JPH0541440A - コンタクト・ホールの接触面積測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、コンタクト接触面積の電気的
測定を可能にすることにある。 【構成】寸法誤差が無視できる充分に大きな第１、第２
の配線コンタクト部と、これらコンタクト部に比べて小
さい第３の配線コンタクト部を用いて、単位面積当たり
のコンタクト抵抗ｒ_o を求め、前記第３の配線コンタク
ト部と同一面積の第４、第５の配線コンタクト部からコ
ンタクト抵抗ｒ_C3を求め、前記第３の配線コンタクト部
における配線と導電体の接触面積Ｓ_C を、Ｓ_C ＝ｒ_o ／
ｒ_C3で求めることを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のコンタク
ト・ホールの配線の接触面積を電気的に測定するのに適
したコンタクト・ホールの接触面積測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のコンタクト・ホールの評価では、
コンタクト抵抗、即ち、 （１−１）三端子法を用いたコンタクト抵抗の測定 （１−２）コンタクト・チェーンを用いた複数コンタク
ト抵抗の測定や、光学的な寸法測定、即ち、 （２−１）測微計を用いた寸法の測定 （２−２）ＳＥＭを用いた寸法の測定 （２−３）ＫＬＡを用いた寸法の測定 等があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来方法によるコンタ
クト・ホールの評価では、 （１）三端子法 コンタクト抵抗は得られるが、コンタクト接触面積は得
られない。 （２）コンタクト・チェーン 配線や導体の寄生抵抗を含んだコンタクト・チェーン抵
抗は得られるが、コンタクトの接触面積は得られない。 （３）光学的寸法測定（測微計、ＳＥＭ、ＫＬＡ等）

【０００４】工程途中でコンタクト開孔寸法は得られる
が、コンタクトを配線で被覆した後の接触面積は得られ
ない。被覆物を剥離すると、コンタクト開孔部は露出
し、測定は可能となるが、剥離工程でコンタクト側面や
底面もエッチングされるため、本来のコンタクト面積に
比べ、誤差が大きくなる。さらに、装置自体には寸法校
正が必要で、校正しなければ寸法誤差が大きくなる。な
ど、接触面積を簡単に測定することはできなかった。そ
こで本発明の目的は、コンタクト接触面積の電気的測定
を可能にすることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段と作用】本発明は、寸法誤
差が無視できる充分に大きな第１、第２の配線コンタク
ト部と、これらコンタクト部に比べて小さい第３の配線
コンタクト部を用いて、単位面積当たりのコンタクト抵
抗ｒ_o を求め、前記第３の配線コンタクト部と同一面積
の第４、第５の配線コンタクト部からコンタクト抵抗ｒ
_C3を求め、前記第３の配線コンタクト部における配線と
導電体の接触面積Ｓ_C を、 Ｓ_C ＝ｒ_o ／ｒ_C3 で求めることを特徴とするコンタクト・ホールの接触面
積測定方法である。

【０００６】即ち本発明の構成部は、少なくとも５個の
コンタクト・ホールが、同一平面の導体、あるいは、半
導体の上に配置されて接触し、この導体、あるいは、半
導体（これら両方を含めて導電体と呼ぶ）と、夫々のコ
ンタクト・ホールから独立に引き出される少なくとも１
本の配線とそれぞれの配線につながる、少くとも一つの
電極取り出し口（パッド）から構成される。具体的に
は、図面により後述するが、本発明の概要は、以下の通
りである。

【０００７】（イ）寸法誤差が無視できる十分に大きな
コンタクト２個（図１の１と２）と、図１の１と２に比
べて小さいコンタクト（図１の３）を用いて、単位面積
当りのコンタクト抵抗（ｒ_o ）を求める。 （ロ）上記の十分に小さなコンタクト（図１の３）と同
一面積を持つ２つのコンタクト（図１の３ａと３ｂ）か
らコンタクト抵抗（ｒ_C3）を求める。 （ハ）小さいコンタクト（図１の３）の接触面積をＳ_C
とすると、（イ）、（ロ）で得られる値を用いて、 Ｓ_C ＝ｒ_o ／ｒ_C3 …（ａ） で求められる。このとき、ｒ_o 、ｒ_C3の値は、それぞれ
電気的に測定可能な値と、近似的に既知の値となる数値
で表せるものである。

【０００８】

【実施例】図１（ａ）は本発明の一実施例のパターン平
面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図
である。これら図において、１〜３、３ａ，３ｂは配線
コンタクト部（単にコンタクトという）、

