JP3185774B2 - Standard sample for contact hole inspection, its manufacturing method and contact hole inspection method - Google Patents
Standard sample for contact hole inspection, its manufacturing method and contact hole inspection methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスに
形成されたコンタクトホールの検査にあたり、コンタク
トホールの底面に残存した残存膜の膜厚を評価するため
の標準試料、その製造方法、および、その標準試料を用
いた検査方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a standard sample for evaluating the thickness of a residual film remaining on the bottom surface of a contact hole when inspecting a contact hole formed in a semiconductor device, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to an inspection method using a standard sample.
【0002】[0002]
【従来の技術】コンタクトホールは、半導体デバイスの
支持基板等上に形成された厚さ数千Åの絶縁膜等に穴を
開口した構造である。そして、コンタクトホールは、通
常、RIE法(反応性イオンエッチング法)等のエッチ
ングによって形成される。エッチングで形成されるコン
タクトホールは、しばしば完全な開口とはならない。そ
の結果、本来絶縁膜等の表面から支持基板表面まで貫通
すべきコンタクトホールの底面に絶縁膜等が残ることが
ある。2. Description of the Related Art A contact hole has a structure in which a hole is opened in an insulating film or the like having a thickness of several thousand mm formed on a supporting substrate or the like of a semiconductor device. The contact holes are usually formed by etching such as RIE (reactive ion etching). Contact holes formed by etching are often not complete openings. As a result, the insulating film or the like may remain on the bottom surface of the contact hole that should originally penetrate from the surface of the insulating film or the like to the surface of the support substrate.
【0003】このため、形成されたコンタクトホールの
開口の様子を非破壊で検査する、非破壊コンタクトホー
ル開口検査装置が開発されている。この装置によるコン
タクトホールの検査では、装置の真空チャンバに載置さ
れた検査対象の半導体デバイスのコンタクトホールに、
図17に示すように、電子ビームEBを照射する。電子
ビームEBが照射された部分は、二次電子を放出する。
そして、この二次電子を二次電子検出器で検出して、二
次電子像を観察する。For this reason, a non-destructive contact hole opening inspection apparatus has been developed which non-destructively inspects the state of an opening of a formed contact hole. In the inspection of a contact hole by this apparatus, a contact hole of a semiconductor device to be inspected placed in a vacuum chamber of the apparatus is
As shown in FIG. 17, the electron beam EB is irradiated. The part irradiated with the electron beam EB emits secondary electrons.
Then, the secondary electrons are detected by a secondary electron detector, and a secondary electron image is observed.
【0004】電子ビームの加速電圧が1kV程度の場
合、この二次電子のエネルギーは、高々数eV(エレク
トロンボルト)である。そして、このエネルギーの大き
さは、電子ビームを照射した部分の材料の仕事関数によ
って決まる。When the acceleration voltage of the electron beam is about 1 kV, the energy of the secondary electrons is at most several eV (electron volts). The magnitude of this energy is determined by the work function of the material of the portion irradiated with the electron beam.
【0005】さらに、この二次電子の放出効率、すなわ
ち、二次電子が二次電子検出器に到達して検出されるか
否かは、電子ビームの照射部分の表面電位で主に決ま
る。例えば、図17に示すように、コンタクトホール4
2が絶縁膜を貫通し、その底面に支持基板10が露出し
ている場合と、エッチングが不十分でコンタクトホール
42の底面に残存膜44が残存している場合とでは、コ
ンタクトホール42の底面の電位が異なる。その結果、
開口が十分なコンタクトホール42と、開口が不十分な
不良コンタクトホールとでは、底面から放出される二次
電子の放出効率が異なるため、二次電子像におけるコン
トラストが異なる。Further, the emission efficiency of the secondary electrons, that is, whether or not the secondary electrons reach the secondary electron detector and are detected is mainly determined by the surface potential of the irradiated portion of the electron beam. For example, as shown in FIG.
2 penetrates through the insulating film and the supporting substrate 10 is exposed at the bottom surface, and when the remaining film 44 remains at the bottom surface of the contact hole 42 due to insufficient etching. Are different. as a result,
The contrast of the secondary electron image differs between the contact hole 42 having a sufficient opening and the defective contact hole having an insufficient opening because the emission efficiency of the secondary electrons emitted from the bottom surface is different.
【0006】例えば、検査対象の半導体デバイスの裏面
を接地した場合、下地の支持基板が露出しているコンタ
クトホールの底面は、二次電子像において黒く見える。
これに対して、底面に残存膜が残存しているコンタクト
ホールの底面は、二次電子像において白く見える。従っ
て、残存膜の有無によって、画像のコントラストに差が
生じるので、残存膜の有無を検出することができる。す
なわち、残存膜の有無の定性的な判断をすることができ
る。For example, when the back surface of the semiconductor device to be inspected is grounded, the bottom surface of the contact hole where the underlying support substrate is exposed looks black in the secondary electron image.
In contrast, the bottom surface of the contact hole in which the remaining film remains on the bottom surface looks white in the secondary electron image. Therefore, the contrast of the image differs depending on the presence or absence of the remaining film, and thus the presence or absence of the remaining film can be detected. That is, it is possible to make a qualitative judgment on the presence or absence of the remaining film.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】エッチングによりコン
タクトホールを開口するにあたっては、コンタクトホー
ルの底面に下地の支持基板が露出した直後に、エッチン
グを停止することが望ましい。コンタクトホール貫通後
もエッチングを継続すると、下地基板に与えるダメージ
が大きくなるからである。そこで、被エッチング層を正
確に貫通し、かつ、下地基板のダメージを最小にしてコ
ンタクトホールを形成する最適なエッチング条件(エッ
チング時間など)を求めるためには、コンタクトホール
の底面に残存膜が残った場合に、その残存膜の膜厚を測
定することが必要となる。In opening a contact hole by etching, it is desirable to stop the etching immediately after the underlying supporting substrate is exposed at the bottom of the contact hole. This is because, if the etching is continued after penetrating the contact hole, the damage to the underlying substrate increases. Therefore, in order to determine the optimum etching conditions (such as etching time) for forming a contact hole while accurately penetrating the layer to be etched and minimizing damage to the underlying substrate, a residual film remains on the bottom surface of the contact hole. In such a case, it is necessary to measure the thickness of the remaining film.
【0008】しかしながら、従来、二次電子像では、残
存膜の有無は検出できても、残存膜の厚さを測定するこ
とができなかった。このため、従来は、二次電子像を観
察して不良コンタクトホールを検出した後、その不良コ
ンタクトホールの残存膜厚を測定するため、さらにコン
タクトホールの断面TEM(透過型電子顕微鏡)像を観
察する必要があった。その結果、従来は、残存膜厚を測
定するのに、多大な時間を要していた。[0008] However, conventionally, in the secondary electron image, the thickness of the remaining film cannot be measured, although the presence or absence of the remaining film can be detected. For this reason, conventionally, after detecting a defective contact hole by observing a secondary electron image, a cross-sectional TEM (transmission electron microscope) image of the contact hole is further observed to measure the remaining film thickness of the defective contact hole. I needed to. As a result, conventionally, it took a long time to measure the remaining film thickness.
【0009】その上、断面TEM像を観察するための試
料を用意するには、FIB(フォーカスド・イオン・ビ
ーム(FOCUSED ION BEAM))を用いるなど高度な技術が
必要とされる。さらに、TEMの観察範囲は、二次電子
像の観察範囲に比べて極めて狭い。このため、二次電子
像で発見された全ての不良コンタクトホールの残存膜厚
を測定することは極めて困難であった。In addition, in order to prepare a sample for observing a cross-sectional TEM image, an advanced technique such as the use of a FIB (Focused Ion Beam) is required. Further, the observation range of the TEM is extremely narrow as compared with the observation range of the secondary electron image. For this reason, it was extremely difficult to measure the remaining film thickness of all the defective contact holes found in the secondary electron image.
【0010】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たものであり、コンタクトホールの底面の残存膜厚を容
易に求めるための技術の提供を目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and has as its object to provide a technique for easily obtaining the remaining film thickness at the bottom surface of a contact hole.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この出願にかかる発明者は、種々の実験および検討
を重ねた結果、二次電子像におけるコンタクトホールの
底面のコントラストが、残存膜の厚さによって異なる事
実に着目した。そして、二次電子像におけるコンタクト
ホール底面のコントラストを、残存膜厚が既知である標
準試料のコントラストと比較すれば、残存膜の有無だけ
でなく、残存膜厚も容易に測定できることに想到した。In order to achieve this object, the inventor of the present application has conducted various experiments and studies, and as a result, the contrast of the bottom surface of the contact hole in the secondary electron image has been reduced. We paid attention to the fact that it depends on the thickness. Then, by comparing the contrast of the bottom surface of the contact hole in the secondary electron image with the contrast of a standard sample having a known remaining film thickness, it was conceived that not only the presence or absence of the remaining film but also the remaining film thickness could be easily measured.
【0012】ところが、残存膜の厚みは、通常、数Å〜
数百Åと非常に薄い。そのため、意図的に、残存膜厚を
この数Å〜数十Åの厚さに正確に制御してエッチングを
行うことは極めて困難である。このため、残存膜厚がエ
ッチングにより制御された標準試料を形成することは事
実上不可能であった。そこで、この発明者は、膜厚を制
御できる標準試料として、支持基板表面に既知の膜厚の
擬似残存膜を成膜した平面板を標準試料とすることを考
え付いた。However, the thickness of the remaining film is usually several Å to
Very thin, several hundred square meters. For this reason, it is extremely difficult to intentionally control the remaining film thickness accurately to the thickness of several to several tens of millimeters and perform etching. For this reason, it was practically impossible to form a standard sample whose remaining film thickness was controlled by etching. Therefore, the inventor has conceived of using a flat plate having a pseudo residual film having a known film thickness formed on the surface of a supporting substrate as a standard sample capable of controlling the film thickness.
【0013】しかしながら、二次電子の電流値は、残存
膜厚だけでなく、コンタクトホールの形成された半導体
デバイスの表面形状の影響を受ける。例えば、底面から
放出された二次電子は、コンタクトホールの側壁に吸収
されたり、コンタクトホールの内部の複雑な電界の影響
を受ける。このため、平面板の標準試料と、実際のコン
タクトホールの残存膜とでは、膜厚が同じであっても、
二次電子像のコントラストが異なってしまう。従って、
平面板を標準試料としても、残存膜厚を正確に測定する
ことは困難である。However, the current value of the secondary electrons is affected not only by the remaining film thickness but also by the surface shape of the semiconductor device in which the contact hole is formed. For example, secondary electrons emitted from the bottom surface are absorbed by the side wall of the contact hole or affected by a complicated electric field inside the contact hole. Therefore, even if the thickness of the standard sample of the flat plate is the same as that of the actual remaining film of the contact hole,
The contrast of the secondary electron image will be different. Therefore,
Even if a flat plate is used as a standard sample, it is difficult to accurately measure the remaining film thickness.
【0014】このため、この発明者は、更なる検討およ
び実験を重ねた結果、擬似残存膜状に、光感応性樹脂を
用いて、コンタクトホールに相当する開口部を設けた樹
脂層を積層すれば、実際のコンタクトホールと同様の二
次電子像のコントラストが得られることに想到した。For this reason, as a result of further studies and experiments, the inventor of the present invention has found that a resin layer having an opening corresponding to a contact hole is laminated in a pseudo residual film shape using a photosensitive resin. For example, the inventor has conceived that a contrast of a secondary electron image similar to that of an actual contact hole can be obtained.
【0015】(標準試料)そこで、本発明の請求項1記
載のコンタクトホール検査用標準試料によれば、支持基
板上に、膜厚が既知の擬似残存膜と、感光性樹脂を硬化
処理した樹脂層とを順次に積層し、樹脂層に、当該樹脂
層を貫通する開口部を設けた構成としてある。According to the standard sample for contact hole inspection according to the first aspect of the present invention, a pseudo residual film having a known film thickness and a resin obtained by curing a photosensitive resin are provided on a support substrate. Layers are sequentially laminated, and an opening is provided in the resin layer to penetrate the resin layer.
【0016】このように、本発明の請求項1記載のコン
タクトホール検査用標準試料によれば、エッチングによ
り擬似残存膜を形成するのでなく、膜厚が既知の擬似残
存膜を支持基板上に形成し、その上に、コンタクトホー
ルに相当する開口部を有する樹脂層を、感光性樹脂を硬
化処理することにより形成した構成を有する。As described above, according to the standard sample for contact hole inspection according to the first aspect of the present invention, instead of forming a pseudo residual film by etching, a pseudo residual film having a known film thickness is formed on a supporting substrate. Further, a resin layer having an opening corresponding to a contact hole is formed thereon by curing a photosensitive resin.
【0017】このため、結果的にエッチングによってコ
ンタクトホールの底面に厚みが既知の残存膜が残ったの
と同じ構造とすることができる。その結果、二次電子像
において、標準試料の開口部のコントラストと、検査対
象のコンタクトホールのコントラストとを比較して、残
存膜厚を容易に求めることができる。また、標準試料の
貫通電流値と検査対象の貫通電流とを比較することによ
っても、残存膜厚を容易に求めることができる。As a result, the same structure as that in which a residual film having a known thickness remains on the bottom surface of the contact hole by etching can be obtained. As a result, in the secondary electron image, the remaining film thickness can be easily obtained by comparing the contrast of the opening of the standard sample with the contrast of the contact hole to be inspected. Further, the residual film thickness can be easily obtained by comparing the through current value of the standard sample with the through current of the inspection object.
【0018】なお、感光性樹脂を用いれば、擬似残存膜
を傷めることなく、開口部のパターニングをすることが
できる。このため、例えば数Åという非常に薄い擬似残
存膜に事実上ダメージを与えることなく、その上に、任
意のアスペクト比の開口部を有する樹脂層を形成するこ
とができる。If a photosensitive resin is used, the opening can be patterned without damaging the pseudo residual film. For this reason, a resin layer having an opening having an arbitrary aspect ratio can be formed thereon without practically damaging a very thin pseudo residual film having a thickness of, for example, several Å.
