(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査方法であって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に電圧を印加し、前記コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する工程と、
前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項２】
前記複数のコンタクトユニットの内、前記下層配線又は前記上層配線の長手方向に隣り合うもの同士の間隔が０．４μｍ以上５０μｍ以下になるように、前記複数の下層配線の長さ、前記複数の上層配線の長さ、及び、前記コンタクトユニットの位置を設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項３】
前記複数のコンタクトユニットの内、前記下層配線又は前記上層配線の長手方向に隣り合うもの同士の間隔が５０μｍより長くなるように、前記複数の下層配線の長さ、前記複数の上層配線の長さ、及び、前記コンタクトユニットの位置を設定したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項４】
前記複数のコンタクトユニットのそれぞれが、前記絶縁層に形成された１又は複数のコンタクトホール内に備えられた１又は複数のコンタクト部によって構成されることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項５】
前記検査パターンの前記１対の電極端子間の印加電圧が、所定時間経過ごとに所定電圧だけ増加するステップ増加電圧、又は、リニア増加電圧のいずれかであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項６】
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、直交座標系の横軸を前記印加電圧とし縦軸を前記測定電流として描かれた前記印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、前記検査パターンの溶断が生じる直前の勾配に基づいて行われることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項７】
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、直交座標系の横軸を前記印加電圧とし縦軸を前記測定電流として描かれた前記印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、前記検査パターンの溶断が生じる直前の勾配が所定の基準値以下であれば前記検査パターンのコンタクト部にボイドがないと判定し、それ以外のときにはボイドがあると判定することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項８】
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、直交座標系の横軸を前記印加電圧とし縦軸を前記測定電流として描かれた前記印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、前記検査パターンの溶断が生じる直前の勾配が所定の基準値以上であれば前記検査パターンのコンタクト部に被膜性不良がないと判定し、それ以外のときには被膜性不良があると判定することを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項９】
前記半導体装置が、前記検査パターンを用いて検出された潜在不良の程度を評価するための補助パターンを少なくとも１つ有し、
前記補助パターンが、前記検査パターンと同じ構成を持つパターンの中の少なくとも１つのコンタクトユニットにおいて、コンタクト部サイズを小さくした又は／及びコンタクト部個数を少なくした構成を有し、
前記補助パターンに対して前記検査パターンと同じ電圧を印加することによって、前記補助パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する工程と、
前記検査パターンに潜在不良があると判定されたときに、前記検査パターンについて得られた印加電圧対測定電流特性と前記補助パターンについて得られた印加電圧対測定電流特性とに基づいて前記検査パターンの潜在不良の程度を評価する工程とを有する
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項１０】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査方法であって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する工程と、
前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程と
を有し、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間の供給電流が、同じ構造の検査パターンを溶断させるのに必要な電流値の、７０％から９９％までの範囲内で決められた電流値であることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１１】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査方法であって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する工程と、
前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程と
を有し、
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、時間経過に伴う測定電圧の変動値に基づいて行われることを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１２】
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、時間経過に伴う測定電圧の変動値に所定値以上の減少がなければ、前記検査パターンのコンタクト部にボイドがないと判定し、それ以外のときにはボイドがあると判定することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の検査方法。
