JP2010169638A - Fine needle, method of manufacturing the same, electric characteristic evaluating method, and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、微細針、微細針の製造方法、電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等に関し、特に接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減することができる微細針、微細針の製造方法、微細針を用いた電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等に関する。 The present invention relates to a fine needle, a fine needle manufacturing method, an electrical property evaluation method, a semiconductor device manufacturing method, and the like, and in particular, a fine needle capable of greatly reducing the value and variation of contact resistance, a fine needle manufacturing method, The present invention relates to a method for evaluating electrical characteristics using a fine needle, a method for manufacturing a semiconductor device, and the like.
半導体装置におけるデバイス内部の素子の電気特性評価は、素子電極から引き出したPAD、もしくは電極に接続するビアに直接微細針を接触させることにより、電気特性を評価する。この微細針は、水酸化カリウム水溶液中で電界研磨を行い、80℃の水、エタノールの順で洗浄して作製している。また、微細針の材質には、硬くて耐磨耗性に優れたタングステンが用いられることが多い(例えば特許文献1参照)。 In evaluating the electrical characteristics of the elements inside the device in the semiconductor device, the electrical characteristics are evaluated by bringing a fine needle into direct contact with the PAD drawn from the element electrodes or vias connected to the electrodes. The fine needle is produced by performing electropolishing in an aqueous potassium hydroxide solution and washing in the order of 80 ° C. water and ethanol. In addition, tungsten, which is hard and has excellent wear resistance, is often used as the material for the fine needles (see, for example, Patent Document 1).
図6は、従来の微細針の表面層の成分分析結果を示す図である。但し、成分分析の測定精度を考慮して微細針の先端部ではなく、側面部にて成分分析を行った結果である。図6に示すように、微細針の表面には炭素と酸素から構成される酸化膜層が付着していることが読み取れる。つまり、タングステンからなる微細針の表面層には、自然酸化膜が形成されていることとなる。この自然酸化膜が微細針の表面に付着していることにより、微細針を素子電極から引き出したPAD、もしくは直接ビアに接触させた場合、接触抵抗のばらつきの値が高く、高精度の解析が出来ない。 FIG. 6 is a diagram showing a component analysis result of a surface layer of a conventional fine needle. However, this is a result of component analysis performed on the side surface instead of the tip of the fine needle in consideration of the measurement accuracy of the component analysis. As shown in FIG. 6, it can be seen that an oxide film layer composed of carbon and oxygen is attached to the surface of the fine needle. That is, a natural oxide film is formed on the surface layer of the fine needle made of tungsten. Because this natural oxide film adheres to the surface of the fine needle, when the fine needle is brought into contact with the PAD drawn out from the device electrode or directly into the via, the contact resistance variation value is high and high accuracy analysis is possible. I can't.
本発明は上述したことを考慮してなされたものであり、本発明に係る態様は、自然酸化膜の付着を抑制することにより接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減することができる微細針、微細針の製造方法、微細針を用いた電気特性評価方法及び半導体装置の製造方法等である。 The present invention has been made in consideration of the above, and an aspect according to the present invention is a fine needle that can significantly reduce the value and variation of contact resistance by suppressing the adhesion of a natural oxide film, These include a method for manufacturing a fine needle, a method for evaluating electrical characteristics using the fine needle, a method for manufacturing a semiconductor device, and the like.
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る微細針は、金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a fine needle according to one aspect of the present invention includes a needle made of metal,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
It is characterized by comprising.
上記微細針によれば、前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層を形成している。これにより、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減するとともに、自然酸化膜が発生しにくくなり、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減した状態を長期間保つことができる。 According to the fine needle, the surface layer containing gallium, argon, iodine or cesium formed at the tip of the needle is formed. As a result, the value and variation of the contact resistance are greatly reduced, and a natural oxide film is hardly generated, and the state in which the value and variation of the contact resistance are greatly reduced can be maintained for a long time.
また、本発明に係る微細針において、前記針の径は10μm以下であることが好ましい。 In the fine needle according to the present invention, it is preferable that the diameter of the needle is 10 μm or less.
また、本発明に係る微細針において、前記金属はタングステンであることが好ましい。 In the fine needle according to the present invention, the metal is preferably tungsten.
本発明に係る微細針の製造方法は、金属からなる針の先端に、ガリウムイオン又はアルゴンイオン又はヨウ素イオン又はセシウムイオンによるイオンビームを照射することにより、前記針の先端にガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層を形成することを特徴とする。 In the method for producing a fine needle according to the present invention, the tip of the needle is irradiated with an ion beam of gallium ion, argon ion, iodine ion, or cesium ion, so that the tip of the needle is gallium, argon, iodine, or A surface layer containing cesium is formed.
