(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種金属の接合を有する多層配線の評価方法において、
コンタクト部分近傍の配線上に同一構造のタップを複数設置し、
前記タップ間の電位差をジュール発熱が無視できる程度の複数の印加電流値で測定し、
前記印加電流値に対する前記電位差の相関関係から、最小二乗法により該印加電流値が０の時の初期電位を求め、前記コンタクト部分近傍の接合電位分布を求めることを特徴とする異種金属の接合電位に関する評価方法。
【請求項２】
前記コンタクト部分及び前記配線の温度を発熱源により調節し、
前記コンタクト部分及び前記配線の温度を比較して双方からのジュール発熱の影響が概ね無視できることを確認し、
前記コンタクト部分近傍の温度に依存した前記初期電位及び前記接合電位分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合電位に関する評価方法。
【請求項３】
異種金属の接合を有する多層配線の評価装置において、
コンタクト部分近傍の配線上に複数設置された同一構造のタップと、
前記コンタクト部分及び前記配線に電流を印加する電流源と、
前記タップ間の電位差を測定する電圧計と、
前記コンタクト部分及び前記配線の温度を調整する発熱源と、
前記コンタクト部分及び前記タップの近傍に設置された温度センサーと、
前記電流源、前記電圧計、前記発熱源及び前記温度センサーを制御するコントローラ解析器とを備え、
前記コントローラ解析器は、前記電流源の印加電流値に対する前記電位差の相関関係から、最小二乗法により該印加電流値が０の時の初期電位を求め、前記コンタクト部分近傍の接合電位分布を求めることを特徴とする異種金属の接合電位に関する評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の多層配線における、異種金属の接合電位に関する評価方法及び評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化、多層化及び集積化がより一層進む中で、多層配線におけるコンタクト部分など微小部位の電位が、半導体装置の動作品質に及ぼす影響度は益々大きくなっている。特に、コンタクト部分の異種金属の接合電位による影響が無視できなくなってきており、上記に関する測定方法と測定装置の実現が望まれている。このため、コンタクト抵抗に関する測定手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来例について図面を参照しながら説明する。図６は、従来例のコンタクト抵抗測定用回路図である。図６に示すように、従来例は、導電性拡散層１１とアルミ配線１２を接続する２つのコンタクト１３を一つのコンタクト列ＣＡ１〜ＣＡｎとして、各コンタクト列における一方の端部を入力端子１４に接続し、他方の端部をアルミ配線１２により開放端１５にした構成を特徴とする。
【０００４】
前記の構成によれば、入力端子１４に矩形状パルスを印加すると、コンタクト列ＣＡ１〜ＣＡｎの各開放端１５には、回路の容量値Ｃと抵抗値Ｒとの積であるＣＲに応じた波形の電圧が現れる。この波形の立ち上がり時間ｔｒはＣＲと等しい。このことから、回路の形状および材料の誘電率から一義的に決まる容量値Ｃを使用して、測定から得られた時間ｔｒの値から抵抗値Ｒを求めている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−７８４９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例では、回路の形状および材料の誘電率から一義的に決まる容量値Ｃを求めることになる。しかし、最近の高度に微細化された半導体装置の回路の複雑な形状から、前記の容量値Ｃを高精度な数値で特定することは、不可能に近い。しかも、材料の誘電率は回路全般で一様でなく、高精度な容量値Ｃを求めるために前記の誘電率を得ることは、不可能に近いと言える。
【０００７】
さらに、入力端子に矩形状パルスを印加した場合、開放端での立ち上がり時間ｔｒを測定し、この立ち上がり時間ｔｒとＣＲが等しいとして、前記の容量値Ｃを利用して抵抗値Ｒを求めることになる。しかし、この方法で得られた抵抗値Ｒから、目的とするコンタクト部分の抵抗値を高精度に求めることは、不可能に近いと言える。
【０００８】
