JP2006041420A - Evaluation element for electronic device, and evaluation method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイスの評価素子及び電子デバイスの評価方法に関するものである。 The present invention relates to an electronic device evaluation element and an electronic device evaluation method.
製品となるICチップが多数個形成されたウエーハのスクライブライン上には、通常、ICチップの素子レベルやICレベルでの基本的な構造、電気的特性等を代替評価するためのTEG(test element group)が設けられている。このようなTEGは、その評価の対象や目的に応じて様々な種類と大きさの素子群からなり、多くの場合、ウエーハ面内に一定の間隔をもって複数個設けられている。 On the scribe line of a wafer on which a large number of IC chips to be manufactured are formed, a TEG (test element) is usually used for alternative evaluation of the basic structure and electrical characteristics of the IC chip at the element level and IC level. group). Such TEGs are composed of element groups of various types and sizes depending on the object and purpose of evaluation, and in many cases, a plurality of TEGs are provided at regular intervals on the wafer surface.
例えば、シリコンウエーハに設けられた不純物拡散層とメタル配線との間に生じるコンタクト抵抗を評価する場合には、ホールチェーンを有する評価素子をTEGに含めておく。そして、このホールチェーンの総抵抗値を測定することで、不純物拡散層とメタル配線とのコンタクト抵抗を間接的に評価する方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 For example, when evaluating a contact resistance generated between an impurity diffusion layer provided on a silicon wafer and a metal wiring, an evaluation element having a hole chain is included in the TEG. A method of indirectly evaluating the contact resistance between the impurity diffusion layer and the metal wiring by measuring the total resistance value of the hole chain is known (see, for example, Patent Document 1).
図8は、従来例に係る評価素子90の構成例を示す平面図である。図8に示すように、この評価素子90は、ホールチェーン80と、一対の電極パッド95とを有する。これらの中で、ホールチェーン80は、TEG形成領域内に一定間隔で複数設けられた不純物拡散層93と、隣接する不純物拡散層93同士を電気的に接続するメタル配線91等とから構成されている。また、電極パッド95は、プローブ針を接触させるためのものである。
FIG. 8 is a plan view showing a configuration example of an
ホールチェーン80における1本のメタル配線91と、1つの不純物拡散層93と、この不純物拡散層93をその上方に掛かるメタル配線91に接続させる2つのコンタクトホール(プラグ電極)との組合せ(以下、「ユニット」という。)数は、連鎖数とも呼ばれる。従来、このようなホールチェーンの連鎖数は一水準のみであり、例えば150〜200程度であった。
A combination of one
このようなホールチェーン80を用いて、メタル配線91と不純物拡散層93とのコンタクト抵抗を間接的に評価する場合には、図8に示す一対の電極パッド95間に所定の電圧を印加して、ホールチェーン80に電流を流す。そして、このとき流れる電流値を測定する。この電流値と、印加した電圧値とから、ホールチェーン80の総抵抗値(即ち、不純物拡散層93の抵抗値と、メタル配線91の抵抗値と、メタル配線91と不純物拡散層93との間のコンタクト抵抗値との総和)を算出する。
When the contact resistance between the
次に、この総抵抗値をその連鎖数で割り算して、1ユニット当たりの抵抗値を算出する。この1ユニット当たりの抵抗値は、厳密には、コンタクト抵抗だけでなく、1本のメタル配線91の抵抗値と、1つの不純物拡散層93の抵抗値とを含む値ではあるが、メタル配線91の抵抗値や不純物拡散層93の抵抗値等に比べてコンタクト抵抗は大きく、しかも変動し易い値なので、この1ユニット当たりの抵抗値が規格幅に入っていれば、コンタクト抵抗は一応正常であると判断される。
Next, the resistance value per unit is calculated by dividing the total resistance value by the number of chains. Strictly speaking, the resistance value per unit includes not only the contact resistance but also the resistance value of one
従来の半導体装置の製造工程では、コンタクト抵抗については、主にウエーハ面内でのばらつきを注目していた。これは、ICチップの電気的特性を均一にするためには、ウエーハ全体でのコンタクト抵抗のばらつきをできるだけ小さくすることが重要と考えられていたからである。
ところで、近年では半導体装置の微細化と省電力化が進みつつあり、ICチップ内のメタル配線に流れる電流量も小さくなりつつある。特に、フラッシュメモリでは、そのセル電流が数10[μA]以下と極めて小さくなってきている。このような省電力化の著しいフラッシュメモリ等の電気的特性を安定化させるためには、ウエーハ面内でのコンタクト抵抗のばらつきを小さくすることよりも、むしろ、セルのような極めて狭い領域におけるコンタクト抵抗のばらつきを小さくする(即ち、セル内のイレギュラーなコンタクトをより少なくする)ことが重要となってきた。 Incidentally, in recent years, miniaturization and power saving of semiconductor devices are progressing, and the amount of current flowing through metal wiring in an IC chip is also decreasing. In particular, in the flash memory, the cell current has become extremely small as several tens [μA] or less. In order to stabilize the electrical characteristics of flash memory, etc., which have significant power savings, rather than reducing variations in contact resistance within the wafer surface, contacts in extremely narrow areas such as cells It has become important to reduce the resistance variation (ie, to reduce irregular contacts in the cell).
