JPH09205122A - 半導体装置の解析方法および解析装置 - Google Patents

半導体装置の解析方法および解析装置

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JPH09205122A
JPH09205122A JP1245596A JP1245596A JPH09205122A JP H09205122 A JPH09205122 A JP H09205122A JP 1245596 A JP1245596 A JP 1245596A JP 1245596 A JP1245596 A JP 1245596A JP H09205122 A JPH09205122 A JP H09205122A
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JP
Japan
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gas
semiconductor device
etching
section
semiconductor
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Pending
Application number
JP1245596A
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English (en)
Inventor
Naoki Kotani
直樹 粉谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置の異素材,同素材,拡散層の境界
を、安全に再現性良く明確化し、走査型電子顕微鏡で容
易に不良解析することができる。 【解決手段】 解析断面を切り出した半導体装置Pを解
析装置内に設置し、半導体装置Pの解析断面をプラズマ
エッチングし、半導体装置Pを解析装置から取り出し走
査型電子顕微鏡にて解析断面を解析する。解析装置は、
エッチングチャンバ10と、エッチングチャンバ10内
に取り出し可能に設けられ半導体装置Pを支持する半導
体支持治具21と、エッチングチャンバに接続したガス
排気ライン15,ガス導入ライン16と、ガス導入ライ
ン16に接続したエッチングガスボンベ18,19,2
0と、エッチングチャンバ10に設置し高周波電源14
を接続した電極11,12からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の解
析方法および解析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化,高集積化に
伴いパターンルールが微細になり、不良解析も走査型電
子顕微鏡等を用いるようになっている。しかしながら、
半導体装置の素子構成も複雑化し、走査型電子顕微鏡等
でも不良解析が難しくなってきている。
【0003】以下、図3を参照しながら、従来の半導体
装置の解析方法の一例について説明する。図3は、解析
試料Pである自己整合型のバイポーラトランジスタのベ
ース,エミッタ領域の構造断面図である。図3におい
て、30はエピタキシャル基板、31は第1のシリコン
酸化膜、32は第2のシリコン酸化膜、33は第3のシ
リコン酸化膜、34は第1の多結晶シリコン膜、35は
第2の多結晶シリコン膜、36は第3の多結晶シリコン
膜、37はシリコン窒化膜、38はエピタキシャル基板
30と第3の多結晶シリコン膜36の界面、39はエピ
タキシャル基板30と第1の多結晶シリコン膜34の界
面、40は拡散層である。
【0004】つぎに、弗酸と水と硝酸を容積比3:8
0:200の割合で混合する。混合した薬液で解析を実
施する試料Pを処理し、断面を走査型電子顕微鏡で観察
する。混合した薬液では、第1の多結晶シリコン膜3
4,第2の多結晶シリコン膜35,第3の多結晶シリコ
ン膜36とエピタキシャル基板30がエッチングされ、
第1のシリコン酸化膜31と第1の多結晶シリコン膜3
4の境界、第2のシリコン酸化膜32と第1の多結晶シ
リコン膜34の境界、第2の多結晶シリコン膜35とシ
リコン窒化膜37との境界が明確化され、素子の断面形
状から不良解析等ができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、エッチングの反応が酸化・還元反応である
ため、断面の第1のシリコン酸化膜31と第1の多結晶
シリコン膜34、第2のシリコン酸化膜32と第1の多
結晶シリコン膜34、第2の多結晶シリコン膜35とシ
リコン窒化膜37の面積差で電子のやりとりに差が生
じ、エッチングの状態が変化し、再現性に乏しかった。
【0006】また、同素材であれば同じようにエッチン
グされるため、エピタキシャル基板30と第1の多結晶
シリコン膜34の界面39、エピタキシャル基板30と
第3の多結晶シリコン膜36の界面38が明確化され
ず、同素材の境界状態を解析するのは不可能であるとい
う問題点を有していた。さらに、エッチング液に強酸を
使用するため危険であり、作業の安全性に乏しいという
問題点も有していた。
【0007】上記課題に鑑み、この発明の目的は、半導
体装置の異素材,同素材,拡散層の境界を、安全に再現
性良く明確化し、走査型電子顕微鏡で容易に不良解析の
できる半導体装置の解析方法および解析装置を提供する
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の半導体装
置の解析方法は、解析断面を切り出した半導体装置をプ
ラズマエッチング装置内に設置し、半導体装置の解析断