【0019】また、開口部寸法の微細加工の限界は単純
にリソグラフィーの限界で決定される。一方、検査対象
のコンタクトホール寸法の微細加工限界もリソグラフィ
ーの微細加工限界によって決定される。従って、コンタ
クトホールの寸法が微少であっても、標準試料の開口部
の寸法を、検査対象のコンタクトホールの寸法と原則的
に同一とすることができる。The limit of the fine processing of the opening size is simply determined by the limit of lithography. On the other hand, the fine processing limit of the contact hole size to be inspected is also determined by the fine processing limit of lithography. Therefore, even if the size of the contact hole is very small, the size of the opening of the standard sample can be made basically the same as the size of the contact hole to be inspected.
【0020】また、請求項2では、擬似残存膜の材料
を、検査対象のコンタクトホールの底面に残存した残存
膜の材料と同一とした構成としてある。このように、請
求項2記載の発明によれば、検査対象のコンタクトホー
ルの底面に実際に形成される残存膜と等しい材料で、厚
みが既知の擬似残存膜を形成するので、二次電子像にお
けるコントラストおよび貫通電流値を、実際のコンタク
トホール底面のコントラスト及び貫通電流値により近づ
けることができる。その結果、残存膜の膜厚をより正確
に評価することができる。Further, the material of the pseudo remaining film is the same as the material of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole to be inspected. As described above, according to the second aspect of the present invention, since the pseudo residual film having a known thickness is formed of the same material as the residual film actually formed on the bottom surface of the contact hole to be inspected, the secondary electron image is formed. Can be made closer to the actual contrast and the through current value of the bottom surface of the contact hole. As a result, the thickness of the remaining film can be more accurately evaluated.
【0021】また、請求項3では、残存膜の開口部の平
面寸法およびアスペクト比を、検査対象のコンタクトホ
ールの平面寸法およびアスペクト比と同一とした構成と
してある。このように、請求項3記載の発明によれば、
検査対象のコンタクトホールの形状と同じ形状で標準試
料を形成するので、二次電子像におけるコントラスト及
び貫通電流値を、実際のコンタクトホール底面のコント
ラスト及び貫通電流値により近づけることができる。そ
の結果、半導体デバイスの表面形状によらずに、残存膜
の膜厚をより正確に評価することができる。According to a third aspect of the present invention, the plane size and the aspect ratio of the opening of the remaining film are the same as the plane size and the aspect ratio of the contact hole to be inspected. Thus, according to the third aspect of the invention,
Since the standard sample is formed in the same shape as the shape of the contact hole to be inspected, the contrast and the through current value in the secondary electron image can be made closer to the actual contrast and the through current value of the bottom surface of the contact hole. As a result, the thickness of the remaining film can be more accurately evaluated regardless of the surface shape of the semiconductor device.
【0022】また、請求項4では、擬似残存膜を、支持
基板上の一部分にのみ設け、当該擬似残存膜の形成領域
および非形成領域において、感光性樹脂にそれぞれ開口
部を設けた構成としてある。このように、請求項4記載
の発明によれば、一つの標準試料に、擬似残存膜がある
開口部と、擬似残存膜がない開口部とを設けている。こ
のため、一つの標準試料で、開口が完全な場合と不完全
な場合とのコントラストを得ることができる。According to a fourth aspect of the present invention, the pseudo residual film is provided only on a part of the support substrate, and the photosensitive resin is provided with openings in the formation region and the non-formation region of the pseudo residual film. . Thus, according to the invention of claim 4, one standard sample is provided with an opening having a pseudo residual film and an opening having no pseudo residual film. For this reason, it is possible to obtain a contrast between a case where the aperture is complete and a case where the aperture is incomplete with one standard sample.
【0023】また、実際の半導体デバイスのコンタクト
ホール被形成層(残存膜と同じ材料)の電気的特性と、
樹脂層の電気的特性とは、通常異なっている。特に、電
気的特性のうち、誘電率は、通常、樹脂層の値が、コン
タクトホール被形成層の値よりも大きくなっている。そ
して、樹脂層の電気的特性の違いによって、二次電子像
のコントラストや貫通電流値が異なることがある。Further, the electrical characteristics of the contact hole formation layer (the same material as the remaining film) of the actual semiconductor device,
The electrical characteristics of the resin layer are usually different. In particular, among the electrical characteristics, the dielectric constant is generally such that the value of the resin layer is larger than the value of the contact hole formation layer. The contrast and the through current value of the secondary electron image may be different due to the difference in the electrical characteristics of the resin layer.
【0024】そこで、請求項5記載の発明では、樹脂層
の誘電率を、検査対象のコンタクトホール被形成層の誘
電率と等しくした構成としてある。このように、請求項
5記載の発明によれば、樹脂層の誘電率を実際のコンタ
クトホール被形成層の誘電率とを等しくしたので、標準
試料の二次電子像におけるコントラスト及び貫通電流値
を、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホール
のコントラスト及び貫通電流値により近づけることがで
きる。その結果、より正確に残存膜厚を評価することが
できる。Therefore, the invention according to claim 5 is configured such that the dielectric constant of the resin layer is equal to the dielectric constant of the contact hole formation layer to be inspected. As described above, according to the fifth aspect of the present invention, since the dielectric constant of the resin layer is made equal to the actual dielectric constant of the contact hole formation layer, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample are reduced. The contrast and the through current value of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness can be made closer. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0025】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地には、不純物拡
散層が形成されていることが多い。そして、不純物拡散
層の有無によって、二次電子像のコントラスト及び貫通
電流値が異なることがある。In an actual semiconductor device, an impurity diffusion layer is often formed as a base to be exposed at the bottom of the contact hole. The contrast and the through current value of the secondary electron image may differ depending on the presence or absence of the impurity diffusion layer.
【0026】そこで、請求項6では、支持基板に、検査
対象のコンタクトホール底面に露出すべき支持基板に形
成された不純物拡散層と、不純物種類および不純物濃度
が同一の不純物拡散層を設けた構成としてある。このよ
うな構成としたので、請求項6記載の発明によれば、検
査対象の半導体デバイスの支持基板に不純物拡散層が設
けられていても、標準試料の二次電子像におけるコント
ラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実
際のコンタクトホールのコントラスト及び貫通電流値に
より近づけることができる。その結果、より正確に残存
膜厚を評価することができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a structure in which an impurity diffusion layer having the same impurity type and impurity concentration as the impurity diffusion layer formed on the support substrate to be exposed at the bottom of the contact hole to be inspected is provided on the support substrate. There is. With this configuration, according to the present invention, even if the impurity diffusion layer is provided on the support substrate of the semiconductor device to be inspected, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample are provided. Can be made closer to the contrast and the through current value of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0027】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地には、ウエルが
部分的に形成されていることが多い。そして、コンタク
トホール形成位置のウエルの有無によって、二次電子像
のコントラスト及び貫通電流値が異なることがある。In an actual semiconductor device, a well to be exposed at the bottom of the contact hole is often partially formed with a well. The contrast of the secondary electron image and the through current value may differ depending on the presence or absence of the well at the contact hole formation position.
【0028】そこで、請求項7では、支持基板の一部分
に、検査対象のコンタクトホール底面に露出すべき支持
基板に形成されたウエルと、不純物種類および不純物濃
度が同一のウエルを設けた構成としてある。このような
構成としたので、請求項7記載の発明によれば、検査対
象の半導体デバイスの支持基板のコンタクトホールの直
下にウエルが設けられている場合でも、標準試料の二次
電子像におけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
スト及び貫通電流値により近づけることができる。その
結果、より正確に残存膜厚を評価することができる。In view of this, a seventh aspect of the present invention has a structure in which a part of the support substrate is provided with a well having the same impurity type and impurity concentration as the well formed on the support substrate to be exposed on the bottom surface of the contact hole to be inspected. . With such a configuration, according to the invention of claim 7, even when the well is provided immediately below the contact hole of the support substrate of the semiconductor device to be inspected, the contrast in the secondary electron image of the standard sample is improved. In addition, the through current value can be made closer to the contrast and the through current value of the actual contact hole having the remaining film having the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0029】また、実際の半導体デバイスにおいて、コ
ンタクトホールの底面に露出すべき下地基板として、S
OI基板が用いられることが多くなってきている。そし
て、支持基板がSOI基板である場合とない場合とで、
二次電子像のコントラスト及び貫通電流値が異なること
がある。In an actual semiconductor device, the underlying substrate to be exposed at the bottom of the contact hole is S
OI substrates are increasingly used. Then, depending on whether the support substrate is an SOI substrate or not,
The contrast and the through current value of the secondary electron image may be different.
【0030】そこで、請求項8では、支持基板を、SO
I(シリコン・オン・インシュレータ)基板としたこと
を特徴としてある。このような構成としたので、請求項
8記載の発明によれば、検査対象の半導体デバイスの支
持基板がSOI基板である場合でも、標準試料の二次電
子像におけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚さ
の残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラス
ト及び貫通電流値により近づけることができる。その結
果、より正確に残存膜厚を評価することができる。Therefore, in claim 8, the supporting substrate is made of SO
It is characterized by using an I (silicon on insulator) substrate. With such a configuration, according to the invention of claim 8, even when the support substrate of the semiconductor device to be inspected is an SOI substrate, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample are the same. It can be made closer to the contrast and through current value of an actual contact hole having a residual film having a thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0031】また、実際の半導体デバイスにおいては、
基板の裏面側に絶縁膜が設けられているものがある。こ
のようの半導体デバイスに電子ビームを照射した場合、
裏面側の絶縁膜の有無によって、二次電子像におけるコ
ントラスト及び貫通電流値が異なる場合がある。In an actual semiconductor device,
In some cases, an insulating film is provided on the back side of the substrate. When such a semiconductor device is irradiated with an electron beam,
Depending on the presence or absence of the insulating film on the back side, the contrast and the through current value in the secondary electron image may be different.
【0032】そこで、請求項9では、支持基板の裏面
に、絶縁膜を設けた構成としてある。このように、請求
項9記載の発明によれば、支持基板の裏面に絶縁膜を設
けたので、検査対象の半導体デバイスに裏面絶縁膜が設
けられている場合でも、標準試料の二次電子像における
コントラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有
する実際のコンタクトホールのコントラスト及び貫通電
流値により近づけることができる。その結果、より正確
に残存膜厚を評価することができる。Therefore, in the ninth aspect, an insulating film is provided on the back surface of the support substrate. As described above, according to the ninth aspect of the present invention, since the insulating film is provided on the back surface of the support substrate, even when the back surface insulating film is provided on the semiconductor device to be inspected, the secondary electron image of the standard sample is provided. Can be made closer to the contrast and the through current value of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0033】また、実際の半導体デバイスにおいては、
コンタクトホールは、様々な間隔で設けられている。こ
のため、コンタクトホールの平面分布密度は、様々であ
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールの平面
分布密度によって異なることがある。In an actual semiconductor device,
Contact holes are provided at various intervals. For this reason, the planar distribution density of the contact holes varies. The contrast and the through current value of the contact hole in the secondary electron image may differ depending on the planar distribution density of the contact hole.
【0034】そこで、請求項10では、開口部の平面分
布密度が互いに異なるように、複数の前記開口部を前記
樹脂層に不均一に配置した構成としてある。このよう
に、請求項10記載の発明によれば、種々の平面分布密
度で開口部を設けてあるので、検査対象のコンタクトホ
ールの平面分布密度と同じ分布密度の開口部を選択して
標準試料のコントラストとすることができる。その結
果、標準試料の二次電子像におけるコントラスト及び貫
通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタク
トホールのコントラストにより近づけることができる。
このため、より正確に残存膜厚を評価することができ
る。Therefore, in the tenth aspect, the plurality of openings are unevenly arranged in the resin layer so that the planar distribution densities of the openings are different from each other. As described above, according to the tenth aspect of the present invention, since the openings are provided at various plane distribution densities, the openings having the same distribution density as the plane distribution density of the contact holes to be inspected are selected to obtain the standard sample. Of contrast. As a result, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of the actual contact hole having the remaining film of the same thickness.
Therefore, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0035】また、実際の半導体デバイスにおいては、
様々なアスペクト比のコンタクトホールが設けられてい
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールのアス
ペクト比によって異なることがある。In an actual semiconductor device,
Contact holes having various aspect ratios are provided. The contrast and the through current value of the contact hole in the secondary electron image may be different depending on the aspect ratio of the contact hole.
【0036】そこで、請求項11では、樹脂層に、互い
に異なるアスペクト比を有する複数の開口部を設けた構
成としてある。このように、請求項11記載の発明によ
れば、種々のアスペクト比の開口部を設けてあるので、
検査対象のコンタクトホールのアスペクト比と同じアス
ペクト比の開口部を選択して標準試料のコントラストと
することができる。その結果、標準試料の二次電子像に
おけるコントラスト及び貫通電流値を、同一厚さの残存
膜を有する実際のコンタクトホールのコントラストによ
り近づけることができる。このため、より正確に残存膜
厚を評価することができる。In view of this, the present invention is configured such that a plurality of openings having different aspect ratios are provided in the resin layer. As described above, according to the eleventh aspect, the openings having various aspect ratios are provided.
An opening having the same aspect ratio as the aspect ratio of the contact hole to be inspected can be selected to obtain the contrast of the standard sample. As a result, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of the actual contact hole having the remaining film of the same thickness. Therefore, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0037】また、実際の半導体デバイスにおいては、
様々なアスペクト比のコンタクトホールが設けられてい
る。そして、二次電子像におけるコンタクトホールのコ
ントラスト及び貫通電流値は、コンタクトホールのアス
ペクト比によって異なることがある。In an actual semiconductor device,
Contact holes having various aspect ratios are provided. The contrast and the through current value of the contact hole in the secondary electron image may be different depending on the aspect ratio of the contact hole.
【0038】そこで、請求項12では、コンタクトホー
ル検査用標準試料ごとに、樹脂層の層厚が異なる構成と
してある。このように、請求項12記載の発明によれ
ば、樹脂層の厚さを調節することによってアスペクト比
の開口部を形成してある。その結果、樹脂層の厚さを制
御すれば、共通のマスクパターンを用いて、互いに異な
る何種類もアスペクト比の開口部を形成することができ
る。Therefore, in claim 12, the thickness of the resin layer is different for each standard sample for contact hole inspection. As described above, according to the twelfth aspect, the opening having the aspect ratio is formed by adjusting the thickness of the resin layer. As a result, by controlling the thickness of the resin layer, it is possible to form a plurality of types of openings having different aspect ratios using a common mask pattern.
