JP2004513526A - テスト構造内で欠陥を標定および抵抗を測定するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の背景】
発明の分野
この発明は、進展したウェハ処理技術において欠陥を探し出すことに関し、特定的には、ウェハ上の欠陥の大きさを定量化し、これを標定することに関する。
【0002】
関連技術の説明
ウェハ製造プロセスの際には、ウェハに対していくつかの不純物添加、層形成およびパターニングの工程が行なわれる。これら工程の各々は厳しい物理的要件を満たさなければならない。しかしすべての工程には完全な較正からいくらかのばらつきがあるため、結果としてウェハ表面上にいくらかのばらつきが生じる。
【0003】
これらのばらつきを最小限にするために、望ましくない欠陥を検出するためのいくつかの検査および試験が行なわれる。これらの欠陥は検出後に故障分析と呼ばれるプロセスにおいて分析される。故障分析の際には、製造材料、プロセスレシピ、周囲雰囲気、作業員、プロセス装置、およびプロセス材料における問題について貴重な情報を発見することができる。したがって集積回路上の欠陥の検出は、高い歩留りおよびプロセス制御にとって極めて重要である。
【0004】
新たな製造プロセスを開発する際には、特にこの新たな製造プロセスについて試験を行なうためのテスト構造を製造することが有利である。これに代えて、主として所望の集積回路素子を含むウェハが、所望の素子間に散在するテスト構造も含むこともある。
【0005】
図1は2つの標準的なテスト構造100、すなわちフォーク101および蛇行102を例示する。これらの構造のうち1つを用いて欠陥を識別するには、使用者は構造の一端に入力信号を与え、他端で適当な出力信号が生成されたかどうかを判断する。これらテスト構造は、テストチップ上に置かれて製造プロセスを試験し得るが、実際の製品チップ上に置かれることもある。
【0006】
テスト構造100は、「開放」および「短絡」についての試験に対処するものである。開放とは、接続されているはずの2点間にある接続の不良、または極めて高い抵抗である。蛇行102は典型的に開放を検出するために用いられる。短絡とは、接続されていないはずの点間に接続が存在する際の故障である。開放は、金属配線(線)、ポリシリコン線、拡散線、コンタクト、またはバイアの中にあり得る。短絡は、金属間、ポリシリコン間、拡散間、またはコンタクト・ポリシリコン間にあり得る。フォーク101は典型的に短絡を検出するために使用される。
【0007】
上述のテスト構造、すなわちフォーク101および蛇行102には明らかな欠点がある。たとえば、いずれの構造を用いても、故障を標定および分析することは困難であり、時間もかかる。具体的には、開放状態または短絡状態を検出しても、この欠陥が正確にフォークまたは蛇行上のどこに位置するのかについて使用者は全くわからない。
【0008】
欠陥の場所を判定するためには、使用者による構造の検査が必要である。現在の技術では、チップの故障を判定する方法としては目視検査が主流である。目視検査は面倒なプロセスであり、熟練した製品エンジニアがかなりの時間をかけて行なう必要がある。さらに厄介なことに、すべての視覚上の欠陥が結果として電気的不良を生じさせるわけではない。したがって、視覚上の欠陥をより厳密に分析するためには、使用者は典型的に光学的試験と走査電子顕微鏡(SEM)による試験との両方を行なうことになる。さらに、最初の検査時には多くの欠陥が見えないため、SEMによる欠陥の標定は極めて困難であり、不可能ですらあり得る。
【0009】
重要なことに、欠陥が標定されたとしても、現在の技術はこの欠陥の大きさを定量化するための方法を提供してはいない。欠陥の場所および大きさはともに、使用者が故障分析を行なうために貴重な情報を提供するだけでなく、故障分析の実行なしに欠陥の性質を示すことすらある。使用者は、その費用および複雑さから故障分析の使用を最小限にしようとする。当業者には公知であるように、極端に大きな欠陥はおそらく不十分なエッチングの結果ではなく、むしろ異物の汚染によるものである。しかしその他の種類の欠陥の同定は、明確さに欠ける。したがって標定後も、多くの種類の欠陥を故障分析にかけなければならない。
【0010】
したがって、ウェハ上の欠陥の大きさを定量化し、さらにこれを標定するための経済的な方法およびテスト構造に対する必要性が生じる。
【0011】
【発明の概要】
この発明に従うと、製造プロセスを試験するために使用されるテスト構造が欠陥情報を素早く正確にもたらす。テスト構造は、商用デバイスに存在するであろう構造を模倣して設計される。テスト構造は、第1の平行の配向に設けられる第1の複数の線と、第1の複数の線に結合され第1の複数の線のうち1本を選択するための第1のデコーダと、第1のデコーダの出力に結合された第1のセンスアンプとを含む。開放を分析するために、テスト構造内の線がセンスアンプに結合される。ハイの入力信号が線に与えられる。次に、開放の抵抗を判定するために、複数の基準電圧がセンスアンプに与えられる。
【0012】
この発明では、センスアンプに与えられた基準電圧に基づいて、線の抵抗の数学的モデルが生成される。一実施例では、この数学的モデルはHSPICEなどのシミュレーションプログラムを用いて生成される。この数学的モデルを用いることで、この発明のテスト構造は最小限の試験費用で、百万個の場所当り数個の欠陥程度の欠陥を素早く検出することができる。
【0013】
テスト構造はさらに、線上の欠陥の場所を判定することができる。これを達成するために、テスト構造はさらに、各々がソース、ドレインおよびゲートを有する複数のトランジスタを含み、ソースおよびドレインはそれぞれ選択された線、および隣接する選択されていない線に接続され、ゲートは選択回路に結合される。選択回路を用いてトランジスタは選択的にオン/オフされ、こうしてテスト構造を通る予め定められた経路がもたらされる。次に、さまざまな経路に関連した抵抗を比較することによって開放の場所を判定する。この態様で、開放の場所は数マイクロメータ以内で判定され得る。
【0014】
試験される線にわたって開放が実質的に散在していれば、故障分析はなお面倒で時間がかかり、しばしば決定的でないこともある。しかしながら、試験される線の1区分が他の区分よりも著しく高い抵抗を有する場合には、故障分析を素早く行なうことが可能であり、はるかに確実な結論が得られるだろう。この発明はこうして、より良好な故障分析を容易にする。
