JPH1064969A - 半導体装置のモニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置のモニタ方法に関し、各種半導体
装置のモニタを製品チップに設けた配線モニタを利用し
て高精度に行なう。 【解決手段】 製品チップ２内に設けた、単層、また
は、ビアホールを介した多層配線層からなる配線モニタ
３をつなぎ配線層４によって複数の製品チップ２にまた
がってつなげることにより、配線長を長くしてモニタす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置のモニタ
方法に関するものであり、特に、半導体装置の配線系の
素性を製造プロセス上で検出するための、モニタの接続
方法に特徴のある半導体装置のモニタ方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の微細化、大
規模化に伴い、製造プロセス上の問題に起因する配線層
のショート（短絡）、断線、或いは、ｖｉａオープン、
即ち、ビアホールにおける断線を、製造プロセス工程上
で検出することが従来より問題となっており、特に、検
出精度の高精度化が要求されている。

【０００３】図７（ａ）参照 例えば、従来の配線系モニタにおいては、一連の配線層
２３の両端にパッド２１，２２を設け、このパッド２
１，２２間の抵抗値や導通状態を測定することにより、
配線層２３の断線状態や、配線層２３の過剰細線化を検
出していた。

【０００４】図７（ｂ）参照 また、本来互いに接続していない配線層２３，２４の一
端を、夫々別のパッド２１，２２に接続し、このパッド
２１，２２間の導通状態を測定することにより、配線層
２３と配線層２４との間の短絡を検出していた。

【０００５】図７（ｃ）参照 また、異なった層間の配線層２６をビアホール２５を介
して接続する多層配線の場合、ビアホール２５を介して
互いに接続した配線層２６の両端にパッド２１，２２を
設け、このパッド２１，２２間の導通状態を測定するこ
とにより、ｖｉａオープン、即ち、ビアホール２５内に
おけるプラグ電極の未充填を検出していた。

【０００６】図８（ａ）及び（ｂ）参照 また、この様な配線系モニタのためのモニタの配置構造
としては、図８（ａ）に示す様に、メインチップ２７、
即ち、製品として出荷するチップの内部、例えば、コー
ナーに小規模の配線パターン、例えば、ｖｉａ数百個チ
ェーンのモニタ２８を設けたり、或いは、図８（ｂ）に
示す様に、半導体ウェハ２９に形成するメインチップ３
０の一部、例えば、適当に散らばった箇所の数個をモニ
タチップ３１に置き換えていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の小規模
のモニタ２８をメインチップ２７の内部に設けただけで
は、ｖｉａ数万個を有するメインチップ２７の素性を見
るモニタとしては、１％のオーダーのモニタにより製品
の良否を判断することになるので精度が非常に悪くなる
という問題がある。

【０００８】また、ｖｉａ数万個を有するモニタチップ
３１によってモニタする場合には、充分な精度が得ら
れ、メモリ等の汎用製品や、バルク層、即ち、配線層下
の構造を共有し、配線層のみの入替えによって各種の製
品化ができるゲートアレイ方式の製品シリーズでは有効
であるが、多種多様のチップサイズ、バルク層を有する
スタンダードセル方式の製品シリーズでは、各品種毎に
モニタ用の全層マスクが必要になり、実用的ではないと
いう問題がある。

【０００９】即ち、ゲートアレイ方式の場合には、各種
の製品シリーズに対して、各モニタチップに共通のバル
ク用マスク、及び、共通の配線層用マスクを用いること
ができ、メインチップ用の配線層用のマスクのみを製品
毎に作製すれば良い。

【００１０】しかし、スタンダードセル方式の場合に
は、メインチップのためのバルク用マスク及び配線層用
マスク、及び、モニタチップのためのバルク用マスク及
び配線層用マスクを、製品毎に全く別個のマスクを必要
とするためである。

【００１１】したがって、本発明は、スタンダードセル
方式の半導体装置を含む各種半導体装置のモニタを、製
品チップに設けた配線モニタを利用して高精度に行なう
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 （１）本発明は、単層、または、ビアホールを介した多
層配線層からなる配線モニタ３を製品チップ２内に設け
た半導体装置のモニタ方法において、複数の配線モニタ
３をつなぎ配線層４によって複数の製品チップ２にまた
がってつなげることにより、配線長を長くしてモニタす
ることを特徴とする。

【００１３】この様に、配線モニタ３を、半導体ウェハ
１に設けた複数の製品チップ２にまたげて接続すること
により、２つの測定用パッド間に複数（ｎ個）の配線モ
ニタ３が接続されて、全体でｎ×数百個のｖｉａチェー
ンによるモニタが可能になるので、従来より約ｎ倍の精
度でのモニタが可能になる。なお、図において、符号５
はスクライブラインを表す。

