JPH11251385A - 半導体装置の解析方法 - Google Patents
半導体装置の解析方法Info
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- JPH11251385A JPH11251385A JP4689798A JP4689798A JPH11251385A JP H11251385 A JPH11251385 A JP H11251385A JP 4689798 A JP4689798 A JP 4689798A JP 4689798 A JP4689798 A JP 4689798A JP H11251385 A JPH11251385 A JP H11251385A
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- polishing
- wiring
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 透過電顕観察に比べて簡単な手法である走査
電顕観察によって半導体装置の、特にＡｌ配線部の微細
構造を解析する。 【解決手段】 金属層とその金属の合金層とを有する半
導体装置の断面を観察して解析する方法である。半導体
装置の被解析部分を断面研磨して露出させ、露出部分を
アルカリ溶液を有する化学的機械的研磨法によって研磨
する。
電顕観察によって半導体装置の、特にＡｌ配線部の微細
構造を解析する。 【解決手段】 金属層とその金属の合金層とを有する半
導体装置の断面を観察して解析する方法である。半導体
装置の被解析部分を断面研磨して露出させ、露出部分を
アルカリ溶液を有する化学的機械的研磨法によって研磨
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＬＳＩなどの半導体
装置の断面観察による解析方法に関し、特に半導体装置
のＡｌ配線構造の断面観察による解析方法に関する。
装置の断面観察による解析方法に関し、特に半導体装置
のＡｌ配線構造の断面観察による解析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ配線の良否はＬＳＩなどの半導体装
置の性能、寿命に直接関係するのでＬＳＩなどを製造す
る上で、Ａｌ配線の詳細な構造を知ることは非常に重要
である。絶縁膜上のＡｌ配線としては、一般にＴｉ層、
あるいはＴｉ層とＴｉＮ層などをバリヤ層として用い、
その上にＡｌ配線層を形成することが行われている。し
かし、これまでＡｌ配線中のＴｉ−Ａｌ合金層の生成状
態のような、Ａｌ配線の詳細な情報を知るには透過電子
顕微鏡（透過電顕）で観察する以外に方法はなかった。
置の性能、寿命に直接関係するのでＬＳＩなどを製造す
る上で、Ａｌ配線の詳細な構造を知ることは非常に重要
である。絶縁膜上のＡｌ配線としては、一般にＴｉ層、
あるいはＴｉ層とＴｉＮ層などをバリヤ層として用い、
その上にＡｌ配線層を形成することが行われている。し
かし、これまでＡｌ配線中のＴｉ−Ａｌ合金層の生成状
態のような、Ａｌ配線の詳細な情報を知るには透過電子
顕微鏡（透過電顕）で観察する以外に方法はなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】透過電顕による解析は
非常に有用な方法であるが、薄片の試料（プレパラー
ト）作りが非常に難しく、熟練と時間を要する。また、
透過電顕観察自体も走査電顕観察に比べて技量を要し、
通常、透過電顕による解析は専門家に分析依頼をするの
が一般的であり、従って、透過電顕観察は時間と費用と
を要する解析方法である。そのため、透過電顕による解
析は代表的な箇所のみの解析に限られ、多数の試料を解
析したり、例えば、Ａｌ配線について言えば、ビットラ
イン全てのビア部分を解析するといったことは実際上不
可能であった。
非常に有用な方法であるが、薄片の試料（プレパラー
ト）作りが非常に難しく、熟練と時間を要する。また、
透過電顕観察自体も走査電顕観察に比べて技量を要し、
通常、透過電顕による解析は専門家に分析依頼をするの
が一般的であり、従って、透過電顕観察は時間と費用と
を要する解析方法である。そのため、透過電顕による解
析は代表的な箇所のみの解析に限られ、多数の試料を解
