JP2006051554A

JP2006051554A - ナノレベル構造組成評価用試料、観察方法、観察装置、及び、多層膜構造を有するデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2006051554A
Application number: JP2004233184A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Goto; 康之後藤; Masahiro Fukuda; 真大福田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: JP4762510B2

Abstract

【課題】ナノレベル構造組成評価用試料、観察方法、観察装置、及び、多層膜構造を有するデバイスの製造方法に関し、微細領域において複雑に変化する組成構造を精度良く評価する。
【解決手段】分析試料部１の表面より外部エネルギー或いは内部エネルギーにより前記分析試料部１を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより分析試料部１のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察用試料の分析試料部１を共通の柄部分２に対して複数の方向に突出する針状部分３〜７から構成する。
【選択図】図１

Description

本発明はナノレベル構造組成評価用試料、観察方法、観察装置、及び、多層膜構造を有するデバイスの製造方法に関するものであり、特に、狭い領域における構造が複雑に変化する多層薄膜構造を多くの観察点で観察するための構成に特徴のあるナノレベル構造組成評価用試料、観察方法、観察装置、及び、多層膜構造を有するデバイスの製造方法に関するものである。

近年の微細加工技術の発展に伴って半導体デバイスの微細化が進んでおり、ゲート長が数１０ｎｍのレベルのＭＩＳＦＥＴからなる半導体集積回路装置が開発されている。

この様な半導体集積回路装置においては、ゲート界面状態や、ソース・ドレイン領域、或いは、チャネル領域における不純物状態が素子特性に大きく影響を与えるため、これらの点を精度良く制御する必要があり、そのためには、ゲート界面や、ソース・ドレイン領域、或いは、チャネル領域をナノレベルで観察する必要がある。

この様なナノレベルの３次元構造を観察する手法として３次元アトムプローブ法が知られており、このアトムプローブ法は針状に鋭角に形成された１μｍ以下、例えば、１００ｎｍ程度の針状試料にパルス状高電界やレーザを照射し、このエネルギーで、表面の原子或いはクラスターを電解蒸発させ２次元位置検出器により試料の３次元原子レベルの構造を観察するものである（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このアトムプローブ法においては、針一箇所の３次元原子レベルの情報のみしかえられず、膜厚の分布等の広い範囲における２次元的情報を一度に入手することができないという問題がある。

そこで、本発明者等は、基板上に複数の針状構造物を形成し、個々の針状構造物に引出電極を近接させることによって、個々の針状構造物の３次元原子レベルの情報を取得し、全ての情報を総合することによって、膜厚の分布等の広い範囲における３次元的構造組成を解析することを提案している（例えば、特許文献２参照）ので、図１０を参照して説明する。

図１０参照
図１０は、３次元構造組成測定装置の概念的構成図であり、Ｂを局所的にイオン注入したシリコン基板７１を主面に垂直な断面が表れるように切断したのち、切断面を研磨し、次いで、研磨面の表面に複数の針状構造物７３を形成し、この針状構造物７３に引出電極７４を近接させて電界蒸発したのちイオン化した構成原子或いはクラスタを印加した電界で引出し、位置敏感検出器７５によって、検出するものである。

一つの針状構造物７３に対する測定により、まず、２次元情報が得られ、それらを時間的に重合わせることによって３次元構造組成情報を取得することができる。
この測定を全ての針状構造物７３について行い、得られた全ての情報を総合することによって、イオン注入領域７２におけるＢ濃度分布を得ることができる。

この様な３次元アトムプローブ法を各種の試料に適用することによって、基板の広い範囲における表面における吸着、表面反応、多層膜の界面構造を評価したり、或いは、材料の点欠陥等のナノオーダーの欠陥等の検出が可能になる。
特開平０９−１５２４１０号公報特開２００４−１１７２８７号公報

