JP2008218921A

JP2008218921A - 位置ずれ量の測定用パターンおよび測定方法、ならびに半導体装置

Info

Publication number: JP2008218921A
Application number: JP2007057780A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Oshida; 大介押田
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-18
Also published as: US20080217613A1; US8174011B2

Abstract

【課題】従来の測定方法では、目合わせずれ量の測定精度が低い。
【解決手段】各測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、パッド２２（第１の端子）およびパッド２４（第２の端子）間に電圧を印加することにより、配線と導体プラグとの相対的な位置ずれ量（目合わせずれ量）を測定する方法に用いられるパターンであって、パッド２２に接続された配線１２（第１の配線）と、配線１２に接続されたビアプラグ１４（第１の導体プラグ）と、配線１２と同層に、絶縁膜（図示せず）を挟んで配線１２に対向するように設けられ、パッド２４に接続された配線１６（第２の配線）と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置ずれ量の測定用パターンおよび測定方法、ならびに半導体装置に関する。

配線溝とその下のビアホールとを同時に形成するデュアルダマシンプロセスにおいては、配線溝を先に形成する場合と、ビアホールを先に形成する場合とがある。後者は、いわゆるビアファーストプロセスである。このプロセスにおいては、配線溝を形成する際に、当該配線溝と既に形成されたビアホールとの間で目合わせずれ、すなわち相対的な位置ずれが発生することがある。

かかる目合わせずれが発生した場合の問題点を図７を用いて説明する。図７はデュアルダマシンプロセスで形成した配線とビアプラグの断面図である。配線１０４、１０６、１０８およびビアプラグ１０２は層間絶縁膜（図示せず）で覆われている。なお、デュアルダマシンプロセスで形成した場合、配線１０４とビアプラグ１０２は一体化しており界面は存在しないが、ここでは配線１０４とビアプラグ１０２の相対的位置ずれの説明の理解を容易にするために点線で示した。目合わせずれが発生した場合、図７に示すように、ビアプラグ１０２が配線１０４と配線１０６との間から食み出すことになる。すると、ビアプラグ１０２が食み出した分だけ、ビアプラグ１０２とそれに近接する配線１０８との間の絶縁膜（図示せず）の幅ｄ１が小さくなる。それにより、配線１０４と配線１０８との間で絶縁破壊によるリーク電流が流れ易くなってしまう。

このように、配線層中の同層に設けられた配線１０４，１０８間の電流リークは、配線１０４とビアプラグ１０２との目合わせずれに対して敏感である。それゆえ、かかる目合わせずれの検出、さらに目合わせずれ量の測定を行うことは、信頼性の高い半導体装置を提供する上で重要である。

目合わせずれ量を測定する従来の方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。同文献では、配線および開口からなる組が複数設けられた測定用パターンが用いられている。このパターンにおいては、特定の方向について配線の端部と開口との距離が、組毎に異なっている。そのため、上記方向における配線と開口との目合わせずれの大きさによって、配線および開口間で電気的導通が得られる組の数が変わる。したがって、電気的な測定により、目合わせずれ量を求めることができる。
特開平１０−５０７０３号公報

しかしながら、特許文献１の測定用パターンでは、原理的に、目合わせずれ量を離散的な値でしか求めることができない。それゆえ、目合わせずれ量の測定精度が低いという問題がある。この点、配線の端部と開口との距離を組毎に小刻みに変えることによって、測定精度の改善を図ることも考えられる。ところが、その場合、上記組の数が増え、それにより測定用パターンの面積の増大等の弊害を招いてしまう。

本発明による位置ずれ量の測定用パターンは、第１および第２の端子間に電圧を印加することにより配線と導体プラグとの相対的な位置ずれ量を測定する方法に用いられるパターンであって、上記第１の端子に接続された第１の配線と、上記第１の配線に接続された第１の導体プラグと、上記第１の配線と同層に、絶縁膜を挟んで上記第１の配線に対向するように設けられ、上記第２の端子に接続された第２の配線と、を備えることを特徴とする。

