JP2009194332A - 半導体装置の製造方法および断面観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に断面解析を行う方法の提供。
【解決手段】素子と、半導体基板１１の上方から見て素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカ１６ａ，１６ｂと、を半導体基板１１上に形成する工程と、所定の工程で素子の断面構造を観察する半導体基板１１を選択する工程と、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの断面幅および／または位置決めマーカ１６ａ，１６ｂと素子との距離に基づいて、素子を含んだ壁構造体を形成する工程と、壁構造体の断面構造を観察する工程と、を有する半導体装置１０の製造方法によって、高精度に断面観察を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置の製造方法および断面観察方法に関し、特に、半導体基板上に形成された素子の断面構造を観察することを含む半導体装置の製造方法、および基板上に形成された対象物の断面構造を観察する断面観察方法に関する。

半導体装置の開発・製造段階において、半導体装置の性能を評価したり、不良発生原因を解明したりする目的で、様々な検査や解析が行われている。例えば、現在の微細化が進んだ半導体装置の解析などには、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）よりも、高倍率および高分解能で観察できるＴＥＭ（Transmitted Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）が多く利用されている。なお、ＴＥＭによる観察では、一般に、観察される対象物を薄片化し、薄片化した対象物に電子線を透過させて、対象物中で原子により散乱・回折された電子を電子線回折パターンまたは電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）として得る。さらに、得られたＴＥＭ像のコントラストには、散乱コントラスト、回折コントラストおよび位相コントラストがあり、それらのコントラストに含まれている物質の組織的、構造的な情報を利用して、組織形態、原子レベル構造または結晶構造などの解析を行うことができる。

以下に、半導体装置における上部および下部の配線間を接続するビアのＴＥＭによる断面観察について図面を参照しながら説明する。
まず、観察対象となる半導体装置のサンプルについて説明する。

図１８は、ビアと、ビアにより接続された上部および下部の配線とが形成された半導体装置の要部平面模式図である。
ＴＥＭにより断面観察が行われる半導体装置１００は、図１８に示すように、基板１０１上に形成された層間絶縁膜（図１８では図示を省略）内に、下部配線１０３と上部配線１０４とが形成されており、下部配線１０３と上部配線１０４とがビア１０５を介してそれぞれ接続されている。なお、図１８において、ビア１０５はその位置について破線で示している。

そして、半導体装置１００に対して、例えば、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）またはアルゴン（Ａｒ）ミリングによる加工を行って、薄片化された半導体装置１００のサンプルの、ＴＥＭによる観察が行われる。なお、ＦＩＢの方がＡｒミリングよりも微細な加工が行えて、また、ＦＩＢの加工可能な幅は一般に１００ｎｍ〜２００ｎｍである。

次に、ＴＥＭによる観察結果について説明する。なお、半導体装置１００に対して、矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向からＦＩＢによる加工を、一対の断面線Ｒ１−Ｒ１まで行って断面を形成した。また、ＦＩＢの加工が行われた半導体装置１００の断面を、図１８に示す矢印Ｔの方向からＴＥＭにより観察した。

図１９は、ビアと、ビアにより接続された上部および下部の配線とが形成された半導体装置の要部断面模式図である。
これによれば、基板１０１上に形成された層間絶縁膜１０２内に、下部配線１０３と上部配線１０４とがビア１０５を介して接続されていることが分かる。このように、下部配線１０３、上部配線１０４およびビア１０５の位置などを特定し、不良発生原因、組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの解析を行うことができる。

また、このような解析などを行う際に、最上層にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）用のダミーパターンなどの同じパターンが反復的に配置されている半導体装置において、その最上層の平面から見たときに特定のパターン位置を探し出し易くするため、その最上層の所定の位置に基準となるパターンを形成する手法なども提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−５１２３０号公報

しかし、半導体装置の微細化がさらに進むと上記のように加工して、ＴＥＭによって観察するには、以下のような問題点があった。
半導体装置の配線およびビアの最小ピッチが、加工可能な幅よりも小さくなると、薄片化された半導体装置のサンプルは、観察対象となる配線および／またはビアだけでなく、それらを囲む層間絶縁膜も含んだものとなる（例えば、図１８における断面線Ｒ２−Ｒ２まで加工した場合のように、下部配線１０３、上部配線１０４およびビア１０５だけでなく、これらの周りに余分な層間絶縁膜１０２が得られる。）。したがって、このようなサンプルは層間絶縁膜の含有率が高くなるために、観察対象となる物質の組織的、構造的な情報の不確定さが増すために、正確な解析を行えないという問題点があった。

