JP4320131B2 - 半導体装置の評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造に係り、特に半導体装置の評価方法に関する。
【０００２】
半導体装置の製造の際には、製造工程を制御するために製造途中の半導体装置ないし半導体装置半製品の特性を評価する必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程では、製造条件を正しく維持するために、製造途中の半導体装置の特性を評価することが行われている。従来、このような製造途中の半導体装置半製品の特性評価はトランジスタやキャパシタなどの要素を複数まとめて検査用に形成したパッドに接続し、かかるパッドにマニュアルプローブなどのプローブ電極を当接することにより行われていた。
【０００４】
しかし、このような評価方法では、一群の要素の全体については検査が可能であるものの、個々の要素の特性を検査するのが困難であった。特に最近の微細化された半導体装置では、個々の要素が微細化されており、コンタクトホールを介してマニュアルプローブをかかるコンタクトホールに当接させるのは実質的に不可能になっていた。
【０００５】
これに対し、従来より基板上に形成された非常に微細な構造を観察するために走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）が開発されている。
【０００６】
図１（Ａ），（Ｂ）は、かかる従来の走査型プローブ顕微鏡１０の概略的構成を示す、それぞれ側面図および平面図である。
【０００７】
図１（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記走査型プローブ顕微鏡１０は被検査試料１１Ａを保持する試料台１１と、前記試料１１Ａの表面を走査するＳＰＭプローブ１２とよりなり、前記ＳＰＭプローブ１２はスキャナ１２Ａにより保持されており、前記スキャナは前記ＳＰＭプローブ１２を、前記ＳＰＭプローブ先端の針１２ａと試料１１Ａ表面との間に作用する原子間力が一定になるように駆動する。かかるＳＰＭプローブ１２により前記試料１１Ａの表面を走査することにより、走査型プローブ顕微鏡１０は試料１１Ａの表面像を取得することができる。
【０００８】
図２は、従来の別の走査型プローブ顕微鏡２０の概略的構成を示す側面図である。
【０００９】
図２を参照するに、前記走査型プローブ顕微鏡２０は被検査試料２１Ａをスキャナ２１上に保持し、前記スキャナ２１を駆動することによりＳＰＭプローブ２２が前記試料２１Ａの表面を走査する。かかる構成の走査型プローブ顕微鏡２０では、ＳＰＭプローブ２２の先端と試料２１Ａの表面との間に作用する原子間力が一定になるようにスキャナ２１が上下方向に圧電駆動される。
【００１０】
このような走査型プローブ顕微鏡１０あるいは２０では、前記ＳＰＭプローブ１２あるいは２２として、長さが数ミリメートルのカンチレバーの先端に曲率半径が１００ｎｍ程度の先端部を有する突起を形成したものが使われる。そこで、このような微細な突起を有するＳＰＭプローブを使うことにより、微細なコンタクトホールにおいて電気特性を測定することが提案されている。
【００１１】
図３は、特開２０００−１５５０８５号公報に記載された、かかる走査型プローブ顕微鏡を使った半導体装置の評価装置の概略的構成を示す。ただし図３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００１２】
図３を参照するに、半導体装置の評価装置は図２の走査型プローブ顕微鏡２０をもとに構成されており、被検査試料２１Ａは前記スキャナ２１上に保持台２１Ｂを介して保持されている。
【００１３】
前記保持台２１Ｂ上には駆動機構２３により駆動されるプローブ２３Ａがさらに設けられており、そこで前記ＳＰＭプローブ２２を前記被検査試料のコンタクトホールに係合させると同時に前記プローブ２３Ａを前記被検査試料２１Ａ上のコンタクトバッドに係合させることにより、前記ＳＰＭプローブ２２とプローブ２３Ａとの間での被検査試料２１Ａの電気特性測定が可能になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにＳＰＭプローブ２２を使って被検査試料２１Ａの電気特性を測定するには、前記ＳＰＭプローブ２２を前記被検査試料２１Ａにコンタクトさせるだけでなく、前記プローブ２３Ａをも前記被検査試料２１Ａにコンタクトさせる必要があるが、スキャナ２１はせいぜい２〜３ｃｍ程度の径しかなく、前記プローブ２３Ａの駆動機構を前記保持台２１Ｂ上に前記試料２１Ａに隣接して設けるのは非常に困難である。特に前記プローブ２３Ａとして従来の半導体装置の検査で使われるマニュアルプローブを使った場合、マニュアル駆動機構の一つのネジだけでも１ｃｍ程度の大きさを有する。また、図３の構成では、前記保持台２１Ｂ上に径が２０ｃｍあるいは３０ｃｍの半導体ウェハを保持することは全く不可能である。