しかしながら、従来のコンタクト抵抗の評価方法は、ウエーハ全面でのコンタクト抵抗のばらつきを知ることを目的としたものであり、この評価方法から算出されたデータは、ホールチェーン80内でのコンタクト抵抗のばらつきと、ウエーハ面内でのコンタクト抵抗のばらつきとの両方を含んだものであった。
従って、従来の評価方法では、セル内のコンタクト抵抗のばらつきと、ウエーハ面内でのコンタクト抵抗のばらつきとが混ざったデータしか得ることができず、セル(又は、ICチップ)内の極めて小さなコンタクト抵抗のばらつきを正しく評価することができなかった。また、従来、このようなセル内の極めて小さなコンタクト抵抗のばらつきだけを評価する評価方法や、その評価に適したTEG等も無かった。
However, the conventional method for evaluating contact resistance is intended to know the variation in contact resistance across the entire surface of the wafer, and the data calculated from this evaluation method is based on the variation in contact resistance within the hole chain 80. And variations in contact resistance within the wafer plane.
Therefore, the conventional evaluation method can obtain only data in which the variation in contact resistance within the cell and the variation in contact resistance within the wafer surface are mixed, and the extremely small contact in the cell (or IC chip). Resistance variation could not be evaluated correctly. Conventionally, there has been no evaluation method for evaluating only such extremely small variations in contact resistance in the cell, TEG suitable for the evaluation, and the like.
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、電子デバイス内の所定構造体の抵抗ばらつきをその電子デバイスの形成位置毎に評価することができるようにした電子デバイスの評価素子及び電子デバイスの評価方法の提供を目的とする。 The present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the prior art, and it is possible to evaluate resistance variation of a predetermined structure in an electronic device for each formation position of the electronic device. An object of the present invention is to provide an electronic device evaluation element and an electronic device evaluation method that can be performed.
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1の電子デバイスの評価素子は、基板に形成される電子デバイス内の所定構造体の抵抗ばらつきを評価するための評価素子であって、前記所定構造体と同種の被試験構造体を含む評価パターンを複数備え、前記評価パターン同士は、含まれる前記被試験構造体の数量がそれぞれ異なり、前記評価パターン同士は前記基板内に近接して形成されることを特徴とするものである。
[Invention 1] In order to achieve the above object, an evaluation element of an electronic device according to
ここで、前記評価素子は所定領域、例えば電子デバイス近傍のTEGが形成される領域(以下、「TEG形成領域」という。)に形成される。TEG形成領域は、多くの場合、基板内で隣り合う一の電子デバイスと他の電子デバイスとを仕切るスクライブライン上に画定される。このようなTEG形成領域は、通常、基板内に複数設けられている。
また、電子デバイスの「所定構造体」とは、例えば基板上に設けられた導電層と、この導電層を覆う絶縁膜上に設けられ、この絶縁膜に設けられた貫通孔(コンタクトホール、ビアホール等)を介して導電層と電気的に接続する配線層等と、からなるものである。「被試験構造体」は、「所定構造体」とその構造や大きさ等が同じであり、例えば上記導電層と、配線層等とからなるものである。
Here, the evaluation element is formed in a predetermined region, for example, a region where a TEG near the electronic device is formed (hereinafter referred to as “TEG formation region”). The TEG formation region is often defined on a scribe line that separates one electronic device and another electronic device that are adjacent to each other in the substrate. A plurality of such TEG formation regions are usually provided in the substrate.
The “predetermined structure” of the electronic device is, for example, a conductive layer provided on a substrate and an insulating film covering the conductive layer, and a through hole (contact hole, via hole) provided in the insulating film. Etc.) and a wiring layer and the like electrically connected to the conductive layer. The “structure to be tested” has the same structure and size as the “predetermined structure”, and includes, for example, the conductive layer and the wiring layer.
また、各評価パターンに含まれる被試験構造体のそれぞれの数量(個数)は、抵抗値に異常のある被試験構造体が1個でも含まれる可能性が高い境界線(ボーダライン)を跨ぐように設定することが好ましい。例えば、500個に1個程度の不良が見込まれる場合には、一の評価パターンに含まれる被試験構造体の個数を100個とし、他の評価パターンに含まれる被試験構造体の個数を1000個とする。 Further, the quantity (number) of the structures under test included in each evaluation pattern should straddle the boundary line (border line) that is likely to include even one structure under test having an abnormal resistance value. It is preferable to set to. For example, when about one defect is expected in 500, the number of structures under test included in one evaluation pattern is set to 100, and the number of structures under test included in another evaluation pattern is 1000. Individual.