【0015】
この発明に従うと、テスト構造はさらに、第2の平行の配向に設けられた第2の複数の線と、第2の複数の線に結合され、第2の複数の線のうち1本を選択するための第2のデコーダと、第2のデコーダの出力に結合された第2のセンスアンプとを含む。一実施例では、第2の平行の配向は第1の平行の配向と直交する。第1の複数の線は集積回路内の1つの層から形成され、第2の複数の線は別の層から形成される。この態様で、各々のプロセス層につき別個のフィードバックをもたらすことができる。
【0016】
短絡を判定するためには、テスト構造内の第1の複数の線の各々に対して平行な複数のテストストリップが形成される。各テストストリップは第2の複数の線のうち1本に結合される。この発明では、第1の複数の線の中の試験される線にハイの信号を与え、第2の複数の線のうち適当な1本の出力信号を監視することによって、試験される線と、対応するテストストリップとの間の短絡を、素早くかつ正確に識別する。
【0017】
[図面の詳細な説明]
半導体層、導電層および絶縁層を含む多数の層から集積回路が形成される。この発明に従うと、欠陥、すなわち開放および短絡の識別を容易にするためのテスト線が、半導体層および導電層から形成される。したがってここで「層」という用語は、半導体層または導電層のうち1つを指す。
【0018】
この発明に従う実際のテスト構造は典型的に、各金属(導電)層と、半導体材料からなる層とに形成された線を含み得る。したがって実際のテスト構造は複数の層を含むことになり、これらすべてが集積回路内の相対的な場所に基づいて積み重ねられる。たとえば集積回路が5つの金属層を有すると仮定すると、1番目の層はn型およびp型の拡散領域、ポリシリコン、および関連のコンタクト(n型拡散、p型拡散およびポリシリコン)を含み得る。2番目の層は、金属1と、金属1で形成されたバイアとを含み得る。3番目の層は、金属2と、金属2で形成されたバイアとを含み得る。4番目の層は、金属3と、金属3で形成されたバイアとを含み得る。5番目の層は、金属4と、金属4で形成されたバイアとを含み得る。最後に6番目の層は、金属5と、金属5で形成されたバイアとを含み得る。この発明で各層は、この層に存在する材料から形成された水平方向または垂直方向のいずれかの線を含む。隣接する層は異なった線配向を有する。
【0019】
図2Aは、チップ上に位置して、開放の存在を判断するためのテスト構造200の概略図である。テスト構造200は、集積回路内の一層から形成された複数の水平方向の線208A〜208Dと、集積回路内の隣接する層から形成された複数の垂直方向の線201A〜201Dとを含む。したがって実際のテスト構造は、集積回路内の相関する層に従って積み重ねられた多数のテスト構造200を含むことになる。
【0020】
なお各配向、すなわち水平または垂直の配向につき4本ずつの線のみを示すが、集積回路上の設計状態を正確に再現するように任意の数の線(典型的には数百本あるいは数千本の線)を設けることができる。したがって4本の水平方向および垂直方向の線は例示の目的で示されているにすぎず、この発明を限定することを意図してはいない。
【0021】
テスト構造200の線にある開放を検出するためには、各々の水平方向および垂直方向の線を試験することになる。回路200を用いることで、このような線の各々を分離して試験することができる。具体的には、入力デコーダ部202(1)および出力デコーダ部202(2)を有する垂直デコーダ202を用い、適当なデコーダトランジスタをオンにして垂直線201を分離する。(なお、特定のデコーダトランジスタをオンおよびオフにするための回路は当該技術で周知であるため、ここで詳細には説明しない。)同様に、入力デコーダ部205(1)および出力デコーダ部205(2)を有する水平デコーダ205を用い、適当なデコーダトランジスタをオンにして水平テスト線208を分離する。
【0022】
たとえば垂直線201Cに開放があるかどうかを試験するには、デコーダトランジスタ203Cおよび204C(それぞれ入力デコーダ部202(1)および出力デコーダ部202(2)の一部)が、適当なハイの電圧をそのゲートに与えることによってオンにされる。デコーダトランジスタ203A、203Bおよび203D、ならびにデコーダトランジスタ204A、204Bおよび204Dが、適当なローの電圧をそのゲートに与えることによってオフにされる。この態様で、垂直線201Cはテスト構造200内の他の垂直線から分離される。
【0023】
次に、ハイの入力試験信号in_verが回路200に供給される。出力試験信号out_verもまたハイであれば、垂直線201Cは開放(すなわち抵抗が高い要素)を有さず、「良」として評価される。逆に、出力試験信号out_verがローであれば、垂直線201Cは開放を有し、「不良」として評価される。
【0024】
水平線208に開放があるかどうかを試験するためにも同様の手順を行なうことができる。たとえば水平線208Bに開放があるかどうかを試験するには、デコーダトランジスタ206Bおよび207B(入力デコーダ部205(1)および出力デコーダ部205(2)の一部)が、そのゲートに適当なハイの電圧を与えることによってオンにされる。デコーダトランジスタ206A、206Cおよび206D、ならびにトランジスタ207A、207Cおよび207Dは、そのゲートに適当なローの電圧を与えることによってオフにされる。この態様で、水平線208Bはテスト構造200内の他の水平線から分離される。次に、ハイの入力試験信号in_horをテスト構造200に供給する。出力試験信号out_horもまたハイであれば、水平線208Bは開放(すなわち抵抗が高い要素)を有さず、「良」として評価される。逆に出力試験信号out_horがローであれば、水平線208Bは開放を有し、「不良」として評価される。
【0025】
なお、各々の線につき1組のデコーダトランジスタが設けられる。したがって実際のテスト構造は、数百組、あるいは数千組のデコーダトランジスタを含み、各々の組がテスト構造内の1本の線に対応することになる。
【0026】