析したり、例えば、Ａｌ配線について言えば、ビットラ
イン全てのビア部分を解析するといったことは実際上不
可能であった。
【０００４】本発明は、透過電顕観察に比べて簡単な手
法である走査電顕観察によって半導体装置の、特にＡｌ
配線部の微細構造を解析し得る方法を提供することを目
的とする。
法である走査電顕観察によって半導体装置の、特にＡｌ
配線部の微細構造を解析し得る方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】ＬＳＩプロセスの開発に
伴い、多数の試料について、多数の場所のＡｌ配線の詳
細な構造を明らかにすることが必要なことから、本発明
者らは走査電顕を使ってこの構造を明らかにする手法を
鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。
伴い、多数の試料について、多数の場所のＡｌ配線の詳
細な構造を明らかにすることが必要なことから、本発明
者らは走査電顕を使ってこの構造を明らかにする手法を
鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。
【０００６】すなわち、本発明による半導体装置の解析
方法は、金属層と該金属の合金層とを有する半導体装置
の断面を観察して解析する方法において、前記半導体装
置の被解析部分を断面研磨して露出させる工程、および
該露出部分をアルカリ溶液を有する化学的機械的研磨法
によって研磨する工程を有することを特徴とするもので
ある。
方法は、金属層と該金属の合金層とを有する半導体装置
の断面を観察して解析する方法において、前記半導体装
置の被解析部分を断面研磨して露出させる工程、および
該露出部分をアルカリ溶液を有する化学的機械的研磨法
によって研磨する工程を有することを特徴とするもので
ある。
【０００７】本発明は、特に、前記金属層がＡｌ層であ
り、前記合金層がＡｌ−Ｔｉ合金層である半導体装置に
適用して好適である。
り、前記合金層がＡｌ−Ｔｉ合金層である半導体装置に
適用して好適である。
【０００８】ここで、化学的機械的研磨法で仕上げ研磨
するときに使用するスラリーは市販の化学的機械的研磨
用のアルカリ系スラリーでよいが、より好ましくはアン
モニア系のスラリーを用いるのがよい。
するときに使用するスラリーは市販の化学的機械的研磨
用のアルカリ系スラリーでよいが、より好ましくはアン
モニア系のスラリーを用いるのがよい。
【０００９】また、その時に使用する研磨パッドは断面
研磨に支障のないものであれば特別限定するものではな
いが、金属研磨用のフラットパッドが好ましく用いられ
る。
研磨に支障のないものであれば特別限定するものではな
いが、金属研磨用のフラットパッドが好ましく用いられ
る。
【００１０】ＬＳＩの解析したい部分を鏡面研磨する方
法としては、研磨治具に試料をセットし、回転するダイ
ヤモンドラッピングフィルム上に水を流しながら試料の
断面をラッピングフィルムに押さえつけて研磨する。最
初は粒度の粗いダイヤモンドラッピングフィルムをを使
って目的の場所まで研磨し、段階的にダイヤモンドラッ
ピングフィルムの粒度を小さくしながら目的の場所まで
研磨していき、最終的に粒度０．１μｍのダイヤモンド
ラッピングフィルムを使って目的の場所を鏡面研磨す
る。
法としては、研磨治具に試料をセットし、回転するダイ
ヤモンドラッピングフィルム上に水を流しながら試料の
断面をラッピングフィルムに押さえつけて研磨する。最
初は粒度の粗いダイヤモンドラッピングフィルムをを使
って目的の場所まで研磨し、段階的にダイヤモンドラッ
ピングフィルムの粒度を小さくしながら目的の場所まで
研磨していき、最終的に粒度０．１μｍのダイヤモンド
ラッピングフィルムを使って目的の場所を鏡面研磨す
る。
【００１１】この研磨操作は比較的簡単で、少しの訓練
で目的とする場所を短時間に鏡面研磨することが可能で
ある。また、透過電顕の試料と違って広い範囲、例えば
配線に沿ってビットライン全部を研磨することも可能で
あり、一度に多くの場所を観察し、解析することができ
る。
で目的とする場所を短時間に鏡面研磨することが可能で
ある。また、透過電顕の試料と違って広い範囲、例えば
配線に沿ってビットライン全部を研磨することも可能で
あり、一度に多くの場所を観察し、解析することができ
る。
