JP2011179959A

JP2011179959A - Method for preparing electric characteristic measuring sample, measuring method, and sample processing and measuring device

Info

Publication number: JP2011179959A
Application number: JP2010044279A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Yamaguchi; 秀史山口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2011-09-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preparing an electric characteristic measuring sample held to a contact state with a probe and capable of performing accurate measurement. <P>SOLUTION: The problem is solved by the method for preparing the electric characteristic measuring sample for measuring electric characteristics of the electronic circuit formed on a semiconductor substrate having an etching process for removing the predetermined region formed on the semiconductor substrate in a vacuum state to expose the surface of a wiring part, and a conductive layer forming process for forming a conductive layer which has a recessed part formed to the central part thereof by a conductive material to the surface of the exposed wiring part under the vacuum state. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電気特性測定用試料の作製方法及び試料加工測定装置に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a sample for measuring electrical characteristics and a sample processing and measuring apparatus.

多層形成された半導体集積回路等の検査を行う方法として、半導体集積回路等を破壊して、ナノプロービング装置を用いて半導体集積回路等の内部の電気的特性を測定する方法がある。 As a method for inspecting a multi-layered semiconductor integrated circuit or the like, there is a method of destroying the semiconductor integrated circuit or the like and measuring the internal electrical characteristics of the semiconductor integrated circuit or the like using a nanoprobing apparatus.

具体的には、半導体集積回路等を破壊して電極面を露出させて、測定対象となる電気特性測定用試料（単に、試料と称する場合がある）を作製する。この試料の作製には、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置等が用いられる。 Specifically, a semiconductor integrated circuit or the like is destroyed to expose an electrode surface, and an electrical property measurement sample (sometimes simply referred to as a sample) to be measured is manufactured. An FIB (Focused Ion Beam) apparatus or the like is used for producing this sample.

作製された電気特性測定用試料は、ナノプロービング装置により電気的な測定を行う。ナノプロービング装置は、先端の曲率半径が１００ｎｍ程度の導電性プローブを複数装備しており、このプローブを測定対象となる試料の表面に接触させて試料における抵抗値や容量等の電気的特性を測定する装置である。このようなナノプロービング装置としては、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）型と、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）型とがある。ＡＦＭ型のナノプロービング装置では、プローブをＡＦＭのカンチレバーとして使用しＡＦＭ像を取得することにより、試料表面の測定箇所を特定するものである。一方、ＳＥＭ型のナノプロービング装置では試料のＳＥＭ像を観察することにより試料の表面の測定箇所を特定するものである。 The produced electrical property measurement sample is electrically measured by a nanoprobing apparatus. The nanoprobing device is equipped with a plurality of conductive probes with a radius of curvature of the tip of about 100 nm, and this probe is brought into contact with the surface of the sample to be measured to measure the electrical characteristics such as resistance and capacitance of the sample. It is a device to do. Such nanoprobing apparatuses include an AFM (Atomic Force Microscope) type and an SEM (Scanning Electron Microscope) type. In the AFM type nano-probing apparatus, a probe is used as an AFM cantilever and an AFM image is acquired to specify a measurement location on the sample surface. On the other hand, in the SEM type nanoprobing apparatus, the measurement location on the surface of the sample is specified by observing the SEM image of the sample.

特開２００９−４７６３２号公報JP 2009-47632 A

ところで、ナノプロービング装置を用いて測定対象となる試料の電気特性を測定する場合には、プローブと試料間の接触抵抗が高くなり、プローブと試料間を流れる電流が不安定となり、正確な測定を行うことができない場合がある。このように正確な測定を行うことができなくなる原因として、以下の３つが考えられる。 By the way, when measuring the electrical characteristics of a sample to be measured using a nanoprobing device, the contact resistance between the probe and the sample becomes high, the current flowing between the probe and the sample becomes unstable, and accurate measurement is performed. It may not be possible. There are three possible reasons why accurate measurement cannot be performed in this way.

最初に、第１の原因としては、図１に示すようにナノプロービング装置を用いた測定では、試料１１１における電極１１２等の測定箇所の大きさ及び電極１１２等の測定箇所間の距離は数１００ｎｍであり、非常に近い距離である。このため、測定の際にはナノプロービング装置のプローブ１１３を各々電極１１２等に接触させて測定を行うが、プローブ１１３同士が接触しないように試料１１１の表面に対し、斜めに接触させることのできるプローブ１１３が用いられる。このようなプローブ１１３を用いて測定を行う際には、試料１１１の電極１１２とプローブ１１３との接触面積を大きくし、接触抵抗を減らすため、プローブ１１３に対し、試料１１１面に押しつける方向に力を加えるという工程が行われる。この際、プローブ１１３が試料１１１面に対し斜めに接触しているため、プローブ１１３の先端が試料１１１の表面を滑るように移動してしまう。上述したように、試料１１１における電極１１２等の大きさは、数１００ｎｍである。よって、最初は電極１１２等にプローブ１１３の先端が接触している場合であっても、プローブ１１３の先端が滑って、電極１１２等以外の領域にプローブ１１３の先端が移動してしまい、接触抵抗が高くなる場合がある。 First, as a first cause, in the measurement using a nanoprobing apparatus as shown in FIG. 1, the size of the measurement site such as the electrode 112 in the sample 111 and the distance between the measurement sites such as the electrode 112 are several hundred nm. It is a very close distance. For this reason, in the measurement, the probes 113 of the nanoprobing apparatus are respectively brought into contact with the electrodes 112 and the like, and the measurement can be performed obliquely with respect to the surface of the sample 111 so that the probes 113 do not contact each other. A probe 113 is used. When performing measurement using such a probe 113, force is applied in a direction to press the probe 113 against the surface of the sample 111 in order to increase the contact area between the electrode 112 of the sample 111 and the probe 113 and reduce contact resistance. Is added. At this time, since the probe 113 is in contact with the surface of the sample 111 at an angle, the tip of the probe 113 moves so as to slide on the surface of the sample 111. As described above, the size of the electrode 112 and the like in the sample 111 is several hundred nm. Therefore, even when the tip of the probe 113 is initially in contact with the electrode 112 or the like, the tip of the probe 113 slips, and the tip of the probe 113 moves to a region other than the electrode 112 or the like, resulting in contact resistance. May be higher.

