JP3776068B2 - 半導体装置及びその検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、半導体装置の欠陥や不良配線の検出、及びその解析はますます困難となりつつある。現在、半導体装置の検査方法としては、光学式外観検査装置を使用する方法や、配線の短絡や断線を検出するＴＥＧ（Test Element Group）を用いて電気的に検出する方法が主流である。
【０００３】
近年、光学式外観検査装置に代えて、新たに電子式外観検査装置が使用されつつある。この装置によれば、光学式より、さらに微細な欠陥が検出でき、いわゆる電位コントラスト法を用いると不良配線の原因となる致命的欠陥のみを検出することもできる。
【０００４】
図８に、従来の、配線の短絡を電気的に検出するための電気回路パターンを備える半導体装置を示す。この半導体装置の電気回路パターンは、くし型配線１０１と、それと交差するくし型配線１０２から構成されている。これらくし型配線は、それぞれ、プローブと接触させるための電極端子１０３とそれと対向する電極端子１０４を有する。これら端子間に電位差を設け、配線間に流れる電流値を測定すると、配線に短絡箇所がある場合、一定値以上の電流が流れ、その存在が確認される。
【０００５】
図９に、従来の別の電気回路パターンを備える半導体装置を示す。この電気回路パターンは、くし型配線１０１、フローティング配線１０５、及びくし型配線１０１の電極端子１０３から構成されている。
【０００６】
以下、例えば、特許文献１に開示されている従来の半導体装置の検査方法によって、図９に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図１０を参照しながら説明する。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、半導体装置に電子線１１０を照射すると、配線容量の大きなくし型配線１０１からは強い２次電子１３が放出され、配線容量の小さなフローティング配線１０５からは弱い２次電子１４が放出される。これをＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）により観察すると、図１０（ａ）に示すように、くし型配線１０１は明るいライン（明線）として観察され、フローティング配線１０５は暗いライン（暗線）として観察される。
【０００８】
ここで、図１０（ａ）に示すように、欠陥１１１により配線が短絡すると、欠陥１１１が存在するフローティング配線１０５は、欠陥１１１を介してくし型配線１０１と電気的に接続されて等電位となる。この結果、配線容量の大きくなった不良配線１１２は、明線として観察される。
【０００９】
一方、図１０（ｂ）に示すように、配線に断線部１１４が生じると、くし型配線１０１の一部が電気的に絶縁され、不良配線１１２ａが暗線として観察される。これは、フローティング配線１０５においても同様である。図１０（ａ）と図１０（ｂ）において、それぞれＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥１１１、断線部１１４や不良配線１１２、１１２ａを検出することができる。
【００１０】
以下、くし型配線の配線長と半導体装置の検査時間との関係について、図１１を参照しながら説明する。図１１（ａ）において、Ｙは電子式欠陥検査装置から、半導体装置上を走査しながら電子線を照射するときの電子線照射幅である。また、Ｘはくし型配線の配線長（くし型配線とフローティング配線、又は、くし型配線同士が交差する部分の長さ）である。また、図１１（ｂ）は、くし型配線の配線長Ｘと半導体装置の検査時間との関係を示すグラフである。
【００１１】
通常、電子線照射幅Ｙは１００μｍ前後であり、半導体装置のウエハ全面を走査するには長時間を要する。ところが、くし型配線と、それと交差するくし型配線からなる電気回路パターンを有する図１０に示す半導体装置では、前述したように、くし型配線に１回電子線を照射するのみで電気回路パターン中の欠陥又は不良配線を検出できる。したがって、図１１（ｂ）に示すように、くし型配線の配線長Ｘが長くなる程、検査に要する時間が短縮されることになる。例えば、くし型配線の配線長を２０ｍｍとすれば、ウエハ全面に電子線を照射する場合と比較して、検査に要する時間は１／２００となり、大幅に短縮される。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２６１００号公報（第１４図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術によれば、くし型配線の配線長Ｘが長くなると、くし型配線と交差するフローティング配線との配線容量の差が相対的に小さくなり、電子式欠陥検査装置を用い、半導体装置に電子線を照射して得られるＳＥＭ画像における明線と暗線の間に十分な電位コントラストが得られず、欠陥又は不良配線の検出の効率が低下していた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術における問題点を解決し、規模の大きな半導体装置を短時間で検査でき、かつ、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる半導体装置及びその検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成された、くし歯配線部とくし柄部を有するくし型配線と、層間絶縁膜上に形成され、隣接するくし歯配線部の間に配置されたフローティング配線とを備えた電気回路パターンを有する。ここで、フローティング配線とくし歯配線部は電気的に絶縁され、前記くし歯配線部と前記半導体基板がコンタクトホールを介して電気的に接続されている。また、フローティング配線の先端が、くし歯配線部の先端より突出して形成されている。
