(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に形成され、延伸方向に延伸し、第１パッドに電気的に接続された延伸部を含む第１配線と、
前記絶縁膜内に設けられ、前記半導体基板と前記延伸部とを電気的に接続するコンタクトと、
前記絶縁膜内に形成され、前記延伸部と前記半導体基板の面方向に対向し前記延伸部より長さの短い対向部と、前記対向部から前記第１配線の反対方向に引き出された引き出し部と、を含む第２配線と、
前記引き出し部および第２パッドに電気的に接続されたアンテナ電極と、
含み、
前記第１パッドと前記第２パッドとの間の導通を測定することにより、前記絶縁膜を形成する際の前記アンテナ電極へのチャージアップを評価することを特徴とする評価素子。
【請求項２】
前記コンタクトは、前記延伸方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の評価素子。
【請求項３】
前記複数のコンタクトと電気的に接続し、前記半導体基板内に設けられ、前記延伸方向に延伸し前記半導体基板よりドープ濃度の高い高ドープ領域を具備することを特徴とする請求項２記載の評価素子。
【請求項４】
前記引き出し部は、前記対向部の両端の少なくとも一方から引き出されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の評価素子。
【請求項５】
前記アンテナ電極および前記第２配線は複数設けられ、
複数の前記アンテナ電極は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して積層された複数の配線層に対応し、
複数の前記第２配線は、前記複数のアンテナ電極にそれぞれ電気的に接続されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の評価素子。
【請求項６】
半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜内に形成され、延伸方向に延伸し、第１パッドに電気的に接続された延伸部を含む第１配線と、
前記絶縁膜内に設けられ、前記半導体基板と前記延伸部とを電気的に接続するコンタクトと、
前記絶縁膜内に形成され、前記延伸部と前記半導体基板の面方向に対向し前記延伸部より長さの短い対向部と、前記対向部から前記第１配線の反対方向に引き出された引き出し部と、を含む第２配線と、
前記引き出し部および第２パッドに電気的に接続されたアンテナ電極と、
含む評価素子を用い、
前記第１パッドと前記第２パッドとの間の導通を測定することにより、前記絶縁膜を形成する際の前記アンテナ電極へのチャージアップを評価することを特徴とする評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価素子および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスにおいては、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いた成膜等のプラズマプロセス中のチャージアップが問題となっている。配線等に電荷がチャージされると、例えば配線に電気的に接続されたゲート絶縁膜を介し電荷が放電することがある。これにより、ゲート絶縁膜が破壊されてしまう。チャージアップによるダメージを評価する素子として、ゲート絶縁膜を用いず、半導体基板上に形成され、絶縁膜を挟んで相対向する配線層からなる評価素子が知られている（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８０２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ゲート絶縁膜を用いない場合、チャージアップした電荷により絶縁膜が破壊されにくい。よって、チャージアップした電荷を検出する感度が低く、アンテナ電極の面積を大きくすることとなる。このため、評価素子の面積が大きくなってしまう。
【０００５】