【0039】また、実際の半導体デバイスにおいては、
配線金属の上にコンタクトホールが形成される。そし
て、二次電子像におけるコンタクトホールのコントラス
ト及び貫通電流値は、コンタクトホールの底面の配線金
属の有無によって異なることがある。In an actual semiconductor device,
A contact hole is formed on the wiring metal. The contrast and the through current value of the contact hole in the secondary electron image may differ depending on the presence or absence of the wiring metal on the bottom surface of the contact hole.
【0040】そこで、請求項13では、支持基板と擬似
残存膜との間に導電性膜を設けた構成としてある。この
ように、請求項13記載の発明によれば、導電性膜を設
けてあるので、標準試料の二次電子像におけるコントラ
スト及び貫通電流値を、同一厚さの残存膜を有する実際
のコンタクトホールのコントラストにより近づけること
ができる。このため、より正確に残存膜厚を評価するこ
とができる。Therefore, a thirteenth aspect has a configuration in which a conductive film is provided between the supporting substrate and the pseudo residual film. Thus, according to the thirteenth aspect of the present invention, since the conductive film is provided, the contrast and the through current value in the secondary electron image of the standard sample can be reduced by the actual contact hole having the remaining film of the same thickness. Can be brought closer to the contrast. Therefore, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0041】ところで、RIEによりコンタクトホール
を形成した場合、コンタクトホール内部(底面や壁面)
にフルオロカーボンが付着する。フルオロカーボンは、
エッチング特性に影響を与える。このため、最適なエッ
チング条件を得るためには、フルオロカーボンの膜厚も
知ることが重要である。By the way, when the contact hole is formed by RIE, the inside of the contact hole (bottom surface or wall surface) is formed.
Adhere to the fluorocarbon. Fluorocarbons are
Affects etching characteristics. For this reason, it is important to know the thickness of the fluorocarbon in order to obtain the optimum etching conditions.
【0042】そこで、請求項14では、樹脂層の下に、
膜厚が既知のフルオロカーボン膜を設けた構成としてあ
る。このように、請求項14記載の発明では、樹脂層下
に、膜厚が既知のフルオロカーボン膜を形成してあるの
で、コンタクトホール底面のフルオロカーボン膜厚の評
価も行うことができる。また、フルオロカーボン膜の下
の残存膜の厚さの評価も行うことができる。Therefore, in claim 14, below the resin layer,
The configuration is such that a fluorocarbon film with a known thickness is provided. Thus, in the invention of claim 14, since the fluorocarbon film having a known thickness is formed under the resin layer, the fluorocarbon film thickness on the bottom surface of the contact hole can be evaluated. In addition, the thickness of the remaining film below the fluorocarbon film can be evaluated.
【0043】(標準試料の製造方法)また、本発明の請
求項15記載のコンタクトホール検査用標準試料の製造
方法によれば、支持基板上に、膜厚が既知の擬似残存膜
を形成する工程と、擬似残存膜上に、感光性樹脂を塗布
して塗布膜を形成する工程と、塗布膜の一部分を選択的
に硬化処理して、当該樹脂層を貫通する開口部を有する
樹脂層を形成する工程とを含む方法としてある。(Method for Manufacturing Standard Sample) According to the method for manufacturing a standard sample for contact hole inspection according to claim 15 of the present invention, a step of forming a pseudo residual film having a known film thickness on a support substrate. Forming a coating film by applying a photosensitive resin on the pseudo residual film, and selectively curing a part of the coating film to form a resin layer having an opening penetrating the resin layer And a step of performing the method.
【0044】このように、請求項15記載の発明によれ
ば、支持基板上に、厚みが既知の擬似残存膜を形成し、
その上に、開口部を有する樹脂層を形成する。このた
め、エッチングによってコンタクトホールの底面に厚み
が既知の残存膜が残ったのと同じ構造を有する標準試料
を容易に製造することができる。そして、製造された標
準試料を用いることにより、コンタクトホールの残存膜
厚を容易に評価することができる。According to the fifteenth aspect of the present invention, a pseudo residual film having a known thickness is formed on a supporting substrate.
A resin layer having an opening is formed thereon. Therefore, it is possible to easily manufacture a standard sample having the same structure as that of the remaining film having a known thickness remaining on the bottom surface of the contact hole by etching. Then, by using the manufactured standard sample, the remaining film thickness of the contact hole can be easily evaluated.
【0045】(検査方法)また、本発明の請求項16記
載のコンタクトホール検査方法によれば、請求項1記載
のコンタクトホール検査用試料を用いてコンタクトホー
ルの検査を行うにあたり、コンタクトホール検査用試料
の開口部に電子ビームを照射して、当該開口部から放出
される二次電子電流値または当該開口部直下の支持基板
へ流れる貫通電流値と、当該開口部の底面に形成された
擬似残存膜の膜厚とを対応づけた対照テーブルを作成し
ておき、検査対象のコンタクトホールに電子ビームを照
射して、当該コンタクトホールから放出される二次電子
電流または貫通電流値を測定し、コンタクトホールから
放出された二次電子電流値または貫通電流値に基づき、
対照テーブルを参照して、当該コンタクトホールの底面
に残存した残存膜の膜厚を評価する方法としてある。(Inspection Method) According to the contact hole inspection method of the present invention, when the contact hole inspection is performed using the contact hole inspection sample of the present invention, the contact hole inspection method is performed. The electron beam is irradiated to the opening of the sample, and the value of the secondary electron current emitted from the opening or the value of the penetrating current flowing to the support substrate immediately below the opening and the value of the pseudo residual formed on the bottom surface of the opening. Create a comparison table that associates the film thickness with the film thickness, irradiate the contact hole to be inspected with an electron beam, measure the secondary electron current or through current value emitted from the contact hole, Based on the secondary electron current value or through current value emitted from the hole,
This method evaluates the thickness of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole with reference to the control table.
【0046】このように、請求項16記載の発明によれ
ば、断面TEMによる残存膜厚みの測定作業を全く必要
とせずに、厚みの既知である標準試料を予め作ってお
き、標準試料の開口部の二次電子像のコントラストまた
は貫通電流値と、検査対象のコンタクトホールのコント
ラストまたは貫通電流値とを比較することにより、コン
タクトホールの残存膜厚を容易に評価することができ
る。As described above, according to the present invention, a standard sample having a known thickness is prepared in advance without any operation for measuring the residual film thickness by the cross-sectional TEM. The remaining film thickness of the contact hole can be easily evaluated by comparing the contrast or the through current value of the secondary electron image of the portion with the contrast or the through current value of the contact hole to be inspected.
【0047】[0047]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。なお、参照する図面中
の断面図においては、開口部の正面の壁面の図示を省略
し、切り口部分のみを示す。 [第1の実施形態]第1の実施形態では、本発明のコン
タクトホール検査用標準試料、その製造方法および検査
方法の一例についてあわせて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the cross-sectional views in the drawings to be referred to, the illustration of the wall surface in front of the opening is omitted, and only the cut portion is shown. [First Embodiment] In a first embodiment, an example of a contact hole inspection standard sample, a method of manufacturing the same, and an example of an inspection method according to the present invention will also be described.
【0048】先ず、図1を参照して、第1実施形態の標
準試料の構成について説明する。図1は、第1実施形態
の標準試料の構成を説明するための要部断面図である。
図1に示すように、第1の実施形態の標準試料は、支持
基板10上に、膜厚が既知の擬似残存膜12と、感光性
樹脂を硬化処理した樹脂層14とを順次に積層し、樹脂
層14に、当該樹脂層を貫通する開口部16を設けた構
成としてある。First, the configuration of the standard sample of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the standard sample according to the first embodiment is such that a pseudo remaining film 12 having a known film thickness and a resin layer 14 obtained by curing a photosensitive resin are sequentially laminated on a support substrate 10. The resin layer 14 is provided with an opening 16 penetrating the resin layer.
【0049】この支持基板10の材料は、検査対象の半
導体デバイスの支持基板と同じ材料であること望まし
い。この実施形態では、支持基板10として、単結晶シ
リコン基板を用いる。なお、支持基板の材料としては、
単結晶シリコンの他に、例えば、ポリシリコン、ガラ
ス、石英又はサファイアが用いられることが多い。The material of the supporting substrate 10 is desirably the same as the material of the supporting substrate of the semiconductor device to be inspected. In this embodiment, a single crystal silicon substrate is used as the support substrate 10. In addition, as a material of the support substrate,
In addition to single crystal silicon, for example, polysilicon, glass, quartz, or sapphire is often used.
【0050】また、この擬似残存膜12も、検査対象の
半導体デバイスのコンタクトホールの残存膜と同一材料
であることが望ましい。この実施形態では、擬似残存膜
12として、シリコン酸化膜(SiO2)膜を形成して
いる。It is desirable that the pseudo remaining film 12 is made of the same material as the remaining film of the contact hole of the semiconductor device to be inspected. In this embodiment, a silicon oxide film (SiO 2) film is formed as the pseudo remaining film 12.
【0051】また、樹脂層の厚さは、検査対象のコンタ
クトホールの開口部分の深さに対応する厚さとすること
が望ましい。そして、開口部の寸法およびアスペクト比
も、検査対象のコンタクトホールと同一とすることが望
ましい。また、樹脂層の厚さは、例えば、数μm〜10
00μm程度とすると良い。また、コンタクトホールの
直径は、例えば、0.1μm〜0.5μm程度とすると
良い。なお、この樹脂層の材料および形成方法について
は、後述する。It is desirable that the thickness of the resin layer be a thickness corresponding to the depth of the opening of the contact hole to be inspected. The dimensions and aspect ratio of the opening are desirably the same as those of the contact hole to be inspected. The thickness of the resin layer is, for example, several μm to 10 μm.
It is good to be about 00 μm. The diameter of the contact hole is preferably, for example, about 0.1 μm to 0.5 μm. The material and the method of forming the resin layer will be described later.
【0052】次に、図2を参照して、第1の実施形態の
標準試料の製造方法について説明する。図2の(A)〜
(C)は、標準試料の製造方法を説明するための断面工
程図である。Next, a method of manufacturing a standard sample according to the first embodiment will be described with reference to FIG. (A) of FIG.
(C) is a sectional process view for illustrating the method of manufacturing the standard sample.
【0053】標準試料の製造にあたっては、先ず、表面
を洗浄した支持基板10上に、所望の膜厚のシリコン酸
化膜12を形成する(図2の(A))。酸化膜を設ける
方法としては、例えば乾燥酸素を電気炉に導いて酸化す
る熱酸化法がある。この熱酸化方法によれば、先ず、電
気炉の温度を800℃から850℃程度の温度に保持
し、数分から数十分の間、支持基板10を加熱する。こ
の方法により数Å〜数十Åの厚さのシリコン酸化膜を、
膜厚をÅ単位の精度で制御して成膜できる。特に、物質
の脱出距離である、約80Å以下の厚さも容易に制御す
ることができる。そして、形成されたシリコン酸化膜の
厚さを、エリプソメトリー等の高精度の厚み測定手段に
よってÅ単位の精度で測定して確定する。In manufacturing a standard sample, first, a silicon oxide film 12 having a desired film thickness is formed on a support substrate 10 whose surface has been cleaned (FIG. 2A). As a method for providing an oxide film, for example, there is a thermal oxidation method in which dry oxygen is introduced into an electric furnace to oxidize. According to this thermal oxidation method, first, the temperature of the electric furnace is maintained at a temperature of about 800 ° C. to 850 ° C., and the support substrate 10 is heated for several minutes to several tens of minutes. According to this method, a silicon oxide film having a thickness of several to several tens of
The film can be formed by controlling the film thickness with an accuracy of Å unit. In particular, the thickness of about 80 ° or less, which is the escape distance of the substance, can be easily controlled. Then, the thickness of the formed silicon oxide film is determined by measuring with a precision of Å unit by a high-precision thickness measuring means such as ellipsometry.
【0054】なお、シリコン酸化膜を形成するにあたっ
ては、例えば、支持基板を水酸化アンモニウム溶液と過
酸化水素水あるいは塩酸との混合液に漬け込み、基板表
面に過酸化水素とシリコンの反応による酸化膜を形成し
ても良い。この方法によれば、酸化膜形成温度が前者に
比較して大変低いので、±1Å程度の精度で酸化膜厚み
をウエハー全面に均一に設けることが可能である。In forming the silicon oxide film, for example, the supporting substrate is immersed in a mixed solution of ammonium hydroxide solution and hydrogen peroxide solution or hydrochloric acid, and the oxide film is formed on the substrate surface by the reaction between hydrogen peroxide and silicon. May be formed. According to this method, since the oxide film forming temperature is much lower than the former, the oxide film thickness can be uniformly provided over the entire surface of the wafer with an accuracy of about ± 1 °.
【0055】次に、シリコン酸化膜の擬似残存膜12上
に、感光性樹脂を塗布して、厚みが正確に制御された塗
布膜13を形成する(図2の(B))。塗布にあたって
は、例えばスピンコーティング法等の任意好適な方法を
用いると良い。Next, a photosensitive resin is applied on the pseudo-residual film 12 of the silicon oxide film to form a coating film 13 whose thickness is accurately controlled (FIG. 2B). For application, any suitable method such as a spin coating method may be used.