本発明に係る電気特性評価方法は、半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する電気特性評価方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
According to the electrical property evaluation method of the present invention, a semiconductor device or an electrode electrically connected to the semiconductor device is brought into contact with a fine needle, and a signal is input to the semiconductor device or the electrode through the fine needle. An electrical property evaluation method comprising a step of evaluating
The fine needle is
A metal needle,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
It is characterized by comprising.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置又は半導体装置に電気的に接続された電極に微細針を接触させ、前記半導体装置又は前記電極に、前記微細針を通して信号を入力することにより電気特性を評価する工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a fine needle is brought into contact with a semiconductor device or an electrode electrically connected to the semiconductor device, and a signal is input to the semiconductor device or the electrode through the fine needle. A method of manufacturing a semiconductor device including a step of evaluating characteristics,
The fine needle is
A metal needle,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
It is characterized by comprising.
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1(a)及び(b)は、本発明の実施形態による微細針の作製方法を説明する為の図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining a method of manufacturing a fine needle according to an embodiment of the present invention.
図1(a)に示すように、FIB(focused ion beam)装置の真空チャンバーに、例えば0.1〜0.2μmの径の微細針1aをセットする。微細針1aの材質としては、金属が好ましく、例えばタングステンが用いられる。また、微細針1aの表面には、自然酸化膜2aが付着している。次いで、微細針1aの先端にガリウムイオン4を用いてイオンビームを照射する。この際に、使用するイオンビームの一例としては、加速電圧30kV、プローブ電流320pA、ビーム径54nmであり、処理条件はエッチング深さ30nmで行う。なお、本実施形態では微細針の径を0.1〜0.2μmとしているが、この範囲の径に限定されるものではなく、本発明の微細針の径は、10μm以下であれば種々の径を用いることが可能であり、より好ましくは1μm以下である。
As shown in FIG. 1A, a
ガリウムイオン4を用いたイオンビームによりスパッタリング現象が起こり、微細針1aの表面に付着している自然酸化膜2b及びタングステン1bが真空中にたたき出される。
A sputtering phenomenon occurs by an ion beam using
次いで、図1(b)に示すように、イオンビームを照射した微細針1aの先端部は、表面に付着した自然酸化膜2aが除去されるとともに、微細針1aの一部が除去される。その後、露出した微細針1aの先端部の表面にはタングステンにガリウムが含まれた表面層3aが形成される。この表面層3aの厚さは、1〜20nmが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1B, the tip of the
なお、本実施形態では、微細針1aの先端にGaイオンによるイオンビームを照射することによりWとGaを含む表面層3aを形成しているが、微細針の先端にArイオン又はIイオン又はCsイオンによるイオンビームを照射することによりWとAr又はI又はCsを含む表面層を形成しても良い。
In this embodiment, the
図2は、図1(b)に示すガリウムイオン4によるイオンビーム照射後における微細針1aの表面層3aの成分分析を示す図である。また、成分分析の測定精度を考慮して微細針1aの先端部ではなく、側面部にて成分分析を行っている。この際に、微細針1aの側面部において、先端部と同様にガリウムイオン4によるイオンビーム照射し、タングステンにガリウムが含まれた表面層3aを形成している。図2に示す成分分析において、図6に示す従来の微細針1aの表面層3aの成分分析と比較して、自然酸化膜2aを構成する炭素と酸素の成分が減少していることが読み取れる。さらに、微細針1aの表面層3aには、ガリウムの成分が含まれていることが読み取れる。
FIG. 2 is a diagram showing component analysis of the
図3は、微細針1aによる接触抵抗測定を説明する為の図である。図3に示すように、絶縁膜30に形成されたAl膜31を電気的に接続するWプラグ32があり、このWプラグ32に図1(b)に示す微細針1aを接触させ、微細針1aに接続された電源より電圧を印加する。この際に、印加する電圧をV、電流をIとして接触抵抗をV/2Iとして求めている。
FIG. 3 is a diagram for explaining the contact resistance measurement by the
上述したような微細針を6本作製し、それぞれの微細針による接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値AVE及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表1に示す。また、上述した微細針の先端部に形成された表面層3aの成分分析結果を図4(a)に示す。さらに、上述した微細針をイオンビーム照射直後から30日間大気雰囲気で放置した後に、微細針の先端部に形成された表面層3aの成分分析結果を図4(b)に示す。
Six microneedles as described above were prepared, and the contact resistance of each microneedle was measured. The average value AVE of the contact resistances and the standard deviation σ indicating variations in the contact resistance are shown in Table 1. Moreover, the component analysis result of the
また、表1には、上述した微細針を7日間及び80日間大気雰囲気で放置した後に上述した方法で接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値AVE及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表1に示す。 Table 1 shows the standard deviation indicating the average value AVE of the contact resistance and the variation in the contact resistance after measuring the contact resistance by the method described above after leaving the above-mentioned fine needle in the air atmosphere for 7 days and 80 days. Table 1 shows σ.