【００２２】
この構成により、フローティング配線のＳＥＭ画像のみで欠陥又は不良配線が検出され、くし型配線の明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の検査方法は、上述した半導体装置の検査方法であって、フローティング配線における突出部分に荷電粒子線を照射する工程と、荷電粒子線の照射によって２次電子を発生するフローティング配線のＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を検出する工程を備える。
【００２４】
この検査方法により、フローティング配線のＳＥＭ画像のみで欠陥又は不良配線が検出され、くし型配線の明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、正常なフローティング配線と欠陥が存在するフローティング配線との間に十分な電位コントラストが得られ、その結果、規模の大きな半導体装置を短時間かつ高感度で検査することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１（ａ）に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。１はくし型配線であり、複数のくし歯４ａからなるくし歯配線部４とくし柄部５からなる。２はフローティング配線、３はコンタクトホールである。コンタクトホール３は、各くし歯４ａの中央部に形成され、くし歯配線部４においてほぼ等間隔に配置されている。フローティング配線２は、隣接するくし歯配線部４の間にくし型配線１と交差した状態で配置され、くし歯配線部４と絶縁されている。
【００３０】
また、図１（ｂ）に、本実施の形態における半導体装置の断面図を示す。半導体基板９上に層間絶縁膜８が形成され、くし型配線１が層間絶縁膜８上に形成されている。くし型配線１と半導体基板９は層間絶縁膜８を貫通するコンタクトホール３により電気的に接続されている。ここで、半導体基板９の代りに、配線容量の大きな下層配線を用いることもできる。
【００３１】
くし型配線１とフローティング配線２は、Ｃｕ（銅）からなり、配線溝に埋め込まれている。また、半導体基板９の表面には、ｎ＋拡散層又はｐ＋拡散層が形成され（図示せず）、コンタクトホール３にはＷ（タングステン）が埋め込まれている。
【００３２】
以下、本実施の形態における半導体装置の検査方法によって、図１に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図２〜４を参照しながら説明する。ここで、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す半導体装置の平面図に対応し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示す半導体装置の断面図に対応する。
【００３３】
図２（ａ）に示す半導体装置において、くし歯配線部４とフローティング配線２を横切るように電子線１１を照射すると、図２（ｂ）に示すように、配線容量の大きなくし型配線１からは強い２次電子１３が放出され、配線容量の小さなフローティング配線２からは弱い２次電子１４が放出される。これをＳＥＭにより観察すると、図４（ａ）に示すように、くし型配線１は明線４２として観察され、フローティング配線２は暗線４３として観察される。また、層間絶縁膜８は、画像暗部４４として観察される。
【００３４】
図３に、図２に示す半導体装置の配線上に欠陥１５が存在し、それによりフローティング配線２の一部が不良配線１６となっている状態を示す。このように、配線上に欠陥１５が存在すると、欠陥１５が存在するフローティング配線２は、欠陥１５を介してくし型配線１と電気的に接続されて等電位となる。
【００３５】
図３（ａ）に示す半導体装置において、くし歯配線部４とフローティング配線２を横切るように電子線１１を照射し、これをＳＥＭにより観察すると、図４（ｂ）に示すように、正常なフローティング配線２は、図４（ａ）と同様に暗線４３として観察され、欠陥１５が存在するフローティング配線２は不良配線１６となり、明線４５として観察される。
【００３６】