歩留り構造100の代わりにテスト構造200を用いれば、開放を標定するための時間が著しく減少する。たとえばテスト構造200は開放を数秒で標定することができるが、もし使用者が歩留り構造の目視検査を行なえば開放の標定には数時間が必要であろう。さらにテスト構造200は、必須の熟練製品エンジニアの技能や、またはSEMの費用なしに開放を検出するので、人的資源および設備上の資源の費用が著しく減少する。
【0027】
この発明に従い、開放を検出するには、センスアンプが基準電圧vrefと出力信号(すなわち試験される線を通じて伝達された信号out_verまたはout_hor)とを比較する。電圧vrefはセンスアンプの感度を制御する。入力信号が電圧vrefよりも大きければ開放は存在せず、センスアンプは論理1の信号(良と評価される)を出力する。逆に入力信号が電圧vrefよりも小さければ、少なくとも1つの開放が存在するはずであり、センスアンプは論理0の信号(不良と評価される)を出力する。
【0028】
集積回路上にいくつかの開放が識別され、使用者がこれら開放について故障分析を行ないたいと望む場合、この開放に関連した抵抗の大きさについての知見は極めて有益であろう。具体的に、抵抗の大きさは、関わっているプロセス問題に大部分依存することを出願人は突きとめた。したがって抵抗の大きさについての知見は、プロセス上の問題を識別および修正するための貴重な手がかりとなるであろう。このことは特に、プロセス制御の開発が十分でない「未熟(immature)」なプロセスについて当てはまる。たとえば、CMOSプロセスなど周知のプロセスについても、このプロセスを用いた技術の微細化はそれ自体のプロセス制御を必要とするであろう。
【0029】
図2Bは、この発明で用いられ得る例示的な検出回路210を示す。2つの垂直デコーダトランジスタ203Nおよび204Nのゲートは電圧Vddに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。この態様で、垂直線201Nが試験されるように選択される。検出回路210はセンスアンプ219を含み、これは、バッファ処理されて抵抗器で表現される垂直線201Nを通過させられた入力信号“in”を受取り、基準電圧vrefに基づいて出力信号“out”を生成する。
【0030】
図2Cでは例示のセンスアンプ219を示す。図2Cの実施例では、センスアンプ219は2つのPMOSトランジスタ230および231を含み、これらのゲート同士は結合され、ソースは共通の電圧源Vddに結合され、ドレインはそれぞれ2つのNMOSトランジスタ232および233のドレインに結合される。これらNMOSトランジスタのゲートはそれぞれ入力信号“in”および基準電圧vrefに結合され、そのソースはNMOSトランジスタ234のドレインに結合される。さらにトランジスタ234のゲートはPMOSトランジスタ231のドレインに結合される。PMOSトランジスタ230のドレインは、直列結合された3つのインバータ235、236および237を介して出力信号“out”に結合される。この構成でセンスアンプ219はカレントミラーとして機能する。
【0031】
下に掲げる表1では、図2Cに示すセンスアンプ219の実施例の要素を構成するトランジスタのサイズを要約する。
【0032】
【表1】
【0033】
なお、センスアンプの特定の実施例を図2Cで与えるが、センスアンプ219は公知のどのセンスアンプであってもよく、ここで詳細に記載されるカレントミラーセンスアンプに限定されない。たとえば別の実施例では、この発明は交差結合センスアンプを含む。
【0034】
さらに別の実施例では、センスアンプ219はインバータと置替えられる(これにより基準電圧の必要がなくなる)。当業者にとっては公知であるように、インバータはセンスアンプと同様にトリガ点を有する。(後に図3を参照して説明するように)単一のインバータを用いても欠陥の大きさは判定できないが、この発明のテスト構造のうち1つを用いれば欠陥の場所を発見できる。欠陥の大きさを判定するために、異なったトリガ点を有する多数のインバータがテスト構造とともに設けられ得る。この実施例では、インバータは試験される線と選択的に結合される。この態様で欠陥の相対的な大きさを判定することができる。さらに別の実施例では、電圧を測定する代わりに電流を測定して抵抗を求める。
【0035】
図2Bを再び参照して、ドライバ211は2つのインバータ212Aおよび212Bを含み、これらは直列に結合されて垂直線201Nへのtest_in信号を駆動する。ドライバ211は上述のバッファ処理の機能を提供する。トランジスタ213は、ドライバ211から垂直デコーダトランジスタ203Nへの経路を提供するための手段を表わす。したがってトランジスタ213は1つ以上のトランジスタ(またはその他の素子)を含み得る。トランジスタ217は、垂直デコーダトランジスタ204Nからセンスアンプ219への経路を提供するための手段を表わす。したがってトランジスタ213と同様、トランジスタ217は1つ以上のトランジスタ(またはその他の素子)を含み得る。ゲートがVddに結合されたトランジスタ218は、弱いプルダウンをセンスアンプ219の入力に与える。したがってセンスアンプ219は、ハイであるtest_in信号が与えられない限り論理0を受ける。伝送ゲート220は、センスアンプ219の出力信号がtest_out信号として適当な回路(図示せず)に伝達されることを確実にする。
【0036】
下に掲げる表2では、検出回路210の要素を構成するさまざまなトランジスタの幅および長さを要約する。
【0037】
【表2】
【0038】
既に述べたように、基準電圧vrefはセンスアンプ219の感度を制御する。換言すると、電圧vrefの異なった値に対して異なった線抵抗が、垂直線201Nを開放として評価されるようにする。
【0039】
垂直線201Nの抵抗が10,000オームを下回れば、ほとんどの使用者は垂直線201Nを開放でない(すなわち線が「良」である)と評価するだろう。逆に垂直線201Nの抵抗が1Mオームであれば、ほとんどの使用者は垂直線201Nを開放(すなわち線が「不良」である)と評価するであろう。しかしSRAMチップなど現在の試験担体では、試験される線の実際の抵抗は測定されない。
【0040】
