JP3712496B2 - 半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置のプロセスモニタに係り、特に上/下層導電層の接続孔(コンタクトホール又はビアホール)の抵抗値をモニタするモニタパターンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような上/下層導電層の接続孔をモニタする場合には、以下の2つのパターンが一般に用いられている。なお、ここでは、半導体基板上の拡散層へのコンタクトを例に挙げて説明する。
【0003】
まず、ケルビンパターンについて説明する。
【0004】
図8はかかる従来のケルビンパターンを示す平面図である。
【0005】
この図において、1,2は電流供給パッド、3,4は電位差を見る測定パッド、5はL字形の拡散層、6,7,8はそのL字形の拡散層5に形成されたコンタクトである。
【0006】
ここで、コンタクト6,7,8の面積は等しく、コンタクト6とコンタクト7との間の拡散層の長さLとコンタクト8とコンタクト7間の拡散層の長さLとは等しくなっている。
【0007】
このケルビンパターンでは、電流供給パッド1から供給される電流は、コンタクト6−拡散層5−コンタクト7を通じて電流供給パッド2へと通電する。
【0008】
そこで、測定パッド3と測定パッド4との間の電位差を測定すると、コンタクト7の抵抗rと通電電流iとの積riとなり、通電電流iは既知であるから、コンタクト7の抵抗rを求めることができる。
【0009】
次に、チェーンパターンについて説明する。
【0010】
図9は従来のチェーンパターンを示す平面図である。
【0011】
この図において、11,12は通電兼測定パッド、13は拡散層、14は拡散層13の両側に形成されるコンタクト、15は接続配線であり、ここでは、通電兼測定パッド11と12との間に合計16個のコンクト14を介して、8個の拡散層13が直列に接続されるようになっている。
【0012】
このチェーンパターンでは、通電兼測定パッド11から供給される電流Iは、16個のコンクト14と8個の拡散層13を通じて流れ、その電圧降下は、16個のコンクト14の平均抵抗Rと8個の拡散層13の抵抗8r1 〔16RI+8r1 I〕となり、予め拡散層13の抵抗rを既知にしておくことにより、コンタクト14の平均抵抗Rの測定を行うことができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のケルビンパターンでは、ウエハ内にTEG(テスト・エレメント・グループ)として配置されるが、コンクト7の面積は大きく、プロセスモニタとして使用しても、十分に小面積の接続孔のウエハ内の的確なプロセスモニタを行うことができない。
【0014】
また、上記した従来のチェーンパターンでは、2個のパッドのみでモニタ可能であるが、多数のコンタクト抵抗値の平均値でしか求められない上、拡散層、接続配線の抵抗値も測定値の中へ誤差として含まれることになる。
【0015】
以上のように、従来のいずれの方法でも、コンタクト抵抗値モニタパターンの面積が大きくなったり、正確なコンタクト抵抗値を求めることができないといった問題があった。
【0016】
本発明は、上記問題点を除去し、面積を低減し、しかも正確な抵抗値を求めることができる半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕半導体装置の上層導電層と下層導電層との接続孔の抵抗値をモニタするパターンにおいて、前記パターンは、小面積の第1接続孔と、前記第1接続孔より大面積であり、かつ、前記第1接続孔から第1の方向へ所定距離離間した位置に設けられる第2接続孔と、前記第1接続孔および前記第2接続孔に接続される一対の第1測定用パターンとを含むモニタ用パターンと、前記第1接続孔より大面積の第3接続孔と、前記第1接続孔より大面積であり、かつ、前記第3接続孔から前記第1の方向へ前記所定距離離間した位置に設けられる第4接続孔と、前記第3接続孔および前記第4接続孔に接続される一対の第2測定用パターンとを含む比較用パターンとを有するようにしたものである。
【0018】
〔2〕上記〔1〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、前記一対の第1測定用パターンの一方が、前記一対の第2測定用パターンの1つと共通であるようにしたものである。
【0019】
〔3〕上記〔1〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンは、さらに、前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに離間して配列された複数の前記第1接続孔を有しており、前記複数の前記第1接続孔からなる列の前記第2の方向における距離は、前記第2接続孔の前記第2の方向における距離と等しくなるようにしたものである。
【0020】
〔4〕上記〔1〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンは、さらに、前記第1接続孔および前記第2接続孔とが接続される第1下層導電層と、前記第3接続孔および前記第4接続孔とが接続される第2下層導電層とを有し、前記第2下層導電層は、前記第2接続孔から前記第1の方向へ前記所定距離離間した位置で細く形成されるようにしたものである。
【0021】
〔5〕上記〔1〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、前記第3接続孔は前記第2接続孔と共通になるようにしたものである。
【0022】
〔6〕上記〔5〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、前記第2の方向における、前記第1接続孔の距離と、前記第4接続孔の距離と、前記第1接続孔および前記第4接続孔間の距離との和は、前記第2接続孔の前記第2の方向における距離と等しくなるようにしたものである。