【００１２】目的とする部分を鏡面研磨および化学的機
械的研磨処理した試料はそのままでも走査電顕観察が可
能であるが、イオンミリング処理することで、より鮮明
に走査電顕観察することができる。
械的研磨処理した試料はそのままでも走査電顕観察が可
能であるが、イオンミリング処理することで、より鮮明
に走査電顕観察することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】ＬＳＩなどの配線に最も多く使わ
れているＡｌ配線の観察、解析に本発明を実施した場合
を例にして説明する。
れているＡｌ配線の観察、解析に本発明を実施した場合
を例にして説明する。
【００１４】本発明においては、被観察箇所、例えばビ
ア部を含むＡｌ配線部を露出させるよう、通常の研磨法
によって断面研磨して鏡面にする。さらにこの研磨面に
アルカリ系スラリーを用いた化学的機械的研磨法を適用
する。ＳｉＯ2 などの絶縁膜上のＡｌ配線は、通常バッ
ファ層としてのＴｉ層／ＴｉＮ層、あるいはＴｉ層／Ｔ
ｉＮ層／Ｔｉ層などの上にＡｌ層を形成される。その場
合、Ｔｉ層とＡｌ層との境界にはＡｌとＴｉの合金層が
形成される。アルカリ系スラリー、例えばアンモニア系
スラリーを用いた化学的機械的研磨において、Ａｌは、
下記の反応 Ａｌ＋３ＮＨ4 ＯＨ → Ａｌ（ＯＨ）3 ＋３ＮＨ3 ＋
（３／２）Ｈ2 によって水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）3 となり、こ
の水酸化アルミニウムはアンモニア溶液に溶けるので、
結局Ａｌは化学的機械的研磨中に溶出し、下地のＴｉ層
およびＡｌとＴｉの合金層が残るので、Ａｌ配線層の詳
細な構造、特にＡｌとＴｉの合金層の様子を観察するこ
とができる。
ア部を含むＡｌ配線部を露出させるよう、通常の研磨法
によって断面研磨して鏡面にする。さらにこの研磨面に
アルカリ系スラリーを用いた化学的機械的研磨法を適用
する。ＳｉＯ2 などの絶縁膜上のＡｌ配線は、通常バッ
ファ層としてのＴｉ層／ＴｉＮ層、あるいはＴｉ層／Ｔ
ｉＮ層／Ｔｉ層などの上にＡｌ層を形成される。その場
合、Ｔｉ層とＡｌ層との境界にはＡｌとＴｉの合金層が
形成される。アルカリ系スラリー、例えばアンモニア系
スラリーを用いた化学的機械的研磨において、Ａｌは、
下記の反応 Ａｌ＋３ＮＨ4 ＯＨ → Ａｌ（ＯＨ）3 ＋３ＮＨ3 ＋
（３／２）Ｈ2 によって水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）3 となり、こ
の水酸化アルミニウムはアンモニア溶液に溶けるので、
結局Ａｌは化学的機械的研磨中に溶出し、下地のＴｉ層
およびＡｌとＴｉの合金層が残るので、Ａｌ配線層の詳
細な構造、特にＡｌとＴｉの合金層の様子を観察するこ
とができる。
【００１５】
【実施例】ＬＳＩのＡｌ配線層を以下のようにして形成
した。常法に従って、スパッタによってＴｉ（３００
Å）／ＴｉＮ（１０００Å）を堆積した後、ビアホール
内にＷを埋め込み、ビアホール外のＷをエッチバックし
た。その際、ＴｉＮも一部エッチバックされた。残った
ＴｉＮの上にＴｉ（１５０Å）／Ａｌ配線層（４０００
Å）をスパッタによって堆積し、さらにＴｉ（３００
Å）／ＴｉＮ（３００Å）層を設けて第１層の配線層を
形成した。第２層の配線層は、Ｔｉ（３００Å）／Ｔｉ
Ｎ（１０００Å）を堆積した後、ビアホール内にＷを埋
め込み、第１層の配線と同様にビアホール外のＷをエッ
チバックした。その際、ＴｉＮも一部エッチバックされ
たが、残ったＴｉＮの上にＴｉＮ（３００Å）／Ａｌ配
線層（４０００Å）をスパッタによって堆積し、さらに
Ｔｉ（３００Å）／ＴｉＮ（３００Å）層を設けた構成
とした。
した。常法に従って、スパッタによってＴｉ（３００
Å）／ＴｉＮ（１０００Å）を堆積した後、ビアホール
内にＷを埋め込み、ビアホール外のＷをエッチバックし
た。その際、ＴｉＮも一部エッチバックされた。残った
ＴｉＮの上にＴｉ（１５０Å）／Ａｌ配線層（４０００
Å）をスパッタによって堆積し、さらにＴｉ（３００
Å）／ＴｉＮ（３００Å）層を設けて第１層の配線層を
形成した。第２層の配線層は、Ｔｉ（３００Å）／Ｔｉ
Ｎ（１０００Å）を堆積した後、ビアホール内にＷを埋
め込み、第１層の配線と同様にビアホール外のＷをエッ