【０００９】４はコンタクト１から引き出す配線で、省
略しているが、パッドにつながる。５はコンタクト２か
ら引き出す配線で、省略しているが、パッドにつなが
る。６はコンタクト３から引き出す配線で、省略してい
るが、パッドにつながる。７はコンタクト３ａから引き
出す配線で、省略しているが、パッドにつながる。８は
コンタクト３ｂから引き出す配線で、省略しているが、
パッドにつながる。９はコンタクト１、２、３、３ａ、
３ｂと接触する導体（半導体）、１０はＡ−Ａ断面で見
たコンタクト１から引き出す配線で、省略しているが、
パッドにつながる。１１はＡ−Ａ断面で見たコンタクト
２から引き出す配線で、省略しているが、パッドにつな
がる。１２はＡ−Ａ断面で見たコンタクト３から引き出
す配線で、省略しているが、パッドにつながる。１３は
層間絶縁膜１（単層と複数の層の積み重ねがあり、いず
れも適用可能）、１４は層間絶縁膜２（単層と複数の層
の積み重ねがあり、いずれも適用可能）、Ｘ₁ はコンタ
クト１のＸ方向の開孔の狙い値、Ｘ₂ はコンタクト２の
Ｘ方向の開孔の狙い値、Ｘ₃ はコンタクト３、３ａ、３
ｂのＸ方向の開孔の狙い値、Ｌ_SAはコンタクト１−３間
の導体、あるいは、半導体のＸ方向の長さ、Ｗ_M はコン
タクト１〜３ｂから引き出す配線の幅、Ｙ₁ はコンタク
ト１のＹ方向の開孔の狙い値、Ｙ₂ はコンタクト２のＹ
方向の開孔の狙い値、Ｙ₃ はコンタクト３、３ａ、３ｂ
のＹ方向の開孔の狙い値、Ｌ_SBはコンタクト３−３ａ、
３−３ｂ間の導体、あるいは、半導体のＹ方向の長さで
ある。まず図１のコンタクト１、２、３を使い、単位面
積当たりのコンタクト抵抗（ｒ_o ）を求める。

【００１０】図１のコンタクト１、２、３のコンタクト
抵抗をｒ_C1、ｒ_C2、ｒ_C3、それぞれのコンタクトから引
き出す３本の配線（一般に金属や、合金膜）は、配線の
幅と長さで決まる抵抗値を同じにしてｒ_M 、コンタクト
１と２、コンタクト２と３の間の導体（半導体）は、導
体（半導体）の幅と長さで決まる抵抗値を同じにしてｒ
_SAとする。この回路を等価回路で示したのが図２であ
る。図２の回路（Ｉ）の抵抗をＲ₁ とすると、上記のｒ
_C1、ｒ_C2、ｒ_C3、ｒ_M 、ｒ_SAを用いて、 Ｒ₁ ＝ｒ_M ＋ｒ_C1＋ｒ_SA＋ｒ_C3＋ｒ_M Ｒ₁ ＝２ｒ_M ＋ｒ_SA＋ｒ_C1＋ｒ_C3 …（１） となる。次に、図２の回路（II) の抵抗をＲ₂ とする
と、 Ｒ₂ ＝２ｒ_M ＋ｒ_SA＋ｒ_C2＋ｒ_C3 …（２） が得られる。上記「（１）式−（２）式」より、 Ｒ₁ −Ｒ₂ ＝ｒ_C1−ｒ_C2 …（３） が成立する。（３）式の左辺“Ｒ₁ 、Ｒ₂ ”は、“それ
ぞれ印加した電圧と、回路中に流れる電流”から求めら
れる。いま、Ｒ₁ とＲ₂ が、電圧Ｖ₁ とＶ₂ 、電流Ｉ₁
とＩ₂ から求められたとすると、“オームの法則”によ
り Ｒ₁ ＝Ｖ₁ ／Ｉ₁ Ｒ₂ ＝Ｖ₂ ／Ｉ₂ …（４） として求まる。次に、（３）式の右辺“ｒ_C1、ｒ_C2”
は、“単位面積当たりのコンタクト抵抗（ｒ_o ）と接触
面積（Ｓ_1F、Ｓ_2F）”から求められ、 ｒ_C1＝ｒ_o ／Ｓ_1F ｒ_C2＝ｒ_o ／Ｓ_2F …（５） で示される値である。