また、第２の原因としては、プロービング装置等における振動等のため、試料１１１がドリフトした場合に、プローブ１１３の先端の接触位置が、測定箇所である電極１１２等の位置からずれてしまい、接触抵抗が高くなる場合がある。これは、測定箇所である電極１１２等の大きさが数１００ｎｍと非常に小さいため、生じる可能性は高い。 Further, as a second cause, when the sample 111 drifts due to vibration in a probing apparatus or the like, the contact position of the tip of the probe 113 is shifted from the position of the electrode 112 or the like as the measurement location, and the contact Resistance may be high. This is highly likely to occur because the size of the electrode 112, which is a measurement location, is as small as several 100 nm.

更に、第３の原因として、試料１１１の表面における電極１１２等の表面が酸化されて絶縁膜や抵抗の高い膜が形成されている場合、また、電極１１２等の表面に汚れが付着している場合が考えられる。即ち、半導体集積回路等を破壊して試料１１１を作製するＦＩＢ装置等と、ナノプロービング装置とは異なる装置である。よって、ＦＩＢ装置とナノプロービング装置との間で試料１１１を移動させている間に、電極１１２等の表面に酸化膜が形成されてしまう場合や、汚れが付着してしまう場合がある。これにより、接触抵抗が高くなる場合がある。 Furthermore, as a third cause, when the surface of the electrode 111 or the like on the surface of the sample 111 is oxidized to form an insulating film or a highly resistive film, dirt is attached to the surface of the electrode 112 or the like. There are cases. In other words, the FIB apparatus that destroys the semiconductor integrated circuit and the like to produce the sample 111 is different from the nanoprobing apparatus. Therefore, while the sample 111 is moved between the FIB apparatus and the nanoprobing apparatus, an oxide film may be formed on the surface of the electrode 112 or the like, or dirt may be attached. Thereby, contact resistance may become high.

このため、測定対象となる試料の表面における電極等とプローブとの間で接触抵抗が高くなることなく、正確な測定を行うことができる電気特性測定用試料の作製方法、測定方法及び試料加工測定装置が望まれている。 For this reason, a method, a measuring method, and a sample processing measurement of a sample for electrical property measurement capable of performing an accurate measurement without increasing the contact resistance between the electrode and the probe on the surface of the sample to be measured. An apparatus is desired.

本実施の形態の一観点によれば、半導体基板上に形成された電子回路における電気特性の測定を行うための電気特性測定用試料の作製方法において、真空中において、前記半導体基板上に形成されている所定の領域を除去し、配線部分の表面を露出させるエッチング工程と、真空中において、露出している前記配線部分の表面に、導電性材料により中央に凹部を有する形状の導電層を形成する導電層形成工程と、を有することを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, in a method for manufacturing an electrical property measurement sample for measuring electrical properties in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate, the electrical property measurement sample is formed on the semiconductor substrate in a vacuum. An etching process for removing a predetermined region and exposing the surface of the wiring portion, and forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the exposed surface of the wiring portion in a vacuum And a conductive layer forming step.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、半導体基板上に形成された電子回路における電気特性の測定を行うための試料の測定方法において、真空中において、前記半導体基板上に形成されている所定の領域を除去し、配線部分の表面を露出させるエッチング工程と、真空中において、露出している前記配線部分の表面に、導電性材料により中央に凹部を有する形状の導電層を形成する導電層形成工程と、前記導電層の前記凹部の中央に電気特性の測定を行うためのプローブを接触させて、前記試料における電気回路の電気特性の測定を行う電気特性測定工程と、を有することを特徴とする。 According to another aspect of the present embodiment, in a sample measurement method for measuring electrical characteristics in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate, the sample is formed on the semiconductor substrate in a vacuum. An etching process for removing a predetermined region and exposing the surface of the wiring portion, and forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the exposed surface of the wiring portion in a vacuum A conductive layer forming step, and an electrical property measuring step for measuring electrical properties of the electrical circuit in the sample by bringing a probe for measuring electrical properties into contact with the center of the concave portion of the conductive layer. It is characterized by that.

また、本実施の形態の他の一観点によれば、同一チャンバー内に、試料を加工するための集束イオンビームを照射するイオン源と、前記試料に導電層を成膜するため、前記導電層を形成するための元素を含む成膜ガスを供給する成膜ガス供給部と、加工された試料の電気特性を測定するためのプローブと、を有することを特徴とする。 According to another aspect of this embodiment, an ion source that irradiates a focused ion beam for processing a sample in the same chamber, and the conductive layer for forming a conductive layer on the sample. A film forming gas supply unit that supplies a film forming gas containing an element for forming the film and a probe for measuring electrical characteristics of the processed sample are provided.