また、薄片化された半導体装置のサンプルの、上記のような場合（図１８において断面線Ｒ２−Ｒ２まで加工した場合）と、加工した幅に観察対象となる配線および／またはビアと、層間絶縁膜とが半分ずつ含まれる場合（例えば、図１８において断面線Ｒ３−Ｒ３まで加工した場合）とのＴＥＭによる断面の観察像にはほとんど違いがない。したがって、配線および／またはビアに対する加工位置を決定できないために、断面観察の結果から深い考察ができないという別の問題点もあった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高精度に断面解析を行うことができる半導体装置の製造方法および高精度に断面観察を行うことができる断面観察方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、半導体基板上に形成された素子の断面構造を観察することを含む半導体装置の製造方法が提供される。
この半導体装置の製造方法は、前記素子と、前記半導体基板の上方から見て前記素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカと、を前記半導体基板上に形成する工程と、所定の工程で前記素子の断面構造を観察する前記半導体基板を選択する工程と、前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記素子との距離に基づいて、前記素子を含んだ壁構造体を形成する工程と、前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、を有する。

この半導体装置の製造方法によれば、素子と、半導体基板の上方から見て素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカが形成され、所定の工程で素子の断面構造を観察する半導体装置が選択され、位置決めマーカの断面幅および／または位置決めマーカと素子との距離に基づいて、素子を含んだ壁構造体が形成され、壁構造体の断面構造が観察される。

また、上記目的を達成するために、基板上に形成された対象物の断面構造を観察する断面観察方法が提供される。
この断面観察方法は、前記基板の上方から見て前記対象物を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカを形成する工程と、前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記対象物との距離に基づいて、前記対象物を含んだ壁構造体を形成する工程と、前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、を有する。

この断面観察方法によれば、基板の上方から見て対象物を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカが形成され、位置決めマーカの断面幅および／または位置決めマーカと対象物との距離に基づいて、対象物を含んだ壁構造体が形成され、壁構造体の断面構造が観察される。

上記の半導体装置の製造方法および断面観察方法では、高精度に断面解析を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
まず、第１の実施の形態について説明する。

図１は、第１の実施の形態における半導体装置の要部平面模式図である。
半導体装置１０は、半導体基板１１上に層間絶縁膜（図１では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内には、素子（図示を省略）が形成されている。なお、図１には、素子を構成する下部配線１３および上部配線１４が層間絶縁膜内の下部および上部に直線状にそれぞれ形成されている。そして、下部配線１３と上部配線１４とが重なる端部がビア１５により接続されている。なお、図１において、ビア１５はその位置について破線で示している。

さらに、半導体装置１０には位置決めマーカ１６ａ，１６ｂが形成されている。位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、図１に示すように半導体装置１０の上方から見て、直線状に形成された下部配線１３および上部配線１４の長手方向を通る直線を仮想直線とすれば、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。さらに、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、観察対象であるビア１５を中心とした点対称であることが望ましい。なお、第１および第２の実施の形態では、位置決めマーカはビアを中心とした点対称に位置する場合について説明する。そして、位置決めマーカ１６ａは上部配線１４と、位置決めマーカ１６ｂは下部配線１３とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは同じ寸法の円柱であり、したがって、図１では、円状をなしている。

このような構成をなす半導体装置１０をＴＥＭによって観察する。ＴＥＭによる観察を行うために、半導体装置１０に対してＦＩＢによって断面加工を施す。ＦＩＢによる断面加工を、半導体装置１０に対して、図１に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すなわち、ＦＩＢの加工の方向は、下部配線１３および上部配線１４を通る仮想直線に対して垂直である。なお、ＦＩＢによる断面加工を、図１に示す、一対の断面線Ｐ１−Ｐ１，Ｐ２−Ｐ２，Ｐ３−Ｐ３，Ｐ４−Ｐ４までそれぞれ行う。そして、断面加工された半導体装置１０のサンプルを、図１に示す矢印Ｔの方向からＴＥＭによってそれぞれ観察する。

以下、ＦＩＢによって４パターンの断面加工が行われた、半導体装置１０のサンプルのそれぞれの観察結果について説明する。
図２〜図５は、第１の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図である。図２〜図５に示す半導体装置１０のサンプルは、ＦＩＢによって、図１に示した半導体装置１０が断面線Ｐ１−Ｐ１，Ｐ２−Ｐ２，Ｐ３−Ｐ３，Ｐ４−Ｐ４まで加工された断面のＴＥＭによる観察結果をそれぞれ模式的に示したものである。