【００１５】
これに対し、図１（Ａ），（Ｂ）の構成の走査型プローブ顕微鏡をもとに、図４に示す構成の評価装置３０を構成することも考えられる。ただし図４中、先に説明した部分には対応する参照符号を付し、説明を省略する。
【００１６】
図４を参照するに、評価装置３０は図１（Ａ），（Ｂ）の走査型プローブ顕微鏡と同様な構成を有し、前記被測定試料１１Ａの電気特性を測定するために前記ＳＰＭプローブ１２を前記被測定試料１１Ａのコンタクトホールに係合させると同時に、対向側の電極パッドをＡｇペーストなどの導電性部材１１Ｂにより、試料台１１にコンタクトさせる。
【００１７】
かかる構成の評価装置３０では、試料台１１はウェハを保持するに十分な大きさを有しており、従って製造工程途中の半導体装置を、ウェハの状態で検査することが可能である。
【００１８】
一方、図４の構成では、前記ＳＰＭプローブ１２と対向する側のコンタクトパッドが導電性部材１１Ｂにより保持台１１に接続される構成となっているが、かかる構成では前記導電性部材１１Ｂが前記被測定試料上面の広範囲な領域を連続的に延在するため、前記被測定試料中に形成された様々な半導体装置あるいは要素との間に寄生容量が生じ、かかる寄生容量が前記ＳＰＭプローブ１２を使って行う電気特性の測定に影響を与えるおそれがある。
【００１９】
さらに図４の構成において前記導電性部材１１Ｂの代わりにワイヤボンディングにより前記電極パッドを前記保持台１１に電気接続することも考えられるが、走査型プローブ顕微鏡に隣接して、共通な試料保持台を有するようにワイヤボンディング装置を設けるのは困難である。
【００２０】
また、図４の構成において別の走査型プローブ顕微鏡をさらに設け、前記導電性部材１１Ｂを前記別の走査型プローブ顕微鏡のＳＰＭプローブに置き換えることも考えられようが、二つの走査型プローブ顕微鏡を隣接して設けた場合、各々の顕微鏡のスキャナを構成する圧電駆動系が干渉を生じる問題があり、かかる構成の走査型プローブ顕微鏡はいまだ実用化されていない。
【００２１】
また従来、図３あるいは図４の評価装置においてＳＰＭプローブ１２あるいは２２を被測定試料中のコンタクトホールとのコンタクトに使おうとした場合、かかるＳＰＭプローブは導電性を有する必要があるが、一般に導電性を持ったＳＰＭプローブは微細な絶縁体よりなる突起の上に導電膜を形成されているため、大きさが微細化の進んだ半導体装置上のコンタクトホールの径と同等かあるいはそれよりも大きくなってしまうため、コンタクトホール内にプローブが入らず測定することが困難である問題点があった。
【００２２】
そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な半導体装置の評価方法を提供することを概括的課題とする。
【００２３】
本発明のより具体的な課題は、微細なコンタクトホールに直接にコンタクトして半導体装置の電気特性を測定でき、しかも測定結果が寄生容量の影響を受けない半導体装置の評価装置および方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、走査型プローブ顕微鏡のスキャナを駆動することにより、前記スキャナに結合されたＳＰＭプローブにより試料台上の被測定試料を走査し、前記被測定試料中の強誘電体キャパシタを検出する工程と、前記走査型プローブ顕微鏡のＳＰＭプローブを前記強誘電体キャパシタの上部電極にコンタクトさせる工程と、別のプローブを、前記プローブに結合された駆動機構を前記スキャナとは独立に駆動することにより、前記強誘電体キャパシタの下部電極と接続しているコンタクトパッドにコンタクトさせる工程と、前記ＳＰＭプローブおよび前記別のプローブを使って前記強誘電体キャパシタの電気特性を測定する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の評価方法により、解決する。
