JPH04113624A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 素子電極を覆う第１の絶縁膜、前記第１の絶縁膜上に形
成される第１の金属配線層、前記第１の金属配線層を覆
う第２の絶縁層、前記第２の絶縁層上に形成される第２
の金属配線層、前記第２の金属配線層を覆う第３の絶縁
層とを有する半導体装置において、前記第１の金属配線
層の一部分が前記第２の絶縁層に設けられた穴（以下ポ
ールと称する）を介し前記第２の金属配線層と等しい高
さに露出させ、かつ前記第２の金属配線パターンと電気
的に完全に独立した微小な前記第２の金属配線パターン
が、前記第２のその他の金属配線パターンと平行する辺
側に長辺を有する形で前記ホールを覆うように形成され
ることにより、前記第３の絶縁層からみた前記第１の金
属配線層の１部分と前記第２の金属配線層の高さを均一
化すると［産業上の利用分野］ 本発明は半導体集積回路の金属配線層構造に関する。

［従来の技術］ 従来より、金属２層配線を積極的に活用する半導体技術
はあった。これは高濃度多結晶シリコンを配線層に利用
するより配線抵抗が低く抑えられること、および層間絶
縁膜の厚さなどの点からも寄生容量が少なくでき、金属
配線層のほうが高速な半導体を形成しやすい特徴を持つ
ためである。

しかしながらこれらの金属多層配線技術が進むに連れ、
製品開発途上における不具合い（論理回路設計ミス、レ
ーシング、ハザードなど）を短時間で解析することが困
難になってきたのもまた事実である。何故ならば多層配
線技術により下層の信号検出が上層配線に覆われ、簡単
に確認できないためである。

従来のトラブルシューティング技術といえば、ブロー列
により微細金属配線層（２〜３ミクロンの信号線）に針
を立て、内部の信号を解析するなどのきわめて非効率的
、かつ職人芸的技術に頼らざるを得なかった。しかもこ
れらの技術をもってしても、外部からの針接触により半
導体集積回路内部の容量条件を大きく変化させてしまう
ため、近年のように高速な集積回路では、殆ど的確な解
析が行えない状態であった。

そこで二二１〜２年の間に電子ビームによる非接触式の
マイクロブロービング技術が活発に研究され、現在に至
っては製品として市場に８回るほどの実用的技術に位置
づけられてきている。

しかしこの電子ビームマイクロブロービング方式で確実
に半導体内部の信号を捕らえるためには電子ビームを照
射するための信号線ができる限り半導体表面に近いとこ
ろに位置する必要がある。

その理由は先願の技術（持分　平１−６０９４３号）ｉ
：掲げられた通りであり、電子ビームの絶縁膜透過経路
差が大きいと所望の信号を解析する場合ｊこ必要以上に
大きな電子加速電圧を要すること、並びに加速電圧を大
きくしたとき絶縁膜が薄く形成されている素子領域に対
して特性悪化や破壊など、解析における数々の不具合を
発生させる要因（こなること、および電子ビーム照射を
絶縁膜上に行うため、不用意な長時間照射は絶縁膜を帯
電させ（チャージアップ）、観察不可能な状態にいたら
しめることに起因する。

先（こ述べた持分　平１−６０９４３号で掲げられた回
避技術は１つの解決策である。しかし前記技術において
は致命的な欠点を有している。即ち最も表面に位置する
絶縁膜、即ちパッシベーション族からの距離を一定に保
つための解決策として第一の金属配線層を覆う第一の絶
縁膜をエツチングし、第２の金属配線層形成段階でエツ
チングされた部分の穴に対して、その穴と同じ寸法で金
属突起を形成しようとしているが、エツチング穴（ホー
ル）と一致する大きさで金属突起を形成することに無理
があること、及び前記従来技術に併記されている内容に
従い第一の眉間絶縁膜を部分エツチングし、最終的に設
けられる第２の絶縁膜（パッシベーション膜）で全てを
覆うことで第１の金属配線層と第２の金属配線層の高さ
をあわせようとしているが、実際問題として第１の眉間
絶縁膜に設けられた微細な大部分では段差構造が著しく
おおきくなるため、最終段階で形成されるパッシベーシ
ョン族のステップカバレッジ（段差部に於ける絶縁膜形
成工程の均一性）が悪化し、パッシベーション膜の形成
不良を生じかねない。これは半導体装置としての信頼性
をきわめて悪化させる１大要因となりかねない。具体的
に悪影響の例を挙げるとすれば半導体装置の耐湿性能、
金属層耐腐食性能を著しく劣化させる要因となるわけで
ある。このように従来の形成方法では内部信号解析には
都合が良くても現実問題として最も重視しなければなら
ない品質面で特性を悪化させるという重要問題を内在し
ていた。

そればかりでなく前記のような非接触ブロービング技術
においては、電子ビームの反射（二次電子放出）強度が
配線層の電位により大きく変化することを利用して信号
検出を行うため、隣接する信号との間隔が一定値以上確
保されていないと交流的な容量結合により観察したい信
号が隣接信号に干渉され、正確な波形信号を得ることが
できないという原理上の制約をも有している。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の課題を確実に、しかも半導体製造工程に
何等変更を加える事なく解決することを目的とするもの
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明では上記課題を解決するために 素子を覆う第１の絶縁層、前記第１の絶縁層上に形成さ
れる第１の配線層、前記第１の金属配線層を覆う第２の
絶縁層、前記第２の絶縁層上に形成される第２の金属配
線層、前記第２の金属配線層を覆う第３の絶縁層とを有
する半導体装置において、前記第１の金属配線層の一部
分が前記第２の絶縁層に設けられた穴（以下ホールと称
する）を介して前記第２の金属配線層と接続され、かつ
前記第２の金属配線パターンと電気的に完全に独立した
微小な前記第２の金属配線パターンが前記ホールを完全
に覆い、かつ配線パターンと平行する辺を長辺とする矩
形に形成されることにより前記第３の絶縁層からみた前
記第１の金属配線層の１部分と、前記第２の金属配線層
の高さを均一化することを特徴としている。