【００１１】従って、Ｓ_1FとＳ_2Fが得られれば、（４）
式、（５）式を（３）式に代入し、まず得たい値、つま
り、単位面積当たりのコンタクト抵抗（ｒ_o ）が分かる
ことになる。実際に、コンタクト１、２の接触面積Ｓ_1F
とＳ_2Fを求めることする。

【００１２】いまコンタクト１、コンタクト２の面積の
狙い値をＳ₁ 、Ｓ₂ とし、この時のそれぞれの開孔寸法
が、Ｘ₁ 、Ｙ₁ 、Ｘ₂ 、Ｙ₂ であるとするとＳ₁ とＳ₂
の面積は、 Ｓ₁ ＝Ｘ₁ ×Ｙ₁ Ｓ₂ ＝Ｘ₂ ×Ｙ₂ …（６） で表すことができる。さて、コンタクトの接触面積は、
一般にＸとＹ方向片側でΔＸ、ΔＹの誤差（露光、エッ
チング、断面形状等による）を含んだ値となっている。
そのため、狙い値から誤差分を差し引かなければ、接触
面積は得られない。つまり、 Ｓ_1F＝（Ｘ₁ −ΔＸ）×（Ｙ₁ −ΔＹ） Ｓ_1F＝Ｘ₁ ×Ｙ₁ ×（１−ΔＸ／Ｘ）×（１−ΔＹ／Ｙ） （６）式より、Ｓ_1FはＳ₁ を用いて、 Ｓ_1F＝Ｓ₁ ×（１−ΔＸ／Ｘ）×（１−ΔＹ／Ｙ） …（７） 同様に、Ｓ_2FはＳ₂ を用いて、 Ｓ_2F＝Ｓ₂ ×（１−ΔＸ／Ｘ）×（１−ΔＹ／Ｙ） …（８） と表せる。 さて、コンタクト１、２は、その前提条件として、寸法
誤差が無視できる十分に大きなものとしたので、 Ｘ₁ ＞＞ΔＸ Ｙ₁ ＞＞ΔＹ が成立する。それ故、近似的には、 ΔＸ／Ｘ＝０ ΔＹ／Ｙ＝０ …（９） となる。従って、接触面積Ｓ_1FとＳ_2Fは（９）式を
（７）式、（８）式に代入して、 Ｓ_1F＝Ｓ₁ …（１０） Ｓ_2F＝Ｓ₂ （４）式、（５）式、（１０）式を（３）式に代入
し、ｒ_o を求めると次のようになる。 ｒ_C1−ｒ_C2＝ｒ_o ／Ｓ₁ −ｒ_o ／Ｓ₂ ｒ_C1−ｒ_C2＝ｒ_o ×（Ｓ₂ −Ｓ₁ ）／（Ｓ₁ ×Ｓ₂ ） 故に、ｒ_o ＝（Ｒ₁ −Ｒ₂ ）×Ｓ₁ ×Ｓ₂ ／（Ｓ₂ −Ｓ₁ ） …（ｂ） 次に図１のコンタクト３、３ａ、３ｂを使い、コンタク
ト抵抗（ｒ_C3）を求める。図１のコンタクト３、３ａ、
３ｂのコンタクトは、開孔面積を同じにしているので、
コンタクト抵抗値はｒ_C3とできる。

【００１３】またコンタクト３と３ａから引き出す２本
の配線は、配線の幅と長さで決まる抵抗値を同じにして
ｒ_M 、コンタクト３ｂから引き出す配線は、配線の幅と
長さで決まる抵抗値を、コンタクト３と３ａから引き出
す２本の配線に比べ、３倍になるようにしてあるので３
ｒ_M 、さらにコンタクト３−３ａ、コンタクト３−３ｂ
の間の導体は、導体の幅と長さで決まる抵抗値を同じに
してｒ_SBとする。この回路を等価回路で示したのが図３
である。