本評価素子および評価方法は、チャージアップした電荷を検出する感度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例えば、半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜内に形成され、延伸方向に延伸し、第１パッドに電気的に接続された延伸部を含む第１配線と、前記絶縁膜内に設けられ、前記半導体基板と前記延伸部とを電気的に接続するコンタクトと、前記絶縁膜内に形成され、前記延伸部と前記半導体基板の面方向に対向し前記延伸部より長さの短い対向部と、前記対向部から前記第１配線の反対方向に引き出された引き出し部と、を含む第２配線と、前記引き出し部および第２パッドに電気的に接続されたアンテナ電極と、含み、前記第１パッドと前記第２パッドとの間の導通を測定することにより、前記絶縁膜を形成する際の前記アンテナ電極へのチャージアップを評価することを特徴とする評価素子を用いる。
【発明の効果】
【０００７】
本評価素子および評価方法によれば、チャージアップした電荷を検出する感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１に係る評価素子の上面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、プロセス途中における評価素子の断面図である。
【図４】図４は、実施例２に係る評価素子の第１配線および第２配線付近の平面図である。
【図５】図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例２に係る評価素子の断面模式図である。
【図６】図６は、第１配線と第２配線の寸法の例を示す平面図である。
【図７】図７は、実施例２に係る評価素子をパッド間に形成した例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照に、実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１に係る評価素子の上面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１および図２のように、評価素子１００は、半導体基板１０、絶縁膜１４、第１配線２０、第２配線３０およびアンテナ電極４０を備えている。絶縁膜１４は半導体基板１０上に形成されている。第１配線２０は、絶縁膜１４内に設けられ、延伸部２２と引き出し部２４を含んでいる。延伸部２２は、延伸方向に延伸している。延伸部２２と半導体基板１０とは絶縁膜１４内の設けられたコンタクト２６（例えば内部が金属で埋め込まれたコンタクトホール）により電気的に接続されている。引き出し部２４は、延伸部２２とパッド６０とを電気的に接続している。半導体基板１０内には高ドープ領域１２が形成されている。高ドープ領域１２は、例えばＰウエル内に形成されたＰ型の領域であり、Ｐウエルよりドープ濃度が高い。
【００１１】
第２配線３０は、絶縁膜１４内に設けられ、対向部３２と引き出し部３４とを含んでいる。対向部３２は、延伸部２２の延伸方向に延伸し延伸部２２と半導体基板１０の面方向に対向している。延伸部２２と対向部３２とは、間隔Ｇで離間している。延伸部２２と対向部３２との間は絶縁膜１４で充満されている。さらに、対向部３２の長さＬ２は延伸部２２の長さＬ１より短い。引き出し部３４は、対向部３２の両端の少なくとも一方から第１配線２０の反対方向に引き出される。第１配線２０と第２配線３０とは同じ配線層Ｍ１により形成されている。アンテナ電極４０は、引き出し部３４に接続されている。アンテナ電極４０はミアンダ状に形成されている。アンテナ電極４０はパッド７０に接続されている。パッド６０は、パッド電極６２ａおよびパッド電極６２ｂと、パッド電極６２ａとパッド電極６２ｂとを接続するコンタクト６４と、を含んでいる。パッド７０は、パッド電極７２ａおよびパッド電極７２ｂと、パッド電極７２ａとパッド電極７２ｂとを接続するコンタクト７４と、を含んでいる。パッド電極６２ａおよびパッド電極７２ａは、第１配線２０および第２配線３０と同じ配線層Ｍ１により形成されている。パッド電極６２ｂおよびパッド電極７２ｂは同じ配線層Ｍ２により形成されている。
【００１２】
図３は、プロセス途中における評価素子の断面図である。図３のように、最上層に第１配線２０および第２配線３０およびアンテナ電極４０を含む配線層Ｍ１が形成されている。この上にさらに絶縁膜をＣＶＤ法を用い形成する際に、アンテナ電極４０がチャージアップする。アンテナ電極４０と第２配線３０とは電気的に接続されているため、アンテナ電極４０と第２配線３０とは同電位となる。一方、第１配線２０はコンタクト２６を介し半導体基板１０と接続されている。このため、第１配線２０はグランド等の定電位となる。アンテナ電極４０にチャージアップした電荷が多いと対向部３２と延伸部２２との間において絶縁破壊が生じる。これにより、対向部３２と延伸部２２とが短絡する。半導体装置の製造ウエハプロセス中またはウエハプロセス後、パッド６０と７０との間の導通を測定する。これにより、ウエハプロセス中のプラズマプロセスに起因したアンテナ電極のチャージアップを評価することができる。