［実施例］ 以下本発明の詳細について具体的な実施例を用いて説明
する。

第１図は本発明の実施例を示す半導体装置の断面図であ
る。図中１はシリコン基板、２は素子を覆う第１の絶縁
層、３は第１の金属配線層、４は第２の金属配線層、５
はホール、６は第３の絶縁層、７は微小電極、８は第２
の絶縁層である。半導体素子を形成したのち、第１の絶
縁層により各半導体素子は電気的に絶縁され、必要に応
した箇所に導通を得るためのコンタクトと呼ばれる穴を
設け、第１の金属配線層３と接続される。その後第１の
金属配線層３をフォトリソグラフィ技術により所望の配
線パターンに仕上げ、第２の絶縁層８を設ける。この絶
縁層は概ね数千オングストロームの膜厚である。絶縁層
８が形成された後、必要な箇所に導通用の穴、即ちホー
ル５が設けられ、第１の金属配線層３と、第２の金属配
線層４とが接続される。第２の金属配線層４が形成され
た後、再び第２の金属配線層４は所定の配線パターンを
フォトリソグラフィにより整形し、所望の配線を完了す
る。本発明ではこの段階で観測したい第１の金属配線層
の一部を第２の金属配線層の一部に露出させている。即
ち第２の金属配線層に必要なホール５を形成した後の工
程で、信号観察をするための微小金属電極７を形成して
いるわけである。

第２図は本発明の半導体装置の平面図である。

図中３は第１の金属配線層（下層配線）、４は第２の金
属配線層、５はホール、７は第２の金属配線層で形成さ
れた微小電極である。本実施例ではこの図のように、微
小型ＷＡ７の形状を長方形にとっている。微小電極７は
第２の金属配線パターン４と平行する側の辺を長くし、
パターンと垂直方向の辺は短くしている。このような微
小電極を設けることにより、第２の金属配線層４と、第
１の金属絶縁層３とが同一高さに配置され、容易に信号
解析が行えるようになる。

［発明の効果］ 以上、具体的実施例に基づき本発明の詳細な説明した。

本実施例のような微小電極を形成することにより以下の
効果が生ずる。

（１）通常の半導体形成工程に全く変更がいらない。即
ちパターン焼付けのマスク上で、該当する焼付はデータ
が用意されているだけでよい。

（２）上層金属配線層を用いて、長方形の微小電極を形
成するため、先に説明した電子ビーム信号解析において
は適正な電子線加速電圧で波形解析が可能となる。

（３）本発明の構成方法であれば従来行われていた接触
式ブロービング解析においても何等苦労することなく、
ブロービングができるようになる。

これは先に述べた非接触式電子ブロービング技術ではカ
バーしきれない解析、即ち信号の絶対電圧値を解析する
場合に絶大な効果をもたらす。

（４）配線層間を接続するホール部分を十分に覆う形で
金属電極を形成しているため、パターン形成段階で発生
するマスク間アライメント誤差があっても半導体装置に
対する信頼性を劣化させることがない。

（５）上層金属配線層パターンと平行する辺を長辺形と
することにより、観察するための微小電極に平坦部分が
確保され、電子ビーム照射点（ブロービング位置）での
２次電子放出効率が高くなる。

これは第１の金属配線層と第２の金属配線層とをつなぐ
ホール部分では層間絶縁膜の影響で深いくぼみとなって
おり、ホール部分およびホール周辺部分ではくぼみの影
響により電子が散乱されてしまうことからも明かである
。

（６）本発明のように十分な金属電極面積を稼ぐことに
よって隣接信号との交流結合を弱め、電子ビーム解析に
於ける干渉雑音を抑制することが可能となる。従ってよ
り高品質な信号波形を得ることが可能となる。

（７）本発明では金属２層配線を活用した半導体装置に
限定して説明しているが、金属多層配線技術にも容易に
対応できるのは明かである。

（８）本発明を半導体装置に応用する場合、既存製造技
術を変更せず、また信頼性を劣化指せる要因は全くない
ため、安心して幅広く応用することが可能である。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の半導体装置断面図。 第２図は本発明の実施例の半導体装置平面図。 シリコン基板 第１の絶縁層 第１の金属配線層 第２の金属配線層 ホール 第３の絶縁層 微小電極 第２の絶縁層 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　素子電極を覆う第１の絶縁膜、前記第１の絶縁膜上に
   形成される第１の金属配線層、前記第１の金属配線層を
   覆う第２の絶縁層、前記第２の絶縁層上に形成される第
   ２の金属配線層、前記第２の金属配線層を覆う第３の絶
   縁層とを有する半導体装置において、前記第１の金属配
   線層の一部分が前記第２の絶縁層に設けられた穴（以下
   ホールと称する）を介し前記第２の金属配線層と等しい
   高さに露出させ、かつ前記第２の金属配線パターンと電
   気的に完全に独立した微小な前記第２の金属配線パター
   ンが、前記第２のその他の金属配線パターンと平行する
   辺側に長辺を有する形で前記ホールを覆うように形成さ
   れることにより、前記第３の絶縁層からみた前記第１の
   金属配線層の１部分と前記第２の金属配線層の高さを均
   一化するとともに、前記第２の金属配線層で形成される
   他のパターンと最小の間隔を保つように配置されたこと
   を特徴とする半導体装置。