【００１４】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、配線モニタ３の内、同じ列に配列された複数の製品
チップ２内に設けた配線モニタ３を、前記配列方向に沿
ってのみ接続したことを特徴とする。

【００１５】この様に、複数の製品チップ２内に設けた
配線モニタ３を、前記配列方向に沿ってのみ、即ち、縦
一列に接続することにより、接続される配線モニタ３の
数は、一列の製品チップ数（ａ個）×１製品チップ内の
同一列に設けた配線モニタ数（ｂ個）となり、従来より
約ａ×ｂ倍の高精度のモニタが可能になる。

【００１６】（３）また、本発明は、上記（１）におい
て、配線モニタ３の内、互いに隣接する製品チップ２に
設けた配線モニタ３を交互に、且つ、製品チップ２の配
列方向に沿ってジグザク状に接続したことを特徴とす
る。

【００１７】この様に、互いに隣接する製品チップ２に
設けた配線モニタ３を交互に、且つ、製品チップ２の配
列方向に沿ってジグザク状に接続することにより、接続
される配線モニタ３の数は、縦一列に接続した場合の２
倍となり、従来より約２ａ×ｂ倍の高精度のモニタが可
能になる。なお、この場合の「交互に」とは、同じ列の
製品チップ２の内部に設けた配線モニタ１３を２個ずつ
交互に配線することを意味する。

【００１８】（４）また、本発明は、上記（１）におい
て、配線モニタ３の内、同じ列に配列された複数の製品
チップ２内に設けた配線モニタ３を、前記配列方向に沿
って、且つ、同一製品チップ２内に設けた配線モニタ３
を全て接続する様に、ジグザグ状に接続したことを特徴
とする。

【００１９】この様に、同じ列に配列された複数の製品
チップ２内に設けた配線モニタ３を、前記配列方向に沿
って、且つ、同一製品チップ２内に設けた配線モニタ３
を全て接続する様に、ジグザク状に接続することによ
り、接続される配線モニタ３の数は、縦一列に接続した
場合の２倍となり、従来より約２ａ×ｂ倍の高精度のモ
ニタが可能になる。

【００２０】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、配線モニタ３を、第１の方
向とそれとは異なる第２の方向に異なる配線層のモニタ
パターンとして形成したことを特徴とする。

【００２１】この様に、下層に設ける配線モニタ３と上
層に設ける配線モニタ３を、第１の方向とそれとは異な
る第２の方向、例えば、縦方向と横方向に異なる配線層
のモニタパターンとして形成することにより、層間ショ
ートのチェックを行なうことができる。

【００２２】（６）また、本発明は、上記（１）乃至
（５）のいずれかにおいて、各配線モニタ３を接続する
つなぎ配線層４の少なくとも一部を配線モニタ３と同じ
配線層パターンで置き換えたことを特徴とする。

【００２３】この様に、各配線モニタ３を接続するつな
ぎ配線層４の少なくとも一部を配線モニタ３と同じ配線
層パターンで置き換えることにより、２つの測定用パッ
ド間に接続される配線モニタ３の数は飛躍的に大きくな
るので、モニタ精度を飛躍的に向上することができる。

【００２４】（７）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、つなぎ配線層４の端部に設
けるパッドを、最上層まで引き上げて設けることを特徴
とする。

【００２５】この様に、つなぎ配線層４の端部に設ける
パッドを最上層まで引き上げることにより、ウェハの完
成状態での測定も可能になる。

【００２６】（８）また、本発明は、上記（１）乃至
（７）のいずれかにおいて、配線モニタ３及びつなぎ配
線層４を有する製品チップパターンを、同一のレチクル
を繰り返し転写することによって形成したことを特徴と
する。

【００２７】上記（２）乃至（４）のつなぎ配線層４に
よる接続パターンは、同一のレチクルを繰り返し転写す
ることによって形成することができるので、つなぎ配線
層４を形成するための特別の工程、マスク等が不要にな
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図２
を参照して説明する。 図２（ａ）参照 この第１の実施の形態においては、四隅にｖｉａ数百個
チェーンからなる配線モニタ１３を設けた製品チップ、
即ち、メインチップ１２を、スクライブライン１５を介
して半導体ウェハ１１にａ行×ｂ列のマトリクス状に配
置すると共に、縦方向に伸びるつなぎ配線層１４によっ
て、縦方向に整列している配線モニタ１３を直列接続す
る。