【００１３】
対向部３２と延伸部２２との短絡を起こさせるためには、対向部３２の長さＬ２を延伸部２２の長さＬ１により短くする。これにより、対向部３２と延伸部２２との間に電界が集中し、絶縁破壊が生じやすくなる。また、延伸部２２と半導体基板１０とはコンタクト２６により接続されている。これにより、延伸部２２と半導体基板１０との間のインダクタンスを小さくできる。よって、対向部３２と延伸部２２との間の絶縁破壊が生じやすくなる。インダクタンス成分を小さくするため、延伸部２２と半導体基板１０とはコンタクト２６により直接接続されていることが好ましい。
【００１４】
図１のようにコンタクト２６は、延伸方向に複数設けられていることが好ましい。これにより、延伸部２２と半導体基板１０との間のインダクタンスを小さくし、かつ抵抗を小さくすることができる。よって、対向部３２と延伸部２２との間の絶縁破壊が生じやすくなる。
【００１５】
さらに、複数のコンタクト２６と電気的に接続し、半導体基板１０内に設けられ、延伸方向に延伸し半導体基板１０よりドープ濃度の高い高ドープ領域１２が設けられることが好ましい。これにより、延伸部２２と半導体基板１０との間の抵抗を小さくすることができる。よって、対向部３２と延伸部２２との間の絶縁破壊が生じやすくなる。高ドープ領域１２は対向部３２下には設けられていないことが好ましい。半導体基板１０は、実施例１のようにＰウエルでもよい。また、半導体基板１０（またはウエル）および高ドープ領域はＮ型でもよい。
【００１６】
引き出し部３４は、対向部３２の両端の少なくとも一方から引き出されることが好ましい。第２配線３０の形状を変えた実験によれば、このようなクランク構造においては対向部３２の端（クランク構造の角）と延伸部２２との間において絶縁破壊を生じやすい。よって、対向部３２の端から引き出し部３４が引き出されることにより、検出感度をより向上できる。さらに、引き出し部３４は、対向部３２の両端から引き出されることが好ましい。さらに、対向部３２の両側から引き出された引き出し部３４にそれぞれアンテナ電極４０を接続することもできる。また、対向部３２の両側から引き出された引き出し部３４に共通のアンテナ電極４０を接続することもできる。
【００１７】
アンテナ比を大きくするため、アンテナ電極４０の面積を大きくすることが好ましい。アンテナ電極４０が線上であり、ミアンダ状とすることにより、チップの隙間にアンテナ電極４０を形成することができる。アンテナ電極４０は例えば平板状でもよい。パッド６０および７０はそれぞれ第１配線２０およびアンテナ電極４０に接続されていればよい。アンテナ比を、対向部３２の面積に対するアンテナ電極４０の面積の比とした場合、アンテナ比は３０００以上とすることが好ましい。
【００１８】
半導体基板１０としては、例えばシリコン基板を用いることができる。絶縁膜１４としては、例えば酸化シリコンを主に含む膜または酸化シリコン膜より誘電率の小さい低ｋ絶縁膜とすることができる。第１配線２０、第２配線３０およびアンテナ電極４０としては、例えばＡｌまたはＣｕを主に含む金属とすることができる。コンタクトを埋め込む金属としては、例えばＣｕまたはＷを主に含む金属とすることができる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２は、多層配線構造の複数の配線層によりアンテナ電極を形成する例である。図４は、実施例２に係る評価素子の第１配線および第２配線付近の平面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は、実施例２に係る評価素子の断面模式図である。図４のように、延伸部２２に対向し第２配線３０が複数設けられている。複数の第２配線３０の引き出し部３４はそれぞれ複数のコンタクト部５０に接続されている。複数のコンタクト部５０は、それぞれ複数のアンテナ電極４０に接続されている。多層配線の各配線層Ｍ１〜Ｍ６のアンテナ電極４２ａから４２ｆは、それぞれ、接続配線５６ａから５６ｆを介しコンタクト部５０に接続されている。
【００２０】
