JP2001015511A - 配線パターン及びそのパターンにおける不良コンタクトの特定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属配線とコンタクトで形成されるコンタクト
チェーンにおいて、不良コンタクト個所を複数個同時に
特定することにある。 【解決手段】パッド５，６間に形成する大規模な１つの
コンタクトチェーンに対し、折返し部のメタルデポジシ
ョン用金属配線３を長く形成するとともに、パッドと金
属配線３を短絡するデポジション金属膜１５を堆積し、
コンタクトチェーンを、複数の小規模な直列コンタクト
チェーンが並列接続された回路に変更する。この試料に
対して、パッド５に電位を供給し、パッド６をＧＮＤに
して電位差コントラストを観察することにより、コンタ
クトチェーン中に存在する複数のオープンあるいは高抵
抗などの不良コンタクト４を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配線パターン及びそ
のパターンにおける不良コンタクトの特定方法に関し、
特にＩＣチップのテストパターンを形成するコンタクト
チェーンの配線レイアウトにおける配線パターン及びそ
のパターンの不良コンタクト特定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣチップのテストパターンが形
成される部分においては、コンタクトチェーンの中に不
良コンタクトが存在するか否かをチェックしている。な
お、通常層間膜などを貫通して接続を形成するものをコ
ンタンクトと称し、層間膜内の内部配線で接続していも
のをビア（ホール）として区別するが、ここでは代表し
てコンタクトの場合を例にとる。

【０００３】図８は従来の一例を説明するためのコンタ
クト配線レイアウトの上面図である。図８に示すよう
に、従来のＩＣチップのテストパターン部分１は、パッ
ド６および１９間にチェーン状に接続される金属配線２
およびコンタクト（下層）が形成されており、この場合
には不良コンタクト（Ｘ印）４が３つ存在するものとす
る。

【０００４】このようなテストパターン部分１を備えた
ＩＣチップにおいては、通常シリコン基板上に隣り合う
コンタクトを分離するように素子分離を形成し、イオン
注入や熱拡散により拡散層が形成される。さらに、層間
膜を堆積した後、コンタクトの開口を行い、１つの拡散
層から他の拡散層へ接続されるように、例えばフォトリ
ソグラフィーを用いて、金属配線２を形成する。この拡
散層は、チタンあるいはコバルトなどを用いて自己整合
的にシリサイド化しても良い。また、層間膜上部の金属
配線２が同様のパターンを有するのであれば、層間膜中
に下部配線を形成し、上部配線となる金属配線２とビア
ホ−ルで接続したようなビアチェーンに適用してもよ
い。

【０００５】このような構造を持つパターンを基板上に
多数作成する。各々のパターンに対しては、オートプロ
ーバーなどを用い、電気特性測定用パッドに針を落とし
電圧を印加することにより、まず抵抗異常のコンタクト
チェーンを特定する。

【０００６】図９は図８における不良コンタクトを特定
するためのボルテージコントラスト測定体系図である。
図９に示すように、オートプローバーの測定で異常と判
定されたコンタクトチェーンに対して、ボルテージコン
トラストを用いて不良コンタクト４の特定を行う。この
ボルテージコントラスト観察の際には、パッド６をグラ
ウンドに落とし、もう一方のパッド１９をフローティン
グにする。もしくは、フローティング側のパッドに電圧
を印加する。

【０００７】この試料となるチップのテストパターン部
１に対して、荷電粒子ビームを走査させ、二次的に発生
した荷電粒子を検出し、走査二次荷電粒子像が得られる
ような測定装置、例えば集束イオンビーム装置ＦＩＢや
走査型電子顕微鏡ＳＥＭを用いてコンタクトチェーン上
でプローブを走査することにより、走査二次荷電粒子像
を得る。

【０００８】この走査二次荷電粒子像上では、抵抗の高
いコンタクト４を境にして、グラウンド側配線２１とフ
ローティング側配線２０のコントラストが極端に変化す
るため、抵抗異常を有するコンタクト４の位置を特定す
ることが出来る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の不良コ
ンタクトの特定においては、まず第１に、オープンコン
タクトがコンタクトチェーンの中に複数個存在していて
も、その内の１つ、ＧＮＤパッドに一番近い不良コンタ
クトしか検出することが出来ないという欠点がある。

【００１０】すなわち、直列コンタクトチェーンに複数
のオープンコンタクトが存在した場合、最もグラウンド
パッドに近いオープンコンタクトの個所で大きなボルテ
ージコントラストの変化が生じるが、他のオープンコン
タクトではプローブビームに起因した電荷がグラウンド
に逃げることが出来ないため、不良コンタクト前後の配
線ともチャージアップした状態になってしまうので、複
数の不良コンタクトを検出することはできない。