[作用]
本発明によれば、被測定試料中の微細なコンタクトホールに前記ＳＰＭプローブをコンタクトさせ、またコンタクトパッドに前記別のプローブをコンタクトさせることにより、前記被測定試料中の個々の半導体装置あるいは要素の電気特性の測定を、寄生容量の影響を最小限に抑制しつつ実行することが可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図５（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の評価装置４０の構成を示す、それぞれ側面図および平面図である。
【００２６】
図５（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記評価装置４０は筐体４０中に設けられた試料台４１と前記試料台４１上に設けられた可動試料ステージ４１Ａとよりなり、前記ステージ４１Ａ上には被測定試料４２が載置されている。前記被測定試料４２は、例えば２０ｃｍ径あるいは３０ｃｍ径のウェハであってもよい。
【００２７】
前記筐体４０中には前記試料台４１およびステージ４１Ａに隣接して走査型プローブ顕微鏡のスキャナ４３Ａが設けられており、前記スキャナ４３ＡはＳＰＭプローブ４３を担持する。
【００２８】
前記ＳＰＭプローブ４３はカンチレバーの先端部に典型的にはピラミッド型の針４３ａを担持し、前記針４３ａの尖端は前記試料４２の表面に形成されたコンタクトホールにコンタクトする。
【００２９】
また前記筐体には図示を省略した駆動系を介して別のマニュアルプローブ４４が設けられており、前記マニュアルプローブ４４は前記試料４２の表面に形成されたコンタクトパッドにコンタクトさせられる。
【００３０】
かかる構成の評価装置４０では、最初に前記ＳＰＭプローブ４３が前記試料表面を走査し、その結果、例えば図６に示すような形状プロファイルよりコンタクトホールの位置が特定される。
【００３１】
次に、前記ＳＰＭプローブ４３を前記コンタクトホールにコンタクトさせ、さらに前記マニュアルプローブ４４を、前記試料表面に形成されたコンタクトパッドにコンタクトさせる。
【００３２】
この状態で電気特性を測定することにより、前記試料４２中に形成されたトランジスタやキャパシタなどのリーク電流特性あるいはキャパシタンス、さらには強誘電体キャパシタの反転電荷量などの値が測定される。
【００３３】
図７は、図５（Ａ），（Ｂ）の評価装置を使って、前記試料４２中の強誘電体キャパシタの反転電荷量を測定する例を示す平面図である。
【００３４】
図７を参照するに、前記試料４２中には連続して延在する下部電極４２Ａと前記下部電極４２Ａ上に連続して形成された強誘電体膜４２Ｂと、前記強誘電体膜４２Ｂ上に形成された複数の上部電極パターン４２Ｃとよりなる強誘電体キャパシタアレイが形成されており、前記ＳＰＭプローブ４４が前記複数の上部電極パターン４２Ｃの一つ一つにコンタクトさせられる。
【００３５】
一方、前記下部電極４２Ａの端部には前記下部電極端部を露出する開口部においてコンタクトパッド４２Ｄが形成されており、前記マニュアルプローブ４４は前記筐体４０上に設けられた駆動機構４４により、かかるコンタクトパッド４２Ｄにコンタクトさせられる。
【００３６】
かかる構成により強誘電体キャパシタのヒステリシス特性が、図７中の個々のキャパシタについて測定される。図８は、このようにして得られたヒステリシス特性の一例を示す。
［第２実施例］
図９は、本発明の第２実施例による半導体装置の評価装置４０Ａの構成を示す。ただし図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３７】
図９を参照するに、本実施例では図７で示した前記マニュアルプローブ４４の駆動機構４４Ａが前記ステージ４１Ａ上に設けられており、かかるステージ４１Ａ上の駆動機構４４Ａを操作することにより、前記プローブ４４を前記試料４２上のコンタクトパッドにコンタクトさせる。
【００３８】
本実施例では、前記ステージ４１Ａは先の図３の構成と異なりスキャナではないため、十分な面積を有し、このため前記駆動機構４４Ａを前記ステージ４１Ａ上に設けても問題は生じない。
【００３９】