本実施の形態によれば、くし型配線１と半導体基板９がコンタクトホール３により接続されているため、くし型配線１とフローティング配線２の配線容量の差が従来技術と比して大きくなり、フローティング配線２における不良配線１６が明るい明線４５として観察される。これにより、正常なフローティング配線２による暗線４３との間に十分な電位コントラストが得られ、図４（ｂ）のＳＥＭ画像において、明線４５と暗線４３の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥１５又は不良配線１６を高感度で検出することができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、くし型配線１とフローティング配線２の間に十分な配線容量の差が得られ、その分、くし型配線の配線長Ｘを長くとることができるため、半導体装置の検査に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態において、くし歯配線部４とフローティング配線２の間隔が最小ルール幅（最小ルール幅とは、半導体装置のパターン設計で使用されている最小の寸法をいう。）であると、配線密度が高くなり、欠陥発生時に欠陥が配線と接触して不良となる確率が高くなるため、欠陥１５又は不良配線１６を高い効率で検出することができる。さらに、各配線の配線幅が最小ルール幅であると、配線密度が高くなり、欠陥発生時に欠陥が配線と接触して不良となる確率が最高となるため、さらに高い効率で検出することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。２１はくし型配線であり、複数のくし歯２４ａからなるくし歯配線部２４とくし柄部２５からなる。２２はフローティング配線、２３はコンタクトホールである。コンタクトホール２３は、各くし歯２４ａの中央部に形成され、くし歯配線部２４においてほぼ等間隔に配置されている。図５に示すように、くし歯配線部２４の配線幅は、実施の形態１におけるくし歯配線部４の配線幅より広くなっており、最小ルール幅の３〜１００倍となっている。また、くし歯配線部２４とフローティング配線２２との間隔は最小ルール幅である。
【００４０】
なお、本実施の形態において、半導体装置の断面の構成と、配線、コンタクトホール、及び半導体基板の材料は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態では、実施の形態１と同様にして、図５に示す半導体装置を検査することができるため、そのプロセスについては説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態によれば、くし型配線２１が、半導体基板とコンタクトホール２３で接続されているため、くし型配線２１とフローティング配線２２の配線容量の差が従来技術と比して大きくなり、フローティング配線２２の不良配線が明るい明線として観察される。これにより、正常なフローティング配線２２による暗線との間に十分な電位コントラストが得られ、ＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、くし型配線２１とフローティング配線２２の間に十分な配線容量の差が得られ、その分、くし型配線の配線長を長くとることができ、半導体装置の検査に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、くし歯配線部２４の配線幅が、実施の形態１におけるくし歯配線部４の配線幅より広くなっており、最小ルール幅の３〜１００倍となっている。また、くし歯配線部２４とフローティング配線２２との間隔は最小ルール幅である。したがって、例えば、Ｃｕからなる配線をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程において研磨する際に、配線の表面から発生するＣｕによる、いわゆるマイクロスクラッチにより配線間の短絡箇所が増加する場合、短絡により生じた不良配線を効率良く検出することができる。なお、本実施の形態は、Ｃｕからなる配線の不良配線の検査以外に、いわゆるメタルＣＭＰ工程における検査全般に適用できる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、くし歯配線部２４の線幅をフローティング配線２２の線幅より広くしているが、逆に、フローティング配線２２の線幅をくし歯配線部２４の線幅より広くしても、配線間の短絡箇所が同様に増加するため、上記と同様の効果が得られる。ただし、くし歯配線部２４の線幅を広くする方が、両者の配線容量の差が大きくなり、その分、くし型配線２１の配線長を長くすることができ、半導体装置の検査をより短時間で行うことができるため好ましい。
【００４６】
（実施の形態３）
図６に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。
３１はくし型配線であり、複数のくし歯３４ａからなるくし歯配線部３４とくし柄部３５からなる。３２はフローティング配線、３３はコンタクトホールである。コンタクトホール３３は、各くし歯３４ａの中央部に形成され、くし歯配線部３４においてほぼ等間隔に配置されている。図６に示すように、フローティング配線３２の先端が、くし歯配線部３４の先端より突出し、その突出した部分が、突出部分５１を形成している。
【００４７】