【0056】感光性樹脂としては、例えば、ノボラック
系樹脂、化学増幅レジスト、アクリル系樹脂、ゴム系樹
脂、脂肪族共役ジエン、カルボン酸含有ポリアミド系樹
脂、ポリビニルフェノール樹脂、ポリヒドロキシスチレ
ン樹脂、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ポリ
カーボネートジオール変性ジカルボン酸樹脂、α,β不
飽和カルボキシル基含有モノマー樹脂、ビニルピロリド
ンと酢酸ビニルからなる共重合体組成物、ポリベンゾオ
キサゾール樹脂、ポリテトラメチレングリコール変性ジ
カルボン酸樹脂、感光性ジアゾキノン化合物樹脂、ポリ
アミック酸化合物樹脂又はイミド系の樹脂を利用すると
良い。Examples of the photosensitive resin include a novolak resin, a chemically amplified resist, an acrylic resin, a rubber resin, an aliphatic conjugated diene, a carboxylic acid-containing polyamide resin, a polyvinyl phenol resin, a polyhydroxystyrene resin, and a brominated resin. Bisphenol A type epoxy resin, polycarbonate diol-modified dicarboxylic acid resin, α, β unsaturated carboxyl group-containing monomer resin, copolymer composition composed of vinylpyrrolidone and vinyl acetate, polybenzoxazole resin, polytetramethylene glycol-modified dicarboxylic acid resin It is preferable to use a photosensitive diazoquinone compound resin, a polyamic acid compound resin, or an imide resin.
【0057】次に、塗布膜の一部分を選択的に硬化処理
して、当該樹脂層14を貫通する開口部16を有する樹
脂層14を形成する(図1の(C))。硬化処理にあた
っては、先ず、塗布膜13を、窒素パージされた80℃
程度の温度のオーブンにてプリベークする。次に、プリ
ベークされた塗布膜13に対して、適切な量の紫外線露
光を行う。そして、露光の結果生成された潜像を、適切
な溶媒を用いて現像する。Next, a part of the coating film is selectively cured to form a resin layer 14 having an opening 16 penetrating the resin layer 14 (FIG. 1C). In the curing process, first, the coating film 13 is heated to 80 ° C.
Pre-bake in a moderate temperature oven. Next, the prebaked coating film 13 is exposed to an appropriate amount of ultraviolet light. Then, the latent image generated as a result of the exposure is developed using an appropriate solvent.
【0058】なお、露光にあたっては、紫外線の代わり
に電子線やX線などの高エネルギービームを照射しても
良い。また、非常に微細なパターニングを行うので、レ
ジストの表面や裏面に反射防止剤を用いると良い。At the time of exposure, a high energy beam such as an electron beam or an X-ray may be applied instead of ultraviolet rays. Since very fine patterning is performed, an antireflection agent is preferably used on the front and back surfaces of the resist.
【0059】また、この標準試料では、硬化処理された
感光性樹脂を構造体として利用するので、その長期に渡
る寸法安定性が重要である。そこで、感光性樹脂の現像
にあたっては、感光性樹脂の膨潤が小さい現像剤を用い
ることが望ましい。そのような現像材として、例えば、
アルカリ性を示すTMAH(TETRA METHYL AMINE HYDRO
XIDE)溶液、コリン等の第3、4級アミン化合物、ナフ
トキノンジアジド、1−メトキシ−2−プロパノ−ル、
または、必要によって界面活性剤を用いると良い。Further, in this standard sample, a cured photosensitive resin is used as a structural body, so that its dimensional stability over a long period of time is important. Therefore, in developing the photosensitive resin, it is desirable to use a developer in which the swelling of the photosensitive resin is small. As such a developing material, for example,
TMAH (TETRA METHYL AMINE HYDRO) showing alkalinity
XIDE) solutions, tertiary and quaternary amine compounds such as choline, naphthoquinonediazide, 1-methoxy-2-propanol,
Alternatively, a surfactant may be used as necessary.
【0060】そして、現像終了後、現像剤を、ジクロロ
メタン、テトラヒドロフラン、n−ペンタン、イソヘキ
サン、3−メチルペンタンとネオヘキサン、2,3−ジ
メチルブタン、アセトン、エチルエ−テルまたは乳酸メ
チル等で十分リンスする。リンス後、感光性樹脂を完全
に硬化させるために、さらに120℃以上の温度にてポ
ーストベークを行い感光性樹脂を硬化させて樹脂層14
を得る。After the development, the developer is sufficiently rinsed with dichloromethane, tetrahydrofuran, n-pentane, isohexane, 3-methylpentane and neohexane, 2,3-dimethylbutane, acetone, ethyl ether or methyl lactate. I do. After the rinsing, in order to completely cure the photosensitive resin, post baking is further performed at a temperature of 120 ° C. or more to cure the photosensitive resin, and the resin layer 14 is cured.
Get.
【0061】なお、必要に応じて高エネルギーの紫外線
(300nm以下程度)を照射するUVハードニング、
あるいは、短いプラズマ処理を行って、感光性樹脂表面
を焼き付けて、現像後の樹脂層14をより強固な構造体
とする。また、標準試料はウエハー上に一括して作製さ
れるが、必要に応じてダイシングしてチップ状に小さく
切断し、検査対象の隣に設置できるようにしても良い。UV hardening for irradiating high-energy ultraviolet rays (about 300 nm or less) as necessary.
Alternatively, the surface of the photosensitive resin is baked by performing a short plasma treatment to make the resin layer 14 after development into a stronger structure. In addition, the standard sample is prepared on the wafer at a time. However, the standard sample may be diced and cut into small chips as necessary, so that the sample can be placed next to the inspection target.
【0062】このようにして製造された標準試料を用い
てコンタクトホールの残存膜厚を検査するため、擬似残
存膜の厚みを、数Åから数百Åまで、数十Åステップで
変えたシリコン酸化膜を有する標準試料をそれぞれ用意
する。In order to inspect the remaining film thickness of the contact hole using the standard sample manufactured as described above, the silicon oxide film was formed by changing the thickness of the pseudo remaining film from several to several hundreds of steps in several tens of steps. A standard sample having a membrane is prepared.
【0063】そして、コンタクトホール検査用試料の開
口部16に電子ビームを照射して、当該開口部16から
放出される二次電子電流値と、当該開口部16の底面に
形成された擬似残存膜12の膜厚とを対応づけた対照テ
ーブルを作成する。対照テーブルに作成にあたっては、
例えば、各擬似残存膜厚の標準試料を厚みの順番に検査
を行い、結果を記録して、厚みと二次電子電流値との関
係を決定しておく。The opening 16 of the contact hole inspection sample is irradiated with an electron beam, and the secondary electron current value emitted from the opening 16 and the pseudo residual film formed on the bottom of the opening 16 A comparison table is created in correspondence with the film thickness of No. 12. When creating a reference table,
For example, a standard sample of each pseudo residual film thickness is inspected in the order of the thickness, the result is recorded, and the relationship between the thickness and the secondary electron current value is determined.
【0064】ついで、検査対象のコンタクトホールに、
標準試料と同一条件で、電子ビームを照射して、当該コ
ンタクトホールから放出される二次電子電流を測定す
る。そして、コンタクトホールから放出された二次電子
電流値に基づき、互いの検査結果を比較して、対照テー
ブルを参照して、当該コンタクトホールの底面に残存し
た残存膜の膜厚を評価する。Next, the contact hole to be inspected is
An electron beam is irradiated under the same conditions as the standard sample, and a secondary electron current emitted from the contact hole is measured. Then, based on the secondary electron current value emitted from the contact hole, the inspection results are compared with each other, and the thickness of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole is evaluated with reference to a control table.
【0065】例えば、厚さ10Åの標準試料を検査装置
にかけた場合の検査結果と、検査対象を測定した検査結
果が等しい場合、検査対象のコンタクトホール底面に残
っている残存膜の厚みは標準試料と同じと考えられ、厚
さ10Åの膜がコンタクトホール底に残っているという
定量的な検査結果を直接得ることができる。例えば、絶
縁性の残存膜の場合、残存膜厚が増加に比例して、電子
ビーム照射時の貫通電流値が減少する。For example, if the inspection result obtained by applying a standard sample having a thickness of 10 mm to the inspection apparatus is equal to the inspection result obtained by measuring the inspection object, the thickness of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole to be inspected is the standard sample It is possible to directly obtain a quantitative inspection result that a film having a thickness of 10 ° remains at the bottom of the contact hole. For example, in the case of an insulating residual film, the through current value during electron beam irradiation decreases in proportion to the increase in the residual film thickness.
【0066】また、これらの測定や比較作業は大変高速
性を必要とされるので、コンピュータ等の自動手段を利
用することが望ましい。その場合、例えば、コンピュー
タが、検査試料の二次電子電流値に対応する残存膜厚
を、対照テーブルから選択して読み出しようにすると良
い。さらに、コンピュータに、残存膜厚に基づいて、コ
ンタクトホールの良否の判定をさせても良い。Since these measurement and comparison operations require very high speed, it is desirable to use automatic means such as a computer. In this case, for example, the computer may select and read out the remaining film thickness corresponding to the secondary electron current value of the test sample from the reference table. Further, the computer may determine the quality of the contact hole based on the remaining film thickness.
【0067】また、標準試料は、装置の変動の校正のた
めに保存しておくことが望ましい。その場合、標準試料
は、二次電子像のコントラストが表面状態に強く影響を
受けるため、真空中かつ低温下で保管し、感光性樹脂の
劣化や酸化膜その他の膜が劣化しないようにすることが
望ましい。Further, it is desirable that the standard sample be stored for calibration of the fluctuation of the apparatus. In this case, since the contrast of the secondary electron image is strongly affected by the surface condition, store the standard sample in a vacuum and at a low temperature to prevent deterioration of the photosensitive resin and oxide film and other films. Is desirable.
【0068】[第2の実施形態]次に、図3を参照し
て、本発明の第2の実施形態について説明する。図3
は、第2の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図3に示すように、第2の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜12を、支持基板10上の一
部分にのみ設け、当該擬似残存膜12の形成領域および
非形成領域において、感光性樹脂にそれぞれ開口部16
および16aをそれぞれ設けた構成としてある。この実
施の形態では、いったん支持基板10上全面に擬似残存
膜12を形成した後、パターニングして、支持基板10
上に部分的に擬似残存膜を残している。[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a second embodiment. As shown in FIG. 3, in the standard sample of the second embodiment, the pseudo remaining film 12 is provided only on a part of the support substrate 10, and the photosensitive resin is formed in the formation region and the non-formation region of the pseudo remaining film 12. Opening 16
And 16a. In this embodiment, the pseudo residual film 12 is formed on the entire surface of the support substrate 10 once, and then patterned to form the support substrate 10.
A pseudo residual film is partially left on the upper surface.
【0069】このようにすると、一つの標準試料で開口
部の底面にシリコン酸化膜がある場合と無い場合の二つ
の状態が得られる。従って、この実施形態は、底面に酸
化膜が残存しているコンタクトホールと、底面の酸化膜
がきれいにエッチングにより除去されたコンタクトホー
ルとの両者が形成されたデバイスを模擬した標準試料と
なる。その結果、一回の測定で両者の比較検査を行うこ
とができる。このため、測定精度の向上を図ることがで
きる。In this way, two states can be obtained for a single standard sample with and without a silicon oxide film on the bottom surface of the opening. Therefore, this embodiment is a standard sample simulating a device in which both a contact hole in which an oxide film remains on the bottom surface and a contact hole in which the oxide film on the bottom surface is removed by etching are formed. As a result, it is possible to perform a comparative inspection of the two with a single measurement. Therefore, measurement accuracy can be improved.
【0070】また、大量生産される半導体デバイスにお
いては、場所によってコンタクトホールがきれいにエッ
チングされていたり、残存膜があったりすることがあ
る。本実施形態で示した標準試料は、コンタクトホール
が完全に出来ている場所とそうでない場所の両方の標準
となるため、より現実に近い検査結果比較ができる。In a semiconductor device which is mass-produced, a contact hole may be etched cleanly or a residual film may be left depending on a location. The standard sample shown in the present embodiment is used as a standard both in a place where the contact hole is completely formed and in a place where the contact hole is not completely formed, so that a more realistic inspection result comparison can be made.
【0071】[第3の実施形態]次に、図4を参照し
て、この発明の第3の実施形態について説明する。図4
は、第3の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図4に示すように、第3の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜20をシリコン酸化膜ではな
く、シリコン窒化膜で形成してある点が、第1の実施形
態の標準試料と異なる。なお、擬似残存膜20以外の構
成は、第1の実施の形態と同じであるので、その詳細な
説明を省略する。[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a third embodiment. As shown in FIG. 4, the standard sample of the third embodiment differs from the standard sample of the first embodiment in that the pseudo remaining film 20 is formed of a silicon nitride film instead of a silicon oxide film. Note that the configuration other than the pseudo remaining film 20 is the same as that of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
【0072】シリコン窒化膜はシリコン酸化膜と比較し
て膜質が丈夫であり、かつ、吸湿性が小さい。その上、
シリコン窒化膜は、空気中の酸素によって膜の成長が起
こらないので保存に優れる。このため、擬似残存膜20
をシリコン窒化膜で形成すれば、標準試料の保存性が良
くなり、計測値を安定させることができる。なお、シリ
コン窒化膜の代わりに、ONO膜を用いることによって
も、標準試料の保存性の向上を図ることができる。The silicon nitride film is stronger in film quality and less hygroscopic than the silicon oxide film. Moreover,
The silicon nitride film is excellent in storage because the film does not grow due to oxygen in the air. For this reason, the pseudo residual film 20
Is formed of a silicon nitride film, the storage stability of the standard sample is improved, and the measured value can be stabilized. Note that the use of an ONO film instead of the silicon nitride film can also improve the storage stability of the standard sample.
【0073】また、シリコン窒化膜の誘電率はシリコン
酸化膜の誘電率よりも大きい。このため、シリコン酸化
膜よりも薄い擬似残存膜を、シリコン窒化膜で等価的に
設けることができる。その結果、シリコン酸化膜より
も、等価的に厚い残存膜を有する検査対象に相当する標
準試料を、シリコン窒化膜を用いて形成することができ
る場合がある。The dielectric constant of the silicon nitride film is higher than the dielectric constant of the silicon oxide film. Therefore, a pseudo residual film thinner than the silicon oxide film can be equivalently provided by the silicon nitride film. As a result, in some cases, a standard sample corresponding to a test object having a remaining film equivalently thicker than the silicon oxide film can be formed using the silicon nitride film.