開示の電気特性測定用試料の作製方法、測定方法及び試料加工測定装置によれば、測定対象となる試料の表面における電極等とプローブとの間で接触抵抗が高くなることなく、正確な測定を行うことができる。 According to the disclosed method for producing a sample for measuring electrical characteristics, a measuring method, and a sample processing and measuring apparatus, accurate measurement can be performed without increasing contact resistance between the electrode and the like on the surface of the sample to be measured and the probe. It can be carried out.

従来の電気特性測定用試料の説明図Illustration of a conventional sample for measuring electrical characteristics 第１の実施の形態における電気特性測定用試料の作製方法の説明図（１）Explanatory drawing (1) of the preparation methods of the sample for an electrical property measurement in 1st Embodiment 第１の実施の形態における電気特性測定用試料の作製方法の説明図（２）Explanatory drawing (2) of the preparation methods of the sample for an electrical property measurement in 1st Embodiment 第１の実施の形態における電気特性測定用試料の作製方法の説明図（３）Explanatory drawing (3) of the preparation methods of the sample for an electrical property measurement in 1st Embodiment 第１の実施の形態における電気特性測定用試料の作製方法の説明図（４）Explanatory drawing (4) of the preparation methods of the sample for an electrical property measurement in 1st Embodiment 第１の実施の形態における電気特性測定用試料の測定方法の説明図Explanatory drawing of the measuring method of the sample for an electrical property measurement in 1st Embodiment 電気特性測定用試料を測定した測定時間と電流の相関図Correlation diagram of measurement time and current when measuring samples for electrical characteristics measurement 第２の実施の形態における試料加工測定装置の構造図Structure diagram of sample processing measurement apparatus in the second embodiment

発明を実施するための形態について、以下に説明する。 Modes for carrying out the invention will be described below.

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、電気特性測定用試料の作製方法であり、図２から図６に基づき説明する。 [First Embodiment]
A first embodiment will be described. This embodiment is a method for manufacturing a sample for measuring electrical characteristics, and will be described with reference to FIGS.

本実施の形態における電気特性測定用試料は、図２に示すように多層形成された半導体集積回路等を加工することにより作製されるものである。この半導体集積回路等は、トランジスタ部を有するものであり、シリコン基板１１上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜等を有するゲート部１２が形成されており、両側にはタングステン（Ｗ）からなるビア１３がシリコン基板１１の表面に略垂直に形成されている。更に、ビア１３の上部にはビア１３と接続された第１の配線層１４が形成されている。このようなビア１３及び第１の配線層１４は、シリコン基板１１上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜にビアホールを形成し、このビアホールをタングステンにより埋め込むことにより形成し、更に、ビア１３の上部に第１の配線層１４を形成することができる。このような工程を順次繰り返し行うことにより、順次積層してビア１５、第２の配線層１６、ビア１７、第３の配線層１８、ビア１９、第４の配線層２０、ビア２１、第５の配線層２２が形成されているものである。尚、このような半導体集積回路等では、ビア１３、１５、１７、１９、２１、第１の配線層１４、第２の配線層１６、第３の配線層１８、第４の配線層２０、第５の配線層２２は配線部分となる、また、これら配線部分の周囲には各々の工程において形成された層間絶縁膜は積層されて層間絶縁膜２３が形成される。 The sample for measuring electrical characteristics in this embodiment is manufactured by processing a semiconductor integrated circuit or the like formed in multiple layers as shown in FIG. This semiconductor integrated circuit or the like has a transistor portion. A gate portion 12 having a gate electrode and a gate insulating film is formed on a silicon substrate 11, and vias 13 made of tungsten (W) are formed on both sides. Is formed substantially perpendicular to the surface of the silicon substrate 11. Further, a first wiring layer 14 connected to the via 13 is formed on the via 13. The via 13 and the first wiring layer 14 are formed by forming an interlayer insulating film on the silicon substrate 11, forming a via hole in the interlayer insulating film, and filling the via hole with tungsten. A first wiring layer 14 can be formed on the upper portion of the first wiring layer 14. By sequentially repeating such steps, the vias 15, the second wiring layer 16, the via 17, the third wiring layer 18, the via 19, the fourth wiring layer 20, the via 21, and the fifth are sequentially stacked. The wiring layer 22 is formed. In such a semiconductor integrated circuit or the like, the vias 13, 15, 17, 19, 21, the first wiring layer 14, the second wiring layer 16, the third wiring layer 18, the fourth wiring layer 20, The fifth wiring layer 22 becomes a wiring portion, and the interlayer insulating film formed in each step is laminated around these wiring portions to form an interlayer insulating film 23.

