JP3947420B2 - 電子線検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線検出器に係り、特に、電子線を半導体基板の裏面側から透過させ、被写体で反射した電子線を、半導体基板の表面側に形成された電子線検出部で検出する電子線検出器に関する。
【0002】
従来、走査電子顕微鏡などでは、いわゆる電子線透過型半導体電子線検出器が用いられている。この種の電子線検出器としては、たとえば特開平6−68831号公報に開示された反射電子検出器がある。この反射電子検出器は、入射面をN+層で形成し、他方の面をP+層で形成し、その間をI層で形成してなる半導体検出器を有する。この半導体検出器には、電子ビームを通過させる通過穴が形成されており、P+層側から入射した電子が通過穴を通過し、試料で反射した電子を入射面であるN+層で検出するというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の電子線検出器では、チャージアップ(帯電)が生じると、検出誤差が大きくなり、画像を認識するのが難しくなることがあるので、チャージアップを防止することが望まれている。しかし、上記従来の反射電子検出器は、好適にチャージアップを防止することができるものではなかった。
【0004】
そこで、本発明の課題は、チャージアップを好適に防止して、検出誤差を小さくした電子線検出器を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決した本発明に係る電子線検出器は、電子線が通過する貫通孔が形成された半導体基板を備え、貫通孔における一方の開口部の開口面積が他方の開口部の開口面積よりも大きく、貫通孔には、一方の開口部から他方の開口部に向けて縮径するテーパ部が形成されており、一方の開口部および他方の開口部のうち、電子線が出射する側の開口部の周囲に、被写体で反射された電子線を検出する電子線検出部が形成されており、貫通孔の内壁が絶縁膜で被覆され、絶縁膜がAu膜で被覆されているものである。
【0006】
本発明に係る電子線検出器では、電子線が通過する貫通孔に絶縁膜およびAu膜が形成されている。この貫通孔にAu膜を形成することにより、チャージアップを好適に防止し、もって検出誤差を小さなものとすることができる。
【0007】
ところで、貫通孔にAu膜を形成するにあたり、貫通孔が円柱状に形成されていると、この貫通孔にAu膜を形成する、特に蒸着により形成するのが困難であった。この点、上記従来の公報に開示されている反射電子線検出器では、加工の容易性等の理由で、貫通孔(通過穴)は、半導体基板に対して垂直に円柱状に形成されていた。これに対して、本発明に係る電子線検出器では、開口面積が大きい側の開口部から蒸着を施すことにより、貫通孔に対して容易にAu膜を形成することができる。
【0008】
ここで、前記一方の開口部が、前記電子線が入射する入射側開口部であり、前記他方の開口部が、前記電子線が出射する出射側開口部であるのが好適である。
【0009】
本発明における一方の開口部の開口面積は、他方の開口部の開口面積よりも大きいため、出射側開口部の開口面積は小さなものとなる。半導体基板における出射側開口部が形成されている面は入射面となることから、入射面のデッドスペースを小さなものとすることができる。
【0010】
さらに、絶縁膜が半導体基板における入射側開口部が形成されている面を被覆し、Au膜が絶縁膜を被覆しているのが好適である。このように入射側開口部が形成されている面をAu膜が被覆していることにより、チャージアップをさらに好適に防止して検出誤差を小さくするとともに、Au膜を形成するのが容易となる。さらに、絶縁膜とAu膜との間に、Cr層が介在されているのが好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明の実施形態に係る電子線検出器の使用状態を示す側断面図、図2は本発明の実施形態に係る電子線検出器を表面側から見た平面図である。
【0013】
図1に示すように、本実施形態に係る電子線検出器1は、たとえば走査電子顕微鏡に用いられる電子線透過型半導体電子線検出器である。この電子線検出器1は、いわゆるPIN形半導体検出器であり、半導体基板2を備えている。半導体基板2は、板状である真性領域を形成するI層11を有している。I層11の表面側には、入射面となるP形半導体層(以下「P+層」という)12が形成され、裏面側にはN形半導体層(以下「N+層」という)13が形成されている。
【0014】
P+層12は、図2に示すように、中心角が90度の扇形が4つ並んで円形を形成し、その中心部がくり抜かれた形状をなすように配置されている。このP+層12は、たとえばP+不純物をI層11の表面に拡散して形成される。N+層13は、I層11の裏面側の全面に渡って、たとえばN+を拡散することによって形成されている。さらに、P+層12の中心部には、N+からなるチャンネルストッパ14が形成されている。
【0015】
また、半導体基板2におけるP+層12の中心部であって、チャンネルストッパ14の中心位置には、電子線Lが通過する貫通孔15が形成されている。貫通孔15では、電子線Lの入射側である半導体基板2の裏面側に入射側開口部16が形成され、電子線Lの出射側である半導体基板2の表面側に出射側開口部17が形成されている。このうちの、出射側開口部17は、図2に示すように八角形状であり、入射側開口部16は、出射側開口部17よりも大径の八角形状である。また、貫通孔15には、入射側開口部16から出射側開口部17に向けて縮径するテーパ部18が形成されている。