また、表1には、ガリウムイオンによるイオンビーム照射されていない従来の微細針を6本作製し、それぞれの微細針による接触抵抗を測定し、それらの接触抵抗の平均値AVE及び接触抵抗のばらつきを示す標準偏差σを表1に示す。また、上述した従来の微細針の先端部の成分分析結果を図7に示す。 Table 1 also shows that six conventional fine needles that are not irradiated with an ion beam of gallium ions are prepared, the contact resistance of each fine needle is measured, the average value AVE of the contact resistances, and the variation in contact resistance. Table 1 shows the standard deviation σ indicating Moreover, the component analysis result of the front-end | tip part of the conventional fine needle | hook mentioned above is shown in FIG.
表1に示すように、従来のイオンビーム照射無しの微細針による接触抵抗はAVE=4.1E+7、σ=7.9E+7であるのに対して、イオンビーム照射直後の微細針による接触抵抗はAVE=11.7、σ=4.0である。図7に示す従来のイオンビーム照射無しの微細針の先端部における成分分析によると、酸素が検出されており微細針の表面に自然酸化膜が形成されているが、図4(a)に示すイオンビーム照射直後の微細針の先端部における成分分析からは酸素が検出されておらず自然酸化膜が形成されていないことがわかる。また、微細針1aの先端部は、針形状であり太さが一定ではない為、側面部と比較して成分分析の測定精度が低下する。その為、表面層3aに含まれる微量のガリウムが検出されない。
As shown in Table 1, the contact resistance of the conventional fine needle without ion beam irradiation is AVE = 4.1E + 7 and σ = 7.9E + 7, whereas the contact resistance of the fine needle immediately after ion beam irradiation is AVE. = 11.7 and σ = 4.0. According to the component analysis at the tip of the conventional fine needle without ion beam irradiation shown in FIG. 7, oxygen is detected and a natural oxide film is formed on the surface of the fine needle. From the component analysis at the tip of the fine needle immediately after the ion beam irradiation, it is understood that oxygen is not detected and a natural oxide film is not formed. Moreover, since the tip part of the
また、イオンビーム照射後7日経った微細針には、接触抵抗はAVE=12.6Ω、σ=4.1であり、処理直後とほとんど変化がないことがわかる。さらに、イオンビーム照射後80日経った微細針においても、接触抵抗はAVE=12.4Ω、σ=4.2であり、処理直後とほとんど変化がないことがわかる。また、図4(b)に示すイオンビーム照射後30日経った微細針1aの先端部に形成された表面層3aの成分分析によると、イオンビーム照射直後とほとんど変わらず、酸素が検出されておらず自然酸化膜が形成されていないことがわかる。
In addition, the contact resistance of the
次いで、図1(b)に示す微細針を用いた半導体装置の電気特性評価方法について説明する。図5は、本発明の実施形態による半導体装置の電気特性評価方法を説明するための断面図である。 Next, a method for evaluating the electrical characteristics of the semiconductor device using the fine needle shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for evaluating electrical characteristics of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図5に示すように、シリコン基板10の表面上に素子分離膜であるLOCOS酸化膜11を形成する。次いで、シリコン基板10の表面上にゲート絶縁膜12となるゲート酸化膜を熱酸化法にて形成する。次いで、ゲート絶縁膜12及びLOCOS酸化膜11の上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法にてポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成する。これにより、ゲート絶縁膜12上にゲート電極13が形成される。次いで、シリコン基板10にLDD領域の拡散層24が形成される。
As shown in FIG. 5, a
次いで、ゲート電極13及びLOCOS酸化膜11を含む基板の全面上に例えばシリコン窒化膜をCVD法により成膜する。その後、エッチバック法にてシリコン窒化膜をエッチングすることにより、ゲート電極13の側壁にサイドウォール14が形成される。次いで、ソース・ドレイン領域の拡散層23が形成される。次いで、ゲート電極13、サイドウォール14及びLOCOS酸化膜11を含む基板の全面上にCVD法にて第1の層間絶縁膜22を成膜する。その後、第1の層間絶縁膜22にホール形成する。次いで、このホール内及び第1の層間絶縁膜22上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、CMP法により、第1の層間絶縁膜22上の金属膜を除去することにより、第1のプラグ15が形成される。その後、スパッタリング法により第1の層間絶縁膜22上及び第1のプラグ15上に配線層を成膜し、この配線層をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成することにより、配線層からなる第1の配線17が形成される。
Next, for example, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the substrate including the