次に、図３に示すように、図２に示される半導体集積回路における第１の配線層１４より上層を除去する。尚、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は上面図を示す。具体的には、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）、機械研磨、または、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置によるエッチング加工により、半導体集積回路における第１の配線層１４より上層を除去する。これにより、第１の配線層１４の下に形成されているビア１３の表面を露出させる。ＣＭＰまたは機械研磨により第１の配線層１４より上層を除去した場合には、ビア１３の表面における酸化物または汚れを除去するために、最後にＦＩＢ装置によるエッチング加工によりビア１３の表面の仕上げ加工を行う。この際行われるＦＩＢ装置によるエッチング加工にはＧａイオンが用いられ、ドーズ量５×１０^−３Ｃ／ｃｍ^２である。このようにＦＩＢ装置を用いて露出させたビア１３の直径は約２２０ｎｍである。 Next, as shown in FIG. 3, the layer above the first wiring layer 14 in the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 2 is removed. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a top view. Specifically, the layer above the first wiring layer 14 in the semiconductor integrated circuit is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing), mechanical polishing, or etching using a focused ion beam (FIB) apparatus. As a result, the surface of the via 13 formed under the first wiring layer 14 is exposed. When the upper layer from the first wiring layer 14 is removed by CMP or mechanical polishing, the surface of the via 13 is finally finished by etching using an FIB apparatus in order to remove oxide or dirt on the surface of the via 13. I do. In this case, Ga ions are used for etching by the FIB apparatus, and the dose is 5 × 10 ⁻³ C / cm ² . Thus, the diameter of the via 13 exposed by using the FIB apparatus is about 220 nm.

次に、図４に示すように、露出しているビア１３の表面に第１の導電層となる第１の金属層３１を形成する。尚、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は上面図を示す。第１の金属層３１は、ＦＩＢ装置のビーム・アシスト・デポジションにより成膜する。具体的には、ＦＩＢ装置内にメチルシクロペンタジエニルトリメチル白金（Ｃ_９Ｈ_１６Ｐｔ）を供給し、Ｇａイオンビームをビア１３の表面に向けて照射する。これにより、照射されたＧａイオンビームによるＧａとＰｔとの置換反応が生じ、ビア１３表面にＰｔからなる第１の金属層３１が堆積され成膜される。このように形成された第１の金属層３１の膜厚は約１０ｎｍである。 Next, as shown in FIG. 4, a first metal layer 31 to be a first conductive layer is formed on the exposed surface of the via 13. 4A shows a cross-sectional view, and FIG. 4B shows a top view. The first metal layer 31 is formed by beam assist deposition of an FIB apparatus. Specifically, methylcyclopentadienyltrimethylplatinum (C ₉ H ₁₆ Pt) is supplied into the FIB apparatus, and a Ga ion beam is irradiated toward the surface of the via 13. Thereby, a substitution reaction between Ga and Pt by the irradiated Ga ion beam occurs, and the first metal layer 31 made of Pt is deposited on the surface of the via 13 to form a film. The thickness of the first metal layer 31 formed in this way is about 10 nm.

尚、上記説明では、第１の金属層３１がＰｔにより形成される場合について説明したが、金属材料であればどのような材料でもよく、更には、導電性を有する化合物材料であってもよい。例えば、第１の金属層３１をタングステンにより形成する場合には、原料ガスとして、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（ＣＯ）_６）を供給し、Ｇａイオンビームをビア１３の表面に向けて照射する。これにより、照射されたＧａイオンビームにおけるＧａとＷとの置換反応が生じ、ビア１３表面にＷからなる第１の金属層３１を形成することができる。また、図３に示す工程では、ビア１３の表面を露出させるため、また、ビア１３の表面の仕上げ加工にはＦＩＢ装置が用いられている。一方、図４に示す工程では、ＦＩＢ装置内での第１の金属膜３１の成膜が行われる。よって、図３に示す工程から図４に示す工程は、同じＦＩＢ装置のチャンバー内において真空状態で行われるため、ビア１３が露出している表面が酸化されることなく、また、汚れ等が付着することもない。 In the above description, the case where the first metal layer 31 is formed of Pt has been described. However, any material may be used as long as it is a metal material, and furthermore, a conductive compound material may be used. . For example, when the first metal layer 31 is formed of tungsten, tungsten hexacarbonyl (W (CO) ₆ ) is supplied as a source gas, and a Ga ion beam is irradiated toward the surface of the via 13. Thereby, a substitution reaction between Ga and W occurs in the irradiated Ga ion beam, and the first metal layer 31 made of W can be formed on the surface of the via 13. In the process shown in FIG. 3, an FIB apparatus is used for exposing the surface of the via 13 and for finishing the surface of the via 13. On the other hand, in the process shown in FIG. 4, the first metal film 31 is formed in the FIB apparatus. Therefore, the process shown in FIG. 3 to the process shown in FIG. 4 are performed in a vacuum state in the chamber of the same FIB apparatus, so that the surface where the via 13 is exposed is not oxidized, and dirt or the like is attached. I don't have to.