発明1に係る電子デバイスの評価素子によれば、被試験構造体の数量が異なる複数の評価パターンの抵抗値をそれぞれ測定することで、被試験構造体の数量に対する評価パターンの抵抗値の増加度合いを求めることができる。そして、この増加度合いから、被試験構造体の抵抗値のばらつきを知ることができる。
つまり、基板の限定された位置範囲内における被試験構造体の抵抗ばらつきを知ることができる。従って、基板の所定領域に形成された被試験構造体の抵抗ばらつきから、当該所定領域近傍にある電子デバイスに限って、その所定構造体の抵抗ばらつきを評価することが可能である。これにより、例えば、電子デバイスにおける不純物拡散層と、プラグ電極とのコンタクト抵抗のばらつきをその電子デバイスの形成位置毎に評価することが可能である。
According to the evaluation element of the electronic device according to the first aspect, the degree of increase in the resistance value of the evaluation pattern with respect to the number of the structures to be tested by measuring the resistance values of the plurality of evaluation patterns having different numbers of the structures to be tested. Can be requested. The variation in resistance value of the structure under test can be known from the degree of increase.
That is, the resistance variation of the structure under test within the limited position range of the substrate can be known. Therefore, it is possible to evaluate the resistance variation of the predetermined structure from only the electronic devices in the vicinity of the predetermined region from the resistance variation of the structure under test formed in the predetermined region of the substrate. Thereby, for example, variation in contact resistance between the impurity diffusion layer and the plug electrode in the electronic device can be evaluated for each formation position of the electronic device.
〔発明2〕 発明2の電子デバイスの評価素子は、発明1の電子デバイスの評価素子において、前記評価パターン同士は、同一の前記被試験構造体を共有することを特徴とするものである。
このような構成であれば、基板の所定領域に形成される試験構造体の個数を削減することが可能であり、評価素子の占有面積の増大をある程度抑制することができる。
[Invention 2] The evaluation element of the electronic device of Invention 2 is characterized in that in the evaluation element of the electronic device of
With such a configuration, the number of test structures formed in a predetermined region of the substrate can be reduced, and an increase in the area occupied by the evaluation element can be suppressed to some extent.
〔発明3〕 発明3の電子デバイスの評価素子は、基板に形成される電子デバイス内の所定構造体の抵抗ばらつきを評価するための評価素子であって、前記所定構造体と同種の被試験構造体を含む評価パターンを複数備え、前記評価パターン同士は、含まれる前記被試験構造体の大きさがそれぞれ異なり、前記評価パターン同士は前記基板内に近接して形成されることを特徴とするものである。 [Invention 3] The evaluation element of the electronic device of the invention 3 is an evaluation element for evaluating the resistance variation of the predetermined structure in the electronic device formed on the substrate, and is the same type of structure to be tested as the predetermined structure. A plurality of evaluation patterns including a body, wherein the evaluation patterns are different in size of the structure to be tested, and the evaluation patterns are formed close to each other in the substrate. It is.
ここで、「被試験構造体」は、「所定構造体」とその構造自体は同じであるが、構造体を構成する部位の一部又は全ての大きさが異なっている。
発明3に係る電子デバイスの評価素子によれば、被試験構造体の大きさがそれぞれ異なる複数の評価パターンの抵抗値をそれぞれ測定することで、被試験構造体の大きさに対する評価パターンの抵抗値の増加度合いを求めることができる。そして、この増加度合いから、被試験構造体の単位大きさ当たりの抵抗値のばらつきを知ることができる。
Here, the “structure to be tested” has the same structure as the “predetermined structure”, but a part or all of the parts constituting the structure are different.
According to the evaluation element of the electronic device according to the third aspect, the resistance value of the evaluation pattern with respect to the size of the structure under test is measured by measuring the resistance values of the plurality of evaluation patterns having different sizes of the structure under test. The degree of increase can be obtained. The variation in resistance value per unit size of the structure under test can be known from the degree of increase.
つまり、基板の限定された位置範囲内における、被試験構造体の単位大きさ当たりの抵抗ばらつきを知ることができる。従って、基板の所定領域に形成された被試験構造体の抵抗ばらつきから、当該所定領域近傍にある電子デバイスに限って、その所定構造体の抵抗ばらつきを評価することが可能である。これにより、例えば、電子デバイスにおけるポリ抵抗のばらつきを、その電子デバイスの形成位置毎に評価することが可能である。 That is, it is possible to know the resistance variation per unit size of the structure under test within the limited position range of the substrate. Therefore, it is possible to evaluate the resistance variation of the predetermined structure from only the electronic devices in the vicinity of the predetermined region from the resistance variation of the structure under test formed in the predetermined region of the substrate. Thereby, for example, it is possible to evaluate the variation in poly resistance in an electronic device for each formation position of the electronic device.