図１０は、図９の評価装置４０Ａの一変形例による評価装置４０Ｂの構成を示す。ただし図１０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図１０を参照するに、前記評価装置４０Ｂはステージ４１Ａ上に絶縁層４１Ｂが形成されており、前記試料４２はかかる絶縁層４１Ｂ上に形成される。本発明により半導体装置の評価装置では、コンタクトをＳＰＭプローブ４３とマニュアルプローブ４４とにより行うため、図４の装置と異なり、前記ステージ４１Ａの表面が絶縁層で覆われていても、問題が生じることはない。
［第３実施例］
次に、先の実施例の半導体装置評価装置４０，４０Ａあるいは４０Ｂを使って試料４２の特性を評価する際に形成され、前記マニュアルプローブ４４がコンタクトするコンタクトパッドの形成方法を、本発明の第３実施例として、試料４２の一部を示す図１１を参照しながら説明する。
【００４１】
図１１を参照するに、前記試料４２中には下部電極４２Ａと、前記下部電極４２Ａ上に形成された強誘電体膜４２Ｂと、前記強誘電体膜４２Ｂ上に相互に離間して形成された複数の上部電極４２Ｃとが形成されており、前記上部電極４２Ｃは前記試料４２の表面を覆う絶縁膜中に形成された微細なコンタクトホールにおいて露出されている。
【００４２】
一方、図１１の試料４２では前記下部電極４２Ａを露出する開口部４２Ｅが集束イオンビーム加工により形成されており、また前記絶縁膜上にはＷ（タングステン）パターンよりなるコンタクトパッド４２Ｄが、Ｗ原料ガス中における集束イオンビーム加工により形成されている。また前記集束イオンビーム加工により、前記コンタクトパッド４２Ｄと前記コンタクトホール４２Ｅとを接続するＷパターン４２ｅが形成される。
【００４３】
かかる集束イオンビーム加工技術を使うことにより、強誘電体キャパシタなどの回路要素を形成された半導体基板上に、後加工により、プローブ４４がコンタクトできるサイズのコンタクトパッドを形成することが可能になる。
【００４４】
図１２は、かかるコンタクトホール４２Ｅを試料４２上の半導体装置形成領域４２Ｇ中に形成し、さらに前記コンタクトパッド４２Ｄをかかる領域４２Ｇ上に形成した、本実施例の一変形例を示す。
【００４５】
集束イオンビーム加工を使うことにより、図１２に示すようにかかるコンタクトパッド４２Ｄおよびコンタクトホール４２Ｅを試料４２上の半導体装置形成領域を含む任意の領域に形成することが可能である。なお図１２において、前記半導体装置形成領域４２Ｇ中に形成される半導体装置は先に説明した強誘電体キャパシタを含むＦｅＲＡＭ（強誘電体メモリ）に限定されるものではなく、バイポーラトランジスタやＣＭＯＳトランジスタであってもよい。
［第４実施例］
図１３は、本発明の第４実施例による、被検査試料上へのコンタクトパッドの形成方法を示す。ただし図１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４６】
図１３を参照するに、本実施例では前記コンタクトパッド４２Ｄが試料４２上の半導体装置形成領域４２Ｇを避けて形成されており、前記コンタクトパッド４２Ｄとコンタクトホール４２Ｅとの間は、集束イオンビーム加工により形成されたＷパターンにより接続されている。
【００４７】
かかる構成によれば、前記コンタクトパッド４２Ｄが前記半導体装置形成領域４２Ｇ上に形成されることがなく、そのためコンタクトパッド４２Ｄが半導体装置特性に寄生容量を介して及ぼす影響が排除できる。
［第５実施例］
図１４は、本発明の第５実施例によるコンタクトパッド５２Ｄの構成を示す。
【００４８】
図１４を参照するに、前記コンタクトパッド５２Ｄは先のコンタクトパッド４２Ｄと異なり、多数の線状Ｗパターンの集合より構成されており、Ｗパターンの占有する実質的な面積はコンタクトパッド５２Ｄ全体の面積の５０％以下とされている。
【００４９】
図１４の構成では個々の線状Ｗパターンは非常に細いが、全体としては前記コンタクトパッド５２Ｄにコンタクトするプローブ４４の先端部よりも大きく、従ってプローブ４４が物理的にコンタクトして電気的なコンタクトを生じるのに問題は生じない。
【００５０】
図１５は、前記コンタクトパッド４２Ｄを使って測定される浮遊容量と前記コンタクトパッド５２Ｄを使って測定される浮遊容量とを比較して示す。
【００５１】