【0023】
〔7〕上記〔6〕記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、前記第1接続孔の前記第2の方向における距離と前記第4接続孔の前記第2の方向における距離 は等しくなるようにしたものである。
【0024】
〔8〕半導体装置の上層導電層と下層導電層との接続孔の抵抗値をモニタするパターンにおいて、前記パターンは、大面積の第1接続孔と、前記第1接続孔から第1の方向へ所定距離離間した位置に設けられるとともに、前記第1接続孔より小面積の複数の第2接続孔と、前記第1接続孔および前記複数の第2接続孔に接続される一対の第1測定用パターンとを有しており、前記第2接続孔のそれぞれは、前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに離間して配列され、前記複数の前記第2接続孔からなる列の前記第2の方向における距離は、前記第2の方向における前記第1接続孔の長さと等しくなるようにしたものである。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0026】
図1は参考例を示す半導体装置の接続孔のモニタ用のチェーンパターンを示す平面図である。ここでは、半導体基板上の拡散層へのコンタクトを例に挙げて説明する。
【0027】
この図に示すように、モニタ用チェーンパターン100は、拡散層101の両端にそれぞれコンタクトが配置されており、一方は大面積のコンタクト103、もう一方は最小面積のコンタクト102となっている。ここで、最小面積とは、このウエハにおいて形成されるコンタクトの最小面積と等しい面積を有するものである。
【0028】
この2つのコンタクト102,103がそれぞれ測定用パッド104へと接続される構造となっている。コンタクトの抵抗値をモニタする場合は、この両端の抵抗値を測定する。
【0029】
例えば、大面積のコンタクト103の面積をSとし、最小面積のコンタクト102の面積を(1/8)Sとすると、大面積のコンタクト103の抵抗がRである場合は、最小面積のコンタクト102の抵抗は8Rとなる。
【0030】
このように、参考例によれば、一方のコンタクト103の面積を大きくしているため、このコンタクト抵抗値は低く抑えられるため、最小面積の抵抗値を正確に求めることができる。
【0031】
また、プロセス変動により、抵抗値が異常値を示す場合でも大面積であれば、その影響は小さくなり、1つのコンタクトの抵抗値変動分を正確に把握することが可能となる。
【0032】
次に、本発明の第1実施例について説明する。
【0033】
図2は本発明の第1実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【0034】
この実施例では、上記した参考例のモニタ用チェーンパターン100に加え、拡散層201の両端に同パターンのもう一つの比較用チェーンパターン200を配置するようにしている。
【0035】
この比較用チェーンパターン200のコンタクト203は2つとも大面積としている。なお、図2において、204は測定用パッドである。
【0036】
このように、第1実施例によれば、コンタクト抵抗値を求める場合は、比較用チェーンパターン200における抵抗値と、モニタ用チェーンパターン100における抵抗値との差分を求めることにより、余分な拡散層、配線の抵抗を取り除くことができるため、より正確なコンタクト抵抗値を求めることができる。
【0037】
また、プロセスモニタとして拡散層の抵抗をモニタするのは一般的に行われているため、比較用チェーンパターン200は、拡散層抵抗のモニタパターンを兼ねることができる。
【0038】
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0039】
図3は本発明の第2実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【0040】
この図に示すように、この第2実施例では、比較用チェーンパターン300を同一の測定用パッド305(共通の測定用パッド)で、上記した第1実施例と同様に構成したモニタ用チェーンパターン310に接続し、かつ接続されたコンタクトが等距離になるように配置したものである。なお、図3において、301,311は拡散層、303,313は大面積のコンタクト、304,314は測定用パッド、312は最小面積のコンタクトである。
【0041】
そこで、測定用パッド305と測定用パッド304との間の抵抗値を測定し、次に、測定用パッド305と測定用パッド314との間の抵抗値を測定することにより、測定用パッド305の寄生抵抗は、モニタ/比較用チェーンパターンで共通となり、特にモニタ用チェーンパターン310の最小面積のコンタクト312の抵抗を正確に求めることができる。
【0042】
このように、第2実施例によれば、一つのパッド間の寄生抵抗は、モニタ/比較用チェーンパターンで全く同一となるため、測定精度の向上が期待できる。
【0043】
次に、本発明の第3実施例について説明する。
【0044】
図4は本発明の第3実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【0045】
この図に示すように、モニタ用チェーンパターン410の最小面積のコンタクト412が大面積のコンタクト413に対向するよう複数個(ここでは、2個)配置されている。なお、図4において、400は比較用チェーンパターン、401,411は拡散層、403は大面積のコンタクト、404,405,414は測定用パッド、416は電流の流れを示しており、405は左右のパターンの共通の測定用パッドになっている。
【0046】