面をプラズマエッチングし、半導体装置をプラズマエッ
チング装置から取り出し走査型電子顕微鏡にて解析断面
を解析するものである。
【0009】請求項2記載の半導体装置の解析方法は、
請求項1において、エッチングガスに、フロン系ガス
と、酸素ガスあるいは窒素ガスとの混合ガスを用いるも
のである。請求項3記載の解析装置は、請求項1または
請求項2記載の半導体装置の解析方法で用いる解析装置
であって、エッチングチャンバと、このエッチングチャ
ンバ内に取り出し可能に設けられ半導体装置を支持する
半導体支持治具と、エッチングチャンバに接続されエッ
チングチャンバ内のガスを排気するガス排気ラインと、
エッチングチャンバに接続されエッチングチャンバ内に
エッチングガスを導入するガス導入ラインと、ガス導入
ラインに接続したエッチングガスボンベと、エッチング
チャンバに設置した一対の電極と、この一対の電極に接
続した高周波電源とを備えたものである。
【0010】請求項4記載の解析装置は、請求項3にお
いて、半導体支持治具が、半導体装置を載置する上向き
溝形の試料固定台と、この試料固定台の一側壁の内面と
で半導体装置を解析断面が上向きとなるように挟み込む
試料固定板と、試料固定板を試料固定台の一側壁方向に
押圧するばねとからなることを特徴とするものである。
【0011】このように構成された半導体装置の解析方
法および解析装置によると、半導体装置の解析断面をプ
ラズマエッチングすることによって、解析断面の異素
材,同素材,拡散層が不純物の濃度の差によってエッチ
ングされ、各々の素材の境界が再現性良く明確化され
る。
【0012】
【発明の実施の形態】この発明の一実施の形態について
図1ないし図3を参照しながら説明する。図1は、この
実施の形態の半導体装置の解析方法で用いる解析装置の
概略構成図を示している。図1において、10はエッチ
ングチャンバ、11は上部電極、12は下部電極、13
はブロッキングコンデンサ、14は高周波電源(RF電
源)、15はガス排気ライン、16はガス導入ライン、
17はマスフローコントローラー、18は酸素ボンベ、
19はCF4 ガスボンベ、20は窒素ボンベ、21は試
料となる半導体装置Pを設置した半導体支持治具であ
る。
【0013】エッチングチャンバ10,上部電極11,
下部電極12の素材はアルミニウムであり、エッチング
チャンバ10内の上部に上部電極11が下部に下部電極
12が、お互いに平行となるように設置されている。ま
た、上部電極11は接地されており、下部電極12はブ
ロッキングコンデンサ13に接続されている。ブロッキ
ングコンデンサ13は高周波電源14に接続されてお
り、高周波のインピーダンスマッチングをする。高周波
電源14は接地されており、13.56MHzの高周波
を供給する。
【0014】半導体支持治具21が下部電極12の中央
に設置されており、半導体支持治具21は下部電極12
から取り外してエッチングチャンバ10内から取り出し
可能で、容易に試料の脱着ができる構造となっている。
また、エッチングチャンバ10の両下端に、各々ガス排
気ライン15とガス導入ライン16が設置されている。
下端にガス排気ライン15とガス導入ライン16を設置
するのは、導入されたガスに対流が生じ、エッチングチ
ャンバ10内にくまなくガスを供給することができるか
らである。
【0015】ガス排気ライン15は真空ポンプ(図示せ
ず)に接続されており、エッチングチャンバ10内の圧
力を一定に保つように制御されている。また、ガス導入
ライン16は3個のマスフローコントローラー17と接
続されている。3個のマスフローコントローラー17
は、各々、例えば酸素ボンベ18,CF4 ガスボンベ1
9,窒素ボンベ20に接続されており、ガス導入ライン
16からエッチングチャンバ10内に供給されるガスの
流量を制御する。
【0016】図2に、半導体支持治具21の斜視図を示
す。半導体支持治具21は、溝形の試料固定台22と、
試料固定板23と、試料固定板23に固定し試料固定台
22の一側壁22aに挿通したガイド棒24と、このガ
イド棒24に外嵌し試料固定板23を試料固定台22の
他側壁22bに押圧する圧縮コイルばね25とからな
る。なお、半導体支持治具21は、プラズマで劣化しな
いアルミニウム製であり、試料固定台22は縦×横×高
さ=3cm×3cm×1cm、両側壁22a,22bの
厚みは3mm、ガイド棒24の長さは4cmであり、走
査型電子顕微鏡の試料観察台として直接使用できる大き
さに形成されている。試料となる半導体装置Pは、試料
固定台22の底壁22cに載置し、他側壁22bと試料
固定板23とで挟持される。
【0017】つぎに、解析断面を切り出した半導体装置
Pを観察したい解析断面が上部電極11と平行になるよ
うに半導体支持治具21に装着し、プラズマエッチング
装置内に設置する。そして、例えばCF4 ガスを90s
ccm、O2 ガスを10sccm流し、圧力26Pa、
高周波電圧100Wで1分10秒程度エッチングする。
【0018】前記条件でエッチングすると砒素注入され
た多結晶シリコン膜36で300nm/分のエッチング
レート、ボロン注入された多結晶シリコン膜34で15
0nm/分のエッチングレート、ボロン注入されたエピ
タキシャル基板30で100nm/分のエッチングレー
ト、シリコン酸化膜31,32,33で10nm/分の
エッチングレート、シリコン窒化膜37で5nm/分の
エッチングレートが得られる。
【0019】エッチングした半導体装置Pを走査型電子
顕微鏡で観察すると、図3に示した第1のシリコン酸化
膜31と第1の多結晶シリコン膜34の境界、第2のシ
リコン酸化膜32と第1の多結晶シリコン膜34の境