この発明に従うと、シミュレーションプログラムを用いて、センスアンプおよび試験される線の数学的モデルを生成する。具体的に数学的モデルでは、試験される線の抵抗に対する特定のセンスアンプの基準電圧vrefが記入される。一実施例では、マサチューセッツ州ケンブリッジ(Cambridge, Massachusetts)のメタ・ソフトウェア(Meta Software)によりライセンスされたシミュレーションプログラムHSPICEがサン・ワークステーション上で実行され、数学的モデルを生成する。HSPICEはほとんどあらゆるサイズの回路をシミュレートし(たとえばトランジスタレベルで250,000ゲートシミュレーション)、処理速度が極めて速い。HSPICEの結果はマサチューセッツ州マルボロ(Marlboro, Massachusetts)のイノビーダ(Innoveda)によりライセンスされたビュー・トレース(ViewTrace)などのグラフィック分析プログラムを用いて試験され得る。
【0041】
数学的モデルを生成するためには他のシミュレーションプログラム、たとえばSPICE(集積回路に重点を置いたシミュレーションプログラム)もまた用いられ得る。SPICEは、カリフォルニア大学でパブリックドメインソフトウェアとして開発された回路シミュレーションプログラムであり、広く使用されている。なお、SPICEのデバイスモデルおよびシミュレーションアルゴリズムはHSPICEとほぼ同等であるが、SPICEのユーザインターフェイスはそれほど洗練されてはいない(すなわちグラフィック出力はラインプリンタ用として意図されたものである)。
【0042】
図3は、センスアンプ219(図2C)および線201NをシミュレートするようにHSPICEで生成された対数グラフ300を例示する。グラフ300では、x軸に基準電圧(Vref)を、y軸に抵抗(Ropen)を取る。曲線301は、センスアンプ219がその出力を一方の論理状態から他方の論理状態へ変化させる抵抗を示す。たとえばセンスアンプ219に0.7ボルトの基準電圧が与えられている場合、線201Nの抵抗がおよそ300kオームに等しい(曲線300上の点301Aで示す)ときに、センスアンプ219はその出力信号を一方の論理状態から他方の論理状態へ変化させる。したがって線201Nの実際の抵抗が300kオーム未満であれば、線201Nは「良」(開放でない)領域302にあるとわかる。逆に、線201Nの実際の抵抗が300kオームを上回れば、線201Nは「不良」(開放)領域301にあるとわかる。
【0043】
この発明に従うと、試験される線の実際の抵抗は、基準電圧vrefを変えることで測定される。この態様で論理遷移が起これば抵抗がわかる。一実施例では、連続的に低くなる基準電圧がセンスアンプ219に与えられる。明らかなことであるが、論理遷移が一旦起これば、試験される線の抵抗をより正確に求めるため、Vrefにもっと小さな変化を与えることができる。
【0044】
この発明の一実施例では、線201の実際の抵抗を求めるために、グラフ300(図3)を用いてテスト構造200(図2A)を注意深く測定する。典型的に、まず1.2Vなど高い基準電圧Vref(図2B)を用いて線201を試験する。センスアンプ219が論理0の信号を出力する(すなわち入力信号がVrefを下回る)場合、グラフ300によれば開放の抵抗は150kオームを上回ることになる。抵抗追跡探索で、基準電圧Vrefを半分にし(1.2/2=0.6)、次に線201を0.6Vの新たな基準電圧で試験する。センスアンプ219が論理1の信号を出力する(すなわち入力信号がVrefを上回る)場合、開放の抵抗は150kオームから400kオームの間にあることになる。そして抵抗追跡探索を継続し、最後の2つの基準電圧間の差(1.2−0.6=0.6)を半分にし(0.6/2=0.3)、この差を最後の基準電圧に加え(0.6+0.3=0.9)、次に線201をこの新たな基準電圧で試験する。センスアンプ219に状態を切換えさせるVrefの値(トリップ電圧)が求められるまで抵抗追跡探索を継続する。グラフ300を用い、この値が線201の実際の抵抗を定量化する。
【0045】
リニアサーチなどその他の探索方法がこの発明に対して同様に適用可能である。リニアサーチでは、0.1VなどのVrefのデルタ変化が選ばれ、次に、トリップ電圧が求められるまで連続的に低くなる電圧で線201を試験する。なおこの方法では、最初に選ばれる基準電圧が比較的正確でないと、収束に至るまで長い時間がかかることがある。
【0046】
試験される線の抵抗の大きさを使用者が知ると、使用者は電圧コントラスト試験(Vcontrast)に最適な候補を選ぶことができる。Vcontrastは、試験される線での開放の場所を示すための、たとえばSEMで用いられる公知の技術である。
【0047】
FIBの間、フローティング状態の金属片はいずれも集束イオンビームで帯電させられ得る(または同様に、SEMの間、フローティング状態の金属片はいずれも電子ビームで帯電させられ得る)。この結果これらの片は暗くなり、生成されたX線上で見ることができない。しかし、接地に結合された金属片はいずれも帯電されず(すなわち接地への放電経路を有し)、X線上で明るい形状部となる。したがって、導体に開放が存在すれば、開放の両側にある部分はX線上で明るく現われることになる。
【0048】
Vcontrastでは、導体上の任意の場所に集束イオンビームを用いて追加の切込みが行なわれる。この時点で使用者は、第1の明るい形状部の端まで暗い区分を追いかけるだけである。開放が存在するのはこの端においてである。明らかなことであるが、区分が明るければ抵抗は低い。当然逆もまた当てはまり、すなわち区分が暗ければ抵抗は高い。残念ながら、開放がない導体と、抵抗が低い開放がある(したがって接地に対していくらかの放電を有する)導体とを区別することは困難である。したがって当業者には、導体の抵抗が1Mオームを上回れば、Vcontrastは有効であることが認識される。しかし導体の抵抗が1Mオーム未満であれば、Vcontrastが有効でないおそれがある。こうして、比較的低い抵抗に対しても有効な標定方法、好ましくは故障分析前に行なわれてSEMの使用の費用を最小限にする方法に対する必要性が生じる。
【0049】