【００２９】この場合、直列接続される配線モニタ１３
の数は、２ａ個となり、また、直列接続ラインは２ｂ本
となり、これらの直列接続ラインの両端に測定用パッド
（図示せず）を設けて、両パッド間の抵抗値、或いは、
導通状態を検知することによって、プロセス上の問題に
より断線やｖｉａオープンが発生しているか否かを検知
する。

【００３０】即ち、非導通の場合には、特定の工程が原
因でｖｉａオープン或いは断線が生じていると判断さ
れ、また、高抵抗値が検出された場合には、過剰露光或
いは過剰エッチングによって、配線層幅が極端に狭くな
り断線が生じやすくなっていると判断される。

【００３１】そして、この第一の実施の形態の場合に
は、従来に比べて２ａ倍のｖｉａチェーン、即ち、２ａ
×数百個チェーンの配線モニタを一度に測定することに
なるので、測定の信頼性が高まり、また、要測定ライン
数は２ｂ本となるので、全配線モニタ１３（４ａ×ｂ
個）を個別に測定するのに比べて、２ｂ／（４ａ×ｂ）
＝１／２ａ、即ち、２ａ分の１の時間で検出を行なうこ
とができる。

【００３２】図２（ｂ）参照 図２（ｂ）は、図２（ａ）の様にメインチップ１２を形
成するために用いるレチクル１６の概略的構成（レチク
ルイメージ）を示す図であり、このレチクル１６にメイ
ンチップパターン１７、配線モニタパターン１８、及
び、つなぎ配線層パターン１９を設けて、ステッパを用
いて半導体ウェハ１１上に縮小露光を繰り返すことによ
って、図２（ａ）の配置構成を形成する。

【００３３】この場合、つなぎ配線層パターン１９を図
の様にスクライブライン１５上までオーバラップする様
にレイアウトすることによって、レチクル１６の繰り返
し露光のみによって、縦一列に整列している配線モニタ
１３の接続が可能になる。

【００３４】なお、この場合、配線モニタ１３を、縦方
向（列方向）、横方向（行方向）に異なる配線層パター
ンをモニタとしてレイアウトすることによって、多層配
線における層間ショートのチェックが可能になる。

【００３５】図３（ａ）及び（ｂ）参照 即ち、図３（ａ）に示すメインチップパターン１７、配
線モニタパターン１８、及び、つなぎ配線層パターン１
９からなるメインチップ１２を形成するために用いるレ
チクル１６を形成する際に、第１層目の配線層、即ち、
下層配線層を形成するためのレチクル１６に設ける配線
モニタパターンを構成する配線層２０と、第２層目の配
線層、即ち、上層配線層を形成するためのレチクル１６
に設ける配線モニタパターンを構成する配線層２０と
を、図３（ｂ）に示す様に互いに直交する方向のパター
ンで形成すれば良い。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）
の破線の円内を拡大したものである。

【００３６】そして、下層配線層用のつなぎ配線層パタ
ーン１９と上層配線層用のつなぎ配線層パターン１９
も、互いに直交する方向に設けることにより、各メイン
チップ１２に設けた配線モニタパターン１８を夫々直列
接続することができる。

【００３７】この場合、第１層目の配線モニタパターン
を構成する配線層２０用のパッド２１と、第２層目の配
線モニタパターンを構成する配線層２０用のパッド２２
との間の電気的導通を検査することによって、電流が流
れた場合には層間絶縁膜に生じたピンホール等に起因す
る層間ショートが生じていると判断し、電流が流れない
場合には正常であると判断することになる。

【００３８】次に、図４を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。 図４（ａ）参照 この第２の実施の形態においては、四隅にｖｉａ数百個
チェーンからなる配線モニタ１３を設けたメインチップ
１２を、スクライブライン１５を介して半導体ウェハ１
１にａ行×ｂ列のマトリクス状に配置すると共に、互い
に隣合うメインチップ１２に設けられ、且つ、縦方向
（列方向）に沿って互いに対向している配線モニタ１３
をつなぎ配線層１４によってジグザグ状に直列接続す
る。

【００３９】この場合、直列接続される配線モニタ１３
の数は、２×２ａ、即ち、４ａ個となり、また、直列接
続ラインはｂ本となり、これらの直列接続ラインの両端
に測定用パッド（図示せず）を設けて、両パッド間の抵
抗値、或いは、導通状態を検知する。