なお、本実施の形態において、半導体装置の断面図における構成と、配線、コンタクトホール、及び半導体基板の材料は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
以下、本実施の形態における半導体装置の検査方法によって、図６に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図６〜７を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と共通する箇所についてはその説明を省略する。
【００４９】
図６に示す半導体装置において、電子線１１を突出部分５１を横切るように照射し、これをＳＥＭにより観察すると、図７（ａ）に示すように、正常なフローティング配線３２は、暗線６３として観察される。また、くし型配線３１と層間絶縁膜は、画像暗部６４として観察される。一方、フローティング配線３２の一部が欠陥等の存在により不良配線となると、図７（ｂ）に示すように、正常なフローティング配線３２は、図７（ａ）と同様に暗線６３として観察され、不良配線は、くし型配線３１と電気的に接続されて配線容量が大きくなるため、明線６２として観察される。これにより、正常なフローティング配線３２による暗線６３との間に十分な電位コントラストが得られ、図７（ｂ）のＳＥＭ画像において、明線６２と暗線６３の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【００５０】
本実施の形態によれば、フローティング配線３２の先端が、くし歯配線部３４の先端より突出して形成された突出部分５１に電子線を照射するのみで、半導体装置における欠陥又は不良配線が検出できる。このため、くし型配線３１による明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００５１】
なお、上記した各実施の形態においては、くし型配線の配線容量がフローティング配線の配線容量より大きければ良い。また、くし型配線は、必ずしも接地電位等の固定電位と接続されている必要はなく、いわゆる無接地状態でも良い。
【００５２】
また、上記した各実施の形態では、半導体装置に適用したが、本発明は、くし形電極を有するＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス等の電子部品における電気回路パターンに適用することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、規模の大きな半導体装置を短時間で検査でき、かつ、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における半導体装置の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）
【図２】 実施の形態１における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）（欠陥のない場合）
【図３】 実施の形態１における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）（欠陥のある場合）
【図４】 実施の形態１における半導体装置のＳＥＭ画像の概念図〔（ａ）：欠陥のない場合、（ｂ）：欠陥のある場合〕
【図５】 実施の形態２における半導体装置の平面図
【図６】 実施の形態３における半導体装置の検査方法を示す平面図
【図７】 実施の形態３における半導体装置のＳＥＭ画像の概念図〔（ａ）：欠陥のない場合、（ｂ）：欠陥のある場合〕
【図８】 従来技術における半導体装置におけるくし型配線の平面図
【図９】 従来技術における半導体装置におけるくし型配線とフローティング配線の平面図
【図１０】 従来技術における半導体装置の検査方法を示す平面図〔（ａ）：短絡のある場合、（ｂ）：断線のある場合〕
【図１１】 従来技術における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）、くし型配線の配線長Ｘと検査時間の関係を示すグラフ（ｂ）
【符号の説明】
１、２１、３１ くし型配線
２、２２、３２ フローティング配線
３、２３、３３ コンタクトホール
４、２４、３４ くし歯配線部
４ａ、２４ａ、３４ａ くし歯
５、２５、３５ くし柄部
８ 層間絶縁膜
９ 半導体基板
１１ 電子線照射部分
１２ 入射電子
１３ 強い２次電子
１４ 弱い２次電子
１５ 欠陥
１６ 不良配線
４２ 明線（くし歯配線）
４３ 暗線（フローティング配線）
４４ 画像暗部
５１ 突出部分
１０１、１０２ くし型配線
１０３、１０４ 電極端子
１０５ フローティング配線
１１０ 電子照射部分
１１１ 欠陥
１１２、１１３ 不良配線（明線）
１１２ａ 不良配線（暗線）
１１４ 断線部
Ｘ くし型配線の配線長
Ｙ 電子線照射幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化に伴い、半導体装置の欠陥や不良配線の検出、及びその解析はますます困難となりつつある。現在、半導体装置の検査方法としては、光学式外観検査装置を使用する方法や、配線の短絡や断線を検出するＴＥＧ（Test Element Group）を用いて電気的に検出する方法が主流である。