図５（ａ）は、多層配線のうち最下配線層Ｍ１のアンテナ電極４２ａに接続された第２配線３０を示す模式図である。図５（ａ）のように、絶縁膜１４を介し多層配線層Ｍ１からＭ６が積層されている。多層配線層Ｍ１からＭ６のアンテナ電極４２ａから４２ｆが重なって設けられている。コンタクト部５０においては、多層配線層Ｍ１からＭ６の電極５２ａから５２ｆが重なって設けられている。パッド６０においては、多層配線層Ｍ１からＭ６のパッド電極６２ａから６２ｆが重なって設けられている。各パッド電極６２ａから６２ｆ間はそれぞれコンタクト６４ａから６４ｅにより電気的に接続されている。パッド７０においては、多層配線層Ｍ１からＭ６のパッド電極７２ａから７２ｆが重なって設けられている。各パッド電極７２ａから７２ｆ間はそれぞれコンタクト７４ａから７４ｅにより電気的に接続されている。
【００２１】
第１配線２０および第２配線３０は最下層の配線層Ｍ１により形成されている。最下層の配線層Ｍ１のアンテナ電極４２ａと電極５２ａとは配線層Ｍ１の接続配線５６ａにより接続されている。アンテナ電極４２ａとパッド電極７２ａとは配線層Ｍ１の接続配線７６ａにより接続されている。
【００２２】
以上により、パッド６０とパッド７０との間の導通を評価することにより、第１配線２０と第２配線３０との間の短絡を評価でき、配線層Ｍ１上に絶縁膜を成膜する際のプラズマダメージを評価することができる。
【００２３】
図５（ｂ）は、多層配線のうち配線層Ｍ３のアンテナ電極４２ｃに接続された第２配線３０を示す模式図である。図５（ｂ）のように、コンタクト部５０において、電極５２ａから５２ｃ間がそれぞれコンタクト５４ａおよび５４ｂにより電気的に接続されている。配線層Ｍ３のアンテナ電極４２ｃと電極５２ｃとは配線層Ｍ３の接続配線５６ｃにより接続されている。アンテナ電極４２ｃとパッド電極７２ｃとは配線層Ｍ３の接続配線７６ｃにより接続されている。
【００２４】
以上により、パッド６０とパッド７０との間の導通を評価することにより、第１配線２０と第２配線３０との間の短絡を評価でき、配線層Ｍ３上に絶縁膜を成膜する際のプラズマダメージを評価することができる。
【００２５】
図５（ｃ）は、多層配線のうち最上配線層Ｍ６のアンテナ電極４２ｆに接続された第２配線３０を示す模式図である。図５（ｃ）のように、コンタクト部５０において、電極５２ａから５２ｆ間がそれぞれコンタクト５４ａから５４ｅにより電気的に接続されている。配線層Ｍ６のアンテナ電極４２ｆと電極５２ｆとは配線層Ｍ６の接続配線５６ｆにより接続されている。アンテナ電極４２ｆとパッド電極７２ｆとは配線層Ｍ６の接続配線７６ｆにより接続されている。
【００２６】
以上により、パッド６０とパッド７０との間の導通を評価することにより、第１配線２０と第２配線３０との間の短絡を評価でき、配線層Ｍ６上に絶縁膜を成膜する際のプラズマダメージを評価することができる。
【００２７】
図６は、第１配線２０と第２配線３０の寸法の例を示す平面図である。延伸部２２と対向部３２との間隔は、例えば０．２４μｍである。第１配線２０および第２配線３０の幅Ｗ１は、例えば０．３２μｍ、第１配線２０の引き出し部２４の長さＬ３は、例えば１．５μｍである。延伸部２２の長さＬ２は、例えば６６μｍ、第２配線３０対向部３２の長さＬ２は、例えば１．５μｍ、引き出し部３４の長さＬ４は、例えば１．２μｍである。隣の配線層に接続された第２配線との間隔Ｐは、例えば１０．５６μｍである。高ドープ領域１２の幅Ｗ２は、例えば０．５μｍである。
【００２８】
図７は、実施例２に係る評価素子をパッド間に形成した例を示す平面図である。第１配線２０にパッド６０が電気的に接続されている。第２配線３０の詳細は図示を省略している。パッド７０として、各配線層Ｍ１からＭ６の対応するパッド７０ａから７０ｆが設けられている。アンテナ電極４０は、図５（ａ）から図５（ｃ）のように、アンテナ電極４２ａから４２ｆが重なるように積層されている。アンテナ電極４０は各パッド間およびパッドの外側に設けられている。パッド間では、アンテナ電極４０は長さを確保するためにミアンダ状に形成さえている。パッド７０ａから７０ｆはそれぞれ接続配線７６ａから７６ｆを用いアンテナ電極４２ａから４２ｆに接続されている。これにより、パッド７０ａから７０ｆとパッド６０との間がそれぞれ短絡しているかを検出することにより、アンテナ電極４２ａから４２ｆにおけるチャージングの影響をそれぞれ調査することができる。
【００２９】
