JPH02106051A

JPH02106051A - 電子分析方法

Info

Publication number: JPH02106051A
Application number: JP63260246A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Matsuse; 公裕松瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1990-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、電子分析方法に関する。

（従来の技術）今般、半導体製造工程の技術革新により、ＩＣチップの
高集積化が進み２一定面積に対してＩＣチップを構成す
る回路数が増加している。すなわち、回路を構成するリ
ード線や電極パッドが超微細化している。また同時に、
ＩＣチップの性能の向上をはかった高品質なものが要求
されている。

これらのことに対応するため、研究段階や製造段階で、
半導体ウェハ上に形成された膜質の分析を行なっている
。例えば次に示すような分析を行なっている。

半導体ウェハ上に、スパッタリング装置やＣｖＤ装置で
アルミ（ＡＱ）の膜を形成する。ＡＱ膜形成後。

この装置から次工程装置に半導体ウェハを搬送する。こ
の搬送時にウェハは大気に晒される。この時、ウェハの
ＡＱ膜は酸化され、ＡＱ膜上にアルミナ（Ａら０３）膜
が形成される。ここで次工程処理によっては、上記アル
ミナ膜が悪影響をおよぼす場合があるので、予めアルミ
ナ膜の酸素濃度の分析等を行なっておく、この分析は、
例えば実開昭５８−９５０４７号、実開昭５９−９５５
６３号公報等に開示されているような装置で行なう。こ
の装置では、半導体ウェハ表面に電子ビームやイオンビ
ームを照射する。そして、このことにより半導体ウェハ
表面近傍から発生する２次電子を検出し、この２次電子
の運動エネルギーからウェハ表面近傍の膜質を分析する
６（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のような方法で分析を行なうと次の
ような問題点がある。

半導体ウェハ上のＡＱ膜に、自然に形成されるアルミナ
膜は、時間経過とともに成長する。このため、各装置間
の移動などにより、ウェハが大気に晒され膜質がまちま
ちであり、所望の状態でのアルミナ膜の分析は困難であ
った。また、このことに対応して、分析対象状態を変え
ないために１次の方法が考えられている。所望の分析対
象状態のアルミナ膜の表面に、真空中で金属膜例えばＷ
（タングステン）膜を形成する。すると、ウェハを大気
に晒しても、アルミナ膜は、Ｗ膜によりキャップされ酸
素と反応することがなく、何ら変化は生じない、そして
この状態で分析装置により電子の分光分析を行なう。し
かし、この場合でも、アルミナ膜のキャップとなるＷ膜
は、重い原子で構成されているため１分析時に、表面に
イオンビームや電子ビームを照射しても、酸素の２次電
子の検出を正確に行なうことが出来ず、膜質の分析は困
難であった。

この発明は上記点に対処してなされたもので。

被分析体の分析対象状態を変えずに正確な分析を行なえ
る電子分析方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）この発明は、所定の粒子ビームを照射したときに被分析
体から発生する２次電子から分光分析するに際し、被分
析体の表面を金属原子より軽い原子で構成した膜を被覆
して上記分析を行なうことを特徴とする。

（作用効果）所定の粒子ビームを照射したときに被分析体から発生す
る２次電子から分光分析するに際し、被分析体の表面を
金属原子より軽い原子で構成した膜を被覆して上記分析
を行なうので、被分析体の分析対象状態を変えることな
く分析でき、なおかつ、正確な分析を行なえる効果が得
られる。

（実　施　例）次に１本発明方法を半導体ウェハ上に形成された膜質の
分析を行なうものについて適用した一実施例について図
面を参照して説明する。

まず、この分析に使用する分析装置の構成について第１
図を参照して説明する。

粒子ビーム例えば電子ビーム■を照射する電子銃■が設
けられている。この電子銃■からの電子ビーム■を一旦
絞るため電子銃■の下方に集束レンズ■が設けられてい
る。この集束レンズ■により絞られた電子ビーム■を偏
向するために偏向電極に）が集束レンズ■下方に設けら
れている。上記偏向電極（至）は、走査電源■に接続し
ていて、走査電源■により偏向電極に）を駆動して、電
子ビーム■を所定の方向に偏行できる。また、偏向電極
に）の下方には、電子ビーム■を集束するための対物レ
ンズ０が設けられている。さらに、対物レンズ０の下向
には、被分析体例えば半導体ウェハ■を設置できる設置
台■が設けられていて、対物レンズ■により集束された
電子ビームωがウェハ■上に照射される。そして、ウェ
ハ■への電子ビーム■の照射により発生した２次電子■
を捕捉するための２次電子検出器（１０）が設けられて
いる。この２次電子検出器（１０）は、増幅器（１１）
と制御装置（１２）に直列に接続されている。すなわち
、２次電子検出器（１０）からの信号は、増幅器（１１
）により増幅され、制御装置（１２）により分析される
。また、分析結果は図示しない表示装置により表示する
こともできる０以上のように分析装置が構成されている
。

次に、上記分析装置を使用した半導体ウェハ０表面近傍
の膜質分析方法について説明する。

まず１分析対象膜について説明する。

半導体製造工程には、ウェハω上に配線されたＡＱ膜（
１３）上のスルーホールに、Ｗ膜を選択的に穴埋めする
工程がある。この時、　ＡＱ膜（１３）を形成後、Ｗ膜
を形成する工程までの間にｉ膜（１３）は大気中に晒さ
れることになる。するとＡｆｆｉ膜（１３）上に自然酸
化膜であるアルミナ膜（１４）が形成してしまう。