次に、図５に示すように、第１の金属層３１上に第２の導電層となる第２の金属層３２を形成する。尚、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は上面図を示す。第２の金属層３２は、第１の金属層３１上にリング状（輪帯状）に形成される。第２の金属層３２の厚さは約１０ｎｍであり、リングの幅は約５０ｎｍである。第２の金属層３２の形成方法は、第１の金属層３１の形成方法と同様の方法により行われる。即ち、ＦＩＢ装置内にメチルシクロペンタジエニルトリメチル白金（Ｃ_９Ｈ_１６Ｐｔ）を供給し、Ｇａイオンビームを第１の金属層３１上であって、第２の金属層３２の形成される領域に照射する。これにより、照射されたＧａイオンビームにおけるＧａとＰｔとの置換反応が生じ、第１の金属層３１上にリング状のＰｔからなる第２の金属層３２が堆積される。このようにして、第１の金属層３１と第２の金属層３２からなる中央に凹部３４を有する金属層３３が形成される。尚、金属層３３は導電層となるものである。また、第２の金属層３２は、リング形状に限定されるものではなく、井戸型形状等の第１の金属層３１と第２の金属層３２により中心部分に凹部３４が形成されるような形状であればよい。また、第２の金属層３２についても第１の金属層３１と同様にＷ等の金属材料により形成することができ、更には、導電性を有する化合物材料で形成することも可能である。 Next, as shown in FIG. 5, a second metal layer 32 to be a second conductive layer is formed on the first metal layer 31. 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a top view. The second metal layer 32 is formed on the first metal layer 31 in a ring shape (annular shape). The thickness of the second metal layer 32 is about 10 nm, and the width of the ring is about 50 nm. The method for forming the second metal layer 32 is performed by the same method as the method for forming the first metal layer 31. That is, methylcyclopentadienyltrimethylplatinum (C ₉ H ₁₆ Pt) is supplied into the FIB apparatus, and a Ga ion beam is provided on the first metal layer 31 where the second metal layer 32 is formed. Irradiate. Thereby, a substitution reaction between Ga and Pt occurs in the irradiated Ga ion beam, and a second metal layer 32 made of ring-shaped Pt is deposited on the first metal layer 31. In this way, the metal layer 33 having the recess 34 in the center made of the first metal layer 31 and the second metal layer 32 is formed. The metal layer 33 becomes a conductive layer. In addition, the second metal layer 32 is not limited to the ring shape, and the first metal layer 31 and the second metal layer 32 having a well shape or the like form a recess 34 in the central portion. Any shape is acceptable. Similarly to the first metal layer 31, the second metal layer 32 can be formed of a metal material such as W, and can also be formed of a conductive compound material.

以上により、電気特性測定用試料の作製は終了する。本実施の形態における電気特性用試料の作製は、ＦＩＢ装置を用いて行うことが可能であり、ＦＩＢ装置のチャンバー内から取り出すことなく、電気特性測定用試料を作製することができる。よって、この間にビア１３、第１の金属層３１及び第２の金属層３２の表面において酸化膜が形成されることはなく、また汚れ等が付着することもない。 This completes the preparation of the electrical property measurement sample. The sample for electrical characteristics in this embodiment can be manufactured using an FIB apparatus, and the sample for measuring electrical characteristics can be manufactured without taking out from the chamber of the FIB apparatus. Therefore, no oxide film is formed on the surfaces of the via 13, the first metal layer 31, and the second metal layer 32 during this time, and no dirt or the like is attached.

次に、図６に基づき作製された電気特性測定用試料の測定方法について説明する。尚、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は上面図を示す。作製された電気特性測定用試料の測定は、ナノプロービング装置により行う。具体的には、プローブ４０の先端を第１の金属層３１と第２の金属層３２とにより形成される金属層３３の凹部３４の中央に挿入し、第１の金属層３１及び第２の金属層３２とプローブ４０とを接触させて測定を行う。この状態では、プローブ４０の先端は第１の金属層３１及び第２の金属層３２により形成される金属層３３の凹部３４に固定される。よって、ドリフトや力が加わった場合でもプローブ４０の先端が移動することなく、プローブ４０と第１の金属層３１及び第２の金属層３２との接触を安定的に保つことができ、大きな電流変動が生じることなく、安定した測定を行うことができる。尚、測定に用いたナノプロービング装置のプローブ等がＦＩＢ装置のチャンバー内に設けられていれば、第１の金属層３１及び第２の金属層３２の表面において酸化膜が形成されることはなく、また汚れ等が付着することなく、測定を行うことが可能である。 Next, a method for measuring a sample for measuring electrical characteristics produced based on FIG. 6 will be described. 6A is a sectional view, and FIG. 6B is a top view. Measurement of the produced sample for measuring electrical characteristics is performed by a nanoprobing apparatus. Specifically, the tip of the probe 40 is inserted into the center of the recess 34 of the metal layer 33 formed by the first metal layer 31 and the second metal layer 32, and the first metal layer 31 and the second metal layer 31 are inserted. Measurement is performed by bringing the metal layer 32 and the probe 40 into contact with each other. In this state, the tip of the probe 40 is fixed to the recess 34 of the metal layer 33 formed by the first metal layer 31 and the second metal layer 32. Therefore, even when drift or force is applied, the tip of the probe 40 does not move, and the contact between the probe 40 and the first metal layer 31 and the second metal layer 32 can be stably maintained, and a large current Stable measurement can be performed without fluctuation. In addition, if the probe of the nanoprobing apparatus used for the measurement is provided in the chamber of the FIB apparatus, an oxide film is not formed on the surfaces of the first metal layer 31 and the second metal layer 32. Further, it is possible to perform measurement without adhesion of dirt or the like.

図７は、電気特性測定用試料にプローブを接触させて、プローブとビア間を流れる電流の時間変化を測定した図である。図７（ａ）は、上述したように、第２の金属層３２の膜厚を１０ｎｍで形成したものである。図７（ａ）に示されるように、約６００秒以上において、大きな電流変動がなく、安定的に電流の測定を行うことができる。一方、図７（ｂ）は、第２の金属層３２の膜厚を５ｎｍで形成したものである。図７（ｂ）に示されるように、１００秒以上経過した後に、プローブとビアとの間の電気的接触が不安定となり、電流値の変動が大きくなり安定しなくなる。このように、第２の金属膜３２の膜厚は、１０ｎｍ以上で形成することが好ましい。 FIG. 7 is a diagram in which the probe is brought into contact with the sample for measuring electrical characteristics, and the time change of the current flowing between the probe and the via is measured. FIG. 7A shows the second metal layer 32 having a thickness of 10 nm as described above. As shown in FIG. 7A, the current can be stably measured without a large current fluctuation in about 600 seconds or more. On the other hand, FIG. 7B shows the second metal layer 32 having a thickness of 5 nm. As shown in FIG. 7B, after 100 seconds or more have elapsed, the electrical contact between the probe and the via becomes unstable, and the current value becomes large and unstable. Thus, the second metal film 32 is preferably formed with a thickness of 10 nm or more.