まず、ＦＩＢによる加工を断面線Ｐ１−Ｐ１まで行った場合を図２に示す。
図２によれば、基板１１上に層間絶縁膜１２が形成されており、層間絶縁膜１２内の下部および上部に、下部配線１３および上部配線１４のパターンがそれぞれ形成されていることを確認できる。そして、下部配線１３と上部配線１４とが重なる端部を接続するビア１５のパターンを確認できる。また、位置決めマーカ１６ａと上部配線１４および位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３がそれぞれ同じ高さに位置する。そして、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの幅および高さは互いに等しく、位置決めマーカ１６ａと上部配線１４との距離および、位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３との距離はそれぞれ等しい。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｐ２−Ｐ２まで行った場合を図３に示す。
図３によれば、半導体装置１０のサンプルも、基板１１、層間絶縁膜１２、下部配線１３、上部配線１４、およびビア１５によって構成され、各構成要素については上記図２の「断面線Ｐ１−Ｐ１」の場合と同一である。そして、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂについても、形成された位置、それぞれの幅、および高さは互いに等しく、位置決めマーカ１６ａと上部配線１４との距離、および位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３との距離もそれぞれ等しい。

ところが、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、既述の通り、平面図では円状であった。このため、ＦＩＢによる加工面が下部配線１３および上部配線１４の仮想直線に近づくと、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの加工面の幅は、「断面線Ｐ１−Ｐ１」の場合よりも、狭くなるとともに、位置決めマーカ１６ａと上部配線１４と（位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３と）の距離が長くなる。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｐ３−Ｐ３まで行った場合を図４に示す。
図４によれば、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの全てが加工されるため、半導体装置１０のサンプルを構成する、基板１１、層間絶縁膜１２、下部配線１３、上部配線１４、およびビア１５のみが観察される。

また、ＦＩＢによる加工を断面線Ｐ４−Ｐ４まで行った場合を図５に示す。
図５によれば、半導体装置１０のサンプルは、基板１１、層間絶縁膜１２、下部配線１３、上部配線１４およびビア１５により構成されており、各構成要素については既述の通りである。そして、位置決めマーカ１６ｂは全て加工されて、位置決めマーカ１６ａのみが観察される。

このように、半導体装置１０に対して、断面加工を断面線Ｐ１−Ｐ１，Ｐ２−Ｐ２，Ｐ３−Ｐ３，Ｐ４−Ｐ４まで行って、それぞれについて行ったＴＥＭによる断面観察では、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、同じ寸法の円柱であって、ビア１５を中心とした点対称で、直線状に並んだ下部配線１３および上部配線１４を通る仮想直線の両側に形成されているために、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの断面の形状は加工断面に応じて変化する。

したがって、第１の実施の形態では、断面加工した位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの幅、位置決めマーカ１６ａと下部配線１３との間隔、位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３との間隔、および位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの有無を観察することにより、半導体装置１０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置１０の下部配線１３、上部配線１４およびビア１５の正確な位置や半導体装置１０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造または結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

なお、同じ寸法の円柱である位置決めマーカ１６ａ，１６ｂはビア１５を中心とした点対称であって、直線状に並んだ下部配線１３および上部配線１４を通る仮想直線の両側に形成されるだけでなく、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂを仮想直線上の位置に形成するようにしても構わない。

図６は、第１の実施の形態における別の半導体装置の要部平面模式図である。なお、図６に示す半導体装置１０のサンプルは、図１〜図５で説明したサンプルと同じ構成をしている。したがって、半導体装置１０のサンプルの各構成要素の説明は省略する。

図６に示すように、半導体装置１０において、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂは、ビア１５を中心とした点対称であって、下部配線１３および上部配線１４を通る仮想直線上に形成されている。この場合でも、上述のように、断面加工を矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行って、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの幅、位置決めマーカ１６ａと下部配線１３との間隔、および位置決めマーカ１６ｂと下部配線１３との間隔を観察することにより、加工位置を把握することが可能となる。

また、上記の図１〜図６では、位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの形状が円柱の場合を例に挙げて説明した。位置決めマーカ１６ａ，１６ｂの形状は、円柱に限らず、加工断面が下部配線１３および上部配線１４を通る仮想直線に近づくに従って、断面幅が異なる形状であればよい。以下に、その具体例を挙げて説明する。