しかし、複数の針状構造物をマトリクス状に設ける方法においては、針状構造物を設けた箇所の３次元原子レベルの情報のみしかえられず、針状試料を形成した近傍に関する組成情報は失われてしまうため、半導体集積回路装置のような１００ｎｍ程度の微細領域において組成構造が複雑に変化する超高集積度デバイスの分析を詳細に行うことは困難であった。

したがって、本発明は、微細領域において複雑に変化する組成構造を精度良く評価することを目的とする。

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、ナノレベル構造組成観察用試料において、分析試料部１の表面より外部エネルギー或いは内部エネルギーにより前記分析試料部１を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより前記分析試料部１のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察用試料において、前記分析試料部１が共通の柄部分２に対して複数の方向に突出する針状部分３〜７を備えることを特徴とする。

この様に、一つの分析試料部１が、共通の柄部分２に対して複数の方向に突出する針状部分３〜７を備えることによって、針状部分３〜７の形成に伴って消失する組成情報をより少なくすることができ、それによって、複雑に変化する微細領域における組成構造を精度良く分析する試料とすることができる。
特に、針状部分３〜７の少なくとも一つが複雑な多層膜構造からなる場合に好適である。

また、多層膜構造を有する被分析試料のナノレベル構造組成を観察する際には、多層膜構造を有する被分析試料を複数方向から集束イオンビームを照射することによって照射方向に突出する複数の針状部分３〜７からなる分析試料部１を形成し、針状部分３〜７の一つに優先的電界が印加されるように一つの針状部分３〜７を電界印加方向に向けることによって、針状部分３〜７を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱、理想的には１個ずつ外部空間に離脱することにより分析試料部１のナノレベルの構造組成を観察したのち、分析試料部１を回転させて他の針状部分３〜７を電界印加方向に向けて観察を行えば良い。

この場合、複数個の針状部分３〜７の内、最近接の針状部分３〜７が直角以下、即ち、直角または鋭角の関係方向を向くように加工することが望ましく、それによって、一箇所の分析試料部１に関してより多くの情報を取得することができる。

また、針状部分３〜７の上端部と下端部とが絶縁層で電気的に分断されている場合に、針状部分３〜７の上端部と下端部とを集束イオンビーム法を用いて絶縁層を跨がる導電性膜を堆積させれば良く、それによって、離脱に伴うイオン化によって発生する電子のチャージアップを防止することができる。

この場合徴、内部エネルギー印加としては、パルス状高電界の印加が典型的であり、また、外部エネルギー印加としては、パルス状電磁波の印加が典型的なものである。

また、上述のナノレベル構造組成を観察する装置としては、分析試料部１を載置する試料ステージ、前記分析試料部１を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱させるための外部エネルギー或いは内部エネルギーの少なくとも一方を印加するエネルギー印加手段、及び、検出器を備えた上に、試料ステージに回転機構を設ければ良い。

また、上述のナノレベル構造組成観察方法によって多層膜構造のナノレベル構造組成を観察した結果を製造工程の進行の決定や製造条件変更へのフィードバックに反映させることが望ましく、それによって、スループットの向上、製造歩留りの向上が可能になる。

また、上記の製造方法は、１００ｎｍレベルの微細領域において複雑に組成構造が変化する絶縁ゲート型半導体装置のトランジスタ部或いは多層配線部のいずれかに適用することが効果的である。

本発明によれば、針状部分の形成に伴って消失する組成情報をより少なくすることができ、それによって、複雑に変化する微細領域における組成構造を精度良く分析する試料とすることができる。

また、ナノレベル構造組成観察工程を製造工程の一部として組み込んだり或いは観察結果を製造条件変更のためにフィードバックすることによって、スループットの向上、製造歩留りの向上が可能になる。

ここで、本発明の発明を実施するための最良の形態を図２乃至図４を参照して説明する。
図２参照
まず、多層薄膜構造を有する分析試料部１２を試料１１から切り出して、専用のＡｌ製ホルダ１３に固定したのち、ＦＩＢ（集束イオンビーム）を用いたマイクロピックアップ工程（必要ならば、日本電子顕微鏡学会誌，電子顕微鏡，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３，ｐ．１５９，２００２参照）を用いてｚ方向からＧａイオン１４で研削して針状構造１５を形成する。