【０００３】
近年、光学式外観検査装置に代えて、新たに電子式外観検査装置が使用されつつある。この装置によれば、光学式より、さらに微細な欠陥が検出でき、いわゆる電位コントラスト法を用いると不良配線の原因となる致命的欠陥のみを検出することもできる。
【０００４】
図８に、従来の、配線の短絡を電気的に検出するための電気回路パターンを備える半導体装置を示す。この半導体装置の電気回路パターンは、くし型配線１０１と、それと交差するくし型配線１０２から構成されている。これらくし型配線は、それぞれ、プローブと接触させるための電極端子１０３とそれと対向する電極端子１０４を有する。これら端子間に電位差を設け、配線間に流れる電流値を測定すると、配線に短絡箇所がある場合、一定値以上の電流が流れ、その存在が確認される。
【０００５】
図９に、従来の別の電気回路パターンを備える半導体装置を示す。この電気回路パターンは、くし型配線１０１、フローティング配線１０５、及びくし型配線１０１の電極端子１０３から構成されている。
【０００６】
以下、例えば、特許文献１に開示されている従来の半導体装置の検査方法によって、図９に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図１０を参照しながら説明する。
【０００７】
図１０（ａ）に示すように、半導体装置に電子線１１０を照射すると、配線容量の大きなくし型配線１０１からは強い２次電子１３が放出され、配線容量の小さなフローティング配線１０５からは弱い２次電子１４が放出される。これをＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）により観察すると、図１０（ａ）に示すように、くし型配線１０１は明るいライン（明線）として観察され、フローティング配線１０５は暗いライン（暗線）として観察される。
【０００８】
ここで、図１０（ａ）に示すように、欠陥１１１により配線が短絡すると、欠陥１１１が存在するフローティング配線１０５は、欠陥１１１を介してくし型配線１０１と電気的に接続されて等電位となる。この結果、配線容量の大きくなった不良配線１１２は、明線として観察される。
【０００９】
一方、図１０（ｂ）に示すように、配線に断線部１１４が生じると、くし型配線１０１の一部が電気的に絶縁され、不良配線１１２ａが暗線として観察される。これは、フローティング配線１０５においても同様である。図１０（ａ）と図１０（ｂ）において、それぞれＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥１１１、断線部１１４や不良配線１１２、１１２ａを検出することができる。
【００１０】
以下、くし型配線の配線長と半導体装置の検査時間との関係について、図１１を参照しながら説明する。図１１（ａ）において、Ｙは電子式欠陥検査装置から、半導体装置上を走査しながら電子線を照射するときの電子線照射幅である。また、Ｘはくし型配線の配線長（くし型配線とフローティング配線、又は、くし型配線同士が交差する部分の長さ）である。また、図１１（ｂ）は、くし型配線の配線長Ｘと半導体装置の検査時間との関係を示すグラフである。
【００１１】
通常、電子線照射幅Ｙは１００μｍ前後であり、半導体装置のウエハ全面を走査するには長時間を要する。ところが、くし型配線と、それと交差するくし型配線からなる電気回路パターンを有する図１０に示す半導体装置では、前述したように、くし型配線に１回電子線を照射するのみで電気回路パターン中の欠陥又は不良配線を検出できる。したがって、図１１（ｂ）に示すように、くし型配線の配線長Ｘが長くなる程、検査に要する時間が短縮されることになる。例えば、くし型配線の配線長を２０ｍｍとすれば、ウエハ全面に電子線を照射する場合と比較して、検査に要する時間は１／２００となり、大幅に短縮される。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２６１００号公報（第１４図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術によれば、くし型配線の配線長Ｘが長くなると、くし型配線と交差するフローティング配線との配線容量の差が相対的に小さくなり、電子式欠陥検査装置を用い、半導体装置に電子線を照射して得られるＳＥＭ画像における明線と暗線の間に十分な電位コントラストが得られず、欠陥又は不良配線の検出の効率が低下していた。
【００１４】
本発明は、上記従来技術における問題点を解決し、規模の大きな半導体装置を短時間で検査でき、かつ、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる半導体装置及びその検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成された、くし歯配線部とくし柄部を有するくし型配線と、層間絶縁膜上に形成され、隣接するくし歯配線部の間に配置されたフローティング配線とを備えた電気回路パターンを有する。ここで、フローティング配線とくし歯配線部は電気的に絶縁され、前記くし歯配線部と前記半導体基板がコンタクトホールを介して電気的に接続されている。また、フローティング配線の先端が、くし歯配線部の先端より突出して形成されている。