この測定用パターンにおいては、第１の導体プラグが第１の配線から第２の配線に向かって食み出した場合、その分だけ、第１の導体プラグと第２の配線との間の絶縁膜の幅が小さくなる。ここで、当該絶縁膜の絶縁破壊電圧は、上記幅に依存する。したがって、第１および第２の端子間に電圧を印加して上記絶縁破壊電圧を測定すれば、第１の配線と第１の導体プラグとの相対的な位置ずれ量（目合わせずれ量）が求まる。これにより、位置ずれ量を連続的な値で求めることができる。

本発明によれば、位置ずれ量の高精度な測定に適した、位置ずれ量の測定用パターンおよび測定方法、ならびに半導体装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。半導体装置１は、測定用パターン１０ａ（第１の測定用パターン）、測定用パターン１０ｂ（第２の測定用パターン）、測定用パターン１０ｃ（第３の測定用パターン）、および測定用パターン１０ｄ（第４の測定用パターン）を備えている。

各測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、パッド２２（第１の端子）およびパッド２４（第２の端子）間に電圧を印加することにより、配線と導体プラグとの相対的な位置ずれ量（目合わせずれ量）を測定する方法に用いられるパターンであって、パッド２２に接続された配線１２（第１の配線）と、配線１２に接続されたビアプラグ１４（第１の導体プラグ）と、配線１２と同層に、絶縁膜（図示せず）を挟んで配線１２に対向するように設けられ、パッド２４に接続された配線１６（第２の配線）と、を備えている。なおビアプラグ１４は配線１２の下層に配置されているが、目合わせずれの説明の理解を容易にするために、図示している。上記絶縁膜は、配線１２，１６が形成された配線層を構成する絶縁膜である。

本実施形態においては、複数の配線１２と複数の配線１６とが、当該配線１２，１６の延在方向と垂直な方向に沿って交互に配置されている。複数の配線１２は、配線２３を介して共通のパッド２２に接続されている。同様に、複数の配線１６は、配線２５を介して共通のパッド２４に接続されている。

配線１６には、ビアプラグ１８（第２の導体プラグ）が接続されている。ビアプラグ１８は、ビアプラグ１４と同層に設けられている。配線１２，１６およびビアプラグ１４，１８は、デュアルダマシン構造を有している。なおビアプラグ１８は配線１６の下層に配置されているが、目合わせずれの説明の理解を容易にするために、図示している。

ビアプラグ１４は、平面視で、配線１２の、配線１６と対向する辺に掛かっている。測定用パターン１０ａにおいては、ビアプラグ１４が、平面視で、配線１２の＋Ｘ方向（図中の右方向）に面する辺に掛かっている。測定用パターン１０ｂにおいては、ビアプラグ１４が、平面視で、配線１２の−Ｘ方向（図中の左方向）に面する辺に掛かっている。測定用パターン１０ｃにおいては、ビアプラグ１４が、平面視で、配線１２の＋Ｙ方向（図中の上方向）に面する辺に掛かっている。また、測定用パターン１０ｄにおいては、ビアプラグ１４が、平面視で、配線１２の−Ｙ方向（図中の下方向）に面する辺に掛かっている。

図１においては特に、目合わせずれ量がゼロであるときの様子が示されており、ビアプラグ１４の配線１６側の辺が、配線１２の上記辺（すなわち配線１６と対向する辺）に重なっている。配線１２の幅は、平面視で、ビアプラグ１４の１辺の長さよりも大きい。また、配線１２と配線１６との間隔は、半導体装置１における最小の導体プラグの１辺の長さに略等しい。

本発明による位置ずれ量の測定方法の一実施形態として、半導体装置１の動作の一例を説明する。この測定方法は、各測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのパッド２２およびパッド２４間に電圧を印加するステップを含む。