図３参照
次いで、同じくＦＩＢ法を用いてｘ方向からＧａイオン１４を照射することによって、針状構造１６と直角方向に突出する針状構造１６を形成する。
この場合、Ｇａイオン１４は制御された極めて狭い領域に移動しながら照射して加工するので、既に形成されている針状構造１５が形成されることはない。

次いで、このような工程を−ｘ方向、ｙ方向、及び、−ｙ方向について行うことによって５つの互いに隣接する針状構造が互いに直角方向に突出する５つの針状構造１５〜１９が共通の柄部に接続した形状のナノレベル構造組成観察用試料１０が得られる。

図４参照
なお、一つの分析試料部に対して設ける針状構造物の数は任意であり、例えば、図４の上段に示すように３本でも良く、或いは、中断に示すように７本でも良く、或いは、下段に示すように、互いに隣接する針状構造が互いに鋭角の関係方向に突出するように構成しても良い。
なお、上段に示す構造の場合に、水平方向に突出する針状構造をｚ方向に対して互いに異なった高さに設定しても良いものである。

次に、図５及び図７を参照して本発明の実施例１の半導体装置の製造工程を説明する。なお、説明を簡単にするために、ポケット領域やエクステンション領域等の本発明にとって本質に係わりない工程は省略する。
図５参照
図５は、ＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図であり、まず、ｎ型シリコン基板２１に例えば、選択酸化法を用いて素子分離絶縁層２２を形成したのち、ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴを形成する領域にはＢをイオン注入してｐ型ウエル領域２３を形成し、次いで、ｐ型ウエル領域２３に、Ｂをイオン注入してしきい値調整のためのチャネルドープを行う。

次いで、熱酸化法を用いて、シリコン酸窒化膜を形成した後、全面に、プラズマＣＶＤ法を用いて多結晶シリコン膜を順次堆積させ、次いで、パターニングすることによってゲート長が４０ｎｍでゲート幅が３５ｎｍのゲート電極２５及びゲート絶縁膜２４を形成する。
なお、シリコン酸窒化膜を形成する際の窒素は、プラズマの形で導入する。

次いで、ゲート電極２５をマスクとしてＡｓをイオン注入することによってｎ⁺型ソース領域２６及びｎ⁺型ドレイン領域２７を形成したのち、全面に第１層間絶縁膜２８を形成し、ついで、ｎ⁺型ドレイン領域２６に達するコンタクトホールを形成したのち、このコンタクトホール内にＮｉＳｉからなるドレイン電極２９を形成することによってトランジスタ部が完成する。

次いで、ドレイン電極２９に接続する幅が１５０ｎｍの第１Ｃｕ配線３０を形成したのち、第２層間絶縁膜３１を形成し、次いで、この第２層間絶縁膜３１に対して第１Ｃｕ配線３０に達する直径が１００ｎｍのビアホールを形成し、このビアホールをＴｉＮバリア層３２を介してＷ層３３で埋め込むことによって第１Ｃｕ配線３０に接続するビア３４が形成される。

次いで、再び、このビア３４に接続する幅が１００ｎｍの第２Ｃｕ配線３５を形成したのち、第３層間絶縁膜３６を堆積させ、以降は、ビアホールの形成→ビアの形成→上部配線の形成→層間絶縁膜の形成を必要とする配線層数だけ繰り返すことによって半導体集積回路装置の配線部が完成する。

図６参照
この時、図６の上段に示すように、ウェハ４０の周辺部に予め例えば、２μｍ×２μｍの分析試料部４１を形成しておき、トランジスタ部が完成した段階でサンプル的に一枚のウェハから分析試料部４１を切出し、次いで、この分析試料部４１をＡｌ製ホルダ４２に固定したのち、上述のＦＩＢ加工によって、３つの針状構造４３〜４５を形成する。