図4は、この発明に従う開放標定回路を提供する、例示的な複数のロケーショントランジスタ401A〜401Eを示す。なお図4では5個のみのロケーショントランジスタ401を示すが、実際の実現例は典型的に数百個のロケーショントランジスタ401を含む。各々のロケーショントランジスタ401のドレインは、試験される線(たとえば垂直線201C)に結合され、ソースは隣接する線(たとえば垂直線201D)に結合される。一実施例では、ロケーショントランジスタ401はデコーダ202により制御される。別の実施例では、ロケーショントランジスタ401は別個の選択回路により制御される。なお、各層は典型的にそれ自身のロケーショントランジスタの組を有する。
【0050】
垂直線201Cおよび201Dのみをロケーショントランジスタ201に結合して示すが、他の垂直線および水平線(図示せず)もまた類似の態様で追加のロケーショントランジスタに結合され得る。なお、デコーダトランジスタ203Cおよび204Cのゲートは電圧Vddに結合され(こうしてこれらトランジスタはオンにされ)、デコードトランジスタ203Dおよび204Dのゲートは接地に結合されたままであり(こうしてこれらトランジスタはオフにされ)、これにより、識別される開放はいずれも、試験される線すなわち垂直線201C上の或る区分と確実に関連付けられる。
【0051】
図5A〜5Eは、試験される線のうち、抵抗が高い要素(以下抵抗体R)を含む区分を識別するための、予め定められたテストパターンを例示する。図5Aでは、すべてのロケーショントランジスタ401のゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。したがって、垂直線201Cの上にあるノードIに与えられるハイの信号は、経路501にある複数のロケーショントランジスタ401、すなわち垂直線201Cのみを通る。経路501は抵抗体Rを含み、したがって線201Cの下にあるノードOに結合されたセンスアンプ(図示せず)は論理0を出力する。
【0052】
図5Bでは、ロケーショントランジスタ401D,401EのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A〜401Cのゲートは接地に結合され続ける。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがってノードIに与えられるハイの信号は、代替経路502Aにある複数のロケーショントランジスタ401を通り、さらに元の経路501もまた通過する。この発明では、トランジスタ401で定められる線201Cの各区分は個々に分析され得る。具体的には、2つのトランジスタ401が選択的にオンにされ、こうして入力信号のための代替経路502がもたらされる。2本の経路の抵抗が比較される。抵抗が異なれば開放が識別される。換言すると、抵抗体Rを含む線201Cの区分がトランジスタ401を用いて迂回されると、経路502は最小の抵抗の経路となる。これに従い、この経路の抵抗は元の経路501を下回る。なお、隣接する垂直線201Dに対しては予め試験を行なって、この線に高い抵抗の要素がないことを確実にする必要がある。この態様で、センスアンプによって検出された抵抗の変化はいずれも、抵抗体Rを有する垂直線201Cの或る区分を非選択にする(または選択する)ことに帰することができる。抵抗体Rはなお代替経路502Aにあり、したがってノードOでの出力信号は論理0である。経路501および502Aの抵抗は実質的に等しいため、代替経路502Aは抵抗体Rを標定しない。
【0053】
図5Cでは、ロケーショントランジスタ401Cおよび401EのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A、401Bおよび401Dのゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路502Bにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路501)を通る。抵抗体Rはなお代替経路502Bにあり、こうしてノードOでの出力信号は論理0である。経路501および502Bの抵抗は実質的に等しいため、代替経路502Bは抵抗体Rを標定しない。
【0054】
図5Dでは、ロケーショントランジスタ401Bおよび401EのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A、401Cおよび401Dのゲートは接地に結合される。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路502Cにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路501)を通る。抵抗体Rはなお代替経路502Cにあり、したがってノードOでの出力信号は論理0である。経路501および502Cの抵抗は実質的に等しいため、代替経路502Cは抵抗体Rを標定しない。
【0055】
図5Eでは、ロケーショントランジスタ401Aおよび401EのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401B〜401Dのゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。垂直線201Dはフローティング状態にある。この構成では、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路502Dにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路501)を通る。抵抗体Rは代替経路502Dにはなく、したがってノードOでの出力信号は論理1である(入力信号は代替経路502Dを通じて抵抗が最小の経路を取る)。経路501と502Dとの抵抗が異なるため、代替経路502Dは抵抗体Rを標定する。具体的には、この発明はトランジスタ401Aとトランジスタ401Bとの間の線201Cの区分を、抵抗体Rを有するものとして同定する。
【0056】
このようにこの発明は、試験される線にある開放の場所を判定するための、効率的で正確な手段を提供する。この態様で故障分析の際、以前に欠陥を標定するためだけに消費されていた時間は事実上なくなり、これにより使用者は、欠陥分析など極めて重要なプロセスに集中することができる。なお、区分内の開放の正確な場所が必要であれば、標準的なVcontrastを用いることができる。
【0057】