＜実施例１−１＞
＜実施例１−１＞は、半導体装置の位置決めマーカの平断面が正方形である場合を例に挙げて説明する。

図７は、第１の実施の形態における、位置決めマーカが四角柱である半導体装置の要部平面模式図である。
半導体装置２０は、基板２１上に層間絶縁膜（図７では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内の下部および上部に、下部配線２３および上部配線２４が直線状にそれぞれ形成されている。そして、下部配線２３と上部配線２４とが重なる端部がビア２５により接続されている。なお、図７において、ビア２５はその位置について破線で示している。

そして、半導体装置２０には位置決めマーカ２６ａ，２６ｂが形成されている。位置決めマーカ２６ａ，２６ｂは、図７に示すように半導体装置２０の上方から見て、直線状に形成された下部配線２３および上部配線２４の長手方向を通る直線を仮想直線とすれば、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂは、仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。さらに、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂは、ビア２５を中心とした点対称に位置している。そして、位置決めマーカ２６ａは上部配線２４と、位置決めマーカ２６ｂは下部配線２３とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂは同じ寸法の四角柱である。このため、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂの平断面は正方形をなしており、対向する頂点を結ぶ線の一方は、仮想直線と垂直であり、他方は仮想直線と平行である。

このような構成の半導体装置２０に対して、ＦＩＢによる断面加工を、図７に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すると、上述の通り、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂは、同じ寸法の四角柱であって、ビア２５を中心とした点対称で、直線状に並んだ下部配線２３および上部配線２４を通る仮想直線の両側に形成されているために、位置決めマーカ２６ａ，２６ｂの断面の幅は加工断面に応じて変化する。

したがって、＜実施例１−１＞では、断面加工した位置決めマーカ２６ａ，２６ｂの幅、位置決めマーカ２６ａと下部配線２３との間隔、位置決めマーカ２６ｂと下部配線２３との間隔、および位置決めマーカ２６ａ，２６ｂの有無を観察することにより、半導体装置２０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置２０の下部配線２３、上部配線２４、およびビア２５の正確な位置や半導体装置２０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

＜実施例１−２＞
＜実施例１−２＞は、半導体装置の位置決めマーカの平断面が直角二等辺三角形である場合を例に挙げて説明する。

図８は、第１の実施の形態における、位置決めマーカが三角柱である半導体装置の要部平面模式図である。
半導体装置３０は、基板３１上に層間絶縁膜（図８では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内の下部および上部に、下部配線３３および上部配線３４が直線状にそれぞれ形成されている。そして、下部配線３３と上部配線３４とが重なる端部がビア３５により接続されている。なお、図８において、ビア３５はその位置について破線で示している。

そして、半導体装置３０には位置決めマーカ３６ａ，３６ｂが形成されている。位置決めマーカ３６ａ，３６ｂは、図８に示すように半導体装置３０の上方から見て、直線状に形成された下部配線３３および上部配線３４の長手方向を通る直線を仮想直線とすれば、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂは、仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。さらに、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂは、ビア３５を中心とした点対称に位置している。そして、位置決めマーカ３６ａは上部配線３４と、位置決めマーカ３６ｂは下部配線３３とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂは同じ寸法の三角柱である。そして、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの平断面は直角二等辺三角形であり、直角二等辺三角形の長辺は、直線状の下部配線３３および上部配線３４の仮想直線と平行である。

このような構成の半導体装置３０に対して、ＦＩＢによる断面加工を、図８に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すると、上述の通り、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂは、同じ寸法の三角柱であって、ビア３５を中心とした点対称で、直線状に並んだ下部配線３３および上部配線３４を通る仮想直線の両側に形成されているために、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの断面の幅の長さは加工断面に応じて変化する。

したがって、＜実施例１−２＞では、断面加工した位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの幅、位置決めマーカ３６ａと下部配線３３との間隔、位置決めマーカ３６ｂと下部配線３３との間隔や位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの有無を観察することにより、半導体装置３０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置３０の下部配線３３、上部配線３４およびビア３５の正確な位置や半導体装置３０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

なお、＜実施例１−２＞では、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの直角をなす頂点が下部配線３３および上部配線３４を通る仮想直線側を向いた場合を例に挙げているが、位置決めマーカ３６ａ，３６ｂの長辺が下部配線３３および上部配線３４を通る仮想直線側を向いた場合でも同様の効果をなす。また、直角二等辺三角形に代わって、二等辺三角形、正三角形などでも構わない。