【請求項１３】
前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程が、時間経過に伴う測定電圧の変動値が所定値以上の増加がなければ、前記検査パターンのコンタクト部に被膜性不良がないと判定し、それ以外のときには被膜性不良があると判定することを特徴とする請求項１１又は１２のいずれかに記載の半導体装置の検査方法。
【請求項１４】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査方法であって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する工程と、
前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程と
を有し、
前記半導体装置が、前記検査パターンを用いて検出された潜在不良の程度を評価するための補助パターンを少なくとも１つ有し、
前記補助パターンが、前記検査パターンと同じ構成を持つパターンの中の少なくとも１つのコンタクトユニットにおいて、コンタクト部サイズを小さくした又は／及びコンタクト部個数を少なくした構成を有し、
前記補助パターンに対して前記検査パターンと同じ電流を流すことによって、前記補助パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する工程と、
前記検査パターンに潜在不良があると判定されたときに、前記検査パターンについて得られた経過時間対測定電圧特性と前記補助パターンについて得られた経過時間対測定電圧特性とに基づいて前記検査パターンの潜在不良の程度を評価する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の検査方法。
【請求項１５】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査システムであって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に電圧を印加し、前記コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する電圧印加・電流測定装置と、
前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する判定装置と
を有することを特徴とする半導体装置の検査システム。
【請求項１６】
半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、
互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、
互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、
前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、
前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、
前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子と
を有した半導体装置の検査システムであって、
前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する定電流印加・電圧測定装置と、
前記検査パターンの時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する判定装置と
を有することを特徴とする半導体装置の検査システム。
【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構造の潜在不良を検出するために（即ち、半導体装置のメタル工程の品質を検査するために）半導体ウエハ上に形成された検査パターン、これを備えた半導体装置、検査パターンを用いた半導体装置の検査方法、及びこの検査方法を実施する検査システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２８は、半導体装置の多層配線構造を概略的に示す縦断面図である。図２８の多層配線構造では、Ａｌ（アルミニウム）等の金属で形成された上層配線１１と下層配線１２の電気的な接続を実現するために、上層配線１１と下層配線１２の間の絶縁層にＷ（タングステン）１４等の金属を埋込んだコンタクトホール（「ビィアホール」又は「スルーホール」ともいう。）１３が設けられている。以下の説明において、金属が埋込まれたコンタクトホールを、コンタクト部（単に「ビィア」ともいう。）という。複数の上層配線と複数の下層配線と複数のコンタクト部を備え、配線間をそれぞれのコンタクト部で電気接続した多層配線構造は、コンタクトチェーン（「ビィアチェーン」又は「スルーホールチェーン」ともいう。）と称される。
【０００３】
タングステン１４の形成時、密着層としてスパッタＴｉＮ（チタンナイトライド）等の高融点金属を形成するが、その際、ＴｉＮ成膜前にコンタクトホール１３の底部（下層配線１２の上部）に形成される酸化物１５を除去する目的で、クリーニングスパッタを一般に施す。しかし、プロセス異常により、酸化物を全く除去できない場合又は酸化物がコンタクト部に一部残存する場合が生じる。
【０００４】
酸化物を全く除去できない場合には、個々のコンタクト部（配線との接続部を含むものとする）の抵抗が極端に増大するか又は個々のコンタクト部が導通しなくなるため、コンタクト部の導通試験等によって、プロセス異常に起因する故障（顕在化した不良）を検知できる。また、コンタクトチェーンの全てのコンタクト部において酸化物が残存する場合には、コンタクトチェーンの全体の抵抗が増大するため、コンタクトチェーン全体の抵抗を計測することよって、プロセス異常に起因する故障（顕在化した不良）を検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンタクトチェーンを構成する複数のコンタクト部のいずれか１つ又はいくつかのコンタクト部においてのみ、酸化物が残存する場合には、コンタクト部の導通試験やコンタクトチェーン全体の抵抗計測によって故障を検出することが困難である。なぜならば、１つ又はいくつかのコンタクト部においてのみの抵抗増加は、コンタクトチェーン全体の抵抗に対しては微量であり、コンタクトチェーン全体の抵抗分布の中に吸収されてしまうからである。
【０００６】