チバックした。その際、ＴｉＮも一部エッチバックされ
たが、残ったＴｉＮの上にＴｉＮ（３００Å）／Ａｌ配
線層（４０００Å）をスパッタによって堆積し、さらに
Ｔｉ（３００Å）／ＴｉＮ（３００Å）層を設けた構成
とした。
【００１６】このＬＳＩのビア部を含むＡｌ配線層を観
察するために、アイテス社製の研磨治具「けんまくん」
を使用し、ダイヤモンドラッピングフィルム上に水を流
しながらＬＳＩの断面を鏡面研磨した後、この鏡面研磨
した断面を市販のアンモニア系化学的機械的研磨用スラ
リーと金属研磨用のフラットパッドを使用し、パッドの
回転数３０ｒｐｍで約１分間、仕上げ研磨した。化学的
機械的研磨によって仕上げ研磨したした断面を（株）日
立製作所製のＥ−３２００フラットミリング装置を用い
て、傾斜角１５度、印加電圧４ｋＶ、放電電流１ｍＡ、
ミリング時間１５分の条件でイオンミリングし、さら
に、白金を厚さ６０Åスパッタした後、日本電子（株）
製の走査電顕ＪＳＭ−６０００Ｆを用いて加速電圧７ｋ
Ｖ、倍率約２万倍の条件で断面を観察した。
察するために、アイテス社製の研磨治具「けんまくん」
を使用し、ダイヤモンドラッピングフィルム上に水を流
しながらＬＳＩの断面を鏡面研磨した後、この鏡面研磨
した断面を市販のアンモニア系化学的機械的研磨用スラ
リーと金属研磨用のフラットパッドを使用し、パッドの
回転数３０ｒｐｍで約１分間、仕上げ研磨した。化学的
機械的研磨によって仕上げ研磨したした断面を（株）日
立製作所製のＥ−３２００フラットミリング装置を用い
て、傾斜角１５度、印加電圧４ｋＶ、放電電流１ｍＡ、
ミリング時間１５分の条件でイオンミリングし、さら
に、白金を厚さ６０Åスパッタした後、日本電子（株）
製の走査電顕ＪＳＭ−６０００Ｆを用いて加速電圧７ｋ
Ｖ、倍率約２万倍の条件で断面を観察した。
【００１７】図１にその走査電顕写真を示す。上述した
ように、Ａｌは化学的機械的研磨によって溶出するが、
ＡｌとＴｉの界面に形成されたＴｉ−Ａｌ合金は溶出せ
ずに残存する。そのために、Ｔｉ−Ａｌ合金は波状（ま
たは雲状）の層として明瞭に観察された。一方、Ａｌと
ＴｉＮの界面にはＴｉ−Ａｌ合金が形成されていないこ
とがわかる。
ように、Ａｌは化学的機械的研磨によって溶出するが、
ＡｌとＴｉの界面に形成されたＴｉ−Ａｌ合金は溶出せ
ずに残存する。そのために、Ｔｉ−Ａｌ合金は波状（ま
たは雲状）の層として明瞭に観察された。一方、Ａｌと
ＴｉＮの界面にはＴｉ−Ａｌ合金が形成されていないこ
とがわかる。
【００１８】比較例として、上記の実施例と同じＬＳＩ
の同一部位の断面を化学的機械的研磨を用いない従来方
法によって、鏡面研磨した。次いで、この鏡面研磨した
断面を実施例と同様にしてイオンミリングし、白金スパ
ッタを行って走査電顕観察した。
の同一部位の断面を化学的機械的研磨を用いない従来方
法によって、鏡面研磨した。次いで、この鏡面研磨した
断面を実施例と同様にしてイオンミリングし、白金スパ
ッタを行って走査電顕観察した。
【００１９】その断面走査電顕写真を図２に示す。上述
した実施例による図１と異なって、Ｔｉ−Ａｌ合金層は
観察することができなかった。
した実施例による図１と異なって、Ｔｉ−Ａｌ合金層は
観察することができなかった。
【００２０】図１と図２の比較から、本発明の方法によ
って、従来法では観察できなかったＡｌ配線部の微細構
造を知り得ることがわかる。
って、従来法では観察できなかったＡｌ配線部の微細構
造を知り得ることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＬＳＩなどの半導体装置の配線の構造を詳細に観察する
ことができるので、走査電顕観察という簡便な方法で、
配線層の状態を具体的に解析することができる。
ＬＳＩなどの半導体装置の配線の構造を詳細に観察する
ことができるので、走査電顕観察という簡便な方法で、
配線層の状態を具体的に解析することができる。
【図１】本発明を適用して観察したＡｌ配線層の走査電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
【図２】従来法を適用して観察したＡｌ配線層の走査電
子顕微鏡写真である。
子顕微鏡写真である。
Claims (3)
- 【請求項１】 金属層と該金属の合金層とを有する半導
体装置の断面を観察して解析する方法において、前記半
