(57)【要約】【課題】  トレンチの内部形状を確実に検査する。【解決手段】  半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する検査方法において、前記トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させ、成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察する。成長させたカーボンナノチューブの上端面には、トレンチの内部形状が再現されるので、成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察することによって、トレンチの内部に存在する凸部や凹部を検出することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する検査方法であり、
前記トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察する観察工程と、
を備える検査方法。
【請求項２】
前記成長工程では、カーボンナノチューブの上端面が前記トレンチから突出するまで、カーボンナノチューブを成長させることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
【請求項３】
前記成長工程では、カーボンナノチューブの成長に先立って、前記トレンチの内面に触媒金属を含む触媒層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
【請求項４】
前記触媒金属は、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の検査方法。
【請求項５】
半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する検査装置であり、
前記トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させる成長装置と、
成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察する観察装置と、
を備える検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する技術が開示されている。この技術では、トレンチを挟んで隣り合う半導体領域間の電気的特定を測定し、トレンチの内部形状の良否を判定する。トレンチが正常に形成されていればトレンチを挟んで隣り合う半導体領域間が互いに絶縁される半導体基板では、トレンチの深さが十分でない場合やトレンチが中断している場合にトレンチを挟んで隣り合う半導体領域間の絶縁が不十分となり、両者の間の電気的特性が大きく変化する。特許文献１に記載の技術は、この現象を利用し、トレンチを挟んで隣り合う半導体領域間の電気的特定を測定することによって、内部形状が異常なトレンチを検出している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５０４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、トレンチの内部形状に異常が生じていても、それがトレンチを挟んで隣り合う半導体領域間の電気的特性に影響を与えるものでなければ、その異常を検出することができない。そのことから、例えば部分的なエッチング不良によってトレンチの内面に凸部や凹部が形成されていても、その異常を検出することができない場合がある。トレンチの深部に形成された凸部や凹部は、汎用の欠陥検査装置（物体表面の傷等を検出するもの）によって外部から検出することが非常に困難であり、このような異常なトレンチは看過されてしまうことがある。
上記の問題を鑑み、本発明は、トレンチの内部に形成された凸部や凹部を検出可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する検査方法に具現化される。この検査方法は、前記トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察する観察工程を備えている。
【０００６】
カーボンナノチューブはその成長過程において垂直配向性が強いことから、トレンチ内に成長させたカーボンナノチューブの上端面には、トレンチの内部形状が転写されたように現われる。即ち、トレンチの底部に凸部や凹部が存在すれば、カーボンナノチューブの上端面にも同様の凸部や凹部が現われる。カーボンナノチューブの上端面は、カーボンナノチューブを十分に成長させることによって、外部から観察可能な位置まで上昇させることができる。カーボンナノチューブの上端面を観察し、その上端面に凸部や凹部が形成されていれば、トレンチの深部に凸部や凹部が存在すると判断することができる。カーボンナノチューブの上端面の詳細な形状は、例えば光学的な欠陥検査装置によって観察することもできるし、原子間力顕微鏡を用いて観察することもできる。
本発明に係る検査方法によれば、トレンチの深部に形成された凸部や凹部を検出することが可能となり、内部形状に異常が生じているトレンチを確実に特定することが可能となる。
【０００７】
前記成長工程では、カーボンナノチューブの上端面が前記トレンチから突出するまで、カーボンナノチューブを成長させることが好ましい。
それにより、カーボンナノチューブの上端面を容易に観察でき、そこに存在する凸部や凹部を容易に検出することができる。
【０００８】
前記した成長工程では、カーボンナノチューブの成長に先立って、前記トレンチの内面に触媒金属を含む触媒層を形成することが好ましい。