さらに、開放の正確な場所を判定するのに加え、テスト線201Cの各区分の抵抗を求めることもできる。具体的に、ロケーショントランジスタ401Dおよび401E間の区分に関連した抵抗は、経路501(図5A)について測定された抵抗から、経路501(図5B)と平行する経路502Aについて測定された抵抗を減じることによって求められる。類似の態様で、ロケーショントランジスタ401Cおよび401D間の区分に関連した抵抗は、経路501(図5B)と平行する経路502Aについて測定された抵抗から、経路501(図5C)と平行する経路502Bについて測定された抵抗を減じることによって求められる。なお典型的に、抵抗Rを含む区分を除く各区分の抵抗は、抵抗Rと比較すると微小である。
【0058】
図6A〜6Eは、試験される線の各区分の抵抗を識別および測定するための、代替的な予め定められたテストパターンを例示する。図6Aでは、すべてのロケーショントランジスタ401のゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。したがって、垂直線201Cの上にあるノードIに与えられたハイの信号は、経路601にある複数のロケーショントランジスタ401、すなわち垂直線201Cのみを通る。経路601は抵抗体Rを含み、こうして線201Cの下にあるノードOに結合されたセンスアンプ(図示せず)は論理0を出力する。
【0059】
図6Bでは、ロケーショントランジスタ401D,401EのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A〜401Cのゲートは接地に結合され続ける。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路602Aにある複数のロケーショントランジスタ401および元の経路601を通る。2本の経路の抵抗が比較される。抵抗が異なれば開放が識別される。換言すると、抵抗体Rを含む線201Cの区分がトランジスタ401を用いて迂回されれば、この経路602が最小の抵抗の経路となる。これに従い、この経路の抵抗は元の経路601よりも小さい。なお、隣接する垂直線201Dに対しては予め試験を行なって、この線に高い抵抗の要素がないことを確実にする必要がある。この態様で、センスアンプにより検出された抵抗の変化はいずれも、抵抗体Rを有する垂直線201Cの或る区分を非選択にする(または選択する)ことに帰することができる。抵抗体Rはなお代替経路602Aにあり、したがってノードOでの出力信号は論理0である。経路601および602Aの抵抗は実質的に等しいため、代替経路602Cは抵抗体Rを標定しない。
【0060】
図6Cでは、ロケーショントランジスタ401C,401DのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A、401Bおよび401Eのゲートは接地に結合される。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路602Bにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路601)を通る。抵抗体Rはなお代替経路602Bにあるため、ノードOでの出力信号は論理0である。経路601および602Bの抵抗は実質的に等しいため、代替経路602Bは抵抗体Rを標定しない。
【0061】
図6Dでは、ロケーショントランジスタ401B,401CのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401A、401Bおよび401Eのゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路602Cにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路601)を通る。抵抗体Rはなお代替経路602Cにあるため、ノードOでの出力信号は論理0である。経路601および602Cの抵抗は実質的に等しいため、代替経路602Cは抵抗体Rを標定しない。
【0062】
図6Eでは、ロケーショントランジスタ401A,401BのゲートはVccに結合され、こうしてこれらトランジスタはオンにされる。ロケーショントランジスタ401C、401Dおよび401Eのゲートは接地に結合され、こうしてこれらトランジスタはオフにされる。垂直線201Dはフローティング状態にある。したがって、ノードIに与えられたハイの信号は、代替経路602Dにある複数のロケーショントランジスタ401(および元の経路601)を通る。抵抗体Rは代替経路602Dにはなく、したがってノードOでの出力信号は論理1である(入力信号は、代替経路602Dを通じて抵抗が最小の経路を取る)。経路601と602Dとの抵抗は異なるため、代替経路602Dは抵抗体Rを標定する。具体的に、この発明は、トランジスタ401Aとトランジスタ401Bとの間の線201Cの区分を、抵抗体Rを有するものとして同定する。
【0063】
なお、テスト構造200内の隣接する平行線は、同様のプロセス構造に限定されない。たとえば線201Dが金属1の線であり、線201Cが一連の金属1のバイアであることが可能である。さらにこの発明の別の実施例では、テスト構造内で平行な隣接しない線が用いられる。さらに別の実施例では、これら隣接しない線は異なった層に設けられる。この柔軟性は、1つの種類のプロセス構造が別の種類のプロセス構造よりも著しく多くの欠陥を有する状況下で有利であり得る。この状況下では、本質的な欠陥がないプロセス構造を含む線を、他の線が比較される基準として用いることができる。図5A〜5Eおよび図6A〜6Eでは、線201Dが線201Cを比較する基準(欠陥のない線)である。
【0064】
図7は、この発明の方法の一実施例を要約するフローチャート700を示す。ステップ701において、センスアンプおよび線抵抗についての数学的モデルが生成される。ステップ702で、基準電圧vrefが変更(すなわち増加または減少)させられる。ステップ703で判断されるように、論理遷移がセンスアンプで生じなければ、プロセスはステップ702へ折返し、ここで基準電圧Vrefは再び変更される。逆に論理遷移が生じれば、ステップ704で、生成された数学的モデルに基づいて線抵抗が求められる。所望であれば、ステップ705で、標定回路を用いて線にある1つの開放(または多数の開放)の場所と、この線の各区分の抵抗とが求められ得る。なお、後に詳細に説明するように、使用者が(開放の代わりに)短絡を検出したいと望めば、ステップ705は用いられない。