【0074】[第4の実施形態]次に、図5を参照し
て、この発明の第4の実施形態について説明する。図5
は、第4の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。図5に示すように、第4の実施形態
の標準試料は、擬似残存膜20を、シリコン酸化膜の代
わりに、シリコン窒化膜とした構成としてある点を除い
ては、上述の第2の実施形態と同じである。[Fourth Embodiment] Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 9 is a sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the standard sample of the fourth embodiment has the same structure as that of the second embodiment except that the pseudo residual film 20 is formed of a silicon nitride film instead of a silicon oxide film. Same as the form.
【0075】すなわち、支持基板10上に設けた厚みが
既知のシリコン窒化膜20の一部分を開口し、支持基板
10表面の剥き出した領域上にコンタクトホール16を
設けた場合と、部分的に設けられた窒化膜領域20上に
コンタクトホール16を設けた場合が一つの標準試料中
に併存している。このような構成とすると、一つの標準
試料中にコンタクトホール底にシリコン窒化膜20があ
る場合と無い場合の二種類のコンタクトホールを作るこ
とが可能である。従って、シリコン窒化膜20が残存し
ている標準試料と、シリコン窒化膜がきれいに除去され
たコンタクトホールの形成された標準試料とを同時に与
えることが可能である。このため、検査対象の検査結果
を一つの標準試料から得られる二つの基準値(既知膜厚
の擬似残存膜がある場合とない場合)の間にマッピング
することができる。More specifically, a portion of the silicon nitride film 20 having a known thickness provided on the support substrate 10 is opened, and a contact hole 16 is provided on an exposed region of the surface of the support substrate 10. The case where the contact hole 16 is provided on the nitride film region 20 is also present in one standard sample. With such a configuration, it is possible to form two types of contact holes with and without the silicon nitride film 20 at the bottom of the contact hole in one standard sample. Therefore, it is possible to simultaneously provide a standard sample in which the silicon nitride film 20 remains and a standard sample in which the silicon nitride film has been clearly removed and in which a contact hole has been formed. For this reason, the inspection result of the inspection object can be mapped between two reference values (with and without a pseudo residual film having a known film thickness) obtained from one standard sample.
【0076】[第5の実施形態]次に、図6を参照し
て、この発明の第5の実施形態について説明する。図6
は、第5の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第5の実施の形態では、樹脂層(整
合膜)22の誘電率を、検査対象のコンタクトホール被
形成層の誘電率と等しくした構成としてある。そして、
検査対象以外の構成は、上述の第1の実施形態と同じで
ある。[Fifth Embodiment] Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a fifth embodiment. In the fifth embodiment, the dielectric constant of the resin layer (matching film) 22 is made equal to the dielectric constant of the contact hole formation layer to be inspected. And
The configuration other than the inspection target is the same as that of the above-described first embodiment.
【0077】感光性樹脂は誘電率が4〜5程度である。
一方、コンタクトホール被形成層の材料として一般に使
用される絶縁膜のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜など
の誘電率は、これよりも小さい。そこで、樹脂層22の
誘電率を調整して、検査対象の半導体デバイスのコンタ
クトホール被形成層の誘電率に等しくする。誘電率を下
げるには、例えば、フッ素を含んだ樹脂を混入したり、
あるいは、フッ素を側鎖に含む感光性樹脂を混入すると
良い。また、アクリル系、シリコーン系その他の低い誘
電率を有する材料を混入しても良い。The photosensitive resin has a dielectric constant of about 4 to 5.
On the other hand, the dielectric constant of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like of an insulating film generally used as a material of a contact hole formation layer is smaller than this. Therefore, the dielectric constant of the resin layer 22 is adjusted to be equal to the dielectric constant of the contact hole formation layer of the semiconductor device to be inspected. To lower the dielectric constant, for example, mixing a resin containing fluorine,
Alternatively, a photosensitive resin containing fluorine in the side chain may be mixed. Further, an acrylic, silicone, or other material having a low dielectric constant may be mixed.
【0078】樹脂が感光性を持ち続ける範囲でこれらの
誘電率を調整するための変性が行えることが望ましい
が、感光性樹脂の感光性が失われた場合には、次のよう
にして樹脂層に開口部を形成すると良い。先ず、コンタ
クトホールを形成する第1の樹脂(樹脂層22)の上
に、さらに第2の感光性樹脂を塗布してパターニングを
行う。次に第2の感光性樹脂パターン(図示せず)をマ
スクとして、第1の樹脂層をエッチングして除去する。
次に、第2の感光性樹脂パターンを取り除き第1の樹脂
に形成された開口部を得る。It is desirable that the modification for adjusting the dielectric constant can be performed within the range where the resin continues to have photosensitivity. However, when the photosensitivity of the photosensitive resin is lost, the resin layer is formed as follows. It is preferable to form an opening in the opening. First, a second photosensitive resin is further applied and patterned on the first resin (resin layer 22) for forming the contact holes. Next, the first resin layer is etched and removed using the second photosensitive resin pattern (not shown) as a mask.
Next, the second photosensitive resin pattern is removed to obtain an opening formed in the first resin.
【0079】なお、一般に、シリコン酸化膜等の擬似残
存膜と樹脂層とは、現像液に対する反応性が大きく異な
る。このため、第1の樹脂のパターニングは容易に実行
できる。また、別の低誘電率化法としては、感光性樹脂
の中に細かい空間を設けて発砲スチロールのような状
態、あるいは中空状態とし、見かけの誘電率を低下させ
ることも有効である。In general, a pseudo residual film such as a silicon oxide film and a resin layer differ greatly in reactivity to a developer. Therefore, patterning of the first resin can be easily performed. As another method for lowering the dielectric constant, it is also effective to provide a fine space in the photosensitive resin to make it into a state like a foamed styrene or a hollow state to lower the apparent dielectric constant.
【0080】このようにすれば、樹脂層の電気特性が、
実際のコンタクトホール被形成層の電気特性により近づ
く。その結果、二次電子に対する樹脂層の影響を、実際
のコンタクトホールからの影響に近づけることができ
る。このため、標準試料の二次電子像におけるコントラ
ストを、同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホ
ールのコントラストにより近づけることができる。その
結果、より正確に残存膜厚を評価することができる。In this case, the electrical characteristics of the resin layer are
It is closer to the actual electrical characteristics of the contact hole formation layer. As a result, the effect of the resin layer on the secondary electrons can be made closer to the effect from the actual contact hole. Therefore, the contrast in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of the actual contact hole having the remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0081】なお、樹脂層の誘電率は、検査対象のコン
タクトホール被形成層の誘電率に合わせて、低くするこ
とも高くすることも可能である。また、電気的特性とし
て、誘電率のほかに、樹脂層の二次電子放出比および熱
膨張率も、実際の試料の値と等しくすることが望まし
い。The dielectric constant of the resin layer can be lowered or increased in accordance with the dielectric constant of the contact hole formation layer to be inspected. In addition to the dielectric constant, it is desirable that the secondary electron emission ratio and the coefficient of thermal expansion of the resin layer be equal to the values of the actual sample.
【0082】[第6の実施形態]次に、図7を参照し
て、この発明の第6の実施形態について説明する。図7
は、第6の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第6の実施の形態では、支持基板1
0に、検査対象のコンタクトホール底面に露出すべき支
持基板に形成された不純物拡散層と、不純物種類および
不純物濃度が同一の不純物拡散層24を設けた構成とし
てある。なお、支持基板10以外の構成は、第1の実施
形態と同じである。[Sixth Embodiment] Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a sixth embodiment. In the sixth embodiment, the support substrate 1
0, an impurity diffusion layer 24 having the same impurity type and impurity concentration as the impurity diffusion layer formed on the supporting substrate to be exposed on the bottom surface of the contact hole to be inspected is provided. The configuration other than the support substrate 10 is the same as that of the first embodiment.
【0083】一般に、デバイスの形成された基板表面に
はホウ素(B)やリン(P)あるいはヒ素(As)等の
不純物が拡散されている。そこで、本実施形態では支持
基板10表面に実際のデバイスで用いられる拡散層と同
じ拡散層24を形成し、その上に開口部16を有する樹
脂層14を形成している。拡散層24の厚さは、検査対
象に合わせて、例えば、数nm〜数μmとすると良い。
また、拡散層24の不純物濃度も、検査対象に合わせた
値とすると良い。Generally, impurities such as boron (B), phosphorus (P) or arsenic (As) are diffused on the surface of a substrate on which devices are formed. Therefore, in the present embodiment, a diffusion layer 24 that is the same as a diffusion layer used in an actual device is formed on the surface of the support substrate 10, and a resin layer 14 having an opening 16 is formed thereon. The thickness of the diffusion layer 24 may be, for example, several nm to several μm in accordance with the inspection target.
Further, the impurity concentration of the diffusion layer 24 may be set to a value according to the inspection target.
【0084】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスの支持基板に不純物拡散層が設けられてい
ても、標準試料の二次電子像におけるコントラストを、
同一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコ
ントラストにより近づけることができる。その結果、よ
り正確に残存膜厚を評価することができる。With this configuration, even if the impurity diffusion layer is provided on the support substrate of the semiconductor device to be inspected, the contrast in the secondary electron image of the standard sample can be reduced.
The contrast can be made closer to that of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0085】[第7の実施形態]次に、図8を参照し
て、この発明の第7の実施形態について説明する。図8
は、第7の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第7の実施の形態では、支持基板1
0の一部分に、検査対象のコンタクトホール底面に露出
すべき支持基板に形成されたウエルと、不純物種類およ
び不純物濃度が同一のウエル26を設けた構成としてあ
る。また、ウエル26の不純物種類は、検査対象に合わ
せて、例えば、P、AsまたはBとすると良い。また、
ウエル26の深さも、検査対象に合わせて、例えば、数
千Å〜数μmとすると良い。また、ウエル26の不純物
濃度も、検査対象に合わせた値とすると良い。なお、ウ
エル26を設けた点以外の構成は、上述した第1の実施
形態の構成と同じである。[Seventh Embodiment] Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a seventh embodiment. In the seventh embodiment, the support substrate 1
0, a well 26 having the same impurity type and impurity concentration as the well formed on the support substrate to be exposed on the bottom surface of the contact hole to be inspected is provided. Further, the impurity type of the well 26 may be, for example, P, As, or B according to the inspection target. Also,
The depth of the well 26 may be, for example, several thousand to several μm in accordance with the inspection object. Also, the impurity concentration of the well 26 is preferably set to a value according to the inspection target. The configuration other than that the well 26 is provided is the same as the configuration of the first embodiment described above.
【0086】本実施形態では支持基板10表面にNPN
トランジスタとPNPトランジスタを同時に作る、相補
型のトランジスタ回路を形成するときに用いられるウエ
ル26を設けている。一般に、半導体装置は複数の電気
的に独立したトランジスタを含みそれぞれを電気的に接
続した回路から構成されている。そのため、各トランジ
スタは互いに電気的に独立している必要がある。このた
め、通常トランジスタのソース、ドレインあるいはゲー
ト上に設けられるコンタクトホールは、同一基板上で互
いに電気的に独立した異なった伝導性を有する不純物拡
散層やウエルどうしの間の電気的導通を取るために設け
られることが多い。In this embodiment, the surface of the support substrate 10 is NPN
A well 26 is provided for use in forming a complementary transistor circuit for simultaneously forming a transistor and a PNP transistor. In general, a semiconductor device includes a plurality of electrically independent transistors and a circuit in which each is electrically connected. Therefore, each transistor needs to be electrically independent of each other. For this reason, a contact hole usually provided on the source, drain or gate of a transistor is used to establish electrical continuity between impurity diffusion layers and wells having different conductivity which are electrically independent from each other on the same substrate. It is often provided in.
【0087】従って、本実施形態のように、複数の不純
物拡散領域を有したコンタクトホール構造を作ることで
ウエル構造を模擬し、より現実のデバイスに近い電気特
性を有したコンタクトホール検査用の標準試料とするこ
とができる。もちろん、検査対象が多重ウエル構造をし
ている場合には標準試料も多重ウエル構造とすると良
い。Therefore, as in this embodiment, a contact hole structure having a plurality of impurity diffusion regions is formed to simulate a well structure, and a standard for contact hole inspection having electrical characteristics closer to those of a real device. It can be a sample. Of course, when the inspection object has a multi-well structure, the standard sample may have a multi-well structure.
【0088】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスにおいて支持基板のコンタクトホールの直
下にウエルが設けられている場合でも、標準試料の二次
電子像におけるコントラストを、同一厚さの残存膜を有
する実際のコンタクトホールのコントラストにより近づ
けることができる。その結果、より正確に残存膜厚を評
価することができる。With such a configuration, even in the case where a well is provided immediately below the contact hole of the supporting substrate in the semiconductor device to be inspected, the contrast in the secondary electron image of the standard sample is reduced by the remaining thickness of the same thickness. It can be made closer to the contrast of an actual contact hole having a film. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0089】[第8の実施形態]次に、図9を参照し
て、この発明の第8の実施形態について説明する。図9
は、第8の実施形態の標準試料の構成を説明するための
要部断面図である。第9の実施の形態では、支持基板
を、SOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板2
8としている。なお、支持基板28以外の構成は、上述
した第1の実施形態の構成と同じである。[Eighth Embodiment] Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to an eighth embodiment. In the ninth embodiment, the supporting substrate is an SOI (silicon on insulator) substrate 2
It is set to 8. The configuration other than the support substrate 28 is the same as the configuration of the above-described first embodiment.
【0090】SOI基板は、デバイスの高速化や微細加
工に伴う隣接素子同士のクロストークを低減するため
に、近年半導体デバイスに採用されるようになり、特
に、高速のDRAMやプロセッサーに利用されている。
SOI基板28は、通常の単結晶基板とは異なり、活性
層30と呼ばれる非常に薄い表面のシリコン薄膜を深さ
方向に電気的に絶縁する絶縁膜32(ここではシリコン
酸化膜)を有している。このため、SOI基板では、基
板表面から基板裏面に直流的には電気が流れず、内部に
絶縁膜のない通常の基板とは電気的特性が異なってい
る。また、一般的には、活性層30を構成する半導体基
板の種類や不純物濃度は、絶縁膜32の下部の基板部分
と大きく異なり、その電気的性質は両者で全く違うのが
普通である。SOI substrates have recently been employed in semiconductor devices in order to increase the speed of devices and reduce crosstalk between adjacent elements due to microfabrication. In particular, SOI substrates have been used in high-speed DRAMs and processors. I have.