【0016】
さらに、貫通孔15およびその両開口部16,17の近傍は、保護膜19で被覆されている。この保護膜19は、たとえば熱酸化によって形成されたSiO2膜であり、貫通孔15の側壁部分を保護している。
【0017】
また、貫通孔15には、Au−Cr層からなるシールド層20が形成されている。シールド層20は、たとえばCr層が500Å、Au膜が3000Åである。ここで、Au膜は保護膜19や半導体とは強く密着しないので、保護膜19や半導体と、Au膜との間にCr層を介在させている。このうちのAu膜は、チャージアップを防止する。また、シールド層20は、貫通孔15の表面に形成された保護膜19を覆っているとともに、N+層13を全体的に覆っており、N+層13との間でカソード電極として機能している。さらに、シールド層20は、図2に破線で示すように、入射側開口部16を被覆する位置では、八角形状をなしている。そして、P+層12の表面には、Alからなるアノード電極21が設けられている。
【0018】
電子線検出器1の下方位置には、試料台30が設けられており、試料台30の上には、被写体となる試料Sが載置されている。さらに、電子線検出器1の上方位置には、電子線Lを投射する図示しない電子銃が配置されており、電子銃より投射された電子線Lは、貫通孔15を通過して試料台30の上に載置された試料Sに到達する。試料Sに到達した電子線Lは、試料Sで反射されて電子線検出器1の表面側に到達する。電子線検出器1の表面側には入射面が形成されており、この入射面によって、試料Sで反射された電子線Lが検出される。
【0019】
かかる構成を有する本実施形態の電子線検出器1においては、図示しない電子銃から投射される電子線Lが半導体基板2の裏面側に形成された入射側開口部16を介して貫通孔15に入射する。この入射側開口部16は、出射側開口部17よりも大径であるため、電子線Lは、容易に貫通孔15内に入射することができる。貫通孔15に入射した電子線Lは、半導体基板2の表面に形成された出射側開口部17から出射する。ここで、出射側開口部17は、入射側開口部16よりも小径であるので、半導体基板2の表面を占める面積の割合が小さなものとなる。このため、入射面となる半導体基板2のデッドスペースを低減することができる。
【0020】
また、本実施形態に係る電子線検出器1では、半導体基板2の裏面側および貫通孔15にシールド層20が形成されている。このため、電子線が入射する側の面および貫通孔にはSiO2などの絶縁膜が露出していない構造とすることができるため、チャージアップを好適に防止し、検出誤差を小さなものとすることができる。ところで、電子線Lが通過する貫通孔15は、表面側のデッドスペースを低減するために、あまり大きな径とはされていない。このため、たとえば上記従来公報に開示された反射電子検出器のように、貫通孔(通過穴)が円柱形状をなしていると、貫通孔にまでシールド層を蒸着させるのが困難となる。この点、本実施形態に係る電子線検出器1において形成されている貫通孔15には、テーパ部18が形成されている。このようなテーパ部18が形成されていることにより、大径の方の開口部、本実施形態では入射側開口部16からシールド層20を形成することにより、貫通孔15に対しても容易にシールド層20を形成することができる。
【0021】
次に、本実施形態に係る電子線検出器1の製造手順について説明する。
【0022】
まず、図3(a)に示すように、半導体基板2となる板状のシリコンウェハ(エピウェハ)を用意する。次に、図3(b)に示すように、半導体基板2の表面の全体にN+を拡散し、裏面カソードとしてN+層13を設ける。これと同時に、半導体基板2の表面の一部にN+不純物を拡散してチャンネルストッパ14を設ける。続いて、図3(c)に示すように、半導体基板2の表面のうちチャンネルストッパ14を形成した位置の周囲にP+不純物を拡散し、P+層12を設ける。これらP+層12およびN+層13によってPN接合を形成する。ここで、PN接合を形成する際には、感度を良好なものとするために、0.5μm以下の浅い接合として、デッド層を小さくするのが好適である。こうして、半導体基板2にPN接合を形成したら、図3(d)に示すように、半導体基板2の表面全体および裏面の一部にアルカリエッチング用にCVD−SiN膜25を形成して、裏面のパターニングを行う。
【0023】
裏面のパターニングが済んだら、KOHによるSiウェットエッチングを行って、図4(a)に示すように、貫通孔15を形成する。Siウェットエッチングでは、KOH+IPA+H2O溶液を用いている。このKOH+IPA+H2O溶液を用いることにより、貫通孔15の入射側開口部16を円に近い形状、正確には八角形状に形成される。同様にして、図2に示すように、出射側開口部17も、八角形状に形成される。また、半導体基板2としては面方位(100)のシリコンウェハを用いているので、55度の角度を持ったテーパ状となるように貫通孔15を形成することができる。このような異方性エッチングを行うことにより、半導体基板2に対するダメージの小さい穴加工を行うことができ、素子のリークを小さくすることができる。
【0024】