図１５を参照するに、コンタクトパッド４２Ｄを使った場合には測定される浮遊容量に多少の幅があり、わずかなヒステリシスが観測されるのに対し、コンタクトパッド５２Ｄを使った場合には浮遊容量に幅やヒステリシスは見られなくなっているのがわかる。
［第６実施例］
このようにＳＰＭプローブ４３を使うことにより、微細な半導体装置であってもコンタクトホールを介して電気特性を測定することが可能になるが、半導体装置がさらに微細化した場合、図１６に示すようにＳＰＭプローブ４３を使ってもコンタクトホールを介したコンタクトが困難になる。特にＳＰＭプローブ４３自体は非常に小さい先端部を有していても、プローブ４３に導電性を付与するためにプローブ４３の表面に導電膜を形成した場合、プローブ先端部の大きさは大きくなってしまう。
【００５２】
ただし図１６は、前記ＳＰＭプローブ４３により、下部電極４２Ａと強誘電体膜４２Ｂと上部電極４２Ｃとよりなる強誘電体キャパシタの特性を測定する場合を示しており、前記ＳＰＭプローブ４３のピラミッド型先端部４３ａが、前記上部電極４２Ｃを覆う絶縁膜４２Ｉ中のコンタクトホールに係合している様子を示す。
【００５３】
図１７は、図１６のようにＳＰＭプローブ４３の先端部４３ａがコンタクトホール底部にコンタクトできない場合に走査型プローブ顕微鏡で観察されるコンタクトホールの断面形状プロファイルを示す。
【００５４】
先に説明した図６のプロファイルと比較すると、コンタクトホール底部に対応する平坦部が図１７のプロファイルでは観察されないのがわかる。
【００５５】
このように微細なコンタクトホールであってもＳＰＭプローブ４３のコンタクトを可能にするために、本実施例では図１８に示すようにコンタクトホールに導体パターン４２Ｍを形成し、前記コンタクトホールにおいては、かかる導体パターン４２Ｍを介して前記ＳＰＭプローブ４３が前記上部電極４２Ｃに電気的にコンタクトする。
【００５６】
かかる導体パターン４２Ｍとしては、Ｗ気相原料、例えばＷ（ＣＯ）₆を供給しながら行われる集束イオンビーム加工により形成したＷパターンを使うのが有利である。その際、特に測定しようとしている試料が強誘電体キャパシタなどの強誘電体膜を含むものである場合には、前記集束イオンビームのエネルギを最初は低く、例えばプローブ電流が２０ｐＡ以下になるように設定し、導体パターン４２Ｍの堆積の進行と共に徐々にエネルギを増大させることにより、強誘電体キャパシタの劣化を回避することができる。また前記導体パターンを低エネルギ集束イオンビームで形成した第１のＷ層とより高エネルギ集束イオンビームで形成した第２の層とを含む多層構造に形成してもよい。
【００５７】
図１９（Ａ）は、３００ｎｍの深さのコンタクトホールにＷパターン４２Ｍを形成し、かかるＷパターン４２Ｍを介して前記ＳＰＭプローブ４３を使って強誘電体膜４２Ｂの残留分極２Ｐｒを求めた結果を、Ｗパターン４２Ｍを設けなかった場合と比較して示す。
【００５８】
図１９（Ａ）を参照するに、前記残留分極値２Ｐｒは２００°Ｃ，２時間のベーク前後で３点ずつ測定されているが、前記Ｗパターン４２Ｍを１００ｎｍの厚さに形成した場合（図１９（Ａ）中「Ｗあり（１）」で示す）の残留分極値２ＰｒがＷパターン４２Ｍを設けなかった場合（図１９（Ａ）中「Ｗなし」で示す）よりも大きくなっているのがわかる。これに対し、前記Ｗパターン４２Ｍを２００ｎｍの厚さに形成した場合（図１９（Ａ）中「Ｗあり（２）」で示す）の残留分極値２Ｐｒは、ベーク後においてＷパターン４２Ｍを設けなかった場合よりも小さくなっていることがわかる。
【００５９】
図１９（Ｂ）は、前記コンタクトホールに薄いＷパターンを形成し、かかるＷパターンにＳＰＭプローブをコンタクトさせた場合を、一方図１９（Ｃ）は前記コンタクトホールにより厚いＷパターンを形成し、前記厚いＷパターンにＳＰＭプローブをコンタクトさせた場合を示す。
【００６０】
図１９（Ｂ），（Ｃ）より、前記ＳＰＭプローブをコンタクトさせるには前記Ｗパターンがある程度の厚さを有するのが好ましいことがわかるが、一方図１９（Ａ）の結果より、前記Ｗパターン４２Ｍの厚さが厚くなると強誘電体膜４２Ｂの劣化が進むので、強誘電体膜４２Ｂを劣化させず、しかも十分なコンタクトをとるためには、Ｗパターンの厚さは２０〜１００ｎｍとするのが好ましいと結論される。
［第７実施例］
図２０は、本発明の第７実施例によるＳＰＭプローブ４３を使った半導体装置の電気特性測定方法を示す。ただし図２０中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