本発明は、かかる事情を鑑み、多層配線におけるコンタクト抵抗を高精度で測定することを可能にする、異種金属の接合電位に関する評価装置及び評価方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の異種金属の接合電位に関する評価方法は、異種金属の接合を有する多層配線の評価方法において、コンタクト部分近傍の配線上に同一構造のタップを複数設置し、タップ間の電位差をジュール発熱が無視できる程度の複数の印加電流値で測定し、印加電流値に対する電位差の相関関係から、最小二乗法により該印加電流値が０の時の初期電位を求め、コンタクト部分近傍の接合電位分布を求めることを特徴とする。
【００１０】
上記の評価方法において、コンタクト部分及び配線の温度を発熱源により調節し、コンタクト部分及び配線の温度を比較して双方からのジュール発熱の影響が概ね無視できることを確認し、コンタクト部分近傍の温度に依存した初期電位及び接合電位分布を求めることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の異種金属の接合電位に関する評価装置は、異種金属の接合を有する多層配線の評価装置において、コンタクト部分近傍の配線上に複数設置された同一構造のタップと、コンタクト部分及び配線に電流を印加する電流源と、タップ間の電位差を測定する電圧計と、コンタクト部分及び配線の温度を調整する発熱源と、コンタクト部分及びタップの近傍に設置された温度センサーと、電流源、電圧計、発熱源及び温度センサーを制御するコントローラ解析器とを備え、コントローラ解析器は、電流源の印加電流値に対する電位差の相関関係から、最小二乗法により該印加電流値が０の時の初期電位を求め、コンタクト部分近傍の接合電位分布を求めることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、コンタクト部分の異種金属の接合電位を簡便な構成で精度良く評価することができるので、多層配線におけるコンタクト抵抗を高精度で測定することを可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る半導体装置の異種金属の接合電位に関する評価方法の一実施形態を示す半導体装置のコンタクト部分近傍の断面図である。
【００１５】
半導体装置における多層化した配線２１のコンタクト部分２２近傍に設置した同一構造のタップ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄを形成し、タップ２３ａ−２３ｂ間、タップ２３ａ−２３ｃ間及びタップ２３ａ−２３ｄ間の各々の電位差を、ジュール発熱が無視できる程度の複数の印加電流値で、複数の印加電流値で電位測定する。この時の配線温度は、コンタクト部分２２近傍及び配線２１でのジュール発熱が無視できることから室温である。
【００１６】
図２（ａ）は、各タップ間電位から、最小二乗法により求めた初期電位を示した図である。図２（ａ）に示すように、コンタクト部分２２及び配線２１に印加した電流値を横軸に、タップ２３ａ−２３ｂ間、タップ２３ａ−２３ｃ間及びタップ２３ａ−２３ｄ間の各々の電位差を縦軸にプロットし、最小二乗法により印加電流値が０の時の初期電位を求める。
【００１７】
図２（ｂ）は、各タップ設置位置による接合電位分布を示したグラフである。図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）で求めたタップ２３ａ−２３ｂ間、タップ２３ａ−２３ｃ間及びタップ２３ａ−２３ｄ間の各々の初期電位を縦軸に、タップ２３ｂ、タップ２３ｃ及びタップ２３ｄの、タップ２３ａからの距離を横軸にプロットする。この図２（ｂ）は、コンタクト部分２２近傍における接合電位分布を示す。
【００１８】
上記の構成によれば、前記コンタクト部分２２の初期電位及び前記配線２１上の接合電位分布を精度良く求めることができる。乃ち、コンタクト部分２２の異種金属の接合電位を簡便な方法で精度良く測定することができる。
【００１９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明に係る半導体装置の温度に依存した異種金属の接合電位に関する評価方法の一実施形態を示す半導体装置のコンタクト部分近傍の断面図である。
【００２０】
コンタクト部分４２及び配線４１の温度をホットチャックの発熱源により温度調節して電流源から電流を印加し、前記コンタクト部分４２及び前記配線４１からのジュール発熱の影響がほとんど無視できる位置の温度センサー（Ｔ１）４３及び温度センサー（Ｔ２）４４により温度を比較して、前記コンタクト部分４２及び前記配線４１のジュール発熱が無視できることを確認する。次いで、半導体装置における多層化した配線４１のコンタクト部分４２近傍に設置した同一構造のタップ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ及び４５ｄで、タップ４５ａ−４５ｂ間、タップ４５ａ−４５ｃ間及びタップ４５ａ−４５ｄ間の各々の電位差を、複数の印加電流値で電位測定する。この測定を複数の温度環境で行う。