【００１１】また第２に、電圧を印加しボルテージコン
トラストを利用して不良コンタクトを検出する場合、複
数の高抵抗コンタクトがコンタクトチェーン中に存在し
ていた場合には、１つの不良コンタクトを検出するより
も高い電圧を印加しなければ、検出することが出来ない
という欠点がある。すなわち、同程度の抵抗値を持つ異
常コンタクトが１つのチェーン内に複数存在しているよ
うな場合には、各々の異常コンタクトで均等に電圧降下
が生じてしまうため、コンタクトチェーン中に存在して
いる不良コンタクトの数が多い程、パッド間に高い電圧
を印加して不良コンタクトで十分な電圧降下を生じさせ
なくては、明瞭なボルテージコントラストを観察するこ
とが出来なくなる。しかも、チェーンに印加する電圧を
著しく高くした場合には、層間絶縁膜の絶縁破壊を生じ
る可能性がある。

【００１２】また、第３に、異常コンタクトの抵抗値が
それ程高くない場合や、チェーンの規模がきわめて大規
模になった場合、あるいは通常のコンタクト抵抗が高い
場合には、パッド間に高い電圧をかけなければ、ボルテ
ージコントラストを検出できないという問題もある。す
なわち、直列コンタクトチェーンにおいて、不良コンタ
クトにおける電圧降下は、コンタクトチェーンの総抵抗
に依存する。したがって、チェーンの規模が大きくなれ
ばなる程、または異常コンタクトの抵抗値が小さくなれ
ばなる程、さらには通常のコンタクト抵抗値が高ければ
高い程、異常コンタクト部で生じる電圧降下の割合は小
さくなる。従って、このような場合には、パッド間に大
きな電圧を印加しなくてはならなくなる。

【００１３】本発明の目的は、このような高抵抗コンタ
クトを複数個同時に特定することのできる配線パターン
及びそのパターンにおける不良コンタクトの特定方法を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の配線パターン
は、メタルデポジション用金属配線を上層配線もしくは
内部配線に有して構成される。

【００１５】本発明の不良コンタクトの特定方法は、パ
ッド間に形成されるコンタクトチェーンの折返し部にメ
タルデポジション用金属配線を形成するとともに、前記
パッドと前記メタルデポジション用金属配線を短絡する
デポジション金属膜を堆積して複数の小規模な直列コン
タクトチェーンを並列に形成した後、前記パッドに電位
およびＧＮＤを供給して電位差コントラストを判定し、
前記コンタクトチェーン中に存在する不良コンタクトを
検出するように構成される。

【００１６】また、このメタルデポジション用金属配線
は、折返し部にＴ字状部を形成するか、金属配線の太さ
のままで配線を伸ばして形成するとともに、その伸ばし
た金属配線に前記デポジション金属膜を堆積して形成す
ることができる。

【００１７】また、このコンタクトチェーンは、その全
面もしくは一部に集束させた一次荷電粒子ビームをラス
ター状に走査して二次的に発生する荷電粒子を検出し、
その走査二次荷電粒子像に現れるコントラストの変化か
ら不良コンタクトを検出するように形成される。

【００１８】また、かかる不良コンタクトは、複数個同
時に検出することができる。

【００１９】また、コンタクトチェーンは、層間膜内の
ビアホールおよび内部金属配線によって形成されるビア
チェーンを用いることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施の形態を説明するた
めのコンタクト配線レイアウトの上面図である。図１に
示すように、本実施の形態のＩＣチップのテストパター
ン部１においては、金属配線２に対し、折り返えしの両
側にＴ字状のメタルデポジション用金属配線３を形成す
るとともに、電圧印加用パッド５およびＧＮＤ側パッド
６の引出し部を長めに形成したことにある。また、不良
コンタクト（Ｘ印）４は、前述の従来例と同様に、３個
所あるものとし、これらの不良コンタクト４をすべて特
定するものとする。

【００２２】また、本発明における配線パターンは、メ
タルデポジション用金属配線３を上層配線に形成してい
るが、内部配線に形成しても同様である。

【００２３】この金属配線２は、それぞれ２つのコンタ
クトと接続されており、各々のコンタクトはそれぞれ素
子分離で分離された別の拡散層と接続している。また、
各々の拡散層からも２つのコンタクトが接続しており、
これらのコンタクトも隣り合う異なる金属配線に接続さ
れる。これにより、パッド５からパッド６へは、電気的
に直列に金属配線２と拡散層を介して接続できることに
なる。なお、ビアチェーンについても、同様である。

