[发明专利]半导体器件检查装置

说明书

本发明涉及一种使用了电子束的半导体器件的检查，特别是涉及基于测定因电子束的照射而在被检查样品上产生的电流的半导体器件的检查。

一般说来，在存储器等的半导体装置上形成有用于在下部的能动元件和上部的布线层之间连接的接触孔和连通孔。接触孔是借助于反应离子刻蚀氧化膜等绝缘膜形成的，为从表面到衬底基板的通孔。为了最优化蚀刻条件，必须检测出接触孔的外观形状和接触孔的内部形状或接触孔底部的状态。

接触孔径的大小为微米量级以下，因此，可见光无法入射到接触孔的底部，难以用光学的方法检测出其好坏。因此，用于微细结构分析的扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)被用作主要检查装置。在SEM中，使被加速到几十KeV且被聚焦到几nm的电子束碰撞到接触孔区域，通过二次电子检测装置检测出在被碰撞了的区域上产生的二次电子并形成图象。被照射了电子束的样品根据其构成原子产生相应量的二次电子，但在SEM中二次电子检测装置一般被配设在特定的方向上，并没有检测出所有的二次电子。因此，当在样品上存在凹凸时，即便是同样的材料也会产生二次电子被检测到的情形和没被检测到的情形，因而产生反差。这就是由相同物质组成的检查对象产生反差的原因，而且这是SEM的特征。

另一方面，在接触孔或通孔中，导电接触是在接触孔底部实现的，因此，接触孔的开口部固然重要，接触孔底部的形状及其表面状态也非常重要。因近年来的高集成度及多层化，在用于形成高宽比超过10的接触孔的蚀刻过程中，即便在有相同开口部直径的情况下也可能因处理条件的不同而导致内部直径不同。象这样的接触孔内部尺寸不整齐会对器件的特性有大的影响，因此，处理责任者必须控制处理过程，使得所有的接触孔具有相同的尺寸。还有，在实际的制品中不能有这些内部尺寸不整齐，因此，必须把制品作为检查对象，而且，可以无损地检测出这两者(接触孔的内部尺寸及其离散)的技术非常重要。

图4及图5表示使用了SEM的例子，各自表示(a)检查方法、(b)检查结果的例。图4为圆柱状的接触孔的检查例，图5为锥状的接触孔的检查例。在基于SEM的检查中，使电子束31在被检查样品上边扫描边照射，通过二次电子检测器33检测出从被检查样品产生出的二次电子32。

如图4(a)所示，假设被检查样品的构造为在衬底基板42上设有氧化膜等绝缘膜41、并在此绝缘膜41上从开口部被进行垂直蚀刻、并以与开口部几乎相同的直径形成圆柱状的接触孔43。在此情况下，因二次电子的能量小，如果其周围不开阔则难以到达检测器，二次电子量的测定值如图4(b)所示那样。也就是说，所得到的二次电子象在接触孔46的开口部对应处急剧变暗。由此可知在该处有接触孔。

另一方面，如图5(a)所示，接触孔44的形状假设为锥状，越往孔的深处其直径越小，与开口部直径不同。在此情况下，虽然根据检测器的位置有可能观测到来自锥部的二次电子，但实际上接触孔44的高宽比值高，如图5(c)所示，事实上来自孔内壁的电子基本上观测不到。因此，接触孔44的形状或其底部的信息并没有被反映到二次电子象上。

图5(a)所示那样的锥状接触孔即便其开口部良好，但越往底部前面越窄，孔径变得与设计目标不同，接触电阻增大，因此，接触孔也有可能变得不合格。但是，不论接触孔的形状是圆柱状还是锥状，在基于SEM的检查中所得到的检测象都在开口部之处急剧变暗，底部的信息并没有被反映而成同样的象。因此，在通常的SEM中事实上无法区分两者。

通过纵向切断样品的接触孔的中心部分来观察剖面的方法被用作检查接触孔内部或其底部的方法。此方法需要在接触孔的中心精确地把接触孔分为正两半的高水平的技术，考虑到现在的接触孔径为几千埃的量级，事实上不可能以合格判定所必需的10％的精度切开接触孔中心部。还有，这是有损观察，制品不能直接被看到，此外还很费事和费时间。

作为解决这样的课题的机构，在特开平10-281746号公报中公开了检测出由穿过接触孔到达基板的电子束所产生的电流、并检测出接触孔的底部的位置和大小。在特开平4-62857号公报中公开了通过照射离子束而不是电子束来观测二次电子象的方法并记载了测定因离子束的照射所产生的基板电流的方法。

还有，作为类似的技术，在特开平11-026343号公报中公开了形成用于测定掩模位置对准偏差并根据照射电子束时产生的基板电流求出位置对准偏差量的方法。在特开2000-174077号公报中公开了把电子束照射在包含多个接触孔的区域上并根据穿过这些孔的电流值检查该区域上的正常的接触孔的比例的方法。