＜実施例１−３＞
＜実施例１−３＞は、半導体装置の位置決めマーカの平断面がひし形をなしている場合を例に挙げて説明する。

図９は、第１の実施の形態における、位置決めマーカが四角柱である別の半導体装置の要部断面模式図である。
半導体装置４０は、基板４１上に層間絶縁膜（図９では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内の下部および上部に、下部配線４３および上部配線４４が直線状にそれぞれ形成されている。そして、下部配線４３と上部配線４４とが重なる端部がビア４５により接続されている。なお、図９において、ビア４５はその位置について破線で示している。

そして、半導体装置４０には位置決めマーカ４６ａ，４６ｂが形成されている。位置決めマーカ４６ａ，４６ｂは、図９に示すように半導体装置４０の上方から見て、直線状に形成された下部配線４３および上部配線４４の長手方向を通る直線を仮想直線とすれば、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂは、仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。さらに、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂは、ビア４５を中心とした点対称に位置している。そして、位置決めマーカ４６ａは上部配線４４と、位置決めマーカ４６ｂは下部配線４３とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂは同じ寸法の四角柱である。そして、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂの平断面は対向する辺の長さが等しいひし形をなしており、短辺が、直線状の下部配線４３および上部配線４４を通る仮想直線と平行である。なお、図９では、対向する辺のみの長さが等しい平行四辺形について示しているが、４辺全ての長さが等しくても構わない。

このような構成の半導体装置４０に対して、ＦＩＢによる断面加工を、図９に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すると、上述の通り、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂは、同じ寸法の四角柱であって、ビア４５を中心とした点対称で、直線状に並んだ下部配線４３および上部配線４４を通る仮想直線の両側に形成されているために、位置決めマーカ４６ａから上部配線４４までの間隔および、位置決めマーカ４６ｂから下部配線４３までの間隔が加工断面に応じて変化する。

したがって、＜実施例１−３＞では、断面加工した、位置決めマーカ４６ａと下部配線４３との間隔、位置決めマーカ４６ｂと下部配線４３との間隔、および位置決めマーカ４６ａ，４６ｂの有無を観察することにより、半導体装置４０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置４０の下部配線４３、上部配線４４、およびビア４５の正確な位置や半導体装置４０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

なお、＜実施例１−３＞では、位置決めマーカ４６ａ，４６ｂの短辺が、直線状の下部配線４３および上部配線４４を通る仮想直線と平行である場合を例に挙げているが、長辺が仮想直線と平行である場合でも同様の効果をなす。

また、＜実施例１−１＞〜＜実施例１−３＞においても、位置決めマーカを上部配線および下部配線を通る仮想直線の両側だけでなく、図６で示したように、仮想配線上に形成するようにしても構わない。

また、＜実施例１−１＞〜＜実施例１−３＞では、位置決めマーカが、円柱、三角柱および四角柱といった「柱体」の場合を例に挙げて説明したが、位置決めマーカの断面の幅の長さが、加工断面に応じて変化するような形状であればよい。したがって、「柱体」に限らず、円錐、三角錐および四角錐といった「錐体」であっても構わない。

次に、第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、上部配線および下部配線が、上方から見て直線状に配列した場合を例に挙げて説明した。第２の実施の形態では、上部配線と下部配線とが、上方から見て素子上の観察対象部で略直交する場合について２つの例を挙げて、図面を参照しながら説明する。

＜実施例２−１＞
＜実施例２−１＞では、半導体装置に対する加工方向が上部配線の長手方向と平行であって、下部配線の長手方向と垂直である場合を例に挙げて説明する。

図１０は、第２の実施の形態における半導体装置の要部平面模式図である。
半導体装置５０は、基板５１上に層間絶縁膜（図１０では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内の下部および上部に、下部配線５３および上部配線５４が基板５１の略中央部にて直交してそれぞれ形成されている。なお、加工方向と、下部配線５３および上部配線５４の長手方向とは、それぞれ垂直および平行である。そして、下部配線５３と上部配線５４とが重なる略中央部がビア５５により接続されている。なお、図１０において、ビア５５はその位置について破線で示している。

さらに、半導体装置５０には位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２が形成されている。位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２は、図１０に示すように半導体装置５０の上方から見て、ビア５５を中心とした点対称であって、下部配線５３の長手方向に通る仮想直線の両側であるとともに、上部配線５４の長手方向に通る仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。そして、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２は上部配線５４とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２は同じ寸法の円柱であり、したがって、図１０では、円状をなしている。