図２０を参照するに、本実施例では前記絶縁膜４２Ｉ上に、前記導体パターン４２Ｍに連続して、典型的にはＷよりなる別の導体パターン４２Ｎを集束イオンビーム加工により形成し、前記ＳＰＭプローブ４３の先端部４３ａはかかる導体パターン４２Ｎに、前記コンタクトホールの外でコンタクトする。
【００６２】
かかる構成によれば、コンタクトホールが非常に微細で、前記導体パターン４２Ｍを設けてもＳＰＭプローブ４３をコンタクトさせるのが困難であるような場合でも、安定して半導体装置の評価を行うことが可能である。
【００６３】
特に前記半導体装置が強誘電体膜を含む場合には、前記導体パターン４２Ｎの形成をＷ原料中における集束イオンビーム加工により行うのが好ましく、特に前記パターン４２Ｎの形成初期に集束イオンビームのエネルギを低く設定し、その後堆積の進行と共にビームエネルギを上昇させるのが、強誘電体膜の劣化を回避するのに有効である。
【００６４】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【００６５】
（付記１） 被測定試料を保持する試料台と、
走査型プローブ顕微鏡の一部を構成し、前記試料台上の被測定試料に係合するＳＰＭプローブと、
前記試料台の近傍に設けられ、前記走査型プローブ顕微鏡の一部を構成し、前記ＳＰＭプローブに結合されてこれを駆動するスキャナと、
前記試料台上の被測定試料に係合するプローブと、
前記プローブに結合され、前記プローブを前記ＳＰＭプローブとは独立に駆動する駆動機構とよりなることを特徴とする半導体装置の特性評価装置。
【００６６】
（付記２） 前記駆動機構は、前記試料台上に設けられたことを特徴とする付記１記載の半導体装置の特性評価装置。
【００６７】
（付記３） 前記試料台は、前記試料と絶縁されていることを特徴とする付記１記載の半導体装置の特性評価装置。
【００６８】
（付記４） 走査型プローブ顕微鏡のスキャナを駆動することにより、前記スキャナに結合されたＳＰＭプローブにより試料台上の被測定試料を走査し、前記被測定試料中の検査部位を検出する工程と、
前記走査型プローブ顕微鏡のＳＰＭプローブを前記検査部位にコンタクトさせる工程と、
別のプローブを、前記プローブに結合された駆動機構を前記スキャナとは独立に駆動することにより、前記被測定試料にコンタクトさせる工程と、
前記ＳＰＭプローブおよび前記別のプローブを使って前記試料の電気特性を測定する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の評価方法。
（付記５） さらに前記別のプローブとコンタクトするためのコンタクトパッドを、前記試料上に形成する工程を含むことを特徴とする付記４記載の半導体装置の評価方法。
（付記６） 前記試料は、強誘電体キャパシタを含むことを特徴とする付記４または５記載の半導体装置の評価方法。
（付記７） 前記検査部位は、前記試料上に形成されたコンタクトホールであり、前記ＳＰＭプローブを前記コンタクトホールに係合させるに先立って、前記コンタクトホール内に金属層を堆積する工程を含むことを特徴とする付記４〜６のうち、いずれか一項記載の半導体装置の評価方法。
（付記８） 前記前記金属層は、成膜初期には成膜後期よりも低いイオンビーム電流の集束イオンビーム照射により形成されることを特徴とする付記７記載の半導体装置の評価方法。
【発明の効果】
本発明によれば、試料ステージ上に保持された被検査半導体試料中を、走査型プローブ顕微鏡のスキャナに結合されたＳＰＭプローブを前記試料中の微細なコンタクトホールに当接させ、別のプローブを前記試料上に形成されたコンタクトパッドに当接させることにより、前記試料中の個々の要素について検査することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、従来の走査型プローブ顕微鏡の構成を示す図である。
【図２】従来の別の走査型プローブ顕微鏡の構成を示す図である。
【図３】従来の走査型プローブ顕微鏡を使った半導体装置の評価装置の構成を示す図である。
【図４】別の半導体装置の評価装置の構成を示す図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例による半導体装置の評価装置の構成を示す図である。
【図６】図１の装置を使って行われるコンタクトホールの検出を示す図である。