実施例２によれば、図５（ａ）から図５（ｃ）のように、複数のアンテナ電極４０は、半導体基板１０上に絶縁膜１４を介して積層された複数の配線層Ｍ１からＭ６に対応している。図４のように複数の第２配線３０は、複数のアンテナ電極４２ａから４２ｆにそれぞれ電気的に接続されている。これにより、各配線層Ｍ１からＭ６上に施すプラズマ処理に起因したアンテナ電極４２ａから４２ｆへのチャージアップを評価することができる。
【００３０】
また、複数の第２配線３０のそれぞれの対向部３２は、延伸部２２の延伸方向に配列されていることが好ましい。これにより、複数の配線層Ｍ１からＭ６におけるチャージアップを評価する評価素子を小型化することができる。
【００３１】
さらに、複数の第２配線３０のそれぞれの対向部３２の長さは、同じであることが好ましい。また、複数の第２配線３０のそれぞれの対向部３２と延伸部２２との距離は、同じであることが好ましい。これにより、第１配線２０と第２配線３０が短絡するチャージアップ量を同じにすることができる。
【００３２】
さらに、第１配線２０および複数の第２配線３０は、複数の配線層Ｍ１からＭ６のうち最下の配線層Ｍ１により形成されている。これにより、第１配線２０と半導体基板１０との間のインダクタンスを小さくし、かつ抵抗を小さくすることができる。よって、第１配線２０と第２配線３０との間の絶縁破壊が生じやすくなる。
【００３３】
さらに、図５（ａ）から図５（ｃ）のように、複数のアンテナ電極４２ａから４２ｆは複数の配線層Ｍ１からＭ６の積層方向に重なっている。これにより、アンテナ電極４２ａおよび４２ｆを配置する面積を縮小することができる。アンテナ電極４２ａおよび４２ｆの面積をほぼ同じとすることで、各配線層Ｍ１からＭ６間のチャージアップ量の比較が可能となる。
【００３４】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３５】
実施例１〜２を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜内に形成され、延伸方向に延伸した延伸部を含む第１配線と、前記絶縁膜内に設けられ、前記半導体基板と前記延伸部とを電気的に接続するコンタクトと、前記絶縁膜内に形成され、前記延伸部と前記半導体基板の面方向に対向し前記延伸部より長さの短い対向部と、前記対向部から前記第１配線の反対方向に引き出される引き出し部と、を含む第２配線と、前記引き出し部に電気的に接続されたアンテナ電極と、含むことを特徴とする評価素子。
（付記２）前記コンタクトは、前記延伸方向に複数設けられていることを特徴とする付記１記載の評価素子。
（付記３）前記複数のコンタクトと電気的に接続し、前記半導体基板内に設けられ、前記延伸方向に延伸し前記半導体基板よりドープ濃度の高い高ドープ領域を具備することを特徴とする付記２記載の評価素子。
（付記４）前記引き出し部は、前記対向部の両端の少なくとも一方から引き出されることを特徴とする付記１から３のいずれか一項記載の評価素子。
（付記５）前記アンテナ電極および前記第２配線は複数設けられ、複数の前記アンテナ電極は、前記半導体基板上に絶縁膜を介して積層された複数の配線層に対応し、複数の前記第２配線は、前記複数のアンテナ電極にそれぞれ電気的に接続されたことを特徴とする付記１から４のいずれか一項記載の評価素子。
（付記６）前記複数の第２配線のそれぞれの前記対向部は、前記延伸方向に配列されていることを特徴とする付記５記載の評価素子。
（付記７）前記第１配線および前記複数の第２配線は、前記複数の配線層のうち最下の配線層により形成されていることを特徴とする付記５または６記載の評価素子。
（付記８）前記複数のアンテナ電極は前記複数の配線層の積層方向に重なっていることを特徴とする付記５から７のいずれか一項記載の評価素子。
【符号の説明】
【００３６】
１０        半導体基板
１２        高ドープ領域
１４        絶縁膜
２０        第１配線
２２        延伸部
２６        コンタクト
３０        第２配線
３２        対向部
３４        引き出し部
４０        アンテナ電極
【図１】
0005604918.tif 000002
【図２】
0005604918.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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