測定方法は前述と全く同一であるが、コンタクト抵抗値は平均値として求めることができる。
【0047】
なお、この実施例のパターンは、拡散層中の電流分布を比較パターンと同一にするという効果が期待できるため、拡散層の抵抗が高いプロセスに適用するのがよい。
【0048】
次に、本発明の第4実施例について説明する。
【0049】
図5は本発明の第4実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【0050】
図5において、500は比較用チェーンパターン、510はモニタ用チェーンパターン、501,511は拡散層、503,513は大面積のコンタクト、504,505,514は測定用パッド、512は最小面積のコンタクト、516は電流の流れを示しており、505は左右のパターンの共通の測定用パッドとなっている。
【0051】
この実施例では、特に、最小面積のコンタクト512の近辺の拡散層511が比較用チェーンパターン500の大面積のコンタクト503の対向距離と等しくなる点で細くなっている。
【0052】
このように、第4実施例によれば、モニタ用チェーンパターンの拡散層の電流分布を比較用チェーンパターンと同様にすることができ、かつ最小面積のコンタクトも1個であるため、正確なコンタクト抵抗値を求めることが可能となる。
【0053】
次に、本発明の第5実施例について説明する。
【0054】
図6は本発明の第5実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【0055】
この第5実施例では、コンタクトをモニタ/比較用チェーンパターンと同一の拡散層上に設けている。最小面積のコンタクト602と、それを囲む形で面積の大きなコンタクト(測定用コンタクト)607が配置され、それぞれ別の測定用パッド605、606へつながれている。コンタクトの抵抗値を求める際は2つの抵抗値の差として求める。なお、図6において、601は拡散層、603は大面積のコンタクトを示している。
【0056】
そこで、測定用パッド604を共通のパッドとして、測定用パッド604−測定用パッド605間の抵抗を測定し、次いで、測定用パッド604−測定用パッド606間の抵抗を測定する。
【0057】
このように、第5実施例によれば、比較用チェーンパターンの面積を削減することができ、小さなモニタ用チェーンパターンの形成が可能となる。
【0058】
次に、本発明の第6実施例について説明する。
【0059】
図7は本発明の第6実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す図である。
【0060】
この第6実施例では、上記した第5実施例と同様に構成した、大きな測定用コンタクト707の、大面積のコンタクト703に対向する辺の長さを、最小面積のコンタクト702の大面積のコンタクト703に対向する辺の長さと同一とし、拡散層701内で対象な位置になるよう配置されている。なお、図7において、704,705,706は測定用パッドを示している。
【0061】
このように構成することにより、拡散層701内の電流分布は均一となり、より正確なコンタクトの抵抗値を求めることができる。
【0062】
以上のように、第1〜第6実施例によれば、パターンの面積を小さくパッド数を少なくして、1個のコンタクト抵抗値を正確に求めることができるため、多くのICチップを安定して製造することが可能となる。
【0063】
上記実施例では拡散層へのコンタクトとして説明したが、もちろんそれに限定されるものではなく、配線間の接続孔へも適用可能である。
【0064】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0065】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0066】
(1)一方の接続孔の面積を大きくしているため、このコンタクト抵抗値は低く抑えられるので、面積が小さい方の接続孔の抵抗値を正確に求めることができる。
【0067】
また、プロセス変動により、抵抗値が異常値を示す場合でも大面積の接続孔であれば、その影響は小さくなり、もう一方の接続孔の抵抗値変動分を正確に把握することが可能となる。
【0068】
(2)最小面積の接続孔の抵抗値を正確に把握することが可能となる。
【0069】
(3)接続孔の抵抗値を求める場合は、比較用チェーンパターンにおける抵抗値と、モニタ用チェーンパターンにおける抵抗値との差分を求めることにより、余分な拡散層、配線の抵抗を取り除くことができるため、より正確な接続孔の抵抗値が求められる。
【0070】
また、プロセスモニタとして拡散層の抵抗をモニタすることは一般的に行われているため、比較用チェーンパターンは、拡散層抵抗のモニタパターンを兼ねることができる。
【0071】
(4)一つのパッド間の寄生抵抗は、モニタ/比較用チェーンパターンで全く同一となり、測定精度の向上を図ることができる。
【0072】
(5)一つのパッド間の寄生抵抗は、モニタ/拡散層中の電流分布を比較パターンと同一にすることができる。したがって、拡散層の抵抗が高いプロセスに適用するのがよい。
【0073】
(6)モニタ用チェーンパターンの拡散層の電流分布を比較用チェーンパターンと同様にすることができ、かつ最小面積のコンタクトも1個であるため、正確なコンタクト抵抗値を求めることが可能となる。
【0074】
(7)比較用チェーンパターンの面積を削減でき、小さなモニタ用チェーンパターンの形成が可能となる。
【0075】