この時、針状構造４３はゲート絶縁膜２４によって上端部と下端部とが電気的に絶縁されているので、測定時のチャージアップを防止するために、針状構造４３の近傍にＷ（ＣＯ）₆ガスを流すとともに、ゲート絶縁膜２４の近傍にＦＩＢ法によってＧａイオンを照射してゲート絶縁膜２４を跨いで上下の導電性部分を電気的に短絡させるＷ膜４６を形成しておくことによって、トランジスタ部を観察するための被分析試料４７が完成する。

図７参照
次いで、従来と同様のアトムプローブ装置の試料ステージ５１に被分析試料４７を取り付けて、まず、針状構造４３について、ナノレベルの３次元構造を解析する。
この場合、被分析試料４７にパルス状高電圧を印加することによって、針状構造４３の先端部を構成する物質を原子或いはクラスタとして一つずつ電界蒸発させるととともに、イオン化し、イオン化した粒子５２を被分析試料４７と位置敏感検出器５３との間に印加した投影電圧によって加速して位置敏感検出器５３に到達した粒子５２を検出する。

この針状構造４３の分析によって、ゲート絶縁膜２４とｐ型ウエル領域２３の表面、即ち、チャネル領域との界面の状態或いはゲート電極２５の組成分布をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、被分析試料４７を取り付けた試料ステージ５１の回転機構５４を駆動して針状構造４４の先端部が位置敏感検出器５３に対向するように位置決めしたのち、針状構造４３の場合と同様にナノレベルの３次元構造を解析する。この針状構造４４の分析によって、ｎ⁺型ソース領域２６における不純物濃度及び濃度分布の状態をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、被分析試料４７を取り付けた試料ステージ５１の回転機構５４を駆動して針状構造４５の先端部が位置敏感検出器５３に対向するように位置決めしたのち、針状構造４４の場合と同様にナノレベルの３次元構造を解析する。この針状構造４５の分析によって、ｎ⁺型ドレイン領域２７における不純物濃度及び濃度分布の状態をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、この観察結果により、界面状態及び不純物濃度分布等が設計値に対して許容範囲内であった場合には、それ以降の構成を進め（ＧＯ）、許容範囲外であった場合には、製造工程を中断して、製造条件を見直して再製造する。

このように、本発明の実施例１においては、トランジスタ部の形成直後にサンプル的に１枚のウェハから分析試料部を切り出してトランジスタの３次元組成をナノレベルで観察して、その結果に応じてその以降の配線形成工程に進むか否かのＧＯ／ＮＯＧＯ試験を実施しているので、トランジスタ部に問題がある場合に、無駄に配線形成工程に進むことがないので製造歩留りを向上することができる。

また、被分析試料４７として、複数方向、この場合には、３方向に突出した針状構造を形成して試料としているので、被分析試料４７を形成する際に、研削により消失する３次元情報が少なくなり、それによって、微小領域において変化が大きいゲート領域近傍のナノレベル構造を１度に精度良く取得することができる。

次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例２の半導体装置の製造工程を説明する。
図８参照
上述の絶縁ゲート型半導体装置の製造工程のトランジスタ部の形成工程終了後に、上記の実施例１のナノレベル構造組成の観察を行った結果、測定値が設計値の許容範囲であった場合、図５の下図に示した配線部の形成を行う。

この時、図８の上段に示すように、ウェハ６０の周辺部に予め例えば、２μｍ×２μｍの分析試料部６１を形成しておき、第２Ｃｕ配線３５及び第３層間絶縁膜３６までの配線部が完成した段階でサンプル的に一枚のウェハから分析試料部６１を切出し、次いで、この分析試料部６１をＡｌ製ホルダ６２に固定したのち、上述のＦＩＢ加工によって、３つの針状構造６３〜６５を形成する。

なお、この場合に、針状構造６３は第２Ｃｕ配線３５を観察するものであり、また、針状構造６４はビア近傍を観察するためであり、さらに、針状構造６５は、第１Ｃｕ配線３０を観察するために、針状構造６４より少し下側に形成する。