〔発明4〕 発明4の電子デバイスの評価方法は、基板に形成される電子デバイス内の所定構造体の抵抗ばらつきを評価する方法であって、発明1から発明3の何れか一の電子デバイスの評価素子に含まれる、複数の前記評価パターンの抵抗値をそれぞれ測定することを特徴とするものである。
[Invention 4] The electronic device evaluation method according to Invention 4 is a method for evaluating resistance variation of a predetermined structure in an electronic device formed on a substrate, and includes any one of
このような構成であれば、基板の限定された位置範囲内での被試験構造体の抵抗ばらつきを知ることができる。従って、基板の所定領域に形成された被試験構造体の抵抗ばらつきから、当該所定領域近傍にある電子デバイスに限って、その所定構造体の抵抗ばらつきを評価することが可能である。 With such a configuration, it is possible to know variation in resistance of the structure under test within a limited position range of the substrate. Therefore, it is possible to evaluate the resistance variation of the predetermined structure from only the electronic devices in the vicinity of the predetermined region from the resistance variation of the structure under test formed in the predetermined region of the substrate.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る電子デバイスの評価素子及び電子デバイスの評価方法について説明する。
(1)第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態に係る評価素子100の構成例を示す平面図である。この評価素子100は、例えばシリコンウエーハ上に形成されるフラッシュメモリのセル内にあるコンタクト部位の抵抗(即ち、コンタクト抵抗)のばらつきを評価するための素子である。
Hereinafter, an evaluation element for an electronic device and an evaluation method for an electronic device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) First Embodiment FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration example of an
図1に示すように、この評価素子100は、ホールチェーン20と、このホールチェーン20の両端と途中とに電気的に接続した複数個の電極パッド2とを有する。例えば、図1に示すように、この評価素子100には5個の電極パッド2a〜2eが設けられている
図2(A)及び(B)は、ホールチェーン20の構成例を示す平面図と、A−A´矢視断面図である。
As shown in FIG. 1, the
図2(A)に示すように、このホールチェーン20は、メタル配線21と、シリコンウエーハに形成された不純物拡散層23と、このメタル配線21と不純物拡散層23とを電気的に接続するプラグ電極25とを有する。図2(B)に示すように、不純物拡散層23は例えばシリコンウエーハWの表面及びその近傍に島状に複数形成されており、シリコンウエーハW上で隣り合う一の不純物拡散層23と他の不純物拡散層23との間には素子分離層27が形成されている。
As shown in FIG. 2A, the
図2(B)に示すように、メタル配線21は、シリコンウエーハW上に形成された層間絶縁膜29上に形成されている。また、層間絶縁膜29のメタル配線21と不純物拡散層23とに挟まれた部位にはコンタクトホールHが形成されている。プラグ電極25は、このコンタクトホールH内を埋め込み形成されている。
図2(B)に示すように、不純物拡散層23はその導電型が例えばN型である。また、シリコンウエーハWは、その導電型が例えばP型である。このような構造によって、層間絶縁膜29上に形成された複数本のメタル配線21は、プラグ電極25と不純物拡散層23とによって、直列に接続されている(言い換えれば、シリコンウエーハWに形成された複数の不純物拡散層23は、プラグ電極25とメタル配線21とによって、直列に接続されている。)。
As shown in FIG. 2B, the
As shown in FIG. 2B, the
ところで、不純物拡散層23、素子分離層27、層間絶縁膜29、コンタクトホールH、プラグ電極25及びメタル配線21等からなる評価素子100は、シリコンウエーハWにフラッシュメモリを形成する際のウエーハプロセスを利用して、フラッシュメモリと並行して形成されたものである。また、この評価素子100は、フラッシュメモリのセル内にある不純物拡散層と、メタル配線と、プラグ電極等からなるコンタクト部位及びその近傍の構造をそのままコピーし、それらを繋ぎ合わせたものである。
Incidentally, the
従って、不純物拡散層23の拡散深さ(Xj)、その不純物種及びその濃度と、素子分離層27、層間絶縁膜29、プラグ電極25、メタル配線21のそれぞれの膜種及びその厚さと、コンタクトホールHの開口径等は、フラッシュメモリのコンタクト部位及びその近傍と同一種類であり、同一の大きさとなっている。
以下で、この1つの不純物拡散層23と、この1つの不純物拡散層23上に形成された2つのプラグ電極25と、これら2つのプラグ電極25の一方に接続する1つのメタル配線21との組合せからなる構造体をユニットと呼ぶ。また、ホールチェーン20におけるユニットの数量を連鎖数とも呼ぶ。
Accordingly, the diffusion depth (Xj) of the
Hereinafter, a combination of this one
図1に戻る。第1の電極パッド2aと第2の電極パッド2bとの間にあるホールチェーン20のユニット数(即ち、連鎖数)をn1、第1の電極パッド2aと第3の電極パッド2cとの間のホールチェーン20の連鎖数をn2、第1の電極パッド2aと第4の電極パッド2dとの間のホールチェーン20の連鎖数をn3、第1の電極パッド2aと第5の電極パッド2eとの間のホールチェーン20の連鎖数をn4としたとき、n1〜n4は例えば、(n1,n2,n3,n4)=(10,100,500,1000)である。