(8)上記(7)の効果に加え、拡散層内の電流分布は均一となり、より正確なコンタクト抵抗値を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図2】 本発明の第1実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図3】 本発明の第2実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図4】 本発明の第3実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図5】 本発明の第4実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図6】 本発明の第5実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図7】 本発明の第6実施例を示すモニタ用チェーンパターンを示す平面図である。
【図8】 従来のケルビンパターンを示す平面図である。
【図9】 従来のチェーンパターンを示す平面図である。
【符号の説明】
100,310,410,510 モニタ用チェーンパターン
101,201,301,311,401,411,501,511,601,701 拡散層
102,312,412,512,602,702 最小面積のコンタクト(第1接続孔)
103,203,303,313,403,413,503,513,603,703 大面積のコンタクト(第2接続孔)
104,204,304,305,314,404,405,414,504,505,514,604,605,606,704,705,706 測定用パッド
200,300,400,500 比較用チェーンパターン
416,516 電流の流れ
607,707 測定用コンタクト(第3接続孔)
Claims (8)
- 半導体装置の上層導電層と下層導電層との接続孔の抵抗値をモニタするパターンにおいて、
前記パターンは、
小面積の第1接続孔と、前記第1接続孔より大面積であり、かつ、前記第1接続孔から第1の方向へ所定距離離間した位置に設けられる第2接続孔と、前記第1接続孔および前記第2接続孔に接続される一対の第1測定用パターンとを含むモニタ用パターンと、
前記第1接続孔より大面積の第3接続孔と、前記第1接続孔より大面積であり、かつ、前記第3接続孔から前記第1の方向へ前記所定距離離間した位置に設けられる第4接続孔と、前記第3接続孔および前記第4接続孔に接続される一対の第2測定用パターンとを含む比較用パターンと、
を有することを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項1記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、
前記一対の第1測定用パターンの一方が、前記一対の第2測定用パターンの1つと共通であることを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項1記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンは、さらに、
前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに離間して配列された複数の前記第1接続孔を有しており、
前記複数の前記第1接続孔からなる列の前記第2の方向における距離は、前記第2接続孔の前記第2の方向における距離と等しいことを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項1記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンは、さらに、
前記第1接続孔および前記第2接続孔とが接続される第1下層導電層と、
前記第3接続孔および前記第4接続孔とが接続される第2下層導電層とを有し、
前記第2下層導電層は、前記第2接続孔から前記第1の方向へ前記所定距離離間した位置で細く形成されることを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項1記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、
前記第3接続孔は前記第2接続孔と共通であることを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項5記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、
前記第2の方向における、前記第1接続孔の距離と、前記第4接続孔の距離と、前記第1接続孔および前記第4接続孔間の距離との和は、前記第2接続孔の前記第2の方向における距離と等しいことを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 請求項6記載の半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターンにおいて、
前記第1接続孔の前記第2の方向における距離と前記第4接続孔の前記第2の方向における距離は等しいことを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。 - 半導体装置の上層導電層と下層導電層との接続孔の抵抗値をモニタするパターンにおいて、
前記パターンは、大面積の第1接続孔と、前記第1接続孔から第1の方向へ所定距離離間した位置に設けられるとともに、前記第1接続孔より小面積の複数の第2接続孔と、前記第1接続孔および前記複数の第2接続孔に接続される一対の第1測定用パターンとを有しており、
前記第2接続孔のそれぞれは、前記第1の方向と直交する第2の方向に互いに離間して配列され、前記複数の前記第2接続孔からなる列の前記第2の方向における距離は、前記第2の方向における前記第1接続孔の長さと等しいことを特徴とする半導体装置の接続孔の抵抗値モニタパターン。
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