The SOI substrate 28 has an insulating film 32 (here, a silicon oxide film) that electrically insulates a silicon thin film having a very thin surface called an active layer 30 in the depth direction, unlike an ordinary single crystal substrate. I have. For this reason, in an SOI substrate, no DC current flows from the front surface of the substrate to the back surface of the substrate, and the electrical characteristics are different from those of a normal substrate having no insulating film inside. In general, the type and impurity concentration of the semiconductor substrate forming the active layer 30 are largely different from those of the substrate portion below the insulating film 32, and the electrical properties thereof are generally completely different.
【0091】そこで、本実施形態では支持基板として検
査対象と同じSOI基板を利用し、その上にコンタクト
ホールを感光性樹脂にて形成している。また、活性層3
0の厚さは、検査対象に合わせて、例えば数千Å〜数μ
m程度とすると良い。また、絶縁膜32の厚さも、検査
対象に合わせて、例えば数千Å〜数μm程度とすると良
い。また、支持基板自体の極性は、検査対象と同じ、P
型N型いずれでも良い。また、支持基板の不純物濃度
も、検査対象に合わせて、例えば1014〜1015原子/
cm3程度とすると良い。なお、SOIの絶縁膜、活性
層および支持基板の不純物極性および濃度は、検査対象
のデバイスと同じ材料および膜厚のものを利用すること
が望ましい。Therefore, in the present embodiment, the same SOI substrate as the object to be inspected is used as a support substrate, and a contact hole is formed thereon with a photosensitive resin. The active layer 3
The thickness of 0 is, for example, several thousand to several μm according to the inspection object.
It is good to be about m. Further, the thickness of the insulating film 32 is preferably set to, for example, about several thousand to several μm in accordance with the inspection target. The polarity of the supporting substrate itself is the same as that of the inspection target.
Any type of N type may be used. In addition, the impurity concentration of the supporting substrate may be, for example, 10 14 to 10 15 atoms /
It is good to be about 3 cm 3 . It is preferable that the impurity polarity and concentration of the insulating film, active layer, and support substrate of the SOI be the same as those of the device to be inspected and have the same thickness.
【0092】このような構成としたので、検査対象の半
導体デバイスの支持基板がSOI基板である場合でも、
標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
ストにより近づけることができる。その結果、より正確
に残存膜厚を評価することができる。With this configuration, even when the support substrate of the semiconductor device to be inspected is an SOI substrate,
The contrast in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0093】[第9の実施形態]次に、図10を参照し
て、この発明の第9の実施形態について説明する。図1
0は、第9の実施形態の標準試料の構成を説明するため
の要部断面図である。第9の実施の形態では、支持基板
10の裏面に、シリコン酸化膜の裏面絶縁膜34を設け
た構成としてある。裏面絶縁膜の膜厚は、検査対象に合
わせて、例えば、数千Å〜数μmとすると良い。なお、
裏面絶縁膜34を設けた点以外の構成は、上述した第1
の実施形態の構成と同じである。[Ninth Embodiment] Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG.
0 is a cross-sectional view of a main part for describing the configuration of the standard sample of the ninth embodiment. The ninth embodiment has a configuration in which a back surface insulating film 34 of a silicon oxide film is provided on the back surface of the support substrate 10. The thickness of the back surface insulating film is preferably, for example, several thousand to several μm in accordance with the inspection target. In addition,
The configuration other than that the back surface insulating film 34 is provided is the same as that of the first embodiment described above.
This is the same as the configuration of the embodiment.
【0094】一般に、測定対象となる半導体デバイスは
支持基板(例えばシリコン基板)の両面のうちの一方の
表面に作られる。しかし、ウエハー自身は1つのチャン
バーの中で処理されるため、ウエハーの両面に同じ膜が
形成されることが多い。この裏面側の膜は、本来は不要
である。このため、裏面に形成された膜を除去すること
もある。しかし、通常はコスト削減のため、あるいは意
図的に、表面プロセスで形成された薄膜構造を裏面絶縁
膜として残す場合が多い。Generally, a semiconductor device to be measured is formed on one of two surfaces of a supporting substrate (for example, a silicon substrate). However, since the wafer itself is processed in one chamber, the same film is often formed on both sides of the wafer. The film on the back side is not originally required. For this reason, the film formed on the back surface may be removed. However, usually, a thin film structure formed by a surface process is often left as a back surface insulating film for cost reduction or intentionally.
【0095】この場合、検査装置によって基板表面に当
てられた電子ビームによる電流は基板を通過した後、一
旦基板裏面の酸化膜で遮られる。このため、基板表面に
導入された電子ビームは、基板裏面に直流電流として流
れない。その結果、裏面絶縁膜を有する支持基板は、裏
面絶縁膜が無いものとは異なった電気特性を有する。そ
のため、裏面絶縁膜のない標準試料を用いると、裏面絶
縁膜を有する検査対象の検査結果が正確でなくなる場合
が生じる。In this case, the current caused by the electron beam applied to the front surface of the substrate by the inspection device is interrupted by the oxide film on the back surface of the substrate after passing through the substrate. For this reason, the electron beam introduced into the substrate surface does not flow as a direct current on the substrate back surface. As a result, the support substrate having the back surface insulating film has different electrical characteristics from those without the back surface insulating film. Therefore, if a standard sample without a back surface insulating film is used, the result of an inspection of a test object having a back surface insulating film may not be accurate.
【0096】そこで、本実施形態では支持基板10の裏
面に被測定デバイスに設けられている裏面絶縁膜と同じ
裏面絶縁膜34を設けて、その構造を正確に模擬し、両
者の差が生じない工夫をしている。裏面絶縁膜34の厚
みおよび材料は測定対照の半導体デバイスに設けられて
いる裏面絶縁膜と同じにすることが望ましい。また、試
作デバイスの中には裏面絶縁膜だけでなくその下部に他
の導電性膜を有した複合膜と成っていることがあるが、
そのような場合にはその構造と同じ複合膜構造を標準試
料裏面に設けて標準試料とすることが望ましい。Therefore, in this embodiment, the back surface insulating film 34 which is the same as the back surface insulating film provided on the device to be measured is provided on the back surface of the support substrate 10, and the structure is accurately simulated, and the difference between the two does not occur. We are devising. It is desirable that the thickness and material of the back surface insulating film 34 be the same as those of the back surface insulating film provided in the semiconductor device to be measured. In addition, some prototype devices are composed of a composite film that has not only the backside insulating film but also another conductive film below it,
In such a case, it is desirable to provide the same composite film structure on the back of the standard sample as the standard sample.
【0097】このように、支持基板10の裏面に裏面絶
縁膜34を設けたので、検査対象の半導体デバイスに裏
面絶縁膜が設けられている場合でも、標準試料の二次電
子像におけるコントラストを、同一厚さの残存膜を有す
る実際のコンタクトホールのコントラストにより近づけ
ることができる。その結果、より正確に残存膜厚を評価
することができる。As described above, since the back surface insulating film 34 is provided on the back surface of the support substrate 10, even when the back surface insulating film is provided on the semiconductor device to be inspected, the contrast in the secondary electron image of the standard sample can be reduced. The contrast can be made closer to that of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. As a result, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0098】[第10の実施形態]次に、図11を参照
して、この発明の第10の実施形態について説明する。
図11の(A)は、第10の実施形態の標準試料の構成
を説明するための要部断面図である。また、図11の
(B)は、標準試料の平面図である。図11の(A)
は、図11の(B)のA−Aに沿った部分の切り口に相
当する。[Tenth Embodiment] Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 11A is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to the tenth embodiment. FIG. 11B is a plan view of the standard sample. (A) of FIG.
Corresponds to a cutout of a portion along AA in FIG.
【0099】第10の実施の形態では、開口部16の平
面分布密度が互いに異なるように、複数の開口部16を
樹脂層14に不均一に配置した構成としてある。なお、
開口部16の分布以外の構成については、上述した第1
の実施形態の構成と同じである。In the tenth embodiment, a plurality of openings 16 are arranged non-uniformly in the resin layer 14 such that the planar distribution densities of the openings 16 are different from each other. In addition,
The configuration other than the distribution of the openings 16 is the same as the first configuration described above.
This is the same as the configuration of the embodiment.
【0100】本実施形態では、樹脂層14に設けた開口
部16の配置位置を均一ではなく、場所によって不均一
にしている。実際のデバイスでは、DRAMなど同一の
セルを多数並べたアレイ部を除けば全く均一にコンタク
トホールが設けられている領域は少なく、デバイス上の
場所によってその配置密度が異なる。コンタクトホール
の配置密度が異なると、検査中に基板に照射している電
子ビームが基板を通過する際に生じる電気抵抗がデバイ
スの場所によって異なってくる。このため、検査結果が
配置密度に依存して、同一検査を行っても得られる検査
結果が異なってくる可能性がある。In the present embodiment, the positions of the openings 16 provided in the resin layer 14 are not uniform, but are not uniform depending on the location. In an actual device, there are few regions where contact holes are provided evenly except for an array portion in which many identical cells are arranged, such as a DRAM, and the arrangement density differs depending on the location on the device. If the arrangement density of the contact holes is different, the electric resistance generated when the electron beam irradiating the substrate during the inspection passes through the substrate varies depending on the location of the device. Therefore, depending on the arrangement density, the inspection result may be different even if the same inspection is performed.
【0101】そこで、本実施形態では標準試料中の場所
によってコンタクトホールの形成されている密度を変化
させ、実際のデバイスにおけるコンタクトホール密度の
違いによる検査結果の違いが反映できるようにしてい
る。従って、実際の検査に於いては、被検査デバイスの
持つコンタクトホール形成密度と同じようなコンタクト
ホール密度を持つ場所を標準試料の中から選び検査を行
う。Therefore, in this embodiment, the density at which the contact holes are formed is changed depending on the location in the standard sample so that the difference in the inspection result due to the difference in the contact hole density in the actual device can be reflected. Therefore, in an actual inspection, inspection is performed by selecting a place having a contact hole density similar to the contact hole formation density of the device to be inspected from among the standard samples.
【0102】このように、種々の平面分布密度で開口部
16を設けてあるので、検査対象のコンタクトホールの
平面分布密度と同じ分布密度の開口部16を選択して標
準試料のコントラストとすることができる。その結果、
標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同一厚
さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコントラ
ストにより近づけることができる。このため、より正確
に残存膜厚を評価することができる。As described above, since the openings 16 are provided with various plane distribution densities, the openings 16 having the same distribution density as the plane distribution density of the contact holes to be inspected are selected to obtain the contrast of the standard sample. Can be. as a result,
The contrast in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of an actual contact hole having a remaining film of the same thickness. Therefore, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0103】[第11の実施形態]次に、図12を参照
して、この発明の第11の実施形態について説明する。
図12は、第11の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第11の実施の形態では、
樹脂層14に、互いに異なるアスペクト比を有する複数
の開口部を設けた構成としてある。アスペクト比として
は、例えば2〜20程度の範囲で種々の値のものを設け
ると良い。なお、開口部のアスペクト比以外の構成につ
いては、上述した第1の実施形態の構成と同じである。
また、図12では、複数の開口部のうち、二つの開口部
16bおよび16cを代表して示す。[Eleventh Embodiment] Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is an essential part cross-sectional view for explaining the configuration of the standard sample of the eleventh embodiment. In the eleventh embodiment,
The resin layer 14 has a configuration in which a plurality of openings having different aspect ratios are provided. As the aspect ratio, various values may be provided, for example, in a range of about 2 to 20. The configuration other than the aspect ratio of the opening is the same as the configuration of the first embodiment described above.
In FIG. 12, two openings 16b and 16c are representatively shown among the plurality of openings.
【0104】測定対象の半導体デバイスに設けられるコ
ンタクトホールは、DRAMのように同一の穴径の物が
数多く並ぶ場合もあるが、一般に、異なった穴径のコン
タクトホールが混在することが多い。例えば、周辺に設
けられた記憶セルを制御するアドレスを発生する回路で
は、そのドライバー部分のトランジスタにより多くの電
流を流すため、異なった穴径のものが多数存在し、異な
った穴径のコンタクトホールが混在することが多い。ま
た、例えば、ロジック系では、それぞれのブロック毎に
流す電流量が異なるため、殆どのコンタクトホールの穴
径が異なっている。As the contact holes provided in the semiconductor device to be measured, there may be many contact holes having the same hole diameter like DRAM, but in general, contact holes having different hole diameters are often mixed. For example, in a circuit for generating an address for controlling a memory cell provided in the periphery, many currents having different hole diameters exist in order to allow more current to flow through a transistor in a driver portion thereof, and contact holes having different hole diameters exist. Are often mixed. Further, for example, in a logic system, since the amount of current flowing for each block is different, the hole diameters of most contact holes are different.
【0105】コンタクトホールの穴径が異なると、検査
の際に1つの穴に注入される電子ビーム量、あるいは穴
から放出される2次電子の量が異なってくる。このた
め、同じコンタクトホール底の残存絶縁膜を持つ資料に
対して、同一の検査を行っても必ずしも同一の検査結果
を与えるとは限らず、一般的に、異なった検査結果が得
られる。If the hole diameter of the contact hole is different, the amount of electron beam injected into one hole or the amount of secondary electrons emitted from the hole at the time of inspection differs. For this reason, the same inspection is not always given the same inspection result even if the same inspection is performed on the material having the same remaining insulating film at the bottom of the contact hole, and different inspection results are generally obtained.
【0106】本実施形態はそのことをシミュレートする
ための標準試料である。本実施形態では種々のアスペク
トレシオを持つ同一残存膜厚みを有するコンタクトホー
ルを数多く用意しているので、試作デバイスの実情に合
ったアスペクトレシオのコンタクトホール標準が示す、
検査結果を用いて比較検査することが可能となる。従っ
て、従来事実上不可能であった、アスペクトレシオの異
なるコンタクトホールが混在する試料における定量的な
検査が可能となる。The present embodiment is a standard sample for simulating this. In the present embodiment, since a large number of contact holes having the same remaining film thickness with various aspect ratios are prepared, the aspect ratio contact hole standard suited to the actual situation of the prototype device indicates.
