JP2003258051A - 断面構造評価用素子群 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一構造の複数のユニットセルが配列された
構造の集積回路において、目的とする断面構造を簡便か
つ短時間に解析できる断面構造評価用素子群を提供す
る。 【解決手段】 複数のユニットセルを、評価対象となる
断面が異なる複数のグループＧＡ〜ＧＥに分ける。上記
グループＧＡ〜ＧＥ毎に、評価対象となる断面が３個以
上のユニットセルを含むようにユニットセルを配列させ
る。そして、上記複数のグループＧＡ〜ＧＥの評価対象
となる断面が同一平面(Ｆ−Ｆ線を含む平面)上に存在す
るように、複数のグループＧＡ〜ＧＥの位置をずらして
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、集積回路の断面
構造を評価するのに使用される断面構造評価用素子群に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の第１の断面構造評価用素子群(以
下、単にＴＥＧ(Test Elemnt Group)という)としては、
ＬＳＩメモリーセル内のトランジスタなど特定の構造断
面解析を行うことを目的としたものがある。このＴＥＧ
は、断面構造が求める形状および寸法であり、奥行き方
向(観察断面に対して直角方向)に数百μｍ〜数ｍｍの均
一な構造を有し、断面を劈開または機械研磨により露出
させて観察する。図５(A)に具体的なＴＥＧ２３の平面
図を示している。図５(A)に示すように、ゲート長Ｌ,ゲ
ート電極間隔Ｓのトランジスタ断面構造を解析するた
め、Ｓi基板２１上に幅Ｌのゲート電極２２を間隔Ｓに
て互いに平行に配置した構造を作成している。劈開また
は機械研磨で容易に断面を得るためには、そのＴＥＧ２
３のゲート幅(奥行き方向のゲート電極２１の長さ)Ｙは
数百μｍ以上必要である。上記ＴＥＧ２３の観察断面
(Ｖb−Ｖb線から見た観察断面)で劈開または機械研磨に
より得られる断面構造が図５(B)である。

【０００３】次に、従来の第２のＴＥＧとしては、特定
の断面構造解析を目的としたものがある。このＴＥＧで
は、目的とする構造が劈開または機械研磨で任意の断面
が得られにくい微小なパターン(コンタクトｅｔｃ)の場
合、微小パターンを観察断面の方向に対して斜め方向に
配列し、長さ方向(観察断面に対して直角方向)に数百μ
ｍ〜数ｍｍの均一な構造を有するＴＥＧを作成し、劈開
または機械研磨により、断面のいずれかの部分に目的と
する断面が現われるように加工して観察する。図６(A)
に具体的なＴＥＧ２６の平面図を示している。図６(A)
に示すように、一定のサイズのコンタクト構造を解析す
るため、Ｓi基板２４上に直径Ｒのコンタクト２５を観
察断面に対して直角方向に一定間隔ｄ毎にずらして配置
した構造を作成する。観察断面を容易に得るためには、
そのＴＥＧ２６の観察断面に対して直角方向の長さＹは
数百μｍ以上が必要である。上記ＴＥＧ２６の観察断面
(VIb−VIb線から見た観察断面)で劈開して得られる断面
構造を図６(B)に示している。

【０００４】また、従来の第３のＴＥＧを用いたＬＳＩ
断面構造評価方法としては、断面解析を行う目的の構造
がユニットセル構造であり、広い領域に多数形成された
ユニットセル部分を劈開および機械研磨により目的とし
た面が露出した部分を観察装置内で探しながら観察する
手法がある。

【０００５】また、従来の第４のＴＥＧを用いたＬＳＩ
断面構造評価方法としては、断面解析を行う目的の場所
がユニットセル構造であり、ＦＩＢ(Focused Ion Bea
m；収束イオンビーム)を用いて必要とされる目的断面を
それぞれ加工して観察する手法がある。図７に示すよう
に、必要とする観察部分７１,７２,７３をＦＩＢにより
エッチングして観察を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
第１,第２のＴＥＧでは、目的とする断面構造に応じて
ＴＥＧ構造を１つずつ用意しておく必要がある。観察の
ときも、それぞれの試料を準備する必要があり、試料の
作製および観察に時間がかかるという問題がある。ま
た、ユニットセルとして形成された場合とは周辺の状況
が異なるため、一般的なプロセス開発評価は行えるが、
ユニットセル特有の問題点や特定の構造での評価は困難
である。