【００２１】
図４（ａ）は、測定温度をｔ1、ｔ2、ｔ3と変化させた場合の、各タップ間電位から、最小二乗法により求めた初期電位を示した図である。図４（ａ）に示すように、各測定温度ｔ1、ｔ2、ｔ3について、コンタクト部分４２及び配線４１に印加した電流値を横軸に、タップ４５ａ−４５ｂ間、タップ４５ａ−４５ｃ間及びタップ４５ａ−４５ｄ間の各々の電位差を縦軸にプロットし、最小二乗法により印加電流値が０の時の初期電位を求める。
【００２２】
図４（ｂ）は、測定温度をｔ1、ｔ2、ｔ3と変化させた場合の、各タップ設置位置による接合電位分布を示したグラフである。図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）で求めた、測定温度をｔ1、ｔ2、ｔ3と変化させた場合の、タップ４５ａ−４５ｂ間、タップ４５ａ−４５ｃ間及びタップ４５ａ−４５ｄ間の各々の初期電位を縦軸に、タップ４５ｂ、タップ４５ｃ及びタップ４５ｄの、タップ４５ａからの距離を横軸にプロットする。この図４（ｂ）は、コンタクト部分４２近傍における接合電位分布を示す。
【００２３】
上記の構成によれば、半導体装置の温度に依存した前記コンタクト部分４２の初期電位及び前記配線４１上の接合電位分布を精度良く求めることができる。乃ち、コンタクト部分４２の異種金属の接合電位を簡便な方法で精度良く測定することができる。
【００２４】
（第３の実施形態）
図５は、上述した異種金属の接合電位及び接合電位分布の評価方法を実現するための評価装置の断面図である。
【００２５】
コンタクト部分６１及び配線６２近傍にタップ６３を複数設置し、前記コンタクト部分６１及び前記配線６２の近傍に温度センサー（Ｔ１）６４を設置し、前記コンタクト部分６１及び前記配線６２の近傍からのジュール発熱影響がほとんど無視できる位置に温度センサー（Ｔ２）６５及び熱源であるホットチャック６６を設置する。さらに、前記コンタクト部分６１及び前記配線６２に電流印加する電流源６７と各タップ６３間の電位差を測定できる電圧計６８を有する。
【００２６】
上記の構成によれば、温度センサー（Ｔ１）６４、温度センサー（Ｔ２）６５、ホットチャック６６、電流源６７及び電圧計６８をコントローラ解析器６９でコントロールし、得られた温度、印加電流値及び電圧値をコントローラ解析器６９で、最小二乗法により、前記コンタクト部分６１の印加電流値が０の時の初期電位及び前記配線６２上の接合電位分布を精度良く求めることができる。乃ち、コンタクト部分６１の異種金属の接合電位を簡便な構成で精度良く評価することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る異種金属の接合電位に関する評価方法及び評価装置によれば、コンタクト部分の異種金属の接合電位を簡便な構成で精度良く評価することができるので、多層配線におけるコンタクト抵抗を高精度で測定することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置のコンタクト部分近傍の断面図
【図２】（ａ）第１の実施形態における初期電位を示した図
（ｂ）第１の実施形態における接合電位分布を示した図
【図３】本発明の第２の実施形態における半導体装置のコンタクト部分近傍の断面図
【図４】（ａ）第２の実施形態における初期電位を示した図
（ｂ）第２の実施形態における接合電位分布を示した図
【図５】本発明の第３の実施形態における評価装置の断面図
【図６】従来例におけるコンタクト抵抗測定用回路図
【符号の説明】
１１  導電性拡散層
１２  アルミ配線
１３  コンタクト
１４  入力端子
１５  開放端
２１  配線
２２  コンタクト部分
２３ａ  タップ
２３ｂ  タップ
２３ｃ  タップ
２３ｄ  タップ
４１  配線
４２  コンタクト部分
４３  温度センサー（Ｔ１）
４４  温度センサー（Ｔ２）
４５ａ  タップ
４５ｂ  タップ
４５ｃ  タップ
４５ｄ  タップ
６１  コンタクト部分
６２  配線
６３  タップ
６４  温度センサー（Ｔ１）
６５  温度センサー（Ｔ２）
６６  ホットチャック
６７  電流源
６８  電圧計
６９  コントローラ解析器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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