A comparative inspection can be performed using the inspection result. Therefore, it is possible to perform a quantitative inspection on a sample in which contact holes having different aspect ratios are mixed, which has been practically impossible in the past.
【0107】[第12の実施形態]次に、図13を参照
して、この発明の第12の実施形態について説明する。
図13は、第12の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第12の実施の形態では、
コンタクトホール検査用標準試料ごとに、樹脂層14の
層厚が異なる構成としてある。また、一つの標準試料中
に形成される開口部の直径を異ならせることにより、開
口部に、複数のアスペクト比を与えることができる。樹
脂層の厚さとしては、例えば、0、5μm〜2μ程度の
範囲の種々の値のものを用意すると良い。なお、樹脂層
の層厚以外の構成については、上述した第11の実施形
態の構成と同じである。また、図13では、一つの標準
試料を代表で示し、さらに、その標準試料中の複数の開
口部のうち、開口部16dおよび16eを代表して示
す。[Twelfth Embodiment] Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view for explaining the configuration of the standard sample of the twelfth embodiment. In the twelfth embodiment,
The thickness of the resin layer 14 is different for each contact hole inspection standard sample. By making the diameter of the opening formed in one standard sample different, a plurality of aspect ratios can be given to the opening. As the thickness of the resin layer, for example, various values in the range of about 0, 5 μm to 2 μm may be prepared. The configuration other than the thickness of the resin layer is the same as the configuration of the above-described eleventh embodiment. In FIG. 13, one standard sample is shown as a representative, and among the plurality of openings in the standard sample, the openings 16d and 16e are shown as a representative.
【0108】実際に試作されるデバイスに形成されるコ
ンタクトホールは、種々のアスペクト比を有している。
さらに、本実施形態では、コンタクトホールの形成され
る樹脂層の高さを制御して、標準試料どうしてコンタク
トホールのアスペクト比を変化させている。このように
すると、種々のアスペクト比を有するコンタクトホール
を一枚のマスクから製造することが可能である。このた
め、高価なマスクを何枚も作製せずに種々のアスペクト
レシオを有したコンタクトホールを実現できる。このよ
うに感光性樹脂の高さを変えた標準試料を種々用意して
おくことにより、どのようなアスペクトレシオの試料に
対しても容易に対応できる。The contact holes formed in the devices actually manufactured on trial have various aspect ratios.
Further, in the present embodiment, the height of the resin layer in which the contact hole is formed is controlled to change the aspect ratio of the contact hole between the standard samples. In this manner, contact holes having various aspect ratios can be manufactured from one mask. For this reason, contact holes having various aspect ratios can be realized without producing many expensive masks. By preparing various standard samples in which the height of the photosensitive resin is changed in this way, it is possible to easily cope with samples having any aspect ratio.
【0109】[第13の実施形態]次に、図14を参照
して、この発明の第13の実施形態について説明する。
図14は、第13の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第13の実施の形態では、
支持基板10と擬似残存膜12との間に導電性膜として
の金属層36を設けた構成としてある。金属層36の層
厚は、検査対象に合わせて、例えば、数百Å〜数μm程
度とすると良い。なお、金属層36を設けた点以外の構
成については、上述した第1の実施形態の構成と同じで
ある。[Thirteenth Embodiment] Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a thirteenth embodiment. In the thirteenth embodiment,
The configuration is such that a metal layer 36 as a conductive film is provided between the supporting substrate 10 and the pseudo remaining film 12. The thickness of the metal layer 36 is preferably, for example, about several hundred to several μm in accordance with the inspection object. The configuration other than the point that the metal layer 36 is provided is the same as the configuration of the first embodiment described above.
【0110】この実施形態の標準試料では、金属配線上
に設けられたコンタクトホールを模擬している。コンタ
クトホールにはビアホールといって金属等配線間の導通
を取るためのコンタクトホールが存在する。これらビア
ホールは絶縁体を介して上下にある金属配線を電気的に
接続する。支持基板10上に金属層36を設け、その上
に膜厚既知の擬似残存膜12を設ける。このような構成
とすると、多層配線構造におけるコンタクトホール検査
用標準試料とすることができる。In the standard sample of this embodiment, a contact hole provided on a metal wiring is simulated. There is a contact hole called a via hole for establishing conduction between wiring such as metal. These via holes electrically connect upper and lower metal wirings via an insulator. The metal layer 36 is provided on the support substrate 10, and the pseudo remaining film 12 having a known thickness is provided thereon. With such a configuration, a standard sample for contact hole inspection in a multilayer wiring structure can be obtained.
【0111】なお、導電性材料としては、例えば、シリ
コン、ポリシリコン、アルミニウム(Al)、銅(C
u)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、コバ
ルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)、チタン(T
i)、P−Siなどのシリサイドまたはサリサイドその
他の半導体製造で使われる任意好適な材料を利用するこ
とができる。The conductive material includes, for example, silicon, polysilicon, aluminum (Al), copper (C
u), tungsten (W), molybdenum (Mo), cobalt (Co), gold (Au), platinum (Pt), titanium (T
i), silicide or salicide, such as P-Si, or any other suitable material used in semiconductor manufacturing can be utilized.
【0112】このように、金属層36を設けてあるの
で、標準試料の二次電子像におけるコントラストを、同
一厚さの残存膜を有する実際のコンタクトホールのコン
トラストにより近づけることができる。このため、より
正確に残存膜厚を評価することができる。As described above, since the metal layer 36 is provided, the contrast in the secondary electron image of the standard sample can be made closer to the contrast of the actual contact hole having the remaining film of the same thickness. Therefore, the remaining film thickness can be more accurately evaluated.
【0113】[第14の実施形態]次に、図15を参照
して、この発明の第14の実施形態について説明する。
図15は、第14の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第14の実施の形態では、
金属層36上に、擬似残存膜として、窒化チタン(Ti
N)膜38を設けた構成としてある。TiN膜38の厚
さは、例えば数百Å〜数千Åとすると良い。なお、Ti
N膜38を設けた点以外の構成については、上述した第
13の実施形態の構成と同じである。[Fourteenth Embodiment] Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a fourteenth embodiment. In the fourteenth embodiment,
On the metal layer 36, as a pseudo residual film, titanium nitride (Ti
N) The film 38 is provided. The thickness of the TiN film 38 is preferably, for example, several hundreds to several thousand. Note that Ti
The configuration other than the point that the N film 38 is provided is the same as the configuration of the above-described thirteenth embodiment.
【0114】この実施形態では、配線上に最近設けるこ
とが多くなったTiN膜を設け、その上に、開口部16
を有する樹脂層14を設けている。このような構成とす
ると、多層配線膜コンタクトホール形成エッチング後に
配線上に設けたTiN膜がオーバーエッチングされたか
否かを電子ビーム検査装置にて検査することができる。
なお、TiN膜は、拡散防止層、下地との密着改善、ま
たは、リソグラフィーの際のハレーション防止層として
利用される。また、TiN膜の代わりに、同様の働きを
するものとして、SiON膜を設けても良い。In this embodiment, a TiN film, which is often provided recently, is provided on the wiring, and the opening 16 is formed thereon.
Is provided. With such a configuration, it is possible to inspect whether or not the TiN film provided on the wiring is over-etched after the formation of the multilayer wiring film contact hole by the electron beam inspection apparatus.
The TiN film is used as a diffusion prevention layer, an improvement in adhesion to an underlayer, or an antihalation layer in lithography. Further, instead of the TiN film, a SiON film may be provided so as to perform the same function.
【0115】[第15の実施形態]次に、図16を参照
して、この発明の第15の実施形態について説明する。
図16は、第15の実施形態の標準試料の構成を説明す
るための要部断面図である。第15の実施の形態では、
樹脂層14の下に、膜厚既知のフルオロカーボン膜40
を設けた構成としてある。フルオロカーボン膜40の膜
厚は、例えば、200Å程度以下とすると良い。また、
フルオロカーボン膜40を設けないものも標準試料とす
ることが望ましい。なお、フルオロカーボン膜40を設
けた点以外の構成については、上述した第13の実施形
態の構成と同じである。[Fifteenth Embodiment] Next, a fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample according to a fifteenth embodiment. In the fifteenth embodiment,
A fluorocarbon film 40 having a known thickness is provided under the resin layer 14.
Is provided. The thickness of the fluorocarbon film 40 is preferably, for example, about 200 ° or less. Also,
It is desirable that a sample without the fluorocarbon film 40 be used as a standard sample. The configuration other than that the fluorocarbon film 40 is provided is the same as the configuration of the thirteenth embodiment described above.
【0116】コンタクトホールを形成するためにRIE
を用いてエッチングを行うと、コンタクトホール内壁お
よび底に膜厚が未知のフルオロカーボン重合膜が形成さ
れる。これらの膜厚はエッチングの特性を支配する。こ
のため、その厚みを正確に計測することは重要である。RIE for forming contact holes
When etching is performed by using the method, a fluorocarbon polymer film having an unknown thickness is formed on the inner wall and the bottom of the contact hole. These film thicknesses govern the etching characteristics. Therefore, it is important to accurately measure the thickness.
【0117】そこで、この実施形態では、フルオロカー
ボン重合膜厚を測定可能とする標準試料を得るため、既
知膜厚のフルオロカーボン膜40を樹脂層14の直下に
設ける。すなわち、支持基板10上に、金属層36を設
け、さらに、擬似残存膜としてのTiN膜38およびフ
ルオロカーボン膜40を順次に積層した構成としてあ
る。Therefore, in this embodiment, a fluorocarbon film 40 having a known thickness is provided immediately below the resin layer 14 in order to obtain a standard sample capable of measuring the fluorocarbon polymer film thickness. That is, a metal layer 36 is provided on the support substrate 10, and a TiN film 38 and a fluorocarbon film 40 as pseudo residual films are sequentially laminated.
【0118】そして、種々のフルオロカーボン重合膜厚
みに相当する標準試料と、実際に被測定デバイスのエッ
チング終了直後のコンタクトホールとの電子ビーム検査
によるコントラストを比較することにより、検査対象デ
バイスのコンタクトホール底にあるフルオロカーボン重
合膜の厚みの測定、あるいはその下に残っている残存膜
の厚みを定量的に測定することが可能となる。Then, by comparing the contrast of the standard sample corresponding to various fluorocarbon polymer film thicknesses with that of the contact hole immediately after the etching of the device to be measured by electron beam inspection, the bottom of the contact hole of the device to be inspected is compared. It is possible to measure the thickness of the fluorocarbon polymer film or the thickness of the remaining film remaining thereunder quantitatively.
【0119】なお、TiN上以外の材料上にもRIEの
後にはフルオロカーボン重合物がコンタクトホール内部
に付着することが知られているので、そのような場合
は、検査対象をエッチングした際に露出する材料表面に
フルオロカーボン膜を設けた構造の標準試料を用いるこ
とが望ましい。It is known that the fluorocarbon polymer adheres to the inside of the contact hole after RIE even on materials other than TiN. In such a case, the fluorocarbon polymer is exposed when the inspection target is etched. It is desirable to use a standard sample having a structure in which a fluorocarbon film is provided on the material surface.
【0120】上述した実施形態においては、この発明を
特定の条件で構成した例について説明したが、この発明
は、種々の変更を行うことができる。例えば、上述した
実施形態においては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜
などの特定の材料で擬似残存膜を形成した例について説
明したが、この発明では、擬似残存膜の材料は、これら
に限定されない。例えば、擬似残存膜として、TiN
膜、TaN膜、ONO膜、SiON膜、SOG(スピン
オングラス)膜、シリカ系の無機膜、シリカ系の有機膜
または強誘電体膜を形成しても良い。In the above-described embodiment, an example has been described in which the present invention is configured under specific conditions. However, the present invention can be variously modified. For example, in the embodiment described above, an example was described in which the pseudo residual film was formed of a specific material such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. However, in the present invention, the material of the pseudo residual film is not limited to these. For example, as a pseudo residual film, TiN
A film, a TaN film, an ONO film, a SiON film, a SOG (spin-on-glass) film, a silica-based inorganic film, a silica-based organic film, or a ferroelectric film may be formed.
【0121】また、擬似残存膜の材料として、例えば配
線材料に用いられる金属を用いても良い。そのような金
属としては、例えばチタン(Ti)、タングステン
(W)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、
金(Au)、白金(Pu)、コバルト(Co)およびイ
リジウム(Ir)が挙げられる。また、擬似残存膜の材
料としては、このほかに、これら金属の酸化物、シリサ
イド、それらの酸化物、金属間化合物、有機材料、酸化
物超伝導材料その他の、半導体デバイスに使用される任
意の材料を利用することができる。Further, as a material of the pseudo remaining film, for example, a metal used for a wiring material may be used. Examples of such a metal include titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), aluminum (Al),
Gold (Au), platinum (Pu), cobalt (Co) and iridium (Ir). In addition, as materials for the pseudo residual film, in addition to these, oxides of these metals, silicides, their oxides, intermetallic compounds, organic materials, oxide superconducting materials, and any other materials used in semiconductor devices Materials can be utilized.
【0122】また、上述した実施形態では、擬似残存膜
を熱酸化法により形成した例について説明したが、この
発明では、擬似残存膜を例えばランプアニール法など任
意好適な方法で形成すると良い。また、上述した実施形
態においては、二次電子電流値を検出し、二次電子像の
コントラストを比較する例について説明したが、この発
明では、貫通電流値を比較しても良い。Further, in the above-described embodiment, an example in which the pseudo residual film is formed by the thermal oxidation method has been described. However, in the present invention, the pseudo residual film may be formed by any suitable method such as a lamp annealing method. In the above-described embodiment, an example in which the secondary electron current value is detected and the contrast of the secondary electron image is compared has been described. However, in the present invention, the through current value may be compared.