【０００７】また、上記従来の第３のＴＥＧを用いたＬ
ＳＩ断面構造評価方法では、広い観察視野の中から目的
の構造を有する箇所を探し当てる必要がある。ユニット
セルサイズによっては、目的の箇所が得られる確率が低
くなり、多数の試料を準備する必要がある。このような
観察視野がＸ方向とＹ方向の場合は、少なくとも２個以
上の試料を準備する必要がある。

【０００８】上記従来の第４のＴＥＧを用いたＬＳＩ断
面構造評価方法では、目的とした観察箇所が確実に得ら
れるものの観察視野が狭く、複数の視野を観察するには
多くの加工時間が必要となる。観察視野がＸ方向とＹ方
向の場合は、少なくとも２個以上の試料を準備する必要
がある。また、イオンビームを用いて試料表面を加工す
るため、ＳＣＭ(Scanning Capacitance Microscope；走
査型容量顕微鏡)等の走査プローブ型顕微鏡用の試料と
しては適切ではない。

【０００９】そこで、この発明の目的は、同一構造の複
数のユニットセルが配列された構造の集積回路におい
て、目的とする断面構造を簡便かつ短時間に解析できる
断面構造評価用素子群を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の断面構造評価用素子群は、基板上に同一
構造の複数のユニットセルが配列された構造の集積回路
の断面構造を評価するための断面構造評価用素子群であ
って、上記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つ
のユニットセルの断面とそのユニットセルに隣接するユ
ニットセルの異なる断面が同一平面上に存在するよう
に、上記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つの
ユニットセルの位置をずらして形成したことを特徴とし
ている。

【００１１】上記構成の断面構造評価用素子群を劈開,
機械研磨またはＦＩＢ加工を用いて目的とした断面評価
用試料を作製することによって、一度に目的とした観察
断面を容易かつ短時間に作成できる。

【００１２】また、一実施形態の断面構造評価用素子群
は、上記複数のユニットセルを、評価対象となる断面が
異なる複数のグループに分けて、上記グループ毎に、上
記評価対象となる断面が３個以上のユニットセルを含む
ようにユニットセルを配列させ、上記複数のグループの
評価対象となる断面が１つの直線上に並ぶように、上記
複数のグループの位置をずらして配置したことを特徴と
している。

【００１３】上記実施形態の断面構造評価用素子群によ
れば、３個以上のユニットセルが評価対象断面(観察断
面)に含まれるように配置された中の両端のユニットセ
ルを除く部分での観察することによって、ＴＥＧのユニ
ットセル構造と実際のデバイスのユニットセル構造を同
等に評価することができる。

【００１４】また、この発明の断面構造評価用素子群
は、基板上に同一構造の複数のユニットセルが配列され
た構造の集積回路の断面構造を評価するための断面構造
評価用素子群であって、上記複数のユニットセルのうち
の少なくとも１つのユニットセルの断面とそのユニット
セルに隣接するユニットセルの異なる断面が同一平面上
に存在するように、上記複数のユニットセルのうちの少
なくとも１つのユニットセルを上記基板平面に沿って９
０度回転させて形成したことを特徴としている。

【００１５】上記構成の断面構造評価用素子群を劈開,
機械研磨またはＦＩＢ加工を用いて目的とした断面評価
用試料を作製することによって、一度に目的とした観察
断面を容易かつ短時間に作成できる。

【００１６】また、この発明の断面構造評価用素子群の
配置方法は、上記断面構造評価用素子群を、基板上の利
用されていない領域に配置することを特徴としている。

【００１７】上記実施形態の断面構造評価用素子群によ
れば、実デバイス上で使用されていないボンディングパ
ッド間等の基板上のスペース部分に上記断面構造評価用
素子群を設けることによって、少ない試料で目的とする
観察断面を容易に得ることができる。

【００１８】また、この発明の断面構造評価方法は、上
記断面構造評価用素子群を切断することにより得られた
１つの断面でユニットセルの複数の異なる断面について
断面構造の評価を行うことを特徴としている。

【００１９】上記断面構造評価方法によれば、上記断面
構造評価用素子群の１つの切断面でユニットセルの複数
の異なる断面について断面構造の評価を行うので、同一
構造の複数のユニットセルが配列された構造の集積回路
において、目的とする断面構造を簡便かつ短時間に解析
できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の断面構造評価用
素子群を図示の実施の形態により詳細に説明する。な
お、この実施の形態では、ＳＲＡＭ(スタティク・ラン
ダム・アクセス・メモリー)のユニットセル構造につい
て詳細に説明し、断面構造評価用素子群は単にＴＥＧと
いう。