Returning to FIG. The number of units (that is, the number of chains) of the
図3は、評価素子100の形成位置の一例を示す平面図である。図3に示すように、シリコンウエーハWには製品としてのフラッシュメモリ300が複数個形成されている。また、隣り合うフラッシュメモリ300の間は、シリコンウエーハWの面内で縦横に交差するスクライブラインSによって仕切られている。このフラッシュメモリ300を仕切るスクライブラインS上には、TEG形成領域200が複数設けられている。図3に示すように、これらのTEG形成領域200はシリコンウエーハW面内で比較的等間隔に配されている。そして、上述した評価素子100、一つ一つのTEG形成領域200内にそれぞれ形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the formation position of the
次に、上述した評価素子100を用いて、この評価素子100の近傍に形成されたフラッシュメモリ300のセル内でのコンタクト抵抗のばらつきを評価する方法について説明する。
図4は、評価素子100を用いたコンタクト抵抗の評価方法を示すフローチャートである。この図4と図1等を参照しながら、コンタクト抵抗の評価方法について説明する。
Next, a method for evaluating the variation in contact resistance in the cell of the flash memory 300 formed in the vicinity of the
FIG. 4 is a flowchart showing a contact resistance evaluation method using the
まず始めに、図4のステップS1では、第1の電極パッド2aと、第2の電極パッド2bとにそれぞれプローブ針(図示せず)を当てる。そして、このプローブ針を介して、第1の電極パッド2aと、第2の電極パッド2bとの間のホールチェーン20に一定電圧を印加して電流を流す。このようにして、第1、第2の電極パッド2a,2b間の(即ち、連鎖数がn1のときの)ホールチェーン20の抵抗値を測定する。ここでは、ステップS1で得られた抵抗値をR1とする。
First, in step S1 of FIG. 4, probe needles (not shown) are applied to the
同様に、図4のステップS2では、第1の電極パッド2aと、第3の電極パッド2cとにそれぞれプローブ針を当てて、第1、第3の電極パッド2a,2c間の(即ち、連鎖数がn2のときの)ホールチェーン20の抵抗値R2を測定する。ステップS3では、第1の電極パッド2aと、第4の電極パッド2dとにそれぞれプローブ針を当てて、第1、第4の電極パッド2a,2d間の(即ち、連鎖数がn3のときの)ホールチェーン20の抵抗値R3を測定する。ステップS4では、第1の電極パッド2aと、第5の電極パッド2eとにそれぞれプローブ針を当てて、第1、第5の電極パッド2a,2e間の(即ち、連鎖数がn4のときの)ホールチェーン20の抵抗値R4を測定する。
Similarly, in step S2 of FIG. 4, a probe needle is applied to each of the
次に、図4のステップS5では、図4のステップS1〜S4で得られた抵抗値R1〜R4から、ホールチェーン20における連鎖数nと抵抗値Rとの関係を明らかにする。ここでは、例えば、以下に示す図5を作図して、連鎖数nと抵抗値Rとの関係を直線で表し、この直線の相関係数とその傾きとを算出する。
図5は、ホールチェーン20における連鎖数n1〜n4と、抵抗値R1〜R4との関係を示す図である。図5において、横軸はホールチェーン20の連鎖数nを示し、縦軸はホールチェーン20の抵抗値Rを示している。ホールチェーン20の連鎖数nとその抵抗値Rとの間には、理想的には図5の2点鎖線で示す直線、即ち、式(1)に示すような関係が成り立つ。
R=A+n×Runit …(1)
R:ホールチェーン20の抵抗値
A:定数
n:連鎖数、Runit:ユニット1個当たりの抵抗値
また、ホールチェーン20の抵抗値Rは、図2(B)に示したメタル配線21の抵抗の和と、不純物拡散層23の抵抗の和と、不純物拡散層23とメタル配線21との間のコンタクト抵抗の和とを足した値であり、式(2)で表される。
R=ΣRmetal+ΣRdiff+ΣRcont …(2)
ΣRmetal:メタル配線21の抵抗の和
ΣRdiff:不純物拡散層23の抵抗の和
ΣRcont:コンタクト抵抗の和
式(1)に示したように、ホールチェーン20の連鎖数nとその抵抗値Rとの間には、理想的には直線の関係が成り立つはずである。しかしながら、実際には、ホールチェーン20の連鎖数nとその抵抗値Rとの関係は、相関係数r=1となるような完全な直線とはならないことが普通である。その理由は、以下の通りである。
Next, in step S5 of FIG. 4, the relationship between the chain number n and the resistance value R in the
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the number of chains n 1 to n 4 in the
R = A + n × R unit (1)
R: resistance value of the hole chain A: constant n: number of chains, R unit : resistance value per unit The resistance value R of the
R = ΣR metal + ΣR diff + ΣR cont (2)
ΣR metal : Sum of resistance of
即ち、ホールチェーン20の抵抗値Rは、式(2)で示したように、ΣRmetalと、ΣRdiffと、ΣRcontとを足した値である。これらの中で、Rcontは、RmetalやRdiffと比べてその値が大きく、しかも突発的に異常値が出る可能性が高い。このような事情から、図5に示すように、連鎖数n1〜n4と、実際に測定した抵抗値R1〜R4とから、連鎖数nと抵抗値Rとの関係を最小二乗法等により式化すると、その相関係数はr=1とはならず、ほとんどの場合においてr<1となってしまう。
That is, the resistance value R of the
図5に示した4つの実測点R1〜R4を一例として説明すると、図5に示すように、電流を流すホールチェーン20の連鎖数をn2=100としたときには、抵抗値R2の値は2点鎖線で示す抵抗Rの理想直線Rideal上にある。このことは、コンタクト抵抗に異常があるユニットは、少なくとも全ユニットの1%未満であることを示唆している。