【００２４】また、このメタルデポジション金属配線２
は、その折り返し部の一例をＴ字状部で説明するが、か
かる形状に限定されることはない。例えば、金属配線の
太さそのままで配線部分を伸ばしても同様に実現するこ
とができる。なお、配線が伸びていれば、その配線形状
は特に問わない。

【００２５】図２は図１におけるコンタクトチェーンの
場合のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、この
チップのテストパターン部１は、コンタクトチェーンを
作るためのものであり、隣り合う素子を分離するための
素子分離領域９と、イオン注入や熱拡散により形成する
拡散層８とを備えたシリコン基板７上に層間膜１０を堆
積した後、コンタクト１１の開口を行い、１つの拡散層
８から他の拡散層（図示省略）へと接続するように、フ
ォトリソグラフィーなどを用いて、金属配線２を形成す
る。この拡散層８は、チタンあるいはコバルトなどを用
いて自己整合的にシリサイド化しても良い。

【００２６】図３は図２と同様に図１におけるビアチェ
ーンの場合のＡ−Ａ線断面図である。図３に示すよう
に、このチップのテストパターン部１は、ビアチェーン
を作るためのものであり、層間膜１０の上部の金属配線
１２が図１のパターンと同様のパターンを有するもので
あれば同様である。すなわち、層間膜１０の中に下部配
線１４を形成し、上部金属配線１２とビアホ−ル１３で
接続したようなビアチェーンに適用することもできる。

【００２７】このような構造を有するパターンを基板７
上に多数個作成する。各々のパターンに対しては、オー
トプローバーなどを用いて電気特性測定用パッドに針を
落とし、電圧を印加することにより、抵抗異常のコンタ
クトもしくはビアチェーンを特定する。

【００２８】図４は図１に示すＩＣのテストパターン部
分を測定するためにメタルデポジションを行った状態の
上面図である。この場合、メタルデポジション用金属配
線３に対し、デポジション金属膜１５を形成し、コンタ
クトチェーンを複数個の小規模直列コンタクトチェーン
に分割する。すなわち、抵抗異常のコンタクトチェーン
に対して、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）に付帯する
メタルデポジション機能を用い、メタルデポジション用
金属配線３のＴ字型に飛び出した配線部分にデポジショ
ン金属膜１５を形成する。これにより、このコンタクト
チェーンは複数の直列コンタクトチェーンの並列接続し
た回路に変換することが出来る。

【００２９】図５は図４における不良コンタクトを特定
するためのボルテージコントラスト測定図である。図５
に示すように、異常と判定されたコンタクトチェーンに
対して、ボルテージコントラストを用いて不良コンタク
ト４の特定を行う。このボルテージコントラスト観察の
際には、パッド６をグラウンドに落とし、もう一方のパ
ッド５をフローティングもしくは外部電源１６より電圧
を印加する。もし、複数の荷電粒子ビームを使用可能な
装置の場合、フローティング側のパッド５にビームを連
続的に照射しても良い。

【００３０】このようなデポジション金属膜１５を形成
した試料に対し、荷電粒子ビームをプローブとし、二次
的に発生した荷電粒子を検出し画像化可能なＦＩＢやＳ
ＥＭのような装置を用いて、コンタクトチェーン全体も
しくは一部が入るようにプローブを走査し、走査二次荷
電粒子像を得る。この走査二次荷電粒子像上では、抵抗
の高い不良コンタクト４を境にして、グラウンド側のチ
ャージアップしていない金属配線１７と電圧印加側のチ
ャージアップした金属配線１８とのコントラストが極端
に変化するため、抵抗異常を有するコンタクト位置を特
定することが出来る。

【００３１】前述した従来例では、直列コンタクトチェ
ーンの中に不良コンタクト４である複数のオープンコン
タクトが存在する場合、接地されたパッドに最も近いコ
ンタクトでボルテージコントラストが観察され、その他
の配線では、一次ビームに起因したチャージがグラウン
ドに逃げられずにチャージアップしていた。

【００３２】しかるに、本実施の形態によれば、メタル
デポジション用金属膜１５により、小分けにされた直列
のコンタクトチェーンが複数個でき、その各々がＧＮＤ
に落ちることになる。従って、メタルデポジションで生
じたコンタクトチェーンの数だけ、オープンコンタクト
を検出することが可能となる。なお、ビアチェーンもま
ったく同様である。