【図７】図１の装置を使って行われる強誘電体キャパシタの評価の様子を示す図である。
【図８】得られた強誘電体キャパシタの電気特性の例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施例による半導体装置の評価装置の構成を示す図である。
【図１０】図９の装置の一変形例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施例によるコンタクトパッドの形成方法を示す図である。
【図１２】図１１のコンタクトパッドの形成例を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施例によるコンタクトパッドの形成方法を示す図である。
【図１４】本発明の第５実施例によるコンタクトパッドの形成方法を示す図である。
【図１５】図１４の構成の効果を示す図である。
【図１６】本発明の第６実施例の課題を説明する図である。
【図１７】本発明の第６実施例の課題を説明する別の図である。
【図１８】本発明の第６実施例を示す図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第６実施例の効果を説明する図である。
【図２０】本発明の第７実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０ 走査型プローブ顕微鏡
１１ 試料台
１１Ａ，２１Ａ 試料
１１Ｂ 導電性ペースト
１２，２２ ＳＰＭプローブ
１２Ａ，２１ スキャナ
２３ 駆動機構
２３Ａ プローブ
４０，４０Ａ，４０Ｂ 評価装置
４１ 試料台
４１Ａ 試料ステージ
４１Ｂ 絶縁層
４２ 試料
４２Ａ 下部電極
４２Ｂ 強誘電体膜
４２Ｃ 上部電極
４２Ｄ，５２Ｄ コンタクトパッド
４２Ｅ コンタクトホール
４２Ｇ 半導体装置形成領域
４２Ｉ 絶縁膜
４２Ｍ，４２Ｎ 導電性パターン
４３ ＳＰＭプローブ
４３ａ 先端部
４３Ａ スキャナ
４４ プローブ
４４Ａ プローブ駆動機構

Claims (5)

1. 走査型プローブ顕微鏡のスキャナを駆動することにより、前記スキャナに結合されたＳＰＭプローブにより試料台上の被測定試料を走査し、前記被測定試料中の強誘電体キャパシタを検出する工程と、
   前記走査型プローブ顕微鏡のＳＰＭプローブを前記強誘電体キャパシタの上部電極にコンタクトさせる工程と、
   別のプローブを、前記プローブに結合された駆動機構を前記スキャナとは独立に駆動することにより、前記強誘電体キャパシタの下部電極と接続しているコンタクトパッドにコンタクトさせる工程と、
   前記ＳＰＭプローブおよび前記別のプローブを使って前記強誘電体キャパシタの電気特性を測定する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の評価方法。
2. 前記コンタクトパッドを、前記試料上に半導体素子領域を避けて形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の評価方法。
3. 前記強誘電体キャパシタを覆う絶縁膜に、前記上部電極が露出するようにコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホール内に導体パターンが形成され、前記ＳＰＭプローブが前記導体パターンを介して前記上部電極に電気的にコンタクトす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評価方法。
4. 前記強誘電体キャパシタを覆う絶縁膜に、前記上部電極が露出するようにコンタクトホールが形成され、前記コンタクトホール内に導体パターンが形成され、前記ＳＰＭプローブが前記導体パターンを介して前記上部電極に電気的にコンタクトすることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の評価方法。
5. 前記導体パタ―ンは、成膜初期には成膜後期よりも低いエネルギの集束イオンビーム照射により形成されることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の評価方法。

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