こうして貫通孔15を形成したら、図4(b)に示すように、CVD−SiN膜25を除去する。CVD−SiN膜25を除去したら、半導体基板2を熱酸化することにより、図4(c)に示すように、SiO2からなる保護膜19を形成する。この保護膜19は、半導体基板2の全面にわたって形成され、半導体基板2の裏面側に形成されたN+層13、表面側に形成されたP+層12、および貫通孔15の表面全体を覆って形成される。
【0025】
保護膜19を半導体基板2に形成したら、図5(a)に示すように、半導体基板2の表面側をコンタクトホールエッチングし、保護膜19を部分的に取り除く。それから、半導体基板2の表面側でコンタクトホールエッチングされた部分に、図5(b)に示すように、Alからなるアノード電極21を設ける。続いて、図5(c)に示すように、半導体基板2の裏面側をコンタクトホールエッチングする。その後、図5(d)に示すように、半導体基板2の裏面側からCr/Auの蒸着シンタリングを行うことにより、シールド層20を形成する。このシールド層20は、貫通孔15およびN+層13の全体を覆っている。このように、貫通孔15にAuを含むシールド層20が形成されていることから、チャージアップを好適に防止することができる。
【0026】
ここで、本実施形態に係る電子線検出器1では、貫通孔15に裏面から表面に向けて縮径するテーパ部18が形成されており、シールド層20は、裏面側からの蒸着によって形成される。このため、貫通孔15に対して容易にシールド層20を形成することができる。そして、貫通孔15にシールド層20を形成し、このシールド層20は導電性があることから、貫通孔15におけるチャージアップを好適に防止することができる。こうして、電子線検出器1の全体におけるチャージアップの発生防止に寄与することができる。
【0027】
また、シールド層20は、貫通孔15の他に半導体基板2の裏面側においても形成されている。したがって、さらに好適に電子線検出器1におけるチャージアップを防止することができる。また、かくして製造された電子線検出器1では、出射側開口部17の表面積は小さなものとすることができるので、入射面となるP+層12の表面積を大きくすることができる。この結果、入射面のデッドスペースを小さなものとすることができる。
【0028】
こうして製造された電子線検出器1は、図1では、天地を返した状態で描かれており、裏面側から電子線Lを入射させて使用することができる。
【0029】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では入射面のデッドスペースを低減させるために入射面側が大径となるテーパを付した貫通孔としたが、逆に入射面側が小径のテーパを付して貫通孔とすることもできる。また、上記実施形態における貫通孔の開口部は、八角形としているが、たとえば円形や他の形状などとすることもできる。さらに、Cr−Au層は、チャージアップを効果的に防止するために貫通孔および半導体基板の裏面を覆っているが、たとえば貫通孔のみに形成された態様としてもよい。この場合には、別途電極を形成する。
【0030】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明によれば、チャージアップを好適に防止することができる電子線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施形態に係る電子線検出器の使用状態を示す側断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る電子線検出器を表面側から見た平面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る電子線検出器を製造する工程を示す工程図である。
【図4】図3に続く工程を示す工程図である。
【図5】図4に続く工程を示す工程図である。
【符号の説明】
1…電子線検出器、2…半導体基板、11…I層、12…P形半導体層(P+層)、13…N形半導体層(N+層)、14…チャンネルストッパ、15…貫通孔、16…入射側開口部、17…出射側開口部、18…テーパ部、19…保護膜、20…シールド層、21…アノード電極、25…CVD−SiN膜、30…試料台、L…電子線、S…試料。
Claims (4)
- 電子線が通過する貫通孔が形成された半導体基板を備え、
前記貫通孔における一方の開口部の開口面積が他方の開口部の開口面積よりも大きく、前記貫通孔には、前記一方の開口部から他方の開口部に向けて縮径するテーパ部が形成されており、
前記一方の開口部および他方の開口部のうち、前記電子線が出射する側の開口部の周囲に、被写体で反射された電子線を検出する電子線検出部が形成されており、
前記貫通孔の内壁が絶縁膜で被覆され、
前記絶縁膜がAu膜で被覆されていることを特徴とする電子線検出器。 - 前記一方の開口部が、前記電子線が入射する入射側開口部であり、前記他方の開口部が、前記電子線が出射する出射側開口部である請求項1に記載の電子線検出器。
- 前記絶縁膜が前記半導体基板における前記入射側開口部が形成されている面を被覆し、
前記Au膜が前記絶縁膜を被覆している請求項2に記載の電子線検出器。 - 前記絶縁膜と前記Au膜との間に、Cr層が介在されている請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項に記載の電子線検出器。
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