【００３３】また、本実施の形態によれば、直列コンタ
クトチェーンにおける電圧降下は、異常コンタクト抵抗
以外のコンタクト抵抗の総和と異常コンタクト４の抵抗
とで生じる。仮に、コンタクトチェーン内に複数の同程
度の抵抗値を持つ高抵抗コンタクト４が存在し、コンタ
クトチェーンのほとんどの電圧降下がこれら高抵抗コン
タクト４で生じるとした場合、その電圧降下は各々の異
常コンタクト４で均等に生じる。従って、１つあたりの
不良コンタクト４で生じる電圧降下が小さくなり、ボル
テージコントラストも低下してしまう。しかしながら、
メタルデポジションにより直列コンタクトチェーンを複
数の小規模直列コンタクトチェーンの並列接続にする
と、分割された小規模直列コンタクトチェーン中の１つ
１つの不良コンタクト４で大きな電圧降下が生じるた
め、パッド５および６間に印加する電圧が同一でもボル
テージコントラストを容易に検出する事が可能になる。

【００３４】また、本実施の形態によれば、従来行われ
てきたようなウエハー内に作られた多くのコンタクトを
含む大規模直列コンタクトチェーンの電気抵抗を測定
し、異常コンタクト４を含むチェーンを特定するという
機能を持ちつつ、メタルデポジション用に作られた配線
３上にデポジション金属膜１５を形成することにより、
複数の小さなコンタクトチェーンに分割可能であり、１
つのパターンから任意の規模のコンタクトチェーンをオ
フラインで作成することができる。このため、オートプ
ローバにより複数の小さなコンタクトチェーンを大量に
抵抗測定する手間や、大規模直列チェーンで複数の不良
コンタクト４を特定するために各々の不良コンタクト４
をショートさせるようなその都度毎（ＦＩＢ毎）のメタ
ルデポジションを行う手間を省くことができる。また、
１つあたりの異常コンタクト４を検出するに必要な時間
も短縮される。

【００３５】また、本実施の形態によれば、不良コンタ
クト４の抵抗値が同じであれば、電圧を印加してボルテ
ージコントラストを測定する場合、コンタクトチェーン
の総抵抗値が小さい程、不良コンタクト４での電圧降下
が大きい。本実施の形態では、元の大規模チェーンを小
規模チェーンに分割するために、各々のチェーンの総抵
抗値は減少する。このため、不良コンタクト４での電圧
降下が大きくなり、ボルテージコントラストをより一層
明瞭にできる。

【００３６】さらに、従来のコンタクトチェーンにおけ
る金属配線構造では、配線と配線との間のスペースが１
μｍ未満と狭いので、メタルデポジションした領域が所
望の配線以外の部分と接触してしまい易いのに対し、本
実施の形態によれば、メタルデポジション領域をコンタ
クトチェーン本体と離れて設定することが可能となるた
め、容易に且つ短絡させることなしに複数の小規模直列
コンタクトチェーンに分割することが可能となる。

【００３７】図６は本発明の他の実施の形態を説明する
ためのコンタクト配線レイアウトの上面図である。図６
に示すように、本実施の形態のＩＣチップのテストパタ
ーン部１においても、その断面の構造は、前述した図２
もしくは図３の構造と同一である。

【００３８】前述した一実施の形態では、予め電気特性
測定用パッド５，６周辺に、メタルデポジション金属膜
１２を配置形成したが、大規模なパターンでは、縦と横
の長さが１００μｍを超えるほどに長くなる場合があ
る。そこで、図６に示したような配線のレイアウトを取
ることにより、メタルデポジション時間を大幅に短縮す
ることが可能である。

【００３９】そこで、このような構造を持つパターンを
基板上に多数作成し、各々のパターンに対して、オート
プローバーなどを用いて電気特性測定用パッドに針を落
とし電圧を印加することにより、抵抗異常のコンタクト
４のチェーンを特定する。

【００４０】図７は図６における不良コンタクトを特定
するためのボルテージコントラストの模式図である。図
７に示すように、異常と判定されたコンタクトチェーン
に対して、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）に付帯する
メタルデポジション機能を用い、メタルデポジション用
金属配線３の飛出した部分にメタルデポジション配線１
５を形成する。これにより、このコンタクトチェーンは
複数の直列コンタクト（ビア）チェーンの並列接続した
回路に変換することができる。この状態からパッド６を
グラウンドに落とし、もう一方のパッド５にフローティ
ングにするか、もしくは外部電源１６より電圧を印加す
るか、あるいは複数の荷電粒子ビームを使用可能な装置
の場合は、フローティング側のパッド５にビームを連続
的に照射した状態から一次荷電粒子ビームをコンタクト
チェーン全体あるいは一部で走査させ、走査二次荷電粒
子像を得る。かかる走査二次荷電粒子像上では、抵抗の
高いコンタクト４を境にして、グランド側配線１７と電
圧印加側配線１８のコントラストが極端に変化するた
め、抵抗異常を有するコンタクト４の位置を特定するこ
とができる。