次に、電流を流すホールチェーン20の連鎖数をn3=500としたときには、抵抗値R3の値は理想直線Ridealから多少離れてしてしまう。このことは、500個のユニットの中には、そのコンタクト抵抗値が異常な値であるユニット(以下、「異常ユニット」という。)が含まれている可能性が高いことを示唆している。
The four actual measurement points R 1 to R 4 shown in FIG. 5 will be described as an example. As shown in FIG. 5, when the chain number of the
Next, when the number of
異常ユニットは、ホールチェーン20の品質によってその出現頻度に大小はあるものの、通常は、ある程度の確率で発生するものである。そのため、ホールチェーン20の連鎖数nが例えば、10や100というように少ないときにはホールチェーン20に異常ユニットが含まれることは稀であるが、その連鎖数nの数を増やしていくとやがてホールチェーン20に異常ユニットが含まれてしまい、その抵抗値Rは理想直線Ridealからある程度乖離したものとなる。
Anomalous units usually occur with a certain degree of probability, although their appearance frequency may vary depending on the quality of the
このようなホールチェーン20の抵抗値Rのばらつき度合いは、図5の実線で示す直線(関係式)の相関係数rの値から把握することができる。ホールチェーン20の抵抗値Rのばらつき度合いは、相関係数rが1に近いほど小さいといえる。
次に、図4のステップS6では、ステップS5で求めた直線(関係式)の相関係数rと、その傾きRunitとが、所定の管理値内(許容範囲内)にあるか否かを判定する。ここで、相関係数rと傾きRunitとが管理値内にある場合、即ち、評価素子100におけるコンタクト抵抗Rcontのばらつきは小さく、Rcontの数値自体にも問題がない場合には、ステップS7へ進む。ステップS7では、この評価素子100近傍のフラッシュメモリ300(図3参照。)は、この評価素子100と同様にそのセル内のコンタクト抵抗に問題はなく、合格(pass)と判断する。これにより、図4のフローチャートを終了する。
The variation degree of the resistance value R of the
Next, in step S6 of FIG. 4, it is determined whether or not the correlation coefficient r of the straight line (relational expression) obtained in step S5 and its slope R unit are within a predetermined management value (within an allowable range). judge. Here, when the correlation coefficient r and the slope R unit are within the control values, that is, when the variation of the contact resistance R cont in the
一方、ステップS6で、相関係数r及び傾きRunitのどちらか一方、又はその両方が管理値内にない場合、即ち、評価素子100のコンタクト抵抗Rcontがばらついていたり、その値自体に問題がある場合には、ステップS8へ進む。ステップS8では、この評価素子100近傍のフラッシュメモリ300(図3参照。)は、この評価素子100と同様にそのセル内のコンタクト抵抗に問題があると推察されるので、不合格(fail)と判断して、図4のフローチャートを終了する。
On the other hand, in step S6, when one or both of the correlation coefficient r and the slope R unit are not within the control value, that is, the contact resistance R cont of the
このように、本発明の第1実施形態に係る評価素子100によれば、ホールチェーン20の連鎖数をn1〜n4の多水準にして、そのときの抵抗値R1〜R4をそれぞれ測定することで、連鎖数に対するホールチェーン20の抵抗値の増加度合いを求めることができる。そして、この増加度合いから、1ユニット当たりの抵抗値Runitのばらつきを知ることができる。つまり、シリコンウエーハWに複数あるTEG形成領域200のそれぞれで、その領域内におけるRunitのばらつきをそれぞれ知ることができる。
Thus, according to the
従って、例えば、図3に示すTEG形成領域200a内におけるRunitのばらつきが分かれば、このTEG形成領域200aの近傍にあるフラッシュメモリ300に限って、そのセル内でのコンタクト抵抗Rcontのばらつきを評価することが可能である。即ち、コンタクト抵抗Rcontのばらつきを、フラッシュメモリ300の形成位置毎に評価することが可能である。
Therefore, for example, if the variation of R unit in the
また、ホールチェーン20は、各連鎖数n1〜n4の間でユニットを共有する形態を採っているので、連鎖数の増加数に対してユニットの増加数を抑えることができる。これにより、評価素子100の占有面積の増大を効果的に抑制することができる。
この第1実施形態では、シリコンウエーハWが本発明の基板に対応し、フラッシュメモリ300が本発明の電子デバイスに対応している。また、フラッシュメモリ300のセル内のコンタクト部位が本発明の所定構造体に対応し、セル内のコンタクト抵抗が本発明の所定構造体の抵抗に対応している。
Further, since the
In the first embodiment, the silicon wafer W corresponds to the substrate of the present invention, and the flash memory 300 corresponds to the electronic device of the present invention. Further, the contact portion in the cell of the flash memory 300 corresponds to the predetermined structure of the present invention, and the contact resistance in the cell corresponds to the resistance of the predetermined structure of the present invention.