【００２１】図１は一般的なＳＲＡＭのユニットセル構
造を示しており、１はＳi基板４に形成された素子分離
領域、２はゲート電極、３はコンタクトである。また、
図２(A)〜(E)は、図１のＳＲＡＭのユニットセル構造の
評価対象断面である観察断面(Ａ−Ａ線から見た観察断
面〜Ｅ−Ｅ線から見た観察断面)を示している。図２(A)
〜(E)において、５は絶縁膜であり、図１では図を見や
すくするために絶縁膜５を省いている。

【００２２】この発明において、ＴＥＧのユニットセル
構造と実際のデバイスのユニットセル構造を同等に評価
するためには、隣接するユニットセルとの関係を通常の
ユニットセルと同様にするために３個以上のユニットセ
ルが観察断面に含まれるように配置され、その３個以上
のユニットセルの両端側を除く部分での観察が必要とな
る。

【００２３】そこで、この発明の実施の形態のＴＥＧで
は、図３に示すように、複数のグループＧＡ〜ＧＥ(図
３では５つのグループ)毎に、図１に示したＡ−Ａ線か
ら見た観察断面,Ｂ−Ｂ線から見た観察断面,Ｃ−Ｃ線か
ら見た観察断面のラインを同一とするユニットセル配置
にする。また、９０度回転した観察視野は通常のユニッ
トセルの場合、もう一断面の試料を作成する必要がある
が、図１に示したＤ−Ｄ線から見た観察断面,Ｅ−Ｅ線
から見た観察断面を、図３に示すように、Ａ−Ａ線,Ｂ
−Ｂ線,Ｃ−Ｃ線のそれぞれから見た観察断面と同一の
ライン上に配置することで、すなわち、Ａ−Ａ線から見
た観察断面〜Ｅ−Ｅ線から見た観察断面が同一平面上に
存在するように配置することで、Ｆ−Ｆ線から見た１つ
の観察断面で図２(A)〜(E)の全ての断面を得ることが可
能となる。

【００２４】また、図４はこのＴＥＧを用いて研磨によ
り断面観察用試料を作成する方法について説明する図で
ある。

【００２５】まず、図４(A)に示すように、ＴＥＧを含
む領域を切りだした２つの部分を、熱硬化樹脂１５を用
いて対向する面を貼り合わせて、試料１４を作成する。

【００２６】次に、貼り合わされた試料１４を、図４
(B)に示すように、円板形状の機械研磨治具１６に熱可
塑樹脂１７を用いて貼り付ける。

【００２７】次に、図４(C)に示すように、上記機械研
磨盤１８上に研磨シート１９を引き、その研磨シート１
９上に固定治具２０を用いて機械研磨治具１６を固定
し、機械研磨治具１６と機械研磨盤１８を夫々回転させ
て、試料１４の断面を研磨する。このとき、必要に応じ
て研磨シート１９を細かい粒度のものに交換し、目的の
断面が得られるまで研磨する。

【００２８】そして、研磨終了後は、上記機械研磨治具
１６をヒーター(図示せず)で暖めて、試料１４を外す。

【００２９】そうして得られた試料１４を、目的に応じ
た断面構造解析(電子顕微鏡、走査型プローブ顕微鏡等)
に使用する。

【００３０】このように、上記構成のＴＥＧを劈開,機
械研磨(またはＦＩＢ加工)を用いて目的とした断面評価
用試料を作製することによって、一度に目的とした観察
断面を容易かつ短時間に作成することができる。

【００３１】また、上記複数のユニットセルを複数のグ
ループＧＡ〜ＧＥに分けて、グループＧＡ〜ＧＥ毎に、
評価対象となる断面が３個以上のユニットセルを含むよ
うにユニットセルを配列させ、複数のグループＧＡ〜Ｇ
Ｅの評価対象となる断面が１つの直線(図３に示すＦ−
Ｆ線)上に並ぶように、複数のグループＧＡ〜ＧＥの位
置をずらして配置して、各グループＧＡ〜ＧＥの評価対
象断面(観察断面)に含まれる３個以上のユニットセルの
うちの両端のユニットセルを除く部分で観察することに
よって、ＴＥＧのユニットセル構造と実際のデバイスの
ユニットセル構造を同等に評価することができる。

【００３２】また、実デバイスの不良解析では、解析に
使用できる試料数が少ないことが多いが、この発明のＴ
ＥＧを、実デバイス上で使用されていないボンディング
パッド間等の基板上のスペース部分に構成しておくこと
で、少ない試料で目的とする観察断面を容易に得ること
ができる。