【００４０】そして、この第２の実施の形態の場合に
は、従来に比べて４ａ倍のｖｉａチェーン、且つ、第１
の実施の形態に比べて２倍、即ち、４ａ×数百個チェー
ンの配線モニタを一度に測定することになるので、測定
の信頼性が高まり、また、全配線モニタ１３（４ａ×ｂ
個）を個別に測定するのに比べて、ｂ／（４ａ×ｂ）＝
１／４ａ、即ち、４ａ分の１の時間、また、第１の実施
の形態に比べて１／２の時間で検出を行なうことができ
る。

【００４１】図４（ｂ）参照 図４（ｂ）は、図４（ａ）の様にメインチップ１２を形
成するために用いるレチクル１６の概略的構成（レチク
ルイメージ）を示す図であり、この場合には、つなぎ配
線層パターン１９を図の様にスクライブライン１５上ま
でオーバラップする様にレイアウトすることによって、
レチクル１６の繰り返し露光のみによって、ジグザグ状
に配置されて配線モニタ１３の接続が可能になる。

【００４２】次に、図５を参照して、本発明の第３の実
施の形態を説明する。 図５（ａ）参照 この第３の実施の形態においては、四隅にｖｉａ数百個
チェーンからなる配線モニタ１３を設けたメインチップ
１２を、スクライブライン１５を介して半導体ウェハ１
１にａ行×ｂ列のマトリクス状に配置すると共に、同一
の列のメインチップ１２に設けられた全ての配線モニタ
１３をつなぎ配線層１４によってジグザグ状に直列接続
する。

【００４３】この場合、第２の実施の形態と同様に、直
列接続される配線モニタ１３の数は、２×２ａ、即ち、
４ａ個となり、また、直列接続ラインはｂ本となり、こ
れらの直列接続ラインの両端に測定用パッド（図示せ
ず）を設けて、両パッド間の抵抗値、或いは、導通状態
を検知する。

【００４４】そして、この第３の実施の形態の場合に
は、第２の実施の形態と同様に４ａ×数百個チェーンの
配線モニタを一度に測定することになるので、測定の信
頼性が高まり、また、全配線モニタ１３（４ａ×ｂ個）
を個別に測定するのに比べて、４ａ分の１の時間で検出
を行なうことができる。

【００４５】図５（ｂ）参照 図５（ｂ）は、図５（ａ）の様にメインチップ１２を形
成するために用いるレチクル１６の概略的構成（レチク
ルイメージ）を示す図であり、この場合には、つなぎ配
線層パターン１９を図の様にスクライブライン１５上ま
でオーバラップする様にレイアウトすることによって、
レチクル１６の繰り返し露光のみによって、ジグザグ状
に配置されて配線モニタ１３の接続が可能になる。

【００４６】次に、図６を参照して、本発明の第４の実
施の形態を説明する。 図６（ａ）参照 この第４の実施の形態においては、右端及び左端にｖｉ
ａ数百個チェーンからなる配線モニタ１３を夫々、ｃ
個、図においては図示を簡単にするために４個設けたメ
インチップ１２を、スクライブライン１５を介して半導
体ウェハ１１にａ行×ｂ列のマトリクス状に配置すると
共に、同一の列の配線モニタ１３をつなぎ配線層１４に
よって直列接続する。

【００４７】この場合は、直列接続される配線モニタ１
３の数は、ｃ×ａ個となり、また、直列接続ラインは２
ｂ本となり、これらの直列接続ラインの両端に測定用パ
ッド（図示せず）を設けて、両パッド間の抵抗値、或い
は、導通状態を検知する。

【００４８】この第４の実施の形態の場合には、ｃ×ａ
×数百個チェーンの配線モニタを一度に測定することに
なるので、測定の飛躍的に信頼性が高まり、また、全配
線モニタ１３（４ａ×ｂ個）を個別に測定するのに比べ
て、２ａ分の１の時間で検出を行なうことができる。

【００４９】図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、図６（ａ）の様にメインチップ１２を形
成するために用いるレチクル１６の概略的構成（レチク
ルイメージ）を示す図であり、この場合には、つなぎ配
線層パターン１９を図の様にスクライブライン１５上ま
でオーバラップする様にレイアウトすると共に、四隅に
設けた配線モニタ１３を接続するつなぎ配線層１４の一
部を（ｃ−２）個、図においては２個の配線モニタ１３
によって置き換えることによって、レチクル１６の繰り
返し露光のみによって、縦一列に配置された配線モニタ
１３の接続が可能になる。