この時、針状構造６３は第２層間絶縁膜３１によって上部と下部とが電気的に絶縁されているので、測定時のチャージアップを防止するために、針状構造６３の近傍にＷ（ＣＯ）₆ガスを流すとともに、第２層間絶縁膜３１の近傍にＦＩＢ法によってＧａイオンを照射することによって、第２層間絶縁膜３１を跨いで上下の導電性部分を電気的に短絡させるＷ膜６６を形成しておくことによって、トランジスタ部を観察するための被分析試料６７が完成する。

図９参照
次いで、従来と同様のアトムプローブ装置の試料ステージ５１に被分析試料６７を取り付けて、まず、針状構造６３について、ナノレベルの３次元構造を解析する。
この場合、被分析試料６７にパルス状高電圧を印加することによって、針状構造６３の先端部を構成する物質を原子或いはクラスタとして一つずつ電界蒸発させるととともに、イオン化し、イオン化した粒子５５を被分析試料６７と位置敏感検出器５３との間に印加した投影電圧によって加速して位置敏感検出器５３に到達した粒子５５を検出する。

この針状構造６３の分析によって、第２層間絶縁膜３１と第２Ｃｕ配線３５との間の界面状態、即ち、密着状態、或いは、第２Ｃｕ配線３５の膜厚精度等をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、被分析試料６７を取り付けた試料ステージ５１の回転機構５４を駆動して針状構造６４の先端部が位置敏感検出器５３に対向するように位置決めしたのち、針状構造６３の場合と同様にナノレベルの３次元構造を解析する。この針状構造６４の分析によって、ＴｉＮバリア層３２のビアホール内におけるヴァレッジ状態或いは、第１Ｃｕ配線３０との間の接合状態等をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、被分析試料６７を取り付けた試料ステージ５１の回転機構５４を駆動して針状構造６５の先端部が位置敏感検出器５３に対向するように位置決めしたのち、針状構造６４の場合と同様にナノレベルの３次元構造を解析する。この針状構造６５の分析によって、第１Ｃｕ配線３０の膜厚精度等をナノレベルで観察することが可能になる。

次いで、この観察結果により、界面状態及び配線層の膜厚、或いは、ＴｉＮバリア層のカヴァレッジ状態等が設計値に対して許容範囲内であった場合には、それ以降の第２配線上部の多層配線構造の製造を進め（ＧＯ）、許容範囲外であった場合には、製造工程を中断して、製造条件を見直して再製造する。

このように、本発明の実施例２においては、配線部の形成途中にサンプル的に１枚のウェハから分析試料部を切り出して配線部の３次元組成をナノレベルで観察して、その結果に応じてその以降の上部配線形成工程に進むか否かのＧＯ／ＮＯＧＯ試験を実施しているので、下層の配線部に問題がある場合に、無駄に上層の配線形成工程に進むことがないので製造歩留りを向上することができる。

また、被分析試料６７として、複数方向、この場合には、３方向に突出した針状構造を形成して試料としているので、この場合も被分析試料６７を形成する際に、研削により消失する３次元情報が少なくなり、それによって、微小領域において変化が大きいビア近傍のナノレベル構造を１度に精度良く取得することができる。

以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、各実施例に記載した多層薄膜構造は単なる一例にすぎず、解析対象となるデバイスの多層薄膜構造に応じて適宜変更されるものである。

また、上記の各実施例においては、観察結果を待って次工程に進めたが、このようなＧＯ／ＮＯＧＯ判断は、次工程途中でも良く、また、全工程修了後でも、電気特性試験に入る前、或いは、その最中でも良いものである。

また、このようなナノレベル構造組成観察による試験工程は毎回でなくても良く、１０回に１回、或いは、毎回必要になった場合にのみその都度実施しても良いものである。

また、上記の各実施例においては、被分析試料に対して形成する針状構造を３本としているが、必要に応じて適宜変更されるものであり、図４に示すように５本でも良いし、或いは、それ以上の本数でも良いものである。

