した状態となる。ＰＺＴ膜４ｂは、通常、ＴＥＭで照射される電子線が透過可能な膜厚で形成されている。このＴＥＭ用試料３０の露出したＰＺＴ膜４ｂに、その平面方向から（ここでは上面方向から）電子線を照射することにより、そのＴＥＭ像が取得される。また、その際、電子線を走査しながら照射することにより、ＰＺＴ膜４ｂの広範囲にわたるＴＥＭ像が取得される。
【００４０】
なお、ＰＺＴ膜４ｂが厚く、下部・上部電極４ａ，４ｃ等を除去するのみでは電子線が透過可能な膜厚にならない場合には、下部・上部電極４ａ，４ｃ等を除去するＦＩＢ加工の際に、それらと共に、ＰＺＴ膜４ｂの上部や下部を部分的に除去し、その膜厚を薄くするようにしてもよい。その場合、ＰＺＴ膜４ｂの上部と下部のいずれを除去するか、あるいは双方とも除去するかは、ＴＥＭ像を得たい領域がＰＺＴ膜４ｂのいずれの領域（下部、上部、中部）に存在しているか等を考慮し、設定すればよい。
【００４１】
このようにして作製したＴＥＭ用試料３０を用いると、電子線照射により、ＰＺＴ膜４ｂを透過する電子からＴＥＭ像（明視野像・暗視野像）を取得することができるほか、ＰＺＴ膜４ｂで散乱した電子から電子線回折像を取得したり、ＰＺＴ膜４ｂから発生する特性Ｘ線から元素組成分析を行ったりすることもできる。
【００４２】
ＴＥＭを用いたＰＺＴ膜４ｂの評価結果の一例を、以下に示す。
ここでは、加速電圧２００ｋＶの電界放射型ＴＥＭを用い、作製したＴＥＭ用試料３０のＰＺＴ膜４ｂの平面方向から電子線を照射し、ＴＥＭ像（明視野像・暗視野像）および制限視野電子線回折像を取得した例について述べる。
【００４３】
図９は明視野像、図１０は暗視野像である。
図９および図１０において、領域４１は、ＴＥＭ用試料３０の露出したＰＺＴ膜４ｂのうちの、ＦｅＲＡＭ１の不良ビットに対応する部分である。領域４２は、そのＰＺＴ膜４ｂのうちの、ＦｅＲＡＭ１の良ビットに対応する部分である。この図９および図１０のいずれにおいても、領域４１内に、コントラストが弱い異常箇所Ｘ１が認められた。
【００４４】
これらの領域４１，４２の結晶方位を調べるため、制限視野電子線回折を行った。
図１１は制限視野電子線回折像を模式的に示した図であって、（Ａ）は不良ビットの制限視野電子線回折像の模式図、（Ｂ）は良ビットの制限視野電子線回折像の模式図である。なお、制限視野電子線回折は、図９のＸ部，Ｙ部に対してそれぞれ行った。
【００４５】
図９に示したＴＥＭ像を取得した領域４１，４２のＸ部，Ｙ部に対して制限視野電子線回折を行ったところ、不良ビットの領域４１のＸ部、良ビットの領域４２のＹ部共に、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ＰＺＴ（１１０），（２１１），（２２０），（３２１）面の同心円状の回折パターンが見られた。
【００４６】
しかし、不良ビットのＸ部では、図１１（Ａ）に示したように、それらの同心円状回折パターンのほかに、一部（異常箇所Ｘ１）に、それらと異なるＰＺＴ（２００）面の回折パターンも見られた。なお、ＴＥＭ用試料３０を様々な方向に５°だけ傾斜させて制限視野電子線回折を行った場合にも、不良ビットのＸ部には、同様にＰＺＴ（２００）面の回折パターンが確認された。
【００４７】
この図１１の結果より、良ビットの領域４２では、ＰＺＴ膜４ｂが主として（１１１）面に配向したＰＺＴ結晶になっているが、不良ビットの領域４１では、異常箇所Ｘ１に、（１１１）面に配向していない、無配向のＰＺＴ結晶が生成されていることがわかる。
【００４８】
図１２は異常箇所の拡大ＴＥＭ像である。
領域４１の異常箇所Ｘ１では、図１２に示すような２つのＰＺＴ結晶Ａ，Ｂが無配向になっていた。ここで、異常箇所のＰＺＴ結晶Ａ，Ｂについて、それぞれ結晶軸の鉛直方向からの傾きについて調べた結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2009038168.tif 000003
【００５０】