尚、図７（ａ）、（ｂ）の測定に用いた試料は、第２の金属層３２の膜厚が異なるのみで、他の構造は同一である。また、測定に用いたプローブの先端における曲率半径は、約１００ｎｍである。よって、安定して電流等の測定を行うためには、第２の金属層の膜厚は、プローブの曲率半径の１０％以上であることが好ましい。 Note that the samples used for the measurements in FIGS. 7A and 7B are the same except for the thickness of the second metal layer 32. The radius of curvature at the tip of the probe used for the measurement is about 100 nm. Therefore, in order to stably measure the current and the like, the film thickness of the second metal layer is preferably 10% or more of the curvature radius of the probe.

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は試料加工測定装置である。具体的には、電気特性測定用試料の作製から測定まで、同一のチャンバー内において行うことができれば、ビアや金属層の表面に酸化膜が形成されることなく、また、汚れ等も付着することがないため、安定した測定を行うことができる。更に、電気特性測定用試料の作製から測定まで、同一のチャンバー内で行うことができれば、試料の移動や排気等の時間を短縮することができ、試料の作製から測定を短時間で行うことができる。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. The present embodiment is a sample processing measurement apparatus. Specifically, if it can be performed in the same chamber from the preparation of the sample for measuring electrical characteristics to the measurement, an oxide film is not formed on the surface of the via or the metal layer, and dirt or the like adheres. Therefore, stable measurement can be performed. Furthermore, if it can be performed in the same chamber from the preparation of the electrical property measurement sample to the measurement, the time for moving the sample, exhausting, etc. can be shortened, and the measurement can be performed from the preparation of the sample in a short time. it can.

図８に、本実施の形態における試料加工測定装置を示す。この試料加工測定装置７０は、ナノプロービング機能、ＦＩＢ加工機能、金属膜を成膜する機能、ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）機能を有している。即ち、試料加工測定装置７０のチャンバー７１内において、ナノプロービング機能、ＦＩＢ加工機能、金属膜を成膜する機能、ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）機能を行うことが可能な部材が設けられている。 FIG. 8 shows a sample processing measurement apparatus according to the present embodiment. This sample processing measurement apparatus 70 has a nano-probing function, an FIB processing function, a function of forming a metal film, and a SIM (Scanning Ion Microscope) function. That is, in the chamber 71 of the sample processing measurement apparatus 70, members capable of performing a nanoprobing function, an FIB processing function, a metal film forming function, and a SIM (Scanning Ion Microscope) function are provided.

具体的には、チャンバー７１内に、Ｇａイオン源７２を有しており、Ｇａイオン源７２から供給されたＧａイオンビームを集束する集束レンズ７３、絞り７４、対物レンズ７５、走査用偏向部７６を有している。これによりＧａイオンビームを加工の対象となる試料５０に照射し、エッチング加工、ミリング加工等を行うことができ、試料５０のＦＩＢ加工を行うことができる。 Specifically, a Ga ion source 72 is provided in the chamber 71, and a focusing lens 73 that converges a Ga ion beam supplied from the Ga ion source 72, a diaphragm 74, an objective lens 75, and a scanning deflection unit 76. have. As a result, the sample 50 to be processed can be irradiated with a Ga ion beam to perform etching processing, milling processing, and the like, and FIB processing of the sample 50 can be performed.

また、チャンバー７１内に、メチルシクロペンタジエニルトリメチル白金等の成膜ガスを供給するための成膜ガス供給部７７を有している。よって、成膜ガス供給部７７より成膜ガスを供給し、同一チャンバー７１内に設けられたＧａイオン源７２により供給されるＧａイオンビームを照射することにより第１の金属膜、第２の金属膜等の導電層となる金属膜を成膜することができる。 Further, the chamber 71 has a film forming gas supply unit 77 for supplying a film forming gas such as methylcyclopentadienyltrimethylplatinum. Therefore, the first metal film and the second metal are supplied by supplying a film forming gas from the film forming gas supply unit 77 and irradiating a Ga ion beam supplied from a Ga ion source 72 provided in the same chamber 71. A metal film to be a conductive layer such as a film can be formed.

また、チャンバー７１内に、二次電子検出器７８を有しており、Ｇａイオン源７２より照射されたＧａイオンビームにより発生する二次電子を検出することができる。よって、二次電子検出器７８により検出された二次電子によりチャンバー７１外に設けられたＳＩＭ像モニター７９にＳＩＭ像を表示させることができる。 Further, a secondary electron detector 78 is provided in the chamber 71, and secondary electrons generated by a Ga ion beam irradiated from the Ga ion source 72 can be detected. Therefore, the SIM image can be displayed on the SIM image monitor 79 provided outside the chamber 71 by the secondary electrons detected by the secondary electron detector 78.