【００２２】
この構成により、フローティング配線のＳＥＭ画像のみで欠陥又は不良配線が検出され、くし型配線の明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００２３】
また、本発明の半導体装置の検査方法は、上述した半導体装置の検査方法であって、フローティング配線における突出部分に荷電粒子線を照射する工程と、荷電粒子線の照射によって２次電子を発生するフローティング配線のＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を検出する工程を備える。
【００２４】
この検査方法により、フローティング配線のＳＥＭ画像のみで欠陥又は不良配線が検出され、くし型配線の明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、正常なフローティング配線と欠陥が存在するフローティング配線との間に十分な電位コントラストが得られ、その結果、規模の大きな半導体装置を短時間かつ高感度で検査することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１（ａ）に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。１はくし型配線であり、複数のくし歯４ａからなるくし歯配線部４とくし柄部５からなる。２はフローティング配線、３はコンタクトホールである。コンタクトホール３は、各くし歯４ａの中央部に形成され、くし歯配線部４においてほぼ等間隔に配置されている。フローティング配線２は、隣接するくし歯配線部４の間にくし型配線１と交差した状態で配置され、くし歯配線部４と絶縁されている。
【００３０】
また、図１（ｂ）に、本実施の形態における半導体装置の断面図を示す。半導体基板９上に層間絶縁膜８が形成され、くし型配線１が層間絶縁膜８上に形成されている。くし型配線１と半導体基板９は層間絶縁膜８を貫通するコンタクトホール３により電気的に接続されている。ここで、半導体基板９の代りに、配線容量の大きな下層配線を用いることもできる。
【００３１】
くし型配線１とフローティング配線２は、Ｃｕ（銅）からなり、配線溝に埋め込まれている。また、半導体基板９の表面には、ｎ＋拡散層又はｐ＋拡散層が形成され（図示せず）、コンタクトホール３にはＷ（タングステン）が埋め込まれている。
【００３２】
以下、本実施の形態における半導体装置の検査方法によって、図１に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図２〜４を参照しながら説明する。ここで、図２（ａ）は、図１（ａ）に示す半導体装置の平面図に対応し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示す半導体装置の断面図に対応する。
【００３３】
図２（ａ）に示す半導体装置において、くし歯配線部４とフローティング配線２を横切るように電子線１１を照射すると、図２（ｂ）に示すように、配線容量の大きなくし型配線１からは強い２次電子１３が放出され、配線容量の小さなフローティング配線２からは弱い２次電子１４が放出される。これをＳＥＭにより観察すると、図４（ａ）に示すように、くし型配線１は明線４２として観察され、フローティング配線２は暗線４３として観察される。また、層間絶縁膜８は、画像暗部４４として観察される。
【００３４】
図３に、図２に示す半導体装置の配線上に欠陥１５が存在し、それによりフローティング配線２の一部が不良配線１６となっている状態を示す。このように、配線上に欠陥１５が存在すると、欠陥１５が存在するフローティング配線２は、欠陥１５を介してくし型配線１と電気的に接続されて等電位となる。
【００３５】
図３（ａ）に示す半導体装置において、くし歯配線部４とフローティング配線２を横切るように電子線１１を照射し、これをＳＥＭにより観察すると、図４（ｂ）に示すように、正常なフローティング配線２は、図４（ａ）と同様に暗線４３として観察され、欠陥１５が存在するフローティング配線２は不良配線１６となり、明線４５として観察される。
【００３６】
本実施の形態によれば、くし型配線１と半導体基板９がコンタクトホール３により接続されているため、くし型配線１とフローティング配線２の配線容量の差が従来技術と比して大きくなり、フローティング配線２における不良配線１６が明るい明線４５として観察される。これにより、正常なフローティング配線２による暗線４３との間に十分な電位コントラストが得られ、図４（ｂ）のＳＥＭ画像において、明線４５と暗線４３の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥１５又は不良配線１６を高感度で検出することができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、くし型配線１とフローティング配線２の間に十分な配線容量の差が得られ、その分、くし型配線の配線長Ｘを長くとることができるため、半導体装置の検査に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態において、くし歯配線部４とフローティング配線２の間隔が最小ルール幅（最小ルール幅とは、半導体装置のパターン設計で使用されている最小の寸法をいう。）