【0123】また、上述した実施形態では特定の材料お
よびそれらの組み合わせについて述べたが、その範囲に
留まることなく、半導体製造工程で使用されるあらゆる
材料を適用することができるのは述べるまでもない。そ
れらの組み合わせによるデータをとることにより半導体
プロセス上で現れる種々の材料が同時に存在する例え
ば、酸化膜とフルオロカーボン膜が同時に存在する複合
状態の場合の膜厚み測定なども可能となる。配線材料が
酸化したり、他の薬品にて変質した場合に生じる材料を
膜厚既知の状態で作製して標準試料とすれば、配線等の
不具合の定量的把握もその場でできる。In the above-described embodiments, specific materials and their combinations have been described. However, it goes without saying that any material used in the semiconductor manufacturing process can be applied without being limited to that range. . By collecting data based on a combination of these, it becomes possible to measure the film thickness in the case of a composite state in which various materials appearing in a semiconductor process are present simultaneously, for example, an oxide film and a fluorocarbon film are present simultaneously. If a material produced when the wiring material is oxidized or deteriorated by another chemical is prepared in a state where the film thickness is known and used as a standard sample, it is possible to quantitatively grasp defects such as wiring on the spot.
【0124】また、感光性樹脂で作製されるコンタクト
ホールの設けられる支持基板には検査対象の持つ構造と
できる限り同じ物を用いることが効果的であり、コンタ
クトホールが形成される検査対象の内何枚かを全て絶縁
膜を取った状態とし、その上に厚みの既知の絶縁膜を成
長させた後に、感光性樹脂によるコンタクトホールを設
けると、より完全な標準試料に近づく。It is effective to use as much as possible the same structure as that of the object to be inspected as the support substrate provided with the contact holes made of photosensitive resin. If a number of the insulating films are all removed and a known thickness of insulating film is grown thereon and then a contact hole made of a photosensitive resin is provided, a more complete standard sample can be obtained.
【0125】また、複合膜が対象とされる場合にも、厚
みが既知の複合膜を標準とすることで検査対象のコンタ
クトホール底にある膜厚みを推定することができる。Also, when a composite film is used as an object, the thickness of the film at the bottom of the contact hole to be inspected can be estimated by using a composite film having a known thickness as a standard.
【0126】[0126]
【発明の効果】従来は、実際のデバイスの断面TEM像
を取るしか、コンタクトホールの残存各圧を測定する実
用的な方法が事実上なかったが、この発明によれば、支
持基板上に、既知膜厚の擬似残存膜を形成し、その上
に、コンタクトホールに相当する開口部を有する樹脂を
設ける。このようにして、既知厚みの擬似残存膜を底面
に有する擬似コンタクトホール構造としての標準試料を
容易に製造することができる。その結果、この標準試料
と検査対象を同一の電子ビーム検査を通して比較するだ
けで検査対象の残存絶縁膜の量を定量的に知ることがで
きる。According to the present invention, there has been practically no practical method for measuring the remaining pressures of the contact holes, only by taking a cross-sectional TEM image of the actual device. A pseudo remaining film having a known thickness is formed, and a resin having an opening corresponding to a contact hole is provided thereon. In this manner, a standard sample having a pseudo contact hole structure having a pseudo residual film of a known thickness on the bottom surface can be easily manufactured. As a result, the amount of the remaining insulating film to be inspected can be quantitatively determined only by comparing the standard sample and the inspection object through the same electron beam inspection.
【0127】そして、本発明の検査方法を用いると、従
来必要であった断面TEM観察およびその観察のための
試料作製に要した時間が不要となり、残存膜厚測定の短
時間化を図ることができる。When the inspection method of the present invention is used, the time required for the cross-sectional TEM observation and the sample preparation for the observation, which are conventionally required, are not required, and the measurement of the remaining film thickness can be shortened. it can.
【0128】このため、デバイス試作が行われている現
場で、コンタクトホール底に残存している残存膜の正確
な厚みを測定することが可能となり、デバイスの良否を
定量的に判断可能となる。現場で容易に検査できるの
で、デバイス不良の発生時機をいち早く知ることが可能
となり、従来もたらされていた大きな製造損失を小さく
することができる。Therefore, it is possible to accurately measure the thickness of the remaining film remaining at the bottom of the contact hole at the site where the device is being prototyped, so that the quality of the device can be quantitatively determined. Since the inspection can be easily performed on site, it is possible to quickly know the timing of the occurrence of the device failure, and it is possible to reduce the large manufacturing loss caused conventionally.
【0129】また、TEMを用いずに検査可能であるた
め、大量のコンタクトホールについて残存膜厚を迅速に
検査できる。また、コンタクトホール底に残存している
膜厚みを定量的に連続値測定できるので、不良に至るま
でのプロセスの変動やエッチング装置の不具合等を早期
に発見でき大事故の未然防止を図ることができる。In addition, since the inspection can be performed without using a TEM, the remaining film thickness can be quickly inspected for a large number of contact holes. In addition, since the thickness of the film remaining at the bottom of the contact hole can be quantitatively measured continuously, it is possible to detect process fluctuations up to the failure, defects in the etching equipment, etc. at an early stage, and prevent large accidents before they occur. it can.
【図1】第1の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a first embodiment.
【図2】第1の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の製造方法を説明するための要部断面工程図
である。FIG. 2 is a sectional process view of a main part for describing a method of manufacturing a standard sample for contact hole inspection in the first embodiment.
【図3】第2の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection in a second embodiment.
【図4】第3の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a third embodiment.
【図5】第4の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a fourth embodiment.
【図6】第5の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection in a fifth embodiment.
【図7】第6の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a sixth embodiment.
【図8】第7の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a seventh embodiment.
【図9】第8の実施形態におけるコンタクトホール検査
用標準試料の構成を説明するための要部断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection in an eighth embodiment.
【図10】第9の実施形態におけるコンタクトホール検
査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a ninth embodiment.
【図11】第10の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection in a tenth embodiment.
【図12】第11の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to an eleventh embodiment.
【図13】第12の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 13 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection according to a twelfth embodiment.
【図14】第13の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 14 is an essential part cross sectional view for explaining the structure of a contact hole inspection standard sample according to a thirteenth embodiment;
【図15】第14の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。FIG. 15 is a cross-sectional view of a principal part for describing a configuration of a standard sample for contact hole inspection in a fourteenth embodiment.
【図16】第15の実施形態におけるコンタクトホール
検査用標準試料の構成を説明するための要部断面図であ
る。 FIG. 16 shows a contact hole according to a fifteenth embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part for describing a configuration of a standard sample for inspection.
You.
【図17】検査対象のコンタクトホールの構成を説明す
るための要部断面図である。 FIG. 17 illustrates a configuration of a contact hole to be inspected .
FIG. 2 is a sectional view of a main part for carrying out.
10 支持基板 12 擬似残存膜(シリコン酸化膜) 13 塗布膜 14 樹脂層 16、16a、16b、16c、16d、16e 開口
部 18 底面 20 擬似残存膜(シリコン窒化膜) 22 擬似残存膜(整合膜) 24 拡散層 26 ウエル 28 SOI基板 30 活性層 32 絶縁膜 34 裏面絶縁膜 36 金属層 38 TiN膜 40 フルオロカーボン膜 42 コンタクトホール 44 底面DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Support substrate 12 Pseudo residual film (silicon oxide film) 13 Coating film 14 Resin layer 16, 16a, 16b, 16c, 16d, 16e Opening 18 Bottom surface 20 Pseudo residual film (silicon nitride film) 22 Pseudo residual film (matching film) Reference Signs List 24 diffusion layer 26 well 28 SOI substrate 30 active layer 32 insulating film 34 backside insulating film 36 metal layer 38 TiN film 40 fluorocarbon film 42 contact hole 44 bottom surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/768 H01L 21/302 E 21/90 C ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/768 H01L 21/302 E 21/90 C
Claims (16)
と、感光性樹脂を硬化処理した樹脂層とを順次に積層
し、 前記樹脂層に、当該樹脂層を貫通する開口部を設けたこ
とを特徴とするコンタクトホール検査用標準試料。A pseudo residual film having a known thickness and a resin layer obtained by curing a photosensitive resin are sequentially laminated on a support substrate, and an opening penetrating the resin layer is formed in the resin layer. A standard sample for contact hole inspection, which is provided.
ンタクトホールの底面に残存した残存膜の材料と同一と
したことを特徴とする請求項1記載のコンタクトホール
検査用標準試料。2. The standard sample for contact hole inspection according to claim 1, wherein the material of the pseudo remaining film is the same as the material of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole to be inspected.
比を、検査対象のコンタクトホールの平面寸法およびア
スペクト比と同一としたことを特徴とする請求項1記載
のコンタクトホール検査用標準試料。3. The standard sample for contact hole inspection according to claim 1, wherein a plane size and an aspect ratio of the opening are the same as a plane size and an aspect ratio of a contact hole to be inspected.
部分にのみ設け、当該擬似残存膜の形成領域および非形
成領域において、前記感光性樹脂にそれぞれ開口部を設
けたことを特徴とする請求項1、2又は3記載のコンタ
クトホール検査用標準試料。4. The method according to claim 1, wherein the pseudo residual film is provided only on a part of the support substrate, and openings are provided in the photosensitive resin in a region where the pseudo residual film is formed and a region where the pseudo residual film is not formed. A standard sample for contact hole inspection according to claim 1, 2 or 3.
タクトホール被形成層の誘電率と等しくしたことを特徴
とする請求項1、2、3又は4記載のコンタクトホール
検査用標準試料。5. The standard sample for contact hole inspection according to claim 1, wherein a dielectric constant of the resin layer is made equal to a dielectric constant of a contact hole formation layer to be inspected.
ホール底面に露出すべき支持基板に形成された不純物拡
散層と、不純物種類および不純物濃度が同一の不純物拡
散層を設けたことを特徴とする、請求項1、2、3、4
又は5記載のコンタクトホール検査用標準試料。6. An impurity diffusion layer having the same impurity type and impurity concentration as the impurity diffusion layer formed on the support substrate to be exposed on the bottom surface of the contact hole to be inspected, provided on the support substrate. Claims 1, 2, 3, 4
Or a standard sample for contact hole inspection according to 5.
ンタクトホール底面に露出すべき支持基板に形成された
ウエルと、不純物種類および不純物濃度が同一のウエル
を設けたことを特徴とする、請求項1、2、3、4、5
又は6記載のコンタクトホール検査用標準試料。7. A part of the support substrate, wherein a well having the same impurity type and impurity concentration as a well formed on the support substrate to be exposed on the bottom surface of a contact hole to be inspected is provided. Terms 1, 2, 3, 4, 5
Or a standard sample for contact hole inspection according to 6.
ン・インシュレータ)基板としたことを特徴とする請求
項1、2、3、4、5、6又は7記載のコンタクトホー
ル検査用標準試料。8. The standard sample for contact hole inspection according to claim 1, wherein the support substrate is an SOI (silicon-on-insulator) substrate.
ことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6、7又
は8記載のコンタクトホール検査用標準試料。9. The standard sample for contact hole inspection according to claim 1, wherein an insulating film is provided on the back surface of said support substrate.
なるように、複数の前記開口部を前記樹脂層に不均一に
配置したことを特徴とする請求項1、2、3、4、5、
6、7、8又は9記載のコンタクトホール検査用標準試
料。10. A method according to claim 1, wherein said plurality of openings are non-uniformly arranged in said resin layer so that said openings have different planar distribution densities.
A standard sample for contact hole inspection according to 6, 7, 8 or 9.
ト比を有する複数の開口部を設けたことを特徴とする請
求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載
のコンタクトホール検査用標準試料。11. The resin layer according to claim 1, wherein a plurality of openings having different aspect ratios are provided in the resin layer. Standard sample for contact hole inspection.
ごとに、前記樹脂層の層厚が異なることを特徴とする請
求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は1
1記載のコンタクトホール検査用標準試料。12. The method according to claim 1, wherein the thickness of the resin layer is different for each of the contact hole inspection standard samples. 1
1. A standard sample for contact hole inspection according to 1.
に導電性膜を設けたことを特徴とする請求項1、2、
3、4、5、6、7、8、9、10、11、12又は1
3記載のコンタクトホール検査用標準試料。13. A method according to claim 1, wherein a conductive film is provided between said supporting substrate and said pseudo remaining film.
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 1
3. Standard sample for contact hole inspection according to 3.
オロカーボン膜を設けたことを特徴とする請求項1、
2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12又
は13記載のコンタクトホール検査用標準試料。 14. A method according to claim 1, wherein a fluorocarbon film having a known thickness is provided under said resin layer.
2. A standard sample for contact hole inspection according to 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 13 .
膜を形成する工程と、 前記擬似残存膜上に、感光性樹脂を塗布して塗布膜を形
成する工程と、 前記塗布膜の一部分を選択的に硬化処理して、当該樹脂
層を貫通する開口部を有する樹脂層を形成する工程とを
含むことを特徴とするコンタクトホール検査用試料の製
造方法。 15. A step of forming a pseudo residual film having a known film thickness on a supporting substrate; a step of applying a photosensitive resin on the pseudo residual film to form a coating film; Selectively curing the part to form a resin layer having an opening penetrating the resin layer .
用試料を用いてコンタクトホールの検査を行うにあた
り、 前記コンタクトホール検査用試料の開口部に電子ビーム
を照射して、当該開口部から放出される二次電子電流値
または当該開口部直下の支持基板へ流れる貫通電流値
と、当該開口部の底面に形成された擬似残存膜の膜厚と
を対応づけた対照テーブルを作成しておき、 検査対象のコンタクトホールに電子ビームを照射して、
前記二次電流値または前記貫通電流値を測定し、 前記二次電子電流値または前記貫通電流値に基づき、前
記対照テーブルを参照して、当該コンタクトホールの底
面に残存した残存膜の膜厚を評価することを特徴とする
コンタクトホール検査方法。16. In performing a contact hole inspection using the contact hole inspection sample according to claim 1, the opening of the contact hole inspection sample is irradiated with an electron beam and emitted from the opening. Create a comparison table in which the secondary electron current value or the through current value flowing to the support substrate immediately below the opening is associated with the thickness of the pseudo residual film formed on the bottom surface of the opening. Irradiating the contact hole with an electron beam
Measure the secondary current value or the through current value, based on the secondary electron current value or the through current value, refer to the control table, and determine the thickness of the remaining film remaining on the bottom surface of the contact hole. A contact hole inspection method characterized by evaluating.
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