さらに、1つの不純物拡散層23と、この1つの不純物拡散層23上に形成された2つのプラグ電極25と、これら2つのプラグ電極25の一方に接続する1つのメタル配線21との組合せであるユニットが、本発明の被試験構造体に対応している。また、第1、第2の電極パッド2a,2bに挟まれた(即ち、連鎖数がn1であるときの)ホールチェーン20や、連鎖数がn2〜n4であるときのそれぞれのホールチェーン20が本発明の複数の評価パターンに対応している。
(2)第2実施形態
図6は本発明の第2実施形態に係るホールチェーン120の構成例を示す断面図である。図6において、図2(A)及び(B)に示したホールチェーン20と同一の機能、構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Further, it is a combination of one
(2) Second Embodiment FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
図6に示すホールチェーン120において、図2(A)及び(B)に示したホールチェーン20と異なる点は、不純物拡散層23が下層メタル配線123に置き換わっている点と、この下層メタル配線123とメタル配線(以下、「上層メタル配線」ともいう。)21との間にはコンタクトホールHではなくビアホールhが形成されている点と、このビアホールh内にはプラグ電極25よりもその断面の径が小さい第2のプラグ電極125が設けられている点とである。図6に示すように、下層メタル配線123とシリコンウエーハWとの間には絶縁膜124が設けられている。
The
このような構成であれば、ホールチェーン120の抵抗値R´は、上層メタル配線121の抵抗の和と、下層メタル配線123の抵抗の和と、下層メタル配線123と上層メタル配線21との間の抵抗(以下、「ビア抵抗」という)の和とを足した値であり、式(3)で表される。
R´=ΣRU.metal+ΣRL.metal+ΣRvia …(3)
ΣRU.metal:上層メタル配線21の抵抗の和
ΣRL.metal:下層メタル配線123の抵抗の和
ΣRvia:ビア抵抗の和
そして、これら3つのパラメータの中では、特に、ビア抵抗が他の2つのパラメータと比べてその値が大きく、しかも突発的に異常値が出る可能性が高い。
With such a configuration, the resistance value R ′ of the
R'= ΣR U. metal + ΣR L. metal + ΣR via (3)
ΣR U. metal : Sum of resistance of
従って、このようなホールチェーン120を有する評価素子100´を用いてビア抵抗のばらつき評価を行う場合には、ホールチェーン120におけるユニットの連鎖数nと抵抗値R´との関係を直線で表し、この直線(関係式)の相関係数とその傾きを求める。これにより、シリコンウエーハWに複数あるTEG形成領域200のそれぞれで、その領域内におけるビア抵抗Rviaのばらつきをそれぞれ知ることができる。そして、その結果から、フラッシュメモリ300のセル内でのビア抵抗のばらつきを、フラッシュメモリ300の形成位置毎に評価することが可能である。
Therefore, in the case of evaluating the via resistance variation using the
この第2実施形態では、フラッシュメモリ300のセル内のビア抵抗が、本発明の所定構造体の抵抗に対応している。また、1つの下層メタル配線123と、この1つの下層メタル配線123上に形成された2つのプラグ電極125と、これら2つのプラグ電極125の一方に接続する1つの上層メタル配線21との組合せであるユニットが、本発明の被試験構造体に対応している。
(3)第3実施形態
図7(A)及び(B)は本発明の第3実施形態に係るホールチェーン220の構成例を示す平面図と、B−B´矢視断面図である。図7において、図2(A)及び(B)に示したホールチェーン20と同一の機能、構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
In the second embodiment, the via resistance in the cell of the flash memory 300 corresponds to the resistance of the predetermined structure of the present invention. Further, a combination of one
(3) Third Embodiment FIGS. 7A and 7B are a plan view showing a configuration example of a
図7(A)及び(B)に示すホールチェーン220において、図2(A)及び(B)に示したホールチェーン20と異なる点は、不純物拡散層23がポリシリコン抵抗体(以下、「ポリ抵抗体」という。)223a,223bに置き換わっている点と、メタル配線21が複数個の電極パッド221に置き換わっている点と、これらポリ抵抗体223a,223bと電極パッド221との間にはコンタクトホールHではなくビアホールhが形成されている点と、このビアホールh内にはプラグ電極25よりもその断面の径が小さい第3のプラグ電極225が設けられている点とである。
The
また、図7に示すように、ポリ抵抗体223a,223bとシリコンウエーハWとの間には絶縁膜224が設けられている。ここで、ポリ抵抗体とは、例えばリン等の導電型不純物がドープされたポリシリコンからなるパターンのことである。
ところで、このホールチェーン220では、図7(A)に示すように、ポリ抵抗体223aの平面視での長さをL1とし、ポリ抵抗体223bの平面視での長さをL2としたとき、L1とL2との間には、式(4)に示すような関係がある。
L2=x×L1 …(4)
x:1,10,100,500,…等の自然数
また、ポリ抵抗体223aの平面視での幅をW1とし、ポリ抵抗体223bの平面視での幅をW2としたとき、W1=W2である。図7(A)及び(B)では、作図の便宜上からポリ抵抗体を2つしか記載しないが、このホールチェーン220は、例えば平面視での長さがL1のx倍であり、かつそのxの値がそれぞれ異なる複数個のポリ抵抗223c,223d,…を備えている。
Further, as shown in FIG. 7, an insulating
By the way, in the
L2 = x × L1 (4)
x: natural number such as 1, 10, 100, 500,... Further, when the width of the
このような構成であれば、ホールチェーン220の抵抗値R´´は、電極パッド221の抵抗の和と、ポリ抵抗体223a,223b,223c,…等の抵抗の和と、これらポリ抵抗体223a等と電極パッド221との間の抵抗(ビア抵抗)の和とを足した値であり、式(5)で表される。
R´´=ΣRpad+ΣRpoly+ΣRvia …(5)
ΣRpad:電極パッド221a,221b,…の抵抗の和
ΣRpoly:ポリ抵抗体223a,223b…の抵抗の和
ΣRvia:ビア抵抗の和
また、式(5)に示す3つのパラメータの中では、特に、ポリ抵抗体223a等の抵抗値が、他の2つのパラメータと比べてその値が大きく、しかも突発的に異常値が出る可能性が高い。
With such a configuration, the resistance value R ″ of the
R ″ = ΣR pad + ΣR poly + ΣR via (5)