このような構成をなす半導体装置５０をＴＥＭによって観察する。ＴＥＭによる観察を行うために、半導体装置５０に対してＦＩＢによって断面加工を施す。ＦＩＢによる断面加工を、半導体装置５０に対して、図１０に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すなわち、ＦＩＢの加工の方向は、下部配線５３の長手方向に垂直であるとともに、上部配線５４の長手方向に平行である。なお、ＦＩＢによる断面加工を、図１０に示す、一対の断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３までそれぞれ行う。そして、断面加工された半導体装置５０のサンプルを、図１０に示す矢印Ｔの方向からＴＥＭによってそれぞれ観察する。

以下、ＦＩＢによって３パターンの断面加工が行われた、半導体装置５０のサンプルのそれぞれの観察結果について説明する。
図１１〜図１３は、第２の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図である。図１１〜図１３に示す半導体装置５０のサンプルは、ＦＩＢによって、図１０に示した半導体装置５０が断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３まで加工された断面のＴＥＭによる観察結果をそれぞれ模式的に示したものである。

まず、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ１−Ｑ１まで行った場合を図１１に示す。
図１１によれば、基板５１上に層間絶縁膜５２が形成されており、層間絶縁膜５２内の下部および上部に、下部配線１３および上部配線１４のパターンがそれぞれ形成されていることを確認できる。そして、下部配線５３と上部配線５４とが重なる略中央部を接続するビア５５のパターンを確認できる。また、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２と上部配線５４とがそれぞれ同じ高さに位置する。そして、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の幅および高さは互いに等しく、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２から上部配線５４まではそれぞれ等間隔である。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ２−Ｑ２まで行った場合を図１２に示す。
図１２によれば、半導体装置５０のサンプルは、基板５１、層間絶縁膜５２、下部配線５３、上部配線５４およびビア５５によって構成され、各構成要素については上記図１１の「断面線Ｑ１−Ｑ１」の場合と同一である。そして、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２についても、形成された位置や、それぞれの幅および高さは等しく、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２から上部配線５４まではそれぞれ等間隔である。

ところが、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２は、既述の通り、平面図では円状であった。このため、ＦＩＢによる加工面が中央部に近づくと、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の加工面の幅は、「断面線Ｑ１−Ｑ１」の場合よりも、狭くなるとともに、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２と上部配線５４との距離が長くなる。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ３−Ｑ３まで行った場合を図１３に示す。
図１３によれば、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の全てが加工されるため、半導体装置５０のサンプルを構成する、基板５１、層間絶縁膜５２、下部配線５３、上部配線５４、およびビア５５のみが観察される。

このように、断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３におけるＴＥＭによる断面観察では、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２は、同じ寸法の円柱であって、ビア５５を中心とした点対称で、下部配線５３を通る仮想直線の両側であるとともに、上部配線５４を通る仮想直線の両側に形成されているために、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の断面の形状は加工断面に応じて変化する。

したがって、第２の実施の形態の＜実施例２−１＞でも、断面加工した位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の幅、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２と上部配線５４との間隔、および位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２の有無を観察することにより、半導体装置５０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置５０の下部配線５３、上部配線５４、およびビア５５の正確な形成位置や半導体装置５０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

なお、同じ寸法の円柱である位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２はビア５５を中心とした点対称で、下部配線５３を通る仮想直線の両側であるとともに、上部配線５４を通る仮想直線の両側にそれぞれ形成されるだけでなく、位置決めマーカ５６ａ１，５６ａ２を、下部配線５３の仮想直線上に形成しても構わない。

＜実施例２−２＞
＜実施例２−２＞では、半導体装置に対する加工方向が下部配線の長手方向と平行であって、上部配線の長手方向と垂直である場合を例に挙げて説明する。

図１４は、第２の実施の形態における別の半導体装置の要部平面模式図である。
半導体装置６０は、基板６１上に層間絶縁膜（図１４では図示を省略）が形成されており、当該層間絶縁膜内の下部および上部に、下部配線６３および上部配線６４が基板６１の略中央部にて直交してそれぞれ形成されている。なお、下部配線６３および上部配線６４は、それぞれの長手方向に対して、加工方向が平行および垂直をなしている。そして、下部配線６３と上部配線６４とが重なる略中央部がビア６５により接続されている。なお、図１４において、ビア６５はその位置について破線で示している。