であると、配線密度が高くなり、欠陥発生時に欠陥が配線と接触して不良となる確率が高くなるため、欠陥１５又は不良配線１６を高い効率で検出することができる。さらに、各配線の配線幅が最小ルール幅であると、配線密度が高くなり、欠陥発生時に欠陥が配線と接触して不良となる確率が最高となるため、さらに高い効率で検出することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。２１はくし型配線であり、複数のくし歯２４ａからなるくし歯配線部２４とくし柄部２５からなる。２２はフローティング配線、２３はコンタクトホールである。コンタクトホール２３は、各くし歯２４ａの中央部に形成され、くし歯配線部２４においてほぼ等間隔に配置されている。図５に示すように、くし歯配線部２４の配線幅は、実施の形態１におけるくし歯配線部４の配線幅より広くなっており、最小ルール幅の３〜１００倍となっている。また、くし歯配線部２４とフローティング配線２２との間隔は最小ルール幅である。
【００４０】
なお、本実施の形態において、半導体装置の断面の構成と、配線、コンタクトホール、及び半導体基板の材料は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態では、実施の形態１と同様にして、図５に示す半導体装置を検査することができるため、そのプロセスについては説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態によれば、くし型配線２１が、半導体基板とコンタクトホール２３で接続されているため、くし型配線２１とフローティング配線２２の配線容量の差が従来技術と比して大きくなり、フローティング配線２２の不良配線が明るい明線として観察される。これにより、正常なフローティング配線２２による暗線との間に十分な電位コントラストが得られ、ＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、くし型配線２１とフローティング配線２２の間に十分な配線容量の差が得られ、その分、くし型配線の配線長を長くとることができ、半導体装置の検査に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態では、くし歯配線部２４の配線幅が、実施の形態１におけるくし歯配線部４の配線幅より広くなっており、最小ルール幅の３〜１００倍となっている。また、くし歯配線部２４とフローティング配線２２との間隔は最小ルール幅である。したがって、例えば、Ｃｕからなる配線をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程において研磨する際に、配線の表面から発生するＣｕによる、いわゆるマイクロスクラッチにより配線間の短絡箇所が増加する場合、短絡により生じた不良配線を効率良く検出することができる。なお、本実施の形態は、Ｃｕからなる配線の不良配線の検査以外に、いわゆるメタルＣＭＰ工程における検査全般に適用できる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、くし歯配線部２４の線幅をフローティング配線２２の線幅より広くしているが、逆に、フローティング配線２２の線幅をくし歯配線部２４の線幅より広くしても、配線間の短絡箇所が同様に増加するため、上記と同様の効果が得られる。ただし、くし歯配線部２４の線幅を広くする方が、両者の配線容量の差が大きくなり、その分、くし型配線２１の配線長を長くすることができ、半導体装置の検査をより短時間で行うことができるため好ましい。
【００４６】
（実施の形態３）
図６に、本実施の形態における半導体装置の電気回路パターンの平面図を示す。
３１はくし型配線であり、複数のくし歯３４ａからなるくし歯配線部３４とくし柄部３５からなる。３２はフローティング配線、３３はコンタクトホールである。コンタクトホール３３は、各くし歯３４ａの中央部に形成され、くし歯配線部３４においてほぼ等間隔に配置されている。図６に示すように、フローティング配線３２の先端が、くし歯配線部３４の先端より突出し、その突出した部分が、突出部分５１を形成している。
【００４７】
なお、本実施の形態において、半導体装置の断面図における構成と、配線、コンタクトホール、及び半導体基板の材料は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
以下、本実施の形態における半導体装置の検査方法によって、図６に示す半導体装置の欠陥及び不良配線を検出するプロセスについて、図６〜７を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と共通する箇所についてはその説明を省略する。
【００４９】