その後、第1の層間絶縁膜22及び第1の配線17上にCVD法にて第2の層間絶縁膜16を成膜する。その後、第2の層間絶縁膜16にホール形成する。次いで、このホール内及び第2の層間絶縁膜16上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、CMP法により、第2の層間絶縁膜16上の金属膜を除去する。これによって、第2の層間絶縁膜16には第1の配線17に電気的に接続された第2のプラグ18が形成される。その後、スパッタリング法により第2の層間絶縁膜16上及び第2のプラグ18上に配線層を成膜し、この配線層をフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法にて加工形成することにより、配線層からなる第2の配線20が形成される。
Thereafter, a second
その後、第2の層間絶縁膜16及び第2の配線20上にCVD法にて第3の層間絶縁膜19を成膜する。その後、第3の層間絶縁膜19にホール形成する。次いで、このホール内及び第3の層間絶縁膜19上にスパッタリング法により金属膜を成膜し、その後、CMP法により、第3の層間絶縁膜19上の金属膜を除去する。これによって、第3の層間絶縁膜19には第2の配線20に電気的に接続された第3のプラグ21が形成される。
Thereafter, a third
その後、第2の配線20に電気的に接続された第3のプラグ21に図1(b)に示す微細針1aを接触させ、微細針1aに接続されたテスター(図示せず)により電気特性評価用の信号をトランジスタに入力することにより、電気特性評価を行う。
Thereafter, the
以上、本発明の実施形態によれば、微細針1aの表面にガリウムイオンによるイオンビーム照射を行い、微細針1aの表面に付着した自然酸化膜2aを除去するとともに、微細針の先端にガリウムとタングステンを含む表面層3aを形成している。これにより、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減するとともに、自然酸化膜が発生しにくくなり、接触抵抗の値及びばらつきを大幅に低減した状態を長期間保つことができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, ion beam irradiation with gallium ions is performed on the surface of the
また、微細針の先端表面に自然酸化膜が付着しにくい金属膜をコーティングする方法をとった場合は微細針の先端径が太くなってしまうのに対し、本実施形態では、微細針1aの先端径をほぼ変化させることがないという利点もある。
Further, when the method of coating the metal film on which the natural oxide film is difficult to adhere to the tip surface of the fine needle, the tip diameter of the fine needle becomes thick, whereas in the present embodiment, the tip of the
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上述した電気特性評価方法を行う工程を含む半導体装置の製造方法も本発明の範囲に含むものとする。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, a method for manufacturing a semiconductor device including a step of performing the above-described electrical property evaluation method is also included in the scope of the present invention.
1a・・・微細針、1b・・・タングステン、2a,2b・・・自然酸化膜、3a・・・表面層、4・・・ガリウムイオン、30・・・絶縁膜、31・・・Al膜、32・・・Wプラグ、10・・・シリコン基板、11・・・LOCOS酸化膜、12・・・ゲート絶縁膜、13・・・ゲート電極、24・・・LDD領域の拡散層、23・・・ソース・ドレイン領域の拡散層、14・・・サイドウォール、22・・・第1の層間絶縁膜、15・・・第1のプラグ、17・・・第1の配線、16・・・第2の層間絶縁膜、18・・・第2のプラグ、20・・・第2の配線、19・・・第3の層間絶縁膜、21・・・第3のプラグ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする微細針。 A metal needle,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
A fine needle characterized by comprising:
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする電気特性評価方法。 An electrical property evaluation method comprising a step of contacting a semiconductor device or an electrode electrically connected to the semiconductor device with a fine needle and inputting a signal to the semiconductor device or the electrode through the fine needle to evaluate the electrical property. Because
The fine needle is
A metal needle,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
An electrical property evaluation method comprising:
前記微細針は、
金属からなる針と、
前記針の先端に形成されたガリウム又はアルゴン又はヨウ素又はセシウムを含む表面層と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device comprising a step of bringing a fine needle into contact with a semiconductor device or an electrode electrically connected to the semiconductor device, and inputting a signal to the semiconductor device or the electrode through the fine needle to evaluate electric characteristics A method,
The fine needle is
A metal needle,
A surface layer containing gallium or argon or iodine or cesium formed at the tip of the needle;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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