また、上記の各実施例においては、針状構造の中間に絶縁層が介在する場合に、Ｗ（ＣＯ）₆を流した状態でＦＩＢを照射して上下を短絡させるＷ膜を形成しているが、Ｗ膜に限られるものではなく、Ｃ₁₄Ｈ₁₀を流してＦＩＢを照射することによってＣ膜を形成して上下を短絡させても良いものである。

また、上記各実施例においては、観察に際して、電圧しか印加していないものの、パルス電圧に同期させてレーザ光等のパルス電磁波を印加しても良いものであり、電磁波によるパルス電磁界により試料先端部における電界蒸発を容易に引き起こすことができ、さらには、電圧を印加することなくレーザ光等のパルス電磁波のみで蒸発・イオン化させても良いものである。

また、上記各実施例においては、多層薄膜構造の解析として説明しているが、試料は必ずしも多層薄膜構造である必要はなく、従来例に示した様なバルク領域における不純物濃度分布の解析の場合にも適用されるものである。

ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照
（付記１）分析試料部１の表面より外部エネルギー或いは内部エネルギーにより前記分析試料部１を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより前記分析試料部１のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察用試料において、前記分析試料部１が共通の柄部分２に対して複数の方向に突出する針状部分３を備えることを特徴とするナノレベル構造組成観察用試料。
（付記２）上記針状部分３の少なくとも一つが多層膜構造からなることを特徴とする付記１記載のナノレベル構造組成観察用試料。
（付記３）多層膜構造を有する被分析試料を複数方向から集束イオンビームを照射することによって照射方向に突出する複数の針状部分３からなる分析試料部１を形成し、前記針状部分３の一つに優先的電界が印加されるように一つの針状部分３を電界印加方向に向けることによって、前記針状部分３を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより前記分析試料部１のナノレベルの構造組成を観察したのち、前記分析試料部１を回転させて他の針状部分３を電界印加方向に向けて観察を行うことを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
（付記４）上記複数個の針状部分３の内、最近接の針状部分３が直角以下の関係方向を向くように加工することを特徴とする付記３記載のナノレベル構造組成観察方法。
（付記５）上記針状部分３の上端部と下端部とが絶縁層で電気的に分断されている場合に、前記針状部分３の上端部と下端部とを集束イオンビーム法を用いて前記絶縁層を跨がる導電性膜を堆積させることを特徴とする付記３または４に記載のナノレベル構造組成観察方法。
（付記６）上記内部エネルギー印加として、パルス状高電界を印加することを特徴とする付記３乃至５のいずれか１に記載のナノレベル構造組成観察方法。
（付記７）上記外部エネルギー印加として、パルス状電磁波を印加することを特徴とする付記３乃至５のいずれか１に記載のナノレベル構造組成観察方法。
（付記８）分析試料部１を固定する試料ステージ、前記分析試料部１を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱させるための外部エネルギー或いは内部エネルギーの少なくとも一方を印加するエネルギー印加手段、及び、検出器を備えたナノレベル構造組成観察装置において、前記試料ステージが回転機構を備えていることを特徴とするナノレベル構造組成観察装置。
（付記９）付記３乃至７のいずれか１に記載のナノレベル構造組成観察方法によって多層膜構造のナノレベル構造組成を観察したのち、観察結果が設計許容値の範囲内であるか否かによって製造工程の進行を決定することを特徴とする多層膜構造を有するデバイスの製造方法。
（付記１０）付記３乃至７のいずれか１に記載のナノレベル構造組成観察方法によって多層膜構造のナノレベル構造組成を観察したのち、観察結果により決定した許容できる範囲の好適製造条件を多層膜構造の製造工程にフィードバックして反映させることを特徴とする多層膜構造を有するデバイスの製造方法。
（付記１１）上記多層膜構造が、絶縁ゲート型半導体装置のトランジスタ部或いは多層配線部のいずれかであることを特徴とする付記９または１０に記載の多層膜構造を有するデバイスの製造方法。