【００３３】また、上記ＴＥＧの１つの切断面(図３に
示すＦ−Ｆ線から見た断面)でユニットセルの複数の異
なる断面について断面構造の評価を行うことによって、
同一構造の複数のユニットセルが配列された構造の集積
回路において、目的とする断面構造を簡便かつ短時間に
解析することができる。

【００３４】上記実施の形態では、集積回路としてＳＲ
ＡＭのユニットセル構造の断面構造を評価するためのＴ
ＥＧについて説明したが、集積回路はこれに限らず、基
板上に同一構造の複数のユニットセルが配列された構造
の集積回路であれば、どのような集積回路にもこの発明
を適用できる。

【００３５】

【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の断
面構造評価用素子群によれば、簡便かつ短時間で目的と
した断面構造評価を行うことが可能となる。また、この
ＴＥＧを実デバイスに組み込むことで、従来方法では多
数の試料が必要であった断面解析を一試料で行うことが
可能となる。

【００３６】また、この発明の断面構造評価用素子群を
実デバイスの中に配置しておくことによって、デバイス
の不良解析に使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は一般的なＳＲＡＭのユニットセル構造
を示す平面図である。

【図２】 図２は上記ＳＲＡＭのユニットセル構造の評
価対象断面を示す図である。

【図３】 図３はこの発明の実施の一形態のＴＥＧの要
部の模式図である。

【図４】 図４は上記ＴＥＧを用いて研磨による断面観
察用試料の作製方法について説明する図である。

【図５】 図５(A)は従来の第１のＴＥＧの平面図であ
り、図５(B)は図５(A)のＶb−Ｖb線から見た断面図であ
る。

【図６】 図６(A)は従来の第１のＴＥＧの平面図であ
り、図６(B)は図６(A)のVIb−VIb線から見た断面図であ
る。

【図７】 図７はＦＩＢを用いて目的断面を加工して観
察する方法を説明する図である。

【符号の説明】 １…素子分離領域、 ２…ゲート電極、 ３…コンタクト、 ４…Ｓi基板、 ５…絶縁膜、 １０…ＴＥＧ、 １４…試料、 １５…熱硬化樹脂、 １６…機械研磨治具、 １７…熱可塑樹脂、 １８…機械研磨盤、 １９…研磨シート、 ２０…固定治具、 ２１…Ｓi基板、 ２２…ゲート電極、 ２３…ＴＥＧ、 ２４…Ｓi基板、 ２５…コンタクト、 ２６…ＴＥＧ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 加代子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 岡▲崎▼ 裕子 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 増田 亮一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4M106 AA10 AB20 CA51 5F083 BS00 ZA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に同一構造の複数のユニットセル
   が配列された構造の集積回路の断面構造を評価するため
   の断面構造評価用素子群であって、 上記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つのユニ
   ットセルの断面とそのユニットセルに隣接するユニット
   セルの異なる断面が同一平面上に存在するように、上記
   複数のユニットセルのうちの少なくとも１つのユニット
   セルの位置をずらして形成したことを特徴とする断面構
   造評価用素子群。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の断面構造評価用素子群
   において、 上記複数のユニットセルを、評価対象となる断面が異な
   る複数のグループに分けて、上記グループ毎に、上記評
   価対象となる断面が３個以上のユニットセルを含むよう
   にユニットセルを配列させ、 上記複数のグループの評価対象となる断面が１つの直線
   上に並ぶように、上記複数のグループの位置をずらして
   配置したことを特徴とする断面構造評価用素子群。
3. 【請求項３】 基板上に同一構造の複数のユニットセル
   が配列された構造の集積回路の断面構造を評価するため
   の断面構造評価用素子群であって、 上記複数のユニットセルのうちの少なくとも１つのユニ
   ットセルの断面とそのユニットセルに隣接するユニット
   セルの異なる断面が同一平面上に存在するように、上記
   複数のユニットセルのうちの少なくとも１つのユニット
   セルを上記基板平面に沿って９０度回転させて形成した
   ことを特徴とする断面構造評価用素子群。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   断面構造評価用素子群を、基板上の利用されていない領
   域に配置することを特徴とする断面構造評価用素子群の
   配置方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の
   断面構造評価用素子群を切断することにより得られた１
   つの断面でユニットセルの複数の異なる断面について断
   面構造の評価を行うことを特徴とする断面構造評価方
   法。