また、チャンバー７１内に、試料５０の電気的測定を行うためのプローブ８１及びプローブ８１の位置制御を行うためのプローブ位置制御部８２を有している。また、チャンバー７１外にはプローブ８１に接続された電気特性測定部８３が設けられており、更には、プローブ位置制御部８２及び電気特性測定部８３に接続された処理部８４、処理部８４に接続された電気特性表示モニター８５を有している。これにより、試料５０にプローブ８１を接触させて、試料５０の電気的特性を測定することができ、ナノプロービング装置としての機能を有している。 Further, the chamber 71 includes a probe 81 for performing electrical measurement of the sample 50 and a probe position control unit 82 for controlling the position of the probe 81. In addition, an electrical property measuring unit 83 connected to the probe 81 is provided outside the chamber 71. Further, the processing unit 84 and the processing unit 84 connected to the probe position control unit 82 and the electrical property measuring unit 83 are provided. It has a connected electrical property display monitor 85. As a result, the probe 81 can be brought into contact with the sample 50 to measure the electrical characteristics of the sample 50, and the sample 50 has a function as a nanoprobing device.

本実施の形態における試料加工測定装置では、同一チャンバー７１内において、試料５０の加工から測定を行うことができるため、ビアや金属層の表面に酸化膜が形成されることなく、また、汚れ等も付着することがない。よって、安定した測定を行うことが可能である。また、電気特性測定用試料の作製から測定まで、同一のチャンバー内で行うことができるため、試料の移動や排気等の時間を短縮することができ、試料の作製から測定までの時間を短時間で行うことができる。 In the sample processing measurement apparatus according to the present embodiment, since measurement can be performed from processing of the sample 50 in the same chamber 71, an oxide film is not formed on the surface of the via or the metal layer, and dirt, etc. Will not adhere. Therefore, stable measurement can be performed. In addition, since it can be performed in the same chamber from the preparation of the electrical property measurement sample to the measurement, it is possible to shorten the time for moving the sample, exhausting, etc., and shortening the time from the preparation of the sample to the measurement. Can be done.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
半導体基板上に形成された電子回路における電気特性の測定を行うための電気特性測定用試料の作製方法において、
真空中において、前記半導体基板上に形成されている所定の領域を除去し、配線部分の表面を露出させるエッチング工程と、
真空中において、露出している前記配線部分の表面に、導電性材料により中央に凹部を有する形状の導電層を形成する導電層形成工程と、
を有することを特徴とする電気特性測定用試料の作製方法。
（付記２）
前記エッチング工程は、ＦＩＢによるエッチングを行う工程を含むものであること特徴とする付記１に記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記３）
導電層は、第１の導電層と第２の導電層とにより形成されるものであって、
前記導電層形成工程は、前記配線部分の表面に第１の導電層を形成する第１導電層形成工程と、
前記第１の導電層上に、中央部分が開口した第２の導電層を形成する第２導電層形成工程と、
を有することを特徴とする付記１または２に記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記４）
前記第２の導電膜は、リング形状であることを特徴とする付記３に記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記５）
前記導電材料は金属材料であることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記６）
前記金属材料は、ＰｔまたはＷであることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記７）
前記導電層は、前記導電層を形成する元素を含む有機金属を供給し、前記配線部分の表面にＦＩＢを照射することにより、前記ＦＩＢに含まれるイオンと、前記有機金属に含まれる元素とが置換し、前記配線部分の表面に、前記有機金属に含まれる元素が堆積することにより形成されるものであることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記８）
前記エッチング工程と前記導電層形成工程とは、同一チャンバー内で行われることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の電気特性測定用試料の作製方法。
（付記９）
半導体基板上に形成された電子回路における電気特性の測定を行うための試料の測定方法において、
真空中において、前記半導体基板上に形成されている所定の領域を除去し、配線部分の表面を露出させるエッチング工程と、
真空中において、露出している前記配線部分の表面に、導電性材料により中央に凹部を有する形状の導電層を形成する導電層形成工程と、
前記導電層の前記凹部の中央に電気特性の測定を行うためのプローブを接触させて、前記試料における電気回路の電気特性の測定を行う電気特性測定工程と、
を有することを特徴とする測定方法。
（付記１０）
同一チャンバー内に、
試料を加工するための集束イオンビームを照射するイオン源と、
前記試料に導電層を成膜するため、前記導電層を形成するための元素を含む成膜ガスを供給する成膜ガス供給部と、
加工された試料の電気特性を測定するためのプローブと、
を有することを特徴とする試料加工測定装置。
（付記１１）
前記チャンバー内には、前記試料のＳＩＭ画像を観察するための二次電子検出部を有していることを特徴とする付記１０に記載の試料加工測定装置。
（付記１２）
前記ガス供給部より供給されるガスは、前記集束イオンビームが照射された領域において、前記成膜ガスに含まれる前記導電層を形成するための元素と、前記集束イオンビームに含まれるイオンとが置換することにより、前記導電層を形成するものであることを特徴とする付記１０または１１に記載の試料加工測定装置。 In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
In a method for producing an electrical property measurement sample for measuring electrical properties in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate,
An etching step of removing a predetermined region formed on the semiconductor substrate in a vacuum and exposing a surface of the wiring portion;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the surface of the exposed wiring portion in a vacuum, and
A method for producing a sample for measuring electrical characteristics, comprising:
(Appendix 2)
The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to appendix 1, wherein the etching step includes a step of performing etching by FIB.
(Appendix 3)
The conductive layer is formed of a first conductive layer and a second conductive layer,
The conductive layer forming step includes a first conductive layer forming step of forming a first conductive layer on the surface of the wiring portion,
Forming a second conductive layer having a central portion opened on the first conductive layer; and
The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to appendix 1 or 2, characterized by comprising:
(Appendix 4)
The method for manufacturing a sample for measuring electrical characteristics according to attachment 3, wherein the second conductive film has a ring shape.
(Appendix 5)
5. The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to any one of appendices 1 to 4, wherein the conductive material is a metal material.
(Appendix 6)
6. The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to any one of appendices 1 to 5, wherein the metal material is Pt or W.
(Appendix 7)
The conductive layer supplies an organic metal containing an element forming the conductive layer and irradiates the surface of the wiring portion with FIB, whereby ions contained in the FIB and an element contained in the organic metal are 7. Preparation of a sample for measuring electrical characteristics according to any one of appendices 1 to 6, characterized in that it is formed by depositing and depositing an element contained in the organic metal on the surface of the wiring portion Method.
(Appendix 8)
The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to any one of appendices 1 to 7, wherein the etching step and the conductive layer forming step are performed in the same chamber.
(Appendix 9)
In a sample measuring method for measuring electrical characteristics in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate,
An etching step of removing a predetermined region formed on the semiconductor substrate in a vacuum and exposing a surface of the wiring portion;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the surface of the exposed wiring portion in a vacuum, and
An electrical property measuring step for measuring electrical properties of an electrical circuit in the sample by bringing a probe for measuring electrical properties into contact with the center of the concave portion of the conductive layer;
A measuring method characterized by comprising:
(Appendix 10)
In the same chamber,
An ion source for irradiating a focused ion beam for processing the sample;
A film forming gas supply unit for supplying a film forming gas containing an element for forming the conductive layer to form a conductive layer on the sample;
A probe for measuring the electrical properties of the processed sample;
A sample processing and measuring apparatus comprising:
(Appendix 11)
11. The sample processing and measuring apparatus according to appendix 10, wherein a secondary electron detection unit for observing a SIM image of the sample is provided in the chamber.
(Appendix 12)
The gas supplied from the gas supply unit includes an element for forming the conductive layer included in the deposition gas and ions included in the focused ion beam in a region irradiated with the focused ion beam. The sample processing and measuring apparatus according to appendix 10 or 11, wherein the conductive layer is formed by replacement.