【0065】
この発明のテスト構造は短絡を検出するためにも等しく良好に働く。図8は、テスト構造200(図2A)と実質的に同様であって、複数のテストストリップ801をさらに含むテスト構造800を例示する。好ましい実施例でテスト線の各部分は、試験される線の両側に平行の配向に設けられる1組のテストストリップを有する。たとえば図8で、4組のテストストリップ801A〜801Dによって、垂直線201C(試験される線)の4つの部分がおおよそ定められる。テストストリップ801は垂直線201と同じ層から形成される。各々のテストストリップ801は、テスト構造800内の試験される線に対して直交する線、すなわち水平線208に(バイアまたはコンタクトを用いて)接続される。既に記載されているように、水平線208は垂直線201と異なる層から形成される。したがって短絡を検出するには、集積回路の多数の層間の接続を有する素子が製造される。
【0066】
この実施例では、テストストリップ801Aは水平線208Aに接続され、テストストリップ801Bは水平線208Bに接続され、テストストリップ801Cは水平線208Cに接続され、テストストリップ801Dは水平線208Dに接続される。明瞭にするため、他の線(垂直線および水平線)と関連付けられた他のテストストリップは省略する。テストストリップ801の長さは、試験される線の長さに依存し得る。たとえば保守的な一実施例では、テストストリップ801は、端部同士が繋げられると実質的に試験される線の長さになる。
【0067】
図8に示す構成では、垂直線201Cと隣接するテストストリップ801との間に存在する短絡Sを検出するために、まず端子in_verおよびout_verを介して垂直線201Cに論理1の信号が与えられる。次に、各々の水平線208が順番に選択される(すなわち適当なデコーダトランジスタ206および207がオン/オフされる)。選択された水平線208は、端子in_horおよびout_horを介して2つのセンスアンプ(図8に示さず)に接続される。したがって短絡が存在すれば、短絡を有するテストストリップおよびこのテストストリップに接続された水平線208にもまた、垂直線201C上の論理1の信号が与えられることになる。したがって、短絡と関連付けられた水平線208が選択されると、センスアンプは論理1の信号を出力する。
【0068】
なおこの発明の別の実施例では、論理1の信号は、端子in_verなど1つの端子にのみ与えられ得る。しかしながら、端子in_verおよびout_verの両方に論理1の信号を与えれば、問題となっている垂直線201が単一の開放を有する場合でも短絡を確実に検出することができる。同様に別の実施例で、選択された水平線208にはただ1つのセンスアンプのみが結合される。しかし端子in_horおよびout_horの両方にセンスアンプを設ければ、選択された線208が単一の開放を有する場合でも短絡の検出が可能となる。
【0069】
論理1の信号を伝える水平テスト線208を識別することにより、使用者は垂直テスト線201C上の短絡の場所(すなわち線の部分)を判定することができる。明らかなことであるが、短絡の場所を識別することにより、層(図8では垂直線201Cと関連付けられた層)もまた識別される。
【0070】
図9は或る設計900を例示し、この設計は、この発明に従うテスト構造901と、垂直デコーダ902(1)および902(2)と、水平デコーダ903(1)および903(2)とを含む。各デコーダ902は、プリデコーダ904および制御論理905を有する。類似の態様で、デコーダ903の各々は、プリデコーダ906および制御論理907を有する。制御回路は、テスト構造901内の選択された線を試験するために適当な経路をもたらすためのセンスアンプ、パスゲート、ドライバ、および関連のトランジスタ(たとえば図2Bを参照して説明したもの)を含む。デコーダおよびプリデコーダは、当業者に公知の標準的なN対1デコード構造であるため、ここで詳細には説明しない。
【0071】
一実施例では、この発明のテスト構造は製品ウェハ上で2つの集積回路間に置かれ、ウェハの製造後に取外される。図10Aは複数の集積回路(すなわちチップ)1001を含む例示的なウェハ1000を示し、ここで1本以上のスクライブ線1002がこの発明のテスト構造を含む。
【0072】
欠陥を検出する見込みを増大させるためにはテスト構造により大きな面積が必要であると使用者が判断すれば、製品を、より大きなテスト構造を含むチップと取換えることも可能である。図10Bはこのような一実施例を示し、ここでウェハ1010は、複数の集積回路1001(製品)と、テストシステム専用の複数のテストチップ1003とを含む。この実施例では、テスト構造は製品チップについての標準設計規則を用いて形成され得る。なおチップ1003の数およびその位置は、ウェハまたはウェハロット間で異なり得る。したがって、たとえば試作ウェハは製品ウェハよりも多くのテストチップ1003を有し得る。
【0073】
図10Cで示すさらに別の実施例では、各集積回路1004は製品部分1007(たとえばプログラマブル論理素子)と、この発明に従うテストシステム1005と、他のテスト構造1006とを含む。この実施例で、歩留まりが一旦許容できるレベルに達すると、製造者は所望に応じて構造1005および1006を選択的に閉じることができる。これに代えて、製造者はウェハ1020のレチクルを、製品のみを含む集積回路を有するレチクルと取換えることができる。
【0074】
この発明は先行技術と比べて明らかな利点を有する。具体的に、最小限の費用で、数PPM(parts−per−million)レベルの欠陥が検出可能である。さらにこれら欠陥の場所は数μm以内で求められ得る。ここで提供される独自のテスト構造によって、各々のプロセス層につき別個のフィードバックが提供され得る。最後に、抵抗は使用者に対する報告の中で(一実施例では最高から最低まで)順序付けられ得るため、確実に素早く問題を分析し修正できる。
【0075】