【００５０】この第４の実施の形態は、上記の第１の実
施の形態に対応するものであるが、第１の実施の形態に
比べて、メインチップ１２の端側部が配線モニタ１３で
占有されるため、チップの有効利用面積率は低下するも
のの、測定精度、信頼性は飛躍的に高まることになる。

【００５１】また、この様なつなぎ配線層１４の一部を
配線モニタ１３で置き換えるという技術思想は、上記第
２及び第３の実施の形態にも適用されるものである。

【００５２】なお、上記の各実施の形態においては、メ
インチップ１２の四隅に各１個の配線モニタ１３を設け
ているが、必ずしも、四隅に設ける必要のないものであ
り、二隅に設けても良いし、或いは、４個以上設けても
良いものである。

【００５３】また、上記の各実施の形態においては図示
していないものの、直列接続ラインの両端に設けるパッ
ドは、最上層まで引き上げても良いのであり、この場合
には、ウェハが完成した状態での測定が可能になる。

【００５４】また、上記の各実施の形態の説明において
は、説明の便宜上、行（横列）と列（縦列）を区別して
説明しているが、本発明の技術思想は行と列を反転させ
ても成立することは言うまでもないことであるので、特
許請求の範囲等における「列」は行を含むものである。

【００５５】

【発明の効果】本発明においては、従来と同様に、ｖｉ
ａ数百個チェーンの配線モニタ１３を用いているが、こ
の配線層モニタ１３をつなぎ配線層１４によって複数個
直列接続することによって測定精度を高めているので、
モニタチップを設けなくとも半導体装置の配線系の素性
の高精度のモニタが可能になり、製品シリーズ毎にバル
ク層、配線層、及び、チップサイズの異なるスタンダー
ドセル方式の半導体装置に対しても、マスク数を増加さ
せることなく高精度のモニタが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の層間ショート検出
の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態の説明図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態の説明図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の説明図である。

【図７】従来の配線系モニタの説明図である。

【図８】従来のモニタ配置の説明図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ ２ 製品チップ ３ 配線モニタ ４ つなぎ配線層 ５ スクライブライン １１ 半導体ウェハ １２ メインチップ １３ 配線モニタ １４ つなぎ配線層 １５ スクライブライン １６ レチクル １７ メインチップパターン １８ 配線モニタパターン １９ つなぎ配線層パターン ２０ 配線層 ２１ パッド ２２ パッド ２３ 配線層 ２４ 配線層 ２５ ビアホール ２６ 配線層 ２７ メインチップ ２８ 配線モニタ ２９ 半導体ウェハ ３０ メインチップ ３１ モニタチップ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単層、または、ビアホールを介した多層
   配線層からなる配線モニタを製品チップ内に設けた半導
   体装置のモニタ方法において、前記複数の配線モニタを
   つなぎ配線層によって複数の製品チップにまたがってつ
   なげることにより、配線長を長くしてモニタすることを
   特徴とする半導体装置のモニタ方法。
2. 【請求項２】 上記配線モニタの内、同じ列に配列され
   た複数の製品チップ内に設けた配線モニタを、前記配列
   方向に沿ってのみ接続したことを特徴とする請求項１記
   載の半導体装置のモニタ方法。
3. 【請求項３】 上記配線モニタの内、互いに隣接する製
   品チップに設けた配線モニタを交互に、且つ、前記製品
   チップの配列方向に沿ってジグザク状に接続したことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置のモニタ方法。
4. 【請求項４】 上記配線モニタの内、同じ列に配列され
   た複数の製品チップ内に設けた配線モニタを、前記配列
   方向に沿って、且つ、同一製品チップ内に設けた配線モ
   ニタを全て接続する様に、ジグザグ状に接続したことを
   特徴とする請求項１記載の半導体装置のモニタ方法。
5. 【請求項５】 上記配線モニタを、第１の方向とそれと
   は異なる第２の方向に異なる配線層のモニタパターンと
   して形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
   か１項に記載の半導体装置のモニタ方法。
6. 【請求項６】 上記各配線モニタを接続する上記つなぎ
   配線層の少なくとも一部を、前記配線モニタと同じ配線
   層パターンで置き換えたことを特徴とする請求項１乃至
   ５のいずれか１項に記載の半導体装置のモニタ方法。
7. 【請求項７】 上記つなぎ配線層の端部に設けるパッド
   を、最上層まで引き上げて設けることを特徴とする請求
   項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置のモニタ
   方法。
8. 【請求項８】 上記配線モニタ及び上記つなぎ配線層を
   有する製品チップパターンは、同一のレチクルを繰り返
   し転写することによって形成したものであることを特徴
   とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装
   置のモニタ方法。