ΣR pad : sum of resistances of electrode pads 221 a, 221 b,... ΣR poly : sum of resistances of
従って、このようなホールチェーン220を有する評価素子100´´を用いてポリ抵抗のばらつき評価を行う場合には、上記xの数値を増やしながら、そのときのホールチェーン220の抵抗値R´´を順次測定する。
そして、上記xの値と抵抗値R´´との関係を直線で表し、この直線(関係式)の相関係数とその傾きを求める。これにより、シリコンウエーハWに複数あるTEG形成領域200のそれぞれで、その領域内におけるポリ抵抗体の単位長さ当たりの抵抗のばらつきを知ることができる。そして、その結果から、フラッシュメモリ300のセル内でのポリ抵抗のばらつきを、フラッシュメモリ300の形成位置毎に評価することが可能である。
Therefore, when evaluating the variation of poly resistance using the
The relationship between the value of x and the resistance value R ″ is represented by a straight line, and the correlation coefficient and the slope of this straight line (relational expression) are obtained. Thereby, it is possible to know the variation in resistance per unit length of the poly resistor in each of the plurality of
この第3実施形態では、ポリ抵抗体223aや、ポリ抵抗体223bが本発明の被試験構造体に対応している。また、ポリ抵抗体223aと、このポリ抵抗体223aの上に形成された2つのプラグ電極225と、ポリ抵抗体223aを平面視で両側から挟む一対の電極パッド221との組合せや、ポリ抵抗体223bと、このポリ抵抗体223bの上に形成された2つのプラグ電極225と、ポリ抵抗体223bを平面視で両側から挟む一対の電極パッド221との組合せが本発明の評価パターンに対応している。
In the third embodiment, the
2,2a〜2e,221 電極パッド、20,120,220 ホールチェーン、21,121 (上層メタル)配線、23 不純物拡散層、25,125,225 プラグ電極、27 素子分離層、29 層間絶縁膜、123 下層メタル配線、124,224 絶縁膜、223a〜223d ポリ抵抗体、100,100´,100´´ 評価素子、300 フラッシュメモリ、H コンタクトホール、h ビアホール、 S スクライブライン、W ウエーハ 2, 2a to 2e, 221 electrode pad, 20, 120, 220 hole chain, 21, 121 (upper layer metal) wiring, 23 impurity diffusion layer, 25, 125, 225 plug electrode, 27 element isolation layer, 29 interlayer insulating film, 123 Lower layer metal wiring, 124, 224 Insulating film, 223a to 223d Poly resistor, 100, 100 ′, 100 ″ Evaluation element, 300 Flash memory, H contact hole, h via hole, S scribe line, W wafer
Claims (4)
前記所定構造体と同種の被試験構造体を含む評価パターンを複数備え、
前記評価パターン同士は、含まれる前記被試験構造体の数量がそれぞれ異なり、
前記評価パターン同士は前記基板内に近接して形成されることを特徴とする電子デバイスの評価素子。 An evaluation element for evaluating resistance variation of a predetermined structure in an electronic device formed on a substrate,
A plurality of evaluation patterns including a structure under test of the same type as the predetermined structure,
The evaluation patterns are different from each other in the number of the structures to be tested included,
The evaluation element of an electronic device, wherein the evaluation patterns are formed close to each other in the substrate.
前記所定構造体と同種の被試験構造体を含む評価パターンを複数備え、
前記評価パターン同士は、含まれる前記被試験構造体の大きさがそれぞれ異なり、
前記評価パターン同士は前記基板内に近接して形成されることを特徴とする電子デバイスの評価素子。 An evaluation element for evaluating resistance variation of a predetermined structure in an electronic device formed on a substrate,
A plurality of evaluation patterns including a structure under test of the same type as the predetermined structure,
The evaluation patterns are different from each other in the size of the structure to be tested,
The evaluation element of an electronic device, wherein the evaluation patterns are formed close to each other in the substrate.
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の電子デバイスの評価素子に含まれる、複数の前記評価パターンの抵抗値をそれぞれ測定することを特徴とする電子デバイスの評価方法。 A method for evaluating resistance variation of a predetermined structure in an electronic device formed on a substrate,
4. The electronic device evaluation method according to claim 1, wherein the resistance values of the plurality of evaluation patterns included in the evaluation element of the electronic device according to claim 1 are respectively measured.
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-
2004
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