１１半導体基板
１２ゲート部
１３ビア
１４第１の配線層
２３層間絶縁膜
３１第１の金属層（第１の導電層）
３２第２の金属層（第２の導電層）
３３金属層
３４凹部
４０プローブ
７０試料加工測定装置
７１チャンバー
７２Ｇａイオン源
７３集束レンズ
７４絞り
７５対物レンズ
７６走査用偏向部
７７成膜ガス供給部
７８二次電子検出器
７９ＳＩＭ像モニター
８１プローブ
８２プローブ位置制御部
８３電気特性測定部
８４処理部
８５電気特性表示モニター DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor substrate 12 Gate part 13 Via 14 1st wiring layer 23 Interlayer insulating film 31 1st metal layer (1st conductive layer)
32 Second metal layer (second conductive layer)
33 Metal layer 34 Concave 40 Probe 70 Sample processing measurement device 71 Chamber 72 Ga ion source 73 Focusing lens 74 Aperture 75 Objective lens 76 Scanning deflection unit 77 Film forming gas supply unit 78 Secondary electron detector 79 SIM image monitor 81 Probe 82 Probe position control unit 83 Electrical property measurement unit 84 Processing unit 85 Electrical property display monitor

Claims

In a method for producing an electrical property measurement sample for measuring electrical properties in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate,
An etching step of removing a predetermined region formed on the semiconductor substrate in a vacuum and exposing a surface of the wiring portion;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the surface of the exposed wiring portion in a vacuum, and
A method for producing a sample for measuring electrical characteristics, comprising:

The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to claim 1, wherein the etching step includes a step of performing etching by FIB.

The conductive layer is formed of a first conductive layer and a second conductive layer,
The conductive layer forming step includes a first conductive layer forming step of forming a first conductive layer on the surface of the wiring portion,
Forming a second conductive layer having a central portion opened on the first conductive layer; and
The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to claim 1, wherein:

The method for producing a sample for measuring electrical characteristics according to claim 3, wherein the second conductive film has a ring shape.

In a sample measuring method for measuring electrical characteristics in an electronic circuit formed on a semiconductor substrate,
An etching step of removing a predetermined region formed on the semiconductor substrate in a vacuum and exposing a surface of the wiring portion;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer having a concave portion in the center with a conductive material on the surface of the exposed wiring portion in a vacuum, and
An electrical property measuring step for measuring electrical properties of an electrical circuit in the sample by bringing a probe for measuring electrical properties into contact with the center of the concave portion of the conductive layer;
A measuring method characterized by comprising:

In the same chamber,
An ion source for irradiating a focused ion beam for processing the sample;
A film forming gas supply unit for supplying a film forming gas containing an element for forming the conductive layer to form a conductive layer on the sample;
A probe for measuring the electrical properties of the processed sample;
A sample processing and measuring apparatus comprising:

The sample processing / measuring apparatus according to claim 6, further comprising a secondary electron detection unit for observing a SIM image of the sample in the chamber.