このステップにおいては、配線１２と配線１６との間の絶縁膜（図２中に点線で囲まれた部分）が絶縁破壊するときの電圧値である絶縁破壊電圧を測定する。つまり、印加する電圧を徐々に上げていくと、やがて電圧ストレスによる絶縁膜破壊が発生し、パッド２２およびパッド２４間がショートする。よって、ショートが起こる直前の電圧値をもって絶縁破壊電圧とすることができる。

図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。ビアプラグ１４によって、配線１２（上層配線）と配線３２（下層配線）とが接続されている。同様に、ビアプラグ１８によって、配線１６（上層配線）と配線３６（下層配線）とが接続されている。なお、デュアルダマシンプロセスで形成した場合、配線１２とビアプラグ１４は一体化しており界面は存在しないが、ここでは配線１２とビアプラグ１４の相対的位置ずれの説明の理解を容易にするために点線で示している。配線１６とビアプラグ１８についても同様である。

ここで、目合わせずれ量がゼロである場合（図４参照）についても、上述の絶縁破壊電圧を予め測定しておく。図２および図３に示したように目合わせずれが発生してビアプラグ１４と配線１６との距離が縮まると、絶縁破壊電圧が低下する。したがって、このことを利用して、目合わせずれの発生を検出することができる。図４のV−V線に沿った断面図を図５に示す。なお、配線１２とビアプラグ１４の点線、および配線１６とビアプラグ１８の点線は図３と同様の目的で図示している。

さらに、上記絶縁破壊電圧と、断面観察により測定した目合わせずれ量との相関を予め取得しておくことにより、その相関に基づいて、配線１２および配線１６間の絶縁破壊電圧測定という簡易な測定から目合わせずれ量を求めることが可能となる。これにより、目合わせずれ量を連続的な値で求めることができる。

図６は、電子顕微鏡による断面観察から測定したｄ１（図７参照）と絶縁破壊電圧の相関を示すデータの一例である。目合わせずれ量は、配線間距離からｄ１を引いた値である。つまり、図６から目合わせずれ量と絶縁破壊電圧の相関を容易に読み取ることができる。本実施形態によれば、絶縁破壊電圧の測定という簡易な測定から、数ｎｍというわずかな目合わせずれ量でも高精度な検出が可能である。なお、ここで示したのは相関データの一例であって、絶縁破壊電圧の値は絶縁膜の材料や膜質等により異なる。

以上より、本実施形態によれば、目合わせずれ量を離散的な値でしか求めることができない特許文献１の方法に比して、高精度で目合わせずれ量を測定することができる。また、同文献の方法では、配線と開口とが接触しない程度の微小な目合わせずれを検出することができない。この点、本実施形態においては、微小な目合わせずれも検出することが可能である。さらに、本実施形態によれば、ショット毎の目合わせずれ量を定量的に評価することができるようになる。

また、本実施形態においては、４種類の測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設けられているため、４方向の目合わせずれを測定することが可能である。具体的には、測定用パターン１０ａによって、−Ｘ方向の目合わせずれ、すなわち配線１２がビアプラグ１４に対して−Ｘ方向にずれた場合の目合わせずれを測定できる。また、測定用パターン１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって、それぞれ＋Ｘ方向、−Ｙ方向および＋Ｙ方向の目合わせずれを測定できる。これに対して、特許文献１の方法では、１方向の目合わせずれしか検出することができない。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態において、測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの全てが設けられている必要はない。つまり、本発明による半導体装置には、測定用パターン１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのうち、何れか１つ、何れか２つあるいは何れか３つのみが設けられていてもよい。

本発明による半導体装置の一実施形態を示す平面図である。本発明による位置ずれ量の測定方法の一実施形態を説明するための平面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である。本発明による位置ずれ量の測定方法の一実施形態を説明するための平面図である。図４のV−V線に沿った断面図である。ビアプラグおよび配線間の絶縁膜の幅と絶縁破壊電圧との相関データである。ビアプラグと配線の相対的な位置ずれが発生した場合の説明図である。