別の利点として、この発明によって使用者は故障分析をより良好に用いることができる。たとえば試験される線にわたって抵抗が実質的に散在する場合、故障分析は面倒で時間がかかり、一般に決定的ではない。しかし試験される線の1区分が他の区分よりも著しく高い抵抗を有すれば、故障分析をより素早く行なうことができ、はるかによい結論がもたらされる。こうしてこの発明はより良好な故障分析を容易にする。
【0076】
この発明の特定の実施例は、説明および例示の目的のために提示されているにすぎない。これら実施例は、いかなる仕方でも網羅的またはこの発明を制限するものと意図されてはいない。当業者には、この発明に対する変形および変更が認識されるであろう。たとえば図2を参照して、トランジスタ218を接地に結合する(こうして弱いプルダウンをもたらす)代わりに、トランジスタ218は正の電圧源Vccに結合される(こうして弱いプルアップがもたらされる)。この実施例ではローのtest_in信号が与えられる。別の例では、図4を参照すると、テスト構造内の隣接する平行な線は、集積回路内の異なった層から形成されることもある。したがってこの発明は、前掲の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】集積回路上に配置され、製造プロセスを試験するための、標準的な歩留まり構造を示す図である。
【図2A】この発明に従うテスト構造が追加され得る、集積回路内の開放を標定するための簡略化したテスト構造を示す図である。
【図2B】この発明で用いられ得る例示的な検出回路を示す図である。
【図2C】図2Bの検出回路で用いられ得る1つのセンスアンプを示す図である。
【図3】センスアンプに与えられた基準電圧に基づいて、試験される線の抵抗の数学的モデルを与えるグラフを示す図である。
【図4】図2Aの構造に含まれる複数のロケーショントランジスタであって、試験される線上の開放(すなわち高い抵抗の要素)の場所の識別を容易にするものを示す図である。
【図5A】この発明の一試験方法の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図5B】この発明の図5Aの試験方法の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図5C】この発明の図5Aの試験方法の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図5D】この発明の図5Aの試験方法の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図5E】この発明の図5Aの試験方法の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図6A】この発明のテスト構造の別の実施例の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図6B】この発明のテスト構造の図6Aの実施例の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図6C】この発明のテスト構造の図6Aの実施例の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図6D】この発明のテスト構造の図6Aの実施例の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図6E】この発明のテスト構造の図6Aの実施例の際における試験信号の信号経路の一例を示す図である。
【図7】この発明の試験方法のフローチャートを示す図である。
【図8】集積回路内の短絡を標定するためのテスト構造を示す図である。
【図9】この発明のテスト構造の一設計を示す図である。
【図10A】この発明に従う、複数の集積回路および或るテスト構造を含むウェハの一例を示す図である。
【図10B】この発明に従う、複数の集積回路および或るテスト構造を含むウェハの一例を示す図である。
【図10C】この発明に従う、複数の集積回路および或るテスト構造を含むウェハの一例を示す図である。
Claims (10)
- 集積回路内の線にある開放を分析するための方法であって、前記方法は、
線にセンスアンプを結合するステップと、
前記線に、予め定められた入力信号を与えるステップと、
センスアンプに複数の基準電圧を与えるステップとを含む、方法。 - センスアンプに与えられる基準電圧に基づいて、線の抵抗の数学的モデルを生成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 数学的モデルは、シミュレーションプログラムを用いて生成される、請求項2に記載の方法。
- 線のうち予め定められた部分を、線における少なくとも1つの他の予め定められた部分を通ることなく、通ることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 集積回路内の欠陥を識別するためのテストシステムであって、前記テストシステムは、
センスアンプと、
第1の線と、
第2の線と、
前記センスアンプ、第1の線および第2の線に結合されたデコーダと、
複数のトランジスタとを含み、前記複数のトランジスタの各々はソース、ドレインおよびゲートを有し、ソースおよびドレインはそれぞれ第1の線および第2の線に接続され、ゲートは選択回路に結合される、テストシステム。 - 第1の線の両側に平行の配向に設けられた複数組のテストストリップと、
第1の線および第2の線に対して直交する配向に位置付けられた第3の線とをさらに含み、少なくとも1つのテストストリップは第3の線に結合される、請求項5に記載のテストシステム。 - テストシステムは製品ウェハ上に設けられる、請求項5に記載のテストシステム。
- テストシステムはテストチップ上に設けられる、請求項5に記載のテストシステム。
- 選択回路はデコーダの一部を形成する、請求項5に記載のテストシステム。
- 抵抗の高い線部分を標定するための方法であって、
線を試験するステップを含み、線が高い抵抗を有するとわかった場合にはさらに、
隣接する線を試験するステップと、
抵抗の高い部分が切り離されるまで、抵抗の高い線および隣接する線の組合せによって代替経路を形成するステップとを含む、方法。
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