導体装置の被解析部分を断面研磨して露出させる工程、
および該露出部分をアルカリ溶液を有する化学的機械的
研磨法によって研磨する工程を有することを特徴とする
半導体装置の解析方法。 - 【請求項２】 前記金属層がＡｌ層であり、前記合金層
がＡｌＴｉ合金層であることを特徴とする請求項１に記
載の半導体装置の解析方法。 - 【請求項３】 前記アルカリ系溶液がアンモニア溶液で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体
装置の解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4689798A JPH11251385A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 半導体装置の解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4689798A JPH11251385A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 半導体装置の解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251385A true JPH11251385A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=12760165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4689798A Withdrawn JPH11251385A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | 半導体装置の解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11251385A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241705A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process of manufacturing electron microscopic sample for analysing a semiconductor device |
| CN111653498A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-11 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种半导体结构及其研磨方法 |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP4689798A patent/JPH11251385A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1241705A1 (en) * | 2001-03-14 | 2002-09-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process of manufacturing electron microscopic sample for analysing a semiconductor device |
| US6593231B2 (en) | 2001-03-14 | 2003-07-15 | Fujio Masuoka | Process of manufacturing electron microscopic sample and process of analyzing semiconductor device |
| CN111653498A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-09-11 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种半导体结构及其研磨方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050510 |