本発明の活用例としては、超微細構造を有する半導体集積回路装置の構造解析が典型的なものであるが、半導体集積回路装置に限られるものではなく、金属成分が主体で且つ複雑な微細構造を有する各種デバイスの組成分析に適用されるものであり、例えば、再生ヘッドを構成するＧＭＲ（巨大磁気抵抗）素子の界面状態或いは膜厚の構造解析にも適用されるものである。

本発明の原理的構成の説明図である。本発明における試料加工方法の途中までの説明図である。本発明における試料加工方法の図２以降の説明図である。本発明における他のナノレベル構造組成観察用試料の構造説明図である。ＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明図である。本発明の実施例１におけるナノレベル構造組成観察用試料の形成方法の説明図である。本発明の実施例１におけるナノレベル構造組成観察方法の説明図である。本発明の実施例２におけるナノレベル構造組成観察用試料の形成方法の説明図である。本発明の実施例２におけるナノレベル構造組成観察方法の説明図である。３次元構造組成測定装置の概念的構成図である。

符号の説明

１分析試料部
２柄部分
３〜７針状部分
１０ナノレベル構造組成観察用試料
１１試料
１２分析試料部
１３Ａｌ製ホルダ
１４Ｇａイオン
１５〜１９針状構造
２１ｎ型シリコン基板
２２素子分離絶縁層
２３ｐ型ウエル領域
２４ゲート絶縁膜
２５ゲート電極
２６ｎ⁺型ソース領域
２７ｎ⁺型ドレイン領域
２８第１層間絶縁膜
２９ドレイン電極
３０第１Ｃｕ配線
３１第２層間絶縁膜
３２ＴｉＮバリア層
３３Ｗ層
３４ビア
３５第２Ｃｕ配線
３６第３層間絶縁膜
４０ウェハ
４１分析試料部
４２Ａｌ製ホルダ
４３〜４５針状構造
４６Ｗ膜
４７被分析試料
５１試料ステージ
５２粒子
５３位置敏感検出器
５４回転機構
５５粒子
６０ウェハ
６１分析試料部
６２Ａｌ製ホルダ
６３〜６５針状構造
６６Ｗ膜
６７被分析試料
７１シリコン基板
７２イオン注入領域
７３針状構造物
７４引出電極
７５位置敏感検出器

Claims

分析試料部の表面より外部エネルギー或いは内部エネルギーにより前記分析試料部を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより前記分析試料部のナノレベルの構造組成を観察するためのナノレベル構造組成観察用試料において、前記分析試料部が共通の柄部分に対して複数の方向に突出する針状部分を備えることを特徴とするナノレベル構造組成観察用試料。
上記針状部分の少なくとも一つが多層膜構造からなることを特徴とする請求項１記載のナノレベル構造組成観察用試料。
多層膜構造を有する被分析試料を複数方向から集束イオンビームを照射することによって照射方向に突出する複数の針状部分からなる分析試料部を形成し、前記針状部分の一つに優先的電界が印加されるように一つの針状部分を電界印加方向に向けることによって、前記針状部分を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱することにより前記分析試料部のナノレベルの構造組成を観察したのち、前記分析試料部を回転させて他の針状部分を電界印加方向に向けて観察を行うことを特徴とするナノレベル構造組成観察方法。
分析試料部を固定する試料ステージ、前記分析試料部を構成する原子或いはクラスタのいずれかからなる粒子を外部空間に離脱させるための外部エネルギー或いは内部エネルギーの少なくとも一方を印加するエネルギー印加手段、及び、検出器を備えたナノレベル構造組成観察装置において、前記試料ステージが回転機構を備えていることを特徴とするナノレベル構造組成観察装置。
請求項３に記載のナノレベル構造組成観察方法によって多層膜構造のナノレベル構造組成を観察したのち、観察結果が設計許容値の範囲内であるか否かによって製造工程の進行を決定することを特徴とする多層膜構造を有するデバイスの製造方法。