さらに、半導体装置６０には位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２が形成されている。位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２は、図１４に示すように半導体装置６０の上方から見て、ビア６５を中心とした点対称であって、下部配線６３の長手方向に通る仮想直線の両側であるとともに、上部配線６４の長手方向に通る仮想直線の両側にそれぞれ形成されている。そして、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２は下部配線６３とそれぞれ同じ高さに形成されている。また、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２は同じ寸法の円柱であり、したがって、図１４では、円状をなしている。

このような構成をなす半導体装置６０をＴＥＭによって観察する。ＴＥＭによる観察を行うために、半導体装置６０に対してＦＩＢによって断面加工を施す。ＦＩＢによる断面加工を、半導体装置６０に対して、図１４に示す矢印Ｆ１，Ｆ２の２方向から行う。すなわち、ＦＩＢの加工の方向は、下部配線６３の長手方向に平行であって、上部配線６４の長手方向に垂直である。なお、ＦＩＢによる断面加工を、図１４に示す、一対の断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３までそれぞれ行う。そして、断面加工された半導体装置６０のサンプルを、図１４に示す矢印Ｔの方向からＴＥＭによってそれぞれ観察する。

以下、ＦＩＢによって３パターンの断面加工が行われた、半導体装置６０のサンプルのそれぞれの観察結果について説明する。
図１５〜図１７は、第２の実施の形態における、断面加工が施された別の半導体装置の要部断面模式図である。図１５〜図１７に示す半導体装置６０のサンプルは、ＦＩＢによって、図１４に示した半導体装置６０が断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３まで加工された断面のＴＥＭによる観察結果をそれぞれ模式的に示したものである。

まず、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ１−Ｑ１まで行った場合を図１５に示す。
図１５によれば、基板６１上に層間絶縁膜６２が形成されており、層間絶縁膜６２内の下部および上部に、下部配線６３および上部配線６４のパターンがそれぞれ形成されていることを確認できる。そして、下部配線６３と上部配線６４とが重なる略中央部を接続するビア６５のパターンを確認できる。また、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２と下部配線６３とがそれぞれ同じ高さに位置する。そして、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の幅および高さは等しく、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２と下部配線６３とはそれぞれ等間隔である。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ２−Ｑ２まで行った場合を図１６に示す。
図１６によれば、半導体装置６０のサンプルは、基板６１、層間絶縁膜６２、下部配線６３、上部配線６４およびビア６５によって構成され、各構成要素については上記図１５の「断面線Ｑ１−Ｑ１」の場合と同一である。そして、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２についても、形成された位置、それぞれの幅、および高さは等しく、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２から下部配線６３まではそれぞれ等間隔である。

ところが、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２は、既述の通り、平面図では円状であった。このため、ＦＩＢによる加工面が中央部に近づくと、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の加工面の幅は、「断面線Ｑ１−Ｑ１」の場合よりも、狭くなるとともに、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２と下部配線６３との距離が長くなる。

次に、ＦＩＢによる加工を断面線Ｑ３−Ｑ３まで行った場合を図１７に示す。
図１７によれば、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の全てが加工されるため、半導体装置６０のサンプルのみが観察される。なお、半導体装置６０のサンプルは既述の通り、基板６１、層間絶縁膜６２、下部配線６３、上部配線６４、およびビア６５から構成される。

このように、断面線Ｑ１−Ｑ１，Ｑ２−Ｑ２，Ｑ３−Ｑ３におけるＴＥＭによる断面観察では、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２は、同じ寸法の円柱であって、ビア６５を中心とした点対称で、下部配線６３の両側であって、上部配線６４の両側に形成されているために、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の断面の形状は加工断面に応じて変化する。

したがって、第２の実施の形態の＜実施例２−２＞でも、断面加工した位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の幅、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２と下部配線６３との間隔、および位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２の有無を観察することにより、半導体装置６０に対する加工位置を正確に把握することが可能となる。そして、半導体装置６０の下部配線６３、上部配線６４、およびビア６５の正確な形成位置や半導体装置６０を構成する物質の組織形態、原子レベル構造、結晶構造などの正確な情報が得られ、正確な検査や解析などを行うことができる。

なお、同じ寸法の円柱である位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２はビア６５を中心とした点対称で、下部配線６３の両側であって、上部配線６４の両側にそれぞれ形成される場合は上述の通りである。一方、位置決めマーカ６６ｂ１，６６ｂ２を、上部配線６４の両側ではなく、上部配線６４と直線状の位置に形成しても構わない。

なお、第２の実施の形態の＜実施例２−１＞および＜実施例２−２＞においても、＜実施例１−１＞〜＜実施例１−３＞で説明した位置決めマーカを利用しても同様の効果を得ることができる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