それにより、カーボンナノチューブをトレンチ内のみに選択的に成長させることが可能となる。
【０００９】
前記した触媒金属は、ニッケルとコバルトと鉄の少なくとも一つであることが好ましい。
ニッケル、コバルト、鉄は、カーボンナノチューブを成長させる触媒としての機能に優れている。触媒金属としてニッケル、コバルト、鉄のいずれかを用いることにより、カーボンナノチューブをトレンチ内に成長させやすくなる。
【００１０】
本発明は、半導体基板に形成されたトレンチの内部形状を検査する検査装置にも具現化される。この検査装置は、前記トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させる成長装置と、成長させたカーボンナノチューブの上端面を観察する観察装置を備えている。
本発明に係る検査装置によれば、トレンチの深部に形成された凸部や凹部を検出することが可能となり、内部形状に異常が生じているトレンチを確実に特定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によって、トレンチの深部における内部形状を容易に把握することが可能となり、内部形状に異常が生じているトレンチを確実に抽出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施する好適な実施形態を列記する。
（形態１）  トレンチ内に成長させたカーボンナノチューブは、その上端面を観察した後に除去される。
（形態２）  トレンチの内面に形成した触媒層は、カーボンナノチューブを除去した後に除去される。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を実施した検査装置１０の構成を模式的に示している。本実施例で説明する検査装置１０は、半導体基板１００に形成されたトレンチ１１０の内部形状を検査する検査工程で使用される。この検査工程では、前工程から半導体基板１００が送り込まれ、検査後の半導体基板１００が後工程へと送り出される。半導体基板（半導体ウエハとも称される）１００には、最終的に、複数のトレンチ型絶縁ゲートを有する半導体素子が複数形成される。本実施例で説明する検査工程は、半導体基板１００にトレンチ１００ａを形成した半製品の段階で実施される。
【００１４】
図１に示すように検査装置１０は、主に、触媒層形成装置１２と、カーボンナノチューブ成長装置１４と、表面形状観察装置１６と、カーボンナノチューブ除去装置１８と、触媒層除去装置２０を用いて構成されている。これらの装置１２、１４、１６、１８、２０のそれぞれは、一又は複数の装置の組み合わせによって構成されている。
【００１５】
触媒層形成装置１２は、半導体基板１００あるいは他の基材の表面に、触媒金属を含む触媒層を形成する装置である。ここでいう触媒金属とは、カーボンナノチューブに対する触媒金属であり、例えばニッケル、コバルト、鉄等が挙げられる。本実施例では、触媒金属としてニッケルを用いる。
カーボンナノチューブ成長装置１４は、半導体基板１００、あるいは他の基材の表面に、カーボンナノチューブを成長させる装置である。カーボンナノチューブは、例えばアーク放電法、レーザ蒸発法、化学気相成長法等によって成長させることができる。カーボンナノチューブ成長装置１４は、いずれの方式によってカーボンナノチューブを成長させるものでもよく、本実施例ではアーク放電法によってカーボンナノチューブを成長させる装置を採用している。
【００１６】
表面形状観察装置１６は、半導体基板１００、あるいは他の基材の表面の微細な形状を観察可能な装置である。表面形状観察装置１６は、明視野方式（画像認識方式）や暗視野方式（レーザ散乱方式）等による光学的な欠陥検査装置であってもよいし、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）であってもよい。本実施例では、表面形状観察装置１６に、明視野方式による光学的な欠陥検査装置を用いている。
カーボンナノチューブ除去装置１８は、半導体基板１００、あるいは他の基材の表面に形成されたカーボンナノチューブを除去することができる装置である。カーボンナノチューブは、Ｏ2プラズマによるアッシング処理によって除去することができる。
触媒層除去装置２０は、半導体基板１００、あるいは他の基材の表面に形成された触媒層を除去することができる装置である。触媒層は、ドライエッチング又はウエットエッチングによって除去することができる。
【００１７】
図２は、検査装置１０を用いた検査の流れを示すフローチャートである。以下、図２に示すフローチャートに沿って、検査装置１０を用いた検査方法について詳細に説明する。
【００１８】
先ず、図２のステップＳ２では、トレンチ１１０が形成された半導体基板１００を、前工程から受入れる。図３に、トレンチ１１０が形成された半導体基板１００の一例を示す。図３に示すように、半導体基板１００には、正常に形成されたトレンチ１１０ａのみでなく、エッチング不良等によって内部形状が異常なトレンチ１１０ｂ、１１０ｃが存在する。例えば図３の中央に示すトレンチ１１０ｂには、その内面１１２の壁部１１２ａから底部１１２ｂにかけて凸部１１４が形成されており、図３の右側に示すトレンチ１１０ｃには、その内面１１２の底部１１２ｂから上方に伸びる凸部１１４が形成されている。トレンチ１１０は、その幅が数百ナノメートルであり、その深さが数マイクロメートルである。従って、トレンチ１１０の比較的に深部に形成された凸部１１４は、例えば表面形状観察装置１６を用いても、外部から観察することは非常に困難といえる。
【００１９】