表１より、ＰＺＴ結晶Ａでは、（１００）面の結晶軸（［１００］軸）の鉛直方向からの傾きが１７°、（１１０）面の結晶軸（［１１０］軸）の鉛直方向からの傾きが２９°、（１１１）面の結晶軸（［１１１］軸）の鉛直方向からの傾きが４０°であった。また、ＰＺＴ結晶Ｂでは、［１００］軸の鉛直方向からの傾きが１９°、［１１０］軸の鉛直方向からの傾きが３１°、［１１１］軸の鉛直方向からの傾きが３６°であった。
【００５１】
これらの評価結果より、不良ビットのＰＺＴ膜４ｂは、異常箇所Ｘ１に、（１１１）面に配向していない、無配向のＰＺＴ結晶が生成されており、この無配向のＰＺＴ結晶が、ＦｅＲＡＭ１における強誘電体キャパシタ４の分極量の低下を引き起こし、不良の発生原因のひとつとなっていると推察することができる。
【００５２】
このような評価結果から得られた知見を、ＦｅＲＡＭ１の形成条件、例えば強誘電体キャパシタ４の形成条件やその下地部分の形成条件等の設定にフィードバックすることにより、より優れたＦｅＲＡＭ１の形成が実現可能になる。
【００５３】
以上説明したように、形成したＦｅＲＡＭ１の強誘電体キャパシタ４に起因する不良の発生原因を究明するために、そのＰＺＴ膜４ｂの上下面を露出させ、その平面方向から電子線を照射することにより、ＰＺＴ膜４ｂの広い領域をＴＥＭで評価することが可能になる。これにより、ＰＺＴ膜４ｂの異常個所を高い確率で見つけ出すことが可能になり、性能、品質および信頼性に優れたＦｅＲＡＭ１の形成に大きく寄与することが可能になる。
【００５４】
なお、ここでは図２に示したような構成を有するＦｅＲＡＭ１の解析を例に説明したが、勿論、他の構成を有するＦｅＲＡＭに対しても、上記の例に従ってＴＥＭ用試料を作製し、解析を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ＦｅＲＡＭの解析フローを示す図である。
【図２】ＦｅＲＡＭの要部断面模式図である。
【図３】ＦｅＲＡＭの形成工程の要部断面模式図（その１）である。
【図４】ＦｅＲＡＭの形成工程の要部断面模式図（その２）である。
【図５】ＦｅＲＡＭの強誘電体キャパシタ部分の一例の平面模式図である。
【図６】試料片の切り出しおよび裏面研磨工程の説明図である。
【図７】メッシュ貼付およびＦＩＢ加工工程の説明図である。
【図８】ＦＩＢ加工後のＴＥＭ用試料の側面模式図である。
【図９】明視野像である。
【図１０】暗視野像である。
【図１１】制限視野電子線回折像を模式的に示した図であって、（Ａ）は不良ビットの制限視野電子線回折像の模式図、（Ｂ）は良ビットの制限視野電子線回折像の模式図である。
【図１２】異常箇所の拡大ＴＥＭ像である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ＦｅＲＡＭ
２  Ｓｉ基板
３  トランジスタ
３ａ  ゲート酸化膜
３ｂ  ゲート電極
３ｃ  サイドウォール
３ｄ  ソース・ドレイン領域
４  強誘電体キャパシタ
４ａ  下部電極
４ｂ  ＰＺＴ膜
４ｃ  上部電極
５  素子分離領域
６  ウェル
７  カバー膜
８，１２，１９  層間絶縁膜
９，１３，１４，１５，２０  プラグ
９ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，２０ａ  バリアメタル膜
９ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ，２０ｂ  Ｗ膜
１０  酸化防止膜
１１，１１ａ  ＡｌＯ膜
１６，１７，１８  配線
１６ａ，１６ｃ，１７ａ，１７ｃ，１８ａ，１８ｃ  Ｔｉ／ＴｉＮ膜
１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ  ＡｌＣｕ膜
３０  ＴＥＭ用試料
３１  ウェハ
３２  ダイシングソー
３３  試料片
３４  切り欠きメッシュ
４１，４２  領域
Ｘ１  異常個所
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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