図６に示す半導体装置において、電子線１１を突出部分５１を横切るように照射し、これをＳＥＭにより観察すると、図７（ａ）に示すように、正常なフローティング配線３２は、暗線６３として観察される。また、くし型配線３１と層間絶縁膜は、画像暗部６４として観察される。一方、フローティング配線３２の一部が欠陥等の存在により不良配線となると、図７（ｂ）に示すように、正常なフローティング配線３２は、図７（ａ）と同様に暗線６３として観察され、不良配線は、くし型配線３１と電気的に接続されて配線容量が大きくなるため、明線６２として観察される。これにより、正常なフローティング配線３２による暗線６３との間に十分な電位コントラストが得られ、図７（ｂ）のＳＥＭ画像において、明線６２と暗線６３の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【００５０】
本実施の形態によれば、フローティング配線３２の先端が、くし歯配線部３４の先端より突出して形成された突出部分５１に電子線を照射するのみで、半導体装置における欠陥又は不良配線が検出できる。このため、くし型配線３１による明線の存在による誤検出が減少し、その検出感度を高めることができる。
【００５１】
なお、上記した各実施の形態においては、くし型配線の配線容量がフローティング配線の配線容量より大きければ良い。また、くし型配線は、必ずしも接地電位等の固定電位と接続されている必要はなく、いわゆる無接地状態でも良い。
【００５２】
また、上記した各実施の形態では、半導体装置に適用したが、本発明は、くし形電極を有するＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス等の電子部品における電気回路パターンに適用することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、規模の大きな半導体装置を短時間で検査でき、かつ、半導体装置における欠陥又は不良配線を高感度で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における半導体装置の平面図（ａ）及び断面図（ｂ）
【図２】 実施の形態１における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）（欠陥のない場合）
【図３】 実施の形態１における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）（欠陥のある場合）
【図４】 実施の形態１における半導体装置のＳＥＭ画像の概念図〔（ａ）：欠陥のない場合、（ｂ）：欠陥のある場合〕
【図５】 実施の形態２における半導体装置の平面図
【図６】 実施の形態３における半導体装置の検査方法を示す平面図
【図７】 実施の形態３における半導体装置のＳＥＭ画像の概念図〔（ａ）：欠陥のない場合、（ｂ）：欠陥のある場合〕
【図８】 従来技術における半導体装置におけるくし型配線の平面図
【図９】 従来技術における半導体装置におけるくし型配線とフローティング配線の平面図
【図１０】 従来技術における半導体装置の検査方法を示す平面図〔（ａ）：短絡のある場合、（ｂ）：断線のある場合〕
【図１１】 従来技術における半導体装置の検査方法を示す平面図（ａ）、くし型配線の配線長Ｘと検査時間の関係を示すグラフ（ｂ）
【符号の説明】
１、２１、３１ くし型配線
２、２２、３２ フローティング配線
３、２３、３３ コンタクトホール
４、２４、３４ くし歯配線部
４ａ、２４ａ、３４ａ くし歯
５、２５、３５ くし柄部
８ 層間絶縁膜
９ 半導体基板
１１ 電子線照射部分
１２ 入射電子
１３ 強い２次電子
１４ 弱い２次電子
１５ 欠陥
１６ 不良配線
４２ 明線（くし歯配線）
４３ 暗線（フローティング配線）
４４ 画像暗部
５１ 突出部分
１０１、１０２ くし型配線
１０３、１０４ 電極端子
１０５ フローティング配線
１１０ 電子照射部分
１１１ 欠陥
１１２、１１３ 不良配線（明線）
１１２ａ 不良配線（暗線）
１１４ 断線部
Ｘ くし型配線の配線長
Ｙ 電子線照射幅
Claims (2)
- 半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成された、くし歯配線部とくし柄部を有するくし型配線と、前記層間絶縁膜上に形成され、隣接する前記くし歯配線部の間に配置されたフローティング配線とを備えた電気回路パターンを有する半導体装置であって、
前記フローティング配線と前記くし歯配線部が電気的に絶縁され、
前記くし歯配線部と前記半導体基板がコンタクトホールを介して電気的に接続され、
前記フローティング配線の先端が、前記くし歯配線部の先端より突出して形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項１に記載の半導体装置の検査方法であって、
前記フローティング配線における突出部分に荷電粒子線を照射する工程と、
前記荷電粒子線の照射によって２次電子を発生する前記フローティング配線のＳＥＭ画像における暗線同士の明るさを比較することで、半導体装置における欠陥又は不良配線を検出する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の検査方法。
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