（付記１） 半導体基板上に形成された素子の断面構造を観察することを含む半導体装置の製造方法において、
前記素子と、前記半導体基板の上方から見て前記素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカと、を前記半導体基板上に形成する工程と、
所定の工程で前記素子の断面構造を観察する前記半導体基板を選択する工程と、
前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記素子との距離に基づいて、前記素子を含んだ壁構造体を形成する工程と、
前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２） 前記断面幅は、前記半導体装置に対する加工が前記仮想直線に近づくに伴って異なることを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３） 前記位置決めマーカは、前記仮想直線上であって、前記素子上の対象部に対して点対称にそれぞれ配置されていることを特徴とする付記１または２に記載の半導体装置の製造方法。

（付記４） 前記位置決めマーカは、前記仮想直線が通るようにそれぞれ配置されていることを特徴とする付記２または３に記載の半導体装置の製造方法。
（付記５） 前記素子と、前記位置決めマーカとは同質の材料によりそれぞれ構成されていることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

（付記６） 基板上に形成された対象物の断面構造を観察する断面観察方法において、
前記基板の上方から見て前記対象物を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカを形成する工程と、
前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記対象物との距離に基づいて前記対象物を含んだ壁構造体を形成する工程と、
前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、
を有することを特徴とする断面観察方法。

（付記７） 前記断面幅は、前記対象物に対する加工が前記仮想直線に近づくに伴って異なることを特徴とする付記６記載の断面観察方法。
（付記８） 前記位置決めマーカは、前記仮想直線上であって、前記対象物上の観察対象部に対して点対称にそれぞれ配置されていることを特徴とする付記６または７に記載の断面観察方法。

（付記９） 前記位置決めマーカは、前記仮想直線が通るようにそれぞれ配置されていることを特徴とする付記７または８に記載の断面観察方法。
（付記１０） 半導体基板上に形成された素子と、前記半導体基板の上方から見て前記素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカとを備えることを特徴とする半導体装置。

第１の実施の形態における半導体装置の要部平面模式図である。 第１の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その１）である。 第１の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その２）である。 第１の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その３）である。 第１の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その４）である。 第１の実施の形態における別の半導体装置の要部平面模式図である。 第１の実施の形態における、位置決めマーカが四角柱である半導体装置の要部平面模式図である。 第１の実施の形態における、位置決めマーカが三角柱である半導体装置の要部平面模式図である。 第１の実施の形態における、位置決めマーカが四角柱である別の半導体装置の要部平面模式図である。 第２の実施の形態における半導体装置の要部平面模式図である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その１）である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その２）である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された半導体装置の要部断面模式図（その３）である。 第２の実施の形態における別の半導体装置の要部平面模式図である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された別の半導体装置の要部断面模式図（その１）である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された別の半導体装置の要部断面模式図（その２）である。 第２の実施の形態における、断面加工が施された別の半導体装置の要部断面模式図（その３）である。 ビアと、ビアにより接続された上部および下部の配線とが形成された半導体装置の要部平面模式図である。 ビアと、ビアにより接続された上部および下部の配線とが形成された半導体装置の要部断面模式図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 基板
１３ 下部配線
１４ 上部配線
１５ ビア
１６ａ，１６ｂ 位置決めマーカ

Claims (5)

1. 半導体基板上に形成された素子の断面構造を観察することを含む半導体装置の製造方法において、
   前記素子と、前記半導体基板の上方から見て前記素子を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカと、を前記半導体基板上に形成する工程と、
   所定の工程で前記素子の断面構造を観察する前記半導体基板を選択する工程と、
   前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記素子との距離に基づいて、前記素子を含んだ壁構造体を形成する工程と、
   前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記断面幅は、前記半導体装置に対する加工が前記仮想直線に近づくに伴って異なることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記位置決めマーカは、前記仮想直線上であって、前記素子上の対象部に対して点対称にそれぞれ配置されてい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製造方法。
4. 前記位置決めマーカは、前記仮想直線が通るようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 基板上に形成された対象物の断面構造を観察する断面観察方法において、
   前記基板の上方から見て前記対象物を通る仮想直線の両側にそれぞれ配置された少なくとも一対の位置決めマーカを形成する工程と、
   前記位置決めマーカの断面幅および／または前記位置決めマーカと前記対象物との距離に基づいて前記対象物を含んだ壁構造体を形成する工程と、
   前記壁構造体の断面構造を観察する工程と、
   を有することを特徴とする断面観察方法。

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