【００４１】なお、上述した実施の形態の他にも、コン
タクトチェーンの折り返し部でォバサレタ配線部分にＦ
ＩＢを用いたメタルデポジションではなく、直接延長し
た配線に微細なメタルのプローブを接続することによ
り、複数の小規模直列コンタクトチェーンに分割し、走
査二次荷電粒子像より、抵抗異常を有するコンタクト４
の位置を特定することもできる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の不良コン
タクトの特定方法は、一度のボルテージコントラスト像
の観察で、最大で分割した直列チェーンの個数分だけ、
コンタクト（ビア）チェーン中に存在する複数のオープ
ンコンタクト（ビア）を特定することができるという効
果がある。

【００４３】また、本発明は、直列コンタクト（ビア）
チェーン中に含まれる複数の高抵抗コンタクト（ビア）
を、一度のボルテージコントラスト像の観察で特定する
ことが可能になるという効果がある。

【００４４】また、本発明は、不良コンタクト（ビア）
１つあたりの位置特定時間の短縮化を実現できるという
効果がある。

【００４５】さらに、本発明は、集束イオンビーム装置
の付帯機能であるメタルデポジションを用いて、他のコ
ンタクト（ビア）へ短絡することなしに、直列のコンタ
クト（ビア）チェーンを複数の小規模直列コンタクト
（ビア）チェーンに分割することが出来るという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を説明するためのコンタ
クト配線レイアウトの上面図である。

【図２】図１におけるコンタクトチェーンの場合のＡ−
Ａ線断面図である。

【図３】図２と同様に図１におけるビアチェーンの場合
のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図１に示すＩＣのテストパターン部分を測定す
るためにメタルデポジションを行った状態の上面図であ
る。

【図５】図４における不良コンタクトを特定するための
ボルテージコントラスト測定図である。

【図６】本発明の他の実施の形態を説明するためのコン
タクト配線レイアウトの上面図である。

【図７】図６における不良コンタクトを特定するための
ボルテージコントラストの模式図である。

【図８】従来の一例を説明するためのコンタクト配線レ
イアウトの上面図である。

【図９】図８における不良コンタクトを特定するための
ボルテージコントラスト測定体系図である。

【符号の説明】

１ チップのテストパターン部 ２ 金属配線 ３ メタルデポジション用金属配線 ４ 不良コンタクト ５ 電圧印加側パッド ６ ＧＮＤ側パッド ７ シリコン基板 ８ 拡散層 ９ 素子分離領域 １０ 層間膜 １１ コンタクト １２ 上部金属配線 １３ ビアホール １４ 下部金属配線 １５ デポジション金属膜 １６ 外部電源 １７ チャージアップしてない金属配線 １８ チャージアップした金属配線

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メタルデポジション用金属配線を上層配
   線もしくは内部配線に有することを特徴とする配線パタ
   ーン。
2. 【請求項２】 パッド間に形成されるコンタクトチェー
   ンの折返し部にメタルデポジション用金属配線を形成す
   るとともに、前記パッドと前記メタルデポジション用金
   属配線を短絡するデポジション金属膜を堆積して複数の
   小規模な直列コンタクトチェーンを並列に形成した後、
   前記パッドに電位およびＧＮＤを供給して電位差コント
   ラストを判定し、前記コンタクトチェーン中に存在する
   不良コンタクトを検出することを特徴とする不良コンタ
   クトの特定方法。
3. 【請求項３】 前記メタルデポジション用金属配線は、
   折返し部にＴ字状部を形成するか、前記折返し部の金属
   配線の太さのままで配線を伸ばして形成するとともに、
   その伸ばした金属配線に前記デポジション金属膜を堆積
   した請求項２記載の不良コンタクトの特定方法。
4. 【請求項４】 前記コンタクトチェーンは、その全面も
   しくは一部に集束させた一次荷電粒子ビームをラスター
   状に走査して二次的に発生する荷電粒子を検出し、その
   走査二次荷電粒子像に現れるコントラストの変化から不
   良コンタクトを検出する請求項２記載の不良コンタクト
   の特定方法。
5. 【請求項５】 前記不良コンタクトは、複数個同時に検
   出しうる請求項２記載の不良コンタクトの特定方法。
6. 【請求項６】 前記コンタクトチェーンは、層間膜内の
   ビアホールおよび内部金属配線によって形成されるビア
   チェーンを用いる請求項２記載の不良コンタクトの特定
   方法。