JPH04192247A - ミクロ断面観察方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、不良解析などのために半導体デバイスの特定
位置を断面観察する方法に関する。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ（大規模集積回路）等の高集積化、微細化に伴い
、開発工程や製造工程におけるＬＳＩの断面加工、断面
観察を集束イオンビーム例えばガリウムイオンビーム装
置で実施する技術が特開平２−１５２１５５号公報等で
示されている。

これは、走査イオン顕微鏡機能により断面加工部を位置
出しし、さらにマスクレスエツチング機能により断面加
工部を一面として角型に穴あけし、所望の断面部を露出
させた後、試料を傾斜させて、断面部をイオンビーム照
射方向に向けさせ、再び、走査イオン顕微鏡機能により
断面加工部を観察する技術である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方法では、断面観察時にＬＳＩの表面保護膜や眉
間膜などの絶縁膜の二次荷電粒子（例えば二次電子）像
は全て同しように暗く見えるため、絶縁膜間の区別がつ
かなかった。

そのため、断面形成後に試料を試料室から取り出し、酸
などで断面をウェットエツチングし各層間に段差をつけ
た後、走査イオン（あるいは電子）Ｒ微鏡でその断面観
察をするのが一般的であった・ 本発明の目的は、酸などによる断面のウェットエツチン
グせずに絶縁膜間のコントラストが二次荷電粒子像上で
得られる断面観察方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明において開示される発明の詳細な説明すれば、次
のとおりである。

■試料の断面形成部を走査イオン顕微鏡機能等を用いて
、位置出しを行う。

■場合により、次にマスクレスエツチング機能によって
、断面加工位置を含む領域に局所的に膜付けを行う。

０次に、マスクレスエツチング機能によって、角形の穴
あけ加工を行い、その際、加工穴の側壁の少なくとも１
つが観察断面位置となるようにする。

■観察したい断面を観察できる方向に試料を回転、傾斜
し、走査イオン顕微鏡機能を用いて、前記加工穴の断面
観察を開始する。

■観察時に断面上に集束イオンビーム照射を二次荷電粒
子（例えば二次電子）像上で、絶縁股間にコントラスト
差がつくまで繰り返し行う。

■必要に応じて■を再度実施し断面を形成する。

これにより、■で現れた絶縁膜間のコントラストは消え
る。

〔作用〕

本発明者達は、試料の任意位置の断面観察時に、断面上
に集束イオンビームを照射し続けることにより、ある種
の絶縁膜（窒化膜、有材膜）の部分のみ像が明るく変化
すること。変化の度合いは膜の種類によって異なること
を見出した。すると、従来は一様に暗く見えていた絶縁
膜の像にコントラストがつくため、酸などによるウェッ
トエツチングすることなく多層になっている絶縁膜層の
各層の形状観察が可能となる。これは窒化膜、有材膜等
の絶縁膜においては、あるスレシノユホールド以上のイ
オンビームドーズにより、極表面層が変質し、ある程度
の導電性を持つようになるためと考えられる。つまり、
表面変質が起こる前は絶縁膜部分は一様にチャージアン
プしていたものが、変質後は絶縁膜の種類ごとにチャー
ジアンプ電位が変化するため、コントラストが生しると
考えられる。

また、このときイオンと−ム照射が過剰になると、特に
配線と絶縁膜との境界が若干はっきりしなくなることが
あるが、上記■のようにして再度断面を形成することで
この問題は解決できるとともに、絶縁膜種間コントラス
トを消すことが可能である。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるイオンビームによるＬ
ＳＩのミクロ断面観察方法を説明するための回で、第１
図ｔａ）は形成した断面を観察するため試料ステージを
傾斜（例えば６０°に）させて、従来の観察方法（例え
ばビームエネルギー３０ＫｅＶ、ビーム電流２〜３０ｐ
Ａ）で断面を観察した例を示した図、第１図ｆｂ）は本
発明を実施して断面を観察した一例を示した図である。