このアルミナ膜（１４）上にＷ膜を形成してもアルミナ
膜（１４）の電気抵抗が大きいため、品質が低下してし
まう、そこで、Ｗ膜を形成する前に真空中でアルミナ膜
を取り除き、連続動作でＷ膜を形成する必要がある。こ
の処理を実行するには、予め。

アルミナ膜（１４）の酸素濃度や厚さを分析しなければ
ならない。

上記アルミナ膜（１４）の分析に際し、アルミナ膜（１
４）は大気に晒されると順次成長する。すなわち、分析
処理を実行する時に、大気に晒されることがあるとアル
ミナ膜（１４）が成長してしまい、所定の分析状態を保
つことができなくなる。そこで、予め第２図に示すよう
に分析前にアルミナ膜（１４）上にキャップとして金属
原子より軽い原子で構成された膜例えばアモルファスシ
リコン膜（１５）を厚さ例えば５００人程変波覆してお
く。例えば５ｉＨ４（シラン）等によりＣＶＤ装置でア
ルミナ膜（１４）上にアモルファスシリコン膜（１５）
を気相成長させる。すると、アルミナ膜（１４）はアモ
ルファスシリコン膜（１５）により、大気と遮断され分
析対象状態から変化することはない。このような状態で
上記分析装置により膜質の分析を行なう。

電子銃■からの電子ビーム■は、まず集束レンズ■によ
り集束される。そして、偏向型Ｖｉ（イ）により所定の
方向に偏向される。この偏向された電子ビーム■は対物
レンズ０により集束されてウェハ０表面に照射される。

すると、アモルファスシリコン膜（１５）やアルミナ膜
（１４）やＡＱ膜（１３）から２次電子（９）が発生す
る。

この２次電子０を２次電子検出器（１０）で検出する。

そして、この検出器（１０）からの出力信号を増幅器（
１１）で増幅し制御装置（１２）により、検出した２次
電子（９）の運動エネルギーから膜質を分析する。この
分析した結果を第３図（Ａ）に示す。縦軸は、各原子（
０，１！、　ＳＬ）の割合を示し、横軸は表面からの深
さを示している。　ここで、表面から５００人までは、
ｒｓｉＪが８０％以上であり、アモルファスシリコン膜
（１５）を示している。また、約５００〜７００人の深
さでは、ｒＡｆｌ）が増加していて、なおかつｒＯＪが
一定量以上を示し、ＡＱ膜が大気中に晒された時に成長
したアルミナ膜（１４）を示している。さらに、約７０
０人より深くなるとｒＡＮＪが８０％以上の一定値であ
り、ＡＱ膜（１３）を示している。このように、「０」
の濃度の分析が正確に行なえ所望の膜質を分析できる。

ここで、アルミナ膜（１４）上にキャップする膜をＷ膜
とした時の分析結果を第３図（Ｂ）に示す。この場合だ
と、酸素濃度の変化はほとんどみられず、アルミナ膜の
分析を行なうことは困難であった。

すなわち、アルミナ膜上にキャップする膜をアモルファ
スシリコン膜とした場合、Ｗ膜と比較して著しく分析仕
度が向上していることがわかる。

上記実施例では分析対象膜上に被覆する膜をアモルファ
スシリコン膜に適用した例について説明したが、これに
限定されるものではなく、粒子ビームを照射した時に、
分析対象膜からの２次電子の発生を妨害しないものなら
何れでも良く、例えば金属原子より軽い原子で構成され
たものならば何れでも良い。

また、上記実施例では分析装置に電子ビームを使用した
例について説明したがこれに限定されるものでなく、粒
子ビームなら何れでも良く例えばイオンビーム等でも良
いことは言うまでもない。

さらに、上記実施例では分析対象膜としてアルミナ膜の
分析について説明したがこれに限定されるものではなく
、何れの膜にも適用できる。

さらにまた、上記実施例では半導体ウェハ上に形成され
た膜質分析に適用した例について説明したが、これに限
定されるものではなく、液晶表示装置等に用いられるＬ
ＣＤ基板や、プリント基板等に適用しても良い。

以上説明したようにこの実施例によれば、被分析体の表
面を金属原子より軽い原子で構成した膜を被覆した後に
、粒子ビームを照射して、被分析体から発生する２次電
子を検出して分析するので、被分析体の分析状態を変え
ずに分析処理が行なえ、なおかつ、金属原子より軽い原
子で構成した膜は、分析対象膜からの２次電子の発生に
悪影響を与えることがないので、正確な分析結果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するために使用す
る分析装置の構成図、第２図は第１図装置で分析する被
分析体の断面図、第３図は第１図装置による分析結果を
示す図である。１・・・電子ビーム　　　　７・・・半導体ウェハ９・
・・２次電子　　　　　１３・・・ＡＱ膜膜種４・・ア
ルミナ膜１５・・・アモルファスシリコン膜

Claims

【特許請求の範囲】

所定の粒子ビームを照射したときに被分析体から発生す
る２次電子から分光分析するに際し、被分析体の表面を
金属原子より軽い原子で構成した膜を被覆して上記分析
を行なうことを特徴とする電子分析方法。