符号の説明

１半導体装置
１０ａ測定用パターン
１０ｂ測定用パターン
１０ｃ測定用パターン
１０ｄ測定用パターン
１２配線
１４ビアプラグ
１６配線
１８ビアプラグ
２２パッド
２３配線
２４パッド
２５配線
３２配線
３６配線

Claims

第１および第２の端子間に電圧を印加することにより配線と導体プラグとの相対的な位置ずれ量を測定する方法に用いられるパターンであって、
前記第１の端子に接続された第１の配線と、
前記第１の配線に接続された第１の導体プラグと、
前記第１の配線と同層に、絶縁膜を挟んで前記第１の配線に対向するように設けられ、前記第２の端子に接続された第２の配線と、
を備えることを特徴とする、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１に記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記第１の導体プラグは、平面視で、前記第１の配線の、前記第２の配線と対向する辺に掛かっている、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項２に記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記位置ずれ量がゼロであるとき、
平面視で、前記第１の導体プラグの、前記第２の配線側の辺は、前記第１の配線の前記辺に重なる、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１乃至３いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記第１の配線の幅は、平面視で、前記第１の導体プラグの１辺の長さよりも大きい、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１乃至４いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記第１の配線と前記第２の配線との間隔は、当該測定用パターンが設けられた半導体装置における最小の導体プラグの１辺の長さに略等しい、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１乃至５いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
複数の前記第１の配線と複数の前記第２の配線とが、当該第１および第２の配線の延在方向と垂直な方向に沿って交互に配置されている、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項６に記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記第２の配線に接続された第２の導体プラグを備える、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１乃至７いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンにおいて、
前記第１の配線および前記導体プラグは、デュアルダマシン構造を有する、位置ずれ量の測定用パターン。
請求項１乃至８いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンである第１の測定用パターンと、
請求項１乃至８いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンである第２の測定用パターンと、を備え、
前記第１の測定用パターンにおいては、前記第１の導体プラグが、平面視で、前記第１の配線の、第１の方向に面する辺に掛かっており、
前記第２の測定用パターンにおいては、前記第１の導体プラグが、平面視で、前記第１の配線の、前記第１の方向と異なる第２の方向に面する辺に掛かっている、半導体装置。
請求項９に記載の半導体装置において、
前記第２の方向は、前記第１の方向と正反対の方向である半導体装置。
請求項９または１０に記載の半導体装置において、
請求項１乃至８いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンである第３の測定用パターンと、
請求項１乃至８いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンである第４の測定用パターンと、を備え、
前記第３の測定用パターンにおいては、前記第１の導体プラグが、平面視で、前記第１の配線の、前記第１および第２の方向の何れとも異なる第３の方向に面する辺に掛かっており、
前記第４の測定用パターンにおいては、前記第１の導体プラグが、平面視で、前記第１の配線の、前記第１、第２および第３の方向の何れとも異なる第４の方向に面する辺に掛かっている、半導体装置。
請求項１１に記載の半導体装置において、
前記第２の方向は、前記第１の方向と正反対の方向であり、
前記第３の方向は、前記第１および第２の方向に垂直な方向であり、
前記第４の方向は、前記第３の方向と正反対の方向である半導体装置。
請求項１乃至８いずれかに記載の位置ずれ量の測定用パターンの前記第１および第２の端子間に電圧を印加するステップを含むことを特徴とする、位置ずれ量の測定方法。
請求項１３に記載の位置ずれ量の測定方法において、
前記電圧を印加するステップは、前記第１の配線と前記第２の配線との間の前記絶縁膜が絶縁破壊するときの電圧値である絶縁破壊電圧を測定するステップを含む、位置ずれ量の測定方法。
請求項１４に記載の位置ずれ量の測定方法において、
予め前記絶縁破壊電圧の測定値と前記位置ずれ量の測定値との相関データを求めるステップと、
前記絶縁破壊電圧を測定するステップの後に、前記相関データに基づいて、前記絶縁破壊電圧から前記位置ずれ量を求めるステップと、を含む、位置ずれ量の測定方法。