【００１４】図３の回路（III)の抵抗をＲ₃ とすると、
上記のｒ_C3、ｒ_M 、ｒ_SBを用いて、 Ｒ₃ ＝２ｒ_C3＋２ｒ_M ＋Ｒ_SB …（１１） 次に、図３の回路（IV）の抵抗をＲ₄ とすると、同様に
ｒ_C3、ｒ_M 、ｒ_SBを用いて、 Ｒ₄ ＝２ｒ_C3＋４ｒ_M ＋２ｒ_SB …（１２） が得られる。ここで、「（１１）式×２−（１２）式」
とすると、 ２Ｒ₃ −Ｒ₄ ＝２ｒ_C3 ∴ｒ_C3＝Ｒ₃ −Ｒ₄ ／２ …（１３） いま、Ｒ₃ とＲ₄ が、電圧Ｖ₃ とＶ₄ 、電流Ｉ₃ とＩ₄
から求められたとすると、“オームの法則”により Ｒ₃ ＝Ｖ₃ ／Ｉ₃ Ｒ₄ ＝Ｖ₄ ／Ｉ₄ として求まるので、これを（１３）式に代入し、 ｒ_C3＝（Ｖ₃ ／Ｉ₃ −Ｖ₄ ／Ｉ₄ ／２） …（ｃ） 次に小さいコンタクトの接触面積（Ｓ_C ）を求める。即
ち前記（ｂ）式と（ｃ）式を（ａ）式に代入すると、

【００１５】

【数１】 が得られる。さて、（ｄ）式の右辺のそれぞれの値は、 （ｉ）Ｓ₁ 、Ｓ₂ は既知の値 （ii）Ｖ₁ 〜Ｖ₄ 、Ｉ₁ 〜Ｉ₄ は、電気的に測定可能な
値となっている。 従って、本発明の構造を用いれば、コンタクト接触面積
の電気的測定が可能となる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、電気的にコンタクト面
積測定が可能なため、次のような効果が得られる。 （Ａ）コンタクトの接触面積が得られる。 （Ｂ）ウェーハ工程が終ったあとでも、図示の如き回路
をウェーハにつくっておけば、コンタクト面積は測定可
能となる。 （Ｃ）異なる面積のコンタクト抵抗比較からコンタクト
面積を得るため、較正が不要。

【００１７】（Ｄ）さらに、電気的な測定のため、自動
化が可能で、処理スピードが速い。 （Ｅ）特種な光学的測定器ではなく、汎用の電気的測定
器を使うため、装置は廉価。 （Ｆ）測定するために、特種な環境は必要とせず、自由
度がある。 （Ｇ）微細化に伴う、コンタクト面積の縮小にも追従
し、測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の構成図で、（ａ）は
パターン平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面
図。

【図２】図１の等価回路図。

【図３】図１の等価回路図。

【符号の説明】

１…コンタクト、 ２…コンタクト、 ３…コンタクト、 ３ａ…コンタクト、 ３ｂ…コンタクト、 ４…コンタクト１から引き出す配線、 ５…コンタクト２から引き出す配線、 ６…コンタクト３から引き出す配線、 ７…コンタクト３ａから引き出す配線、 ８…コンタクト３ｂから引き出す配線、 ９…コンタクト１、２、３、３ａ、３ｂと接触する導体
（半導体）、 １０…Ａ−Ａ断面で見たコンタクト１から引き出す配
線、 １１…Ａ−Ａ断面で見たコンタクト２から引き出す配
線、 １２…Ａ−Ａ断面で見たコンタクト３から引き出す配
線、 １３…層間絶縁膜１（単層と複数層の積み重ねがあり、
いずれも適用可能）、 １４…層間絶縁膜２（単層と複数層の積み重ねがあり、
いずれも適用可能）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 寸法誤差が無視できる充分に大きな第
   １、第２の配線コンタクト部と、これらコンタクト部に
   比べて小さい第３の配線コンタクト部を用いて、単位面
   積当たりのコンタクト抵抗ｒ_o を求め、前記第３の配線
   コンタクト部と同一面積の第４、第５の配線コンタクト
   部からコンタクト抵抗ｒ_C3を求め、前記第３の配線コン
   タクト部における配線と導電体の接触面積Ｓ_C を、 Ｓ_C ＝ｒ_o ／ｒ_C3 で求めることを特徴とするコンタクト・ホールの接触面
   積測定方法。
2. 【請求項２】 前記コンタクト抵抗ｒ_o は、第１、第２
   の配線コンタクト部を介した回路の抵抗値及び第２、第
   ３の配線コンタクト部を介した回路の抵抗値と、第１、
   第２の配線コンタクト部の面積の狙い値とから求め、前
   記コンタクト抵抗ｒ_C3は、第３、第４の配線コンタクト
   部を介した回路の抵抗値及び第３ないし第５の配線コン
   タクト部を介した回路の抵抗値から求める請求項１に記
   載のコンタクト・ホールの接触面積測定方法。
3. 【請求項３】 前記導電体は導体または半導体からなる
   請求項１または２に記載のコンタクト・ホールの接触面
   積測定方法。