く具体例１〉 試料の断面形成終了後、第１図ｆａ＋に示す如く、断面
観察のため試料ステージを６０゛伸糾させて、断面をイ
オンビーム照射方向へ観察可能の位置に向ける。次に、
集束させたガリウムイオンビームを断面を含む領域にｔ
流密度１ｐＡ／μｍ２、ビームスキャンスピード０．２
秒〜画面で約４５秒照射すると、窒化物系の絶縁膜のみ
が第１図（ｂ）に示す如く明るくなり、絶縁膜間のコン
トラストを確認できる。また、本実施例で電流密度を上
げることでコントラストがつくまでの時間を短縮するこ
とができる。このコントラストを確認できた後に、この
断面を比較的低電流ビーム（例えば２ｐＡ〜３０ｐＡ）
で走査イオン顕微鏡により観察する。

く具体例２〉 ＣＯＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃ
ｅ）イメージセンサの断面観察時に、上記の同様の手順
で数十秒から数分間イオンビームを照射することで、感
光部のレンズ部などの有機膜間でのコントラストがつく
ので、各有機膜の断面形状観察が可能となる。

なお、上記方法で本発明を実施するにあたり、イオンビ
ーム照射の影響によりＬＳＩ断面の配線層と絶縁膜間等
の境界が不鮮明になることがあるが、断面形成の手順に
従い、断面部をわずかに（例えば０，１μｍ程度）イオ
ンビームエツチングすることで、より鮮明な断面像を再
度得ることが可能である。この場合、元の断面観察と同
様にコントラストのつかない断面像を得ることが可能で
ある。また、本発明は他の装置や他の手段で形成した断
面にも適用可能であることを明記しておく。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上記のように断面観察時に集束イオン
ビームを断面上に照射することにより・断面形成後にウ
ェットエツチング等をすることなしに、絶縁膜各層間の
コントラストが得られ、断面観察時の情報量を短時間で
増やすことができる。

また、請求項１の実施にあたり、集束イオンビーム照射
の影響により、ＬＳＩ断面の配線層と絶縁膜との境界が
少しずつぼやけてくることがあるが、必要に応じて断面
形成の手順に従い断面部をわずかにエンチングし断面を
再形成することで境界の鮮明な断面像を再び得ると同時
に絶縁膜のコントラストを消すことが可能となる。

以上により、従来の集束イオンビームによるミクロ断面
加工・観察方法では不可能であった多層絶縁膜の各層の
形状観察が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａｌは形成した断面を従来の観察方法で観察し
た一例を示した図、第１図（ｂ）は本発明を実施して断
面を観察した一例を示した図、第２図は本発明が使用す
る集束イオンビーム装置および画像処理回路図である。 １・・・・保護膜と眉間絶縁膜 １−１・・窒化物系保護膜 １−２・・酸化珪素層間絶縁膜 ２・・・・上層配線 ３・・・・下層配線 ４・・・・珪素基板 ５・・・・境界不明瞭部 ２１・・・イオン鏡筒 ２２・・・試料ステージ ２３・・・試料ホルダー ２３・・・試料 ２５・・・二次荷電粒子検出器 ２６・・・ガス統 ２７・・・真空チャンバー ２８・・・イオンビーム ３１・・・走査制御部 ３２・・・画像取込み・再構成制御部 ３３・・・画像メモリ部 ３４・・・増幅器 ３５・・・表示部 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビーム電流値を切り替える手段を備えた集
   束イオンビーム鏡筒と、ＸＹ移動機構の他に少なくとも
   傾斜機構を持つ試料ステージと、二次荷電粒子検出器と
   、デポジション原料ガスを試料表面に吹きつけるガス銃
   とを備え、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッチン
   グ機能、マスクレスデポジション機能などの機能をもつ
   集束イオンビーム装置を用いて、試料の任意位置のミク
   ロ断面加工及び観察を行う観察方法において、断面観察
   時に被観察断面にイオンビームを照射することにより、
   配線のみならず絶縁膜各層の材質の違いによるコントラ
   ストが二次荷電粒子像上で得られることを特徴とするミ
   クロ断面観察方法。
2. （２）請求項１記載のミクロ断面観察方法による観察後
   に、必要に応じて断面形成の手順に従って断面部をわず
   かに（例えば０．１μｍ程度）イオンビームエッチング
   することで、ビーム照射過剰による悪影響を排除すると
   同時に請求項１記載のコントラストを消せることを特徴
   とするミクロ断面観察方法。