界、シリコン窒化膜37と第2の多結晶シリコン膜35
の境界のみならず、エピタキシャル基板30と第3の多
結晶シリコン膜36の界面38、エピタキシャル基板3
0と第1の多結晶シリコン膜34の界面39も明確化さ
れ、鮮明に観察できる。また、拡散層40も鮮明に観察
することができる。すなわち、従来であれば、薬液処理
等の方法しかなくエピタキシャル基板30と第3の多結
晶シリコン膜36の界面38、エピタキシャル基板30
と第1の多結晶シリコン膜34の界面39や、同素材の
膜の境界は不明確で、観察し難かった。しかし本発明の
解析方法を用いれば、全ての境界を観察することがで
き、特性不良等の原因究明に役立つ。
【0020】また、エッチング状態が安定し、再現性良
くエッチングされ、断面の状態にかかわらず全ての境界
を明確化することができるとともに、強酸などの劇物を
使用しないため安全性にも優れている。さらに、半導体
支持治具21を用いれば、容易に不良解析や素子の出来
映えも評価できる。また、走査型電子顕微鏡の試料観察
台としても使用でき、解析作業性に優れる。
【0021】なお、前記実施の形態では、エッチングガ
スにCF4 ガスと酸素ガスを用いたが、酸素ガスの代わ
りに窒素ガスを使用してもよく、あるいはフロン系のガ
スを用いても同様の効果が得られることはいうまでもな
い。
【0022】
【発明の効果】このように構成された半導体装置の解析
方法および解析装置によると、半導体装置の解析断面を
プラズマエッチングすることによって、解析断面の異素
材,同素材,拡散層が不純物の濃度の差によってエッチ
ングされ、各々の素材の境界が再現性良く明確化され、
走査型電子顕微鏡で容易に不良解析をすることができ
る。また、薬品などを使用しないため安全性に優れ、し
かも半導体支持治具にて半導体装置を支持するので、出
来映え評価が容易に行えるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態における解析装置の概略
構成図である。
【図2】この発明の実施の形態における半導体支持治具
の斜視図である。
【図3】解析に用いる半導体装置の構造断面図である。
【符号の説明】
10 エッチングチャンバ 11 上部電極 12 下部電極 14 高周波電源(RF電源) 15 ガス排気ライン 16 ガス導入ライン 18 酸素ボンベ 19 CF4 ガスボンベ 20 窒素ボンベ 21 半導体支持治具 22 試料固定台 23 試料固定板 25 ばね P 半導体装置(試料)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 解析断面を切り出した半導体装置をプラ
    ズマエッチング装置内に設置する過程と、前記半導体装
    置の解析断面をプラズマエッチングする過程と、前記半
    導体装置を前記プラズマエッチング装置から取り出し走
    査型電子顕微鏡にて前記解析断面を解析する過程とを含
    む半導体装置の解析方法。
  2. 【請求項2】 エッチングガスに、フロン系ガスと、酸
    素ガスあるいは窒素ガスとの混合ガスを用いる請求項1
    記載の半導体装置の解析方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の半導体装
    置の解析方法で用いる解析装置であって、 エッチングチャンバと、このエッチングチャンバ内に取
    り出し可能に設けられ半導体装置を支持する半導体支持
    治具と、前記エッチングチャンバに接続され前記エッチ
    ングチャンバ内のガスを排気するガス排気ラインと、前
    記エッチングチャンバに接続され前記エッチングチャン
    バ内にエッチングガスを導入するガス導入ラインと、前
    記ガス導入ラインに接続したエッチングガスボンベと、
    前記エッチングチャンバに設置した一対の電極と、この
    一対の電極に接続した高周波電源とを備えた解析装置。
  4. 【請求項4】 半導体支持治具が、半導体装置を載置す
    る上向き溝形の試料固定台と、この試料固定台の一側壁
    の内面とで前記半導体装置を解析断面が上向きとなるよ
    うに挟み込む試料固定板と、前記試料固定板を前記試料
    固定台の一側壁方向に押圧するばねとからなることを特
    徴とする請求項3記載の解析装置。
JP1245596A 1996-01-29 1996-01-29 半導体装置の解析方法および解析装置 Pending JPH09205122A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006509999A (ja) * 2002-08-02 2006-03-23 イー エイ フィシオネ インストルメンツ インコーポレーテッド 顕微鏡の試料調製方法及び装置
JP2011242327A (ja) * 2010-05-20 2011-12-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 試料の断面形成方法、固定用治具および測定方法
JP2015045745A (ja) * 2013-08-28 2015-03-12 株式会社島津テクノリサーチ 観察試料固定器具

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JP2006509999A (ja) * 2002-08-02 2006-03-23 イー エイ フィシオネ インストルメンツ インコーポレーテッド 顕微鏡の試料調製方法及び装置
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