次に、図２のステップＳ４では、触媒層形成装置１２を用いて、図４に示すようにトレンチ１１０の内面１１２に触媒層１１８を形成する。先に説明したように、触媒層１１８は、少なくとも触媒金属（本実施例ではニッケル）を含む薄層である。なお、本実施例では、触媒層１１８としてニッケル層を成長させる。触媒層１１８の形成では、先ず半導体基板１００の表面１００ａ及びトレンチ１１０の内面１１２を含む全面に触媒層１１８を形成し、その後に表面１００ａに形成された部分を除去することによって、トレンチ１１０の内面１１２のみに触媒層１１８を形成する。
【００２０】
次に、図２のステップＳ６では、カーボンナノチューブ成長装置１４を用いて、図５に示すようにトレンチ１１０内にカーボンナノチューブ１２０を成長させる。トレンチ１１０の内面１１２には触媒層１１８が形成されているので、カーボンナノチューブ１２０はトレンチ１１０内のみに選択的に成長する。カーボンナノチューブ１２０の成長は、その上端面１２２の少なくとも一部がトレンチ１１０から突出するまで行う。
図６は、図５に示すＶＩ部の構造を模式的に示す図である。図６に模式的に示すように、カーボンナノチューブ１２０は、成長時における垂直配向性が極めて高い。そのことから、図５に示すように、トレンチ１１０内に成長させたカーボンナノチューブ１２０の上端面１２２には、トレンチ１１０の内部形状が転写されたように現われる。従って、内部に凸部１１４が存在する異常なトレンチ１１０ｂ、１１０ｃでは、成長させたカーボンナノチューブ１２０の上端面にも凸部１２４が形成される。これらの凸部１２４は、トレンチ１１０の外部に露出しており、外部から容易に観察可能な状態となっている。
【００２１】
次に、図２のステップＳ８では、表面形状観察装置１６を用いて、トレンチ１１０内に成長させたカーボンナノチューブ１２０の上端面１２２を観察する。先に説明したように、表面形状観察装置１６は、明視野方式（画像認識方式）による欠陥検査装置である。従って図７に示すように、内部形状が異常なトレンチ１１０ｂ、１１０ｃでは、カーボンナノチューブ１２０の上端面１２２に現われた凸部１２４が、他の部位よりも明るい明部として顕在化される。一方、内部形状が正常なトレンチ１１０ａでは、そのような明部は観察されない。表面形状観察装置１６は汎用の欠陥検査装置に類するものであるが、カーボンナノチューブ１２０の上端面１２２がトレンチ１１０の外部に露出しているので、その上端面１２２に存在する凸部１２４を確実に顕在化することができる。このステップＳ８では、内部形状が異常なトレンチ１１０ｂ、１１０ｃが特定され、それらの異常なトレンチ１１０ｂ、１１０ｃを含む半導体チップが製造不良品として記録（チップアウト）される。
【００２２】
次に、図２のステップＳ１０では、カーボンナノチューブ除去装置１８を用いて、半導体基板１００からカーボンナノチューブ１２０を除去する。カーボンナノチューブ１２０は、Ｏ2プラズマによるアッシング処理によって除去される。このステップＳ１０によって、半導体基板１００は図４に示した状態に戻る。
次に、図２のステップＳ１２では、触媒層除去装置２０を用いて、半導体基板１００から触媒層１１８を除去する。触媒層１１８は、ドライエッチング又はウエットエッチングによって除去される。このステップＳ１２によって、半導体基板１００は図３に示した状態に戻る。即ち、半導体基板１００は、ステップＳ２で前工程から受入れた時の状態に戻る。
次に、図２のステップＳ１４では、半導体基板１００を次工程へ送り出す。以上により、半導体基板１００に形成されたトレンチ１１０の検査は終了する。
【００２３】
本実施例で説明した検査技術は、カーボンナノチューブ１２０の成長時における垂直配向性を利用し、トレンチ１１０内にカーボンナノチューブ１２０を成長させることによって、トレンチ１１０の内部形状を外部から観察可能な位置に模写形成することを特徴とする。そして、トレンチの深部に形成された凸部や凹部を、汎用の表面欠陥検査装置を用いて検出可能とすることを特徴とする。一般的に、カーボンナノチューブは、その直径が数ナノメートルであり、１０10本／ｃｍ２の密度で成長する。そのことから、本実施例で説明した検査技術は、その幅が極めて狭いトレンチ１１０に対しても有効に用いることができる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】検査装置の構成を模式的に示す図。
【図２】検査装置による検査の流れを示すフローチャート。
【図３】トレンチの内部形状を例示する図。
【図４】トレンチの内面に触媒層を形成した様子を示す図。
【図５】トレンチ内にカーボンナノチューブを成長させた様子を示す図。
【図６】カーボンナノチューブの垂直配向性を説明する図。
【図７】カーボンナノチューブの上端面を観察した様子を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１０：検査装置
１２：触媒層形成装置
１４：カーボンナノチューブ成長装置
１６：表面形状観察装置
１８：カーボンナノチューブ除去装置
２０：触媒層除去装置
１００：半導体基板
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ：トレンチ
１１４：トレンチ内部の凸部
１２０：カーボンナノチューブ
１２２：カーボンナノチューブの上端面
１２４：カーボンナノチューブの上端面に現われた凸部
【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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