コンタクトチェーンのランダムな一部分又はいくつかの部分においてのみ抵抗増加を生じさせ、コンタクトチェーン全体の抵抗に対しては微量な抵抗増加となるこのようなプロセス異常に起因する故障は、コンタクトホール１３と下層配線１２との界面１５だけではなく、タングステン１４の埋込み部の空洞１６、タングステン１４と上層配線１１の界面１７、装置トラブル等による配線の金属材料自身においての欠陥１８の混入、金属被膜率の劣化等、コンタクトチェーンのあらゆる部分で発生する可能性を含んでいる。
【０００７】
上記のような多層配線構造のランダムな一部分又はいくつかの部分においてのみ発生する故障を含んだ半導体製品が、他の検査でも正常品と判別されてしまうと、市場に流出してしまうことがある。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、半導体装置の多層配線構造の潜在不良を簡便な方法で短時間に検出することを可能にする半導体装置の検査方法、及びこの検査方法を実施する半導体装置の検査システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の検査方法は、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子とを有した半導体装置の検査方法であって、前記検査パターンの前記１対の電極端子間に電圧を印加し、前記コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する工程と、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程とを有することを特徴としている。
【００１２】
また、本発明に係る半導体装置の検査方法は、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子とを有した半導体装置の検査方法であって、前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する工程と、前記検査パターンの時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する工程とを有し、前記検査パターンの前記１対の電極端子間の供給電流が、同じ構造の検査パターンを溶断させるのに必要な電流値の、７０％から９９％までの範囲内で決められた電流値であることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の検査システムは、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子とを有した半導体装置の検査システムであって、前記検査パターンの前記１対の電極端子間に電圧を印加し、前記コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する電圧印加・電流測定装置と、前記検査パターンの印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する判定装置とを有することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置の検査システムは、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査パターンが、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線と、前記複数の下層配線と前記複数の上層配線との間に備えられた絶縁層と、前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように前記複数の上層配線と前記複数の下層配線とを電気的に接続する複数のコンタクトユニットと、前記コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子とを有した半導体装置の検査システムであって、前記検査パターンの前記１対の電極端子間に所定電流を流し、前記１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、前記検査パターンの経過時間対測定電圧特性を取得する定電流印加・電圧測定装置と、前記検査パターンの時間対測定電圧特性に基づいて、前記検査パターンの潜在不良の有無を判定する判定装置とを有することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１〜４に共通する説明＞
［半導体装置の検査パターン及び補助パターンの構成］
本発明の実施の形態１〜４の検査パターンは、複数のコンタクトユニットのそれぞれによって多層配線間を電気接続したコンタクトチェーンからなり、コンタクトユニットの間隔を、バックフロー効果が現れ、エレクトロマイグレーションを生じさせない間隔としたものである。このようなコンタクトユニットの間隔として、実施の形態１〜４の検査パターンのコンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下とする。実施の形態１〜４の検査パターンは、半導体素子の多層配線構造の故障の検出（即ち、半導体素子の多層配線構造を形成するためのメタル工程の品質の検査）にのみ用いられ、半導体素子を構成する回路としては機能しない。
【００１６】
実施の形態１〜４の検査パターンは、そのコンタクトチェーンを構成している全てのコンタクトユニットの構造が同じである。実施の形態１〜４の説明において、検査パターンを構成するコンタクトユニットを、基本コンタクトユニットと称する。
【００１７】
実施の形態１〜４の補助パターンは、上記検査パターンと同じ構造のパターンにおいて、複数の基本コンタクトユニットの内の少なくとも１つのコンタクトユニットを、基本コンタクトユニットとは異なる構成にしたものある。実施の形態１〜４の説明において、補助パターンに挿入された、基本コンタクトユニットとは異なる構成のコンタクトユニットを擬似異常コンタクトユニットと称する。補助パターンについては、擬似異常コンタクトユニットの構成が互いに異なる複数のパターンが考えられる。
【００１８】
上記コンタクトユニット（「ビィアユニット」ともいう。）は、上層配線の一端と下層配線の一端とを接続する配線構造であり、金属が埋め込まれた単一又は複数のコンタクトホールによって構成される。以下の説明において、金属が埋め込まれたコンタクトホールを、コンタクト部（「ビィア」ともいう。）と称する。
【００１９】
実施の形態１〜４の検査パターン及び補助パターンは、ウエハ工程の配線形成工程において、半導体ウエハのグリッドライン（スクライブライン）、又は、チップ領域内のテグ領域等に造り込まれる。
【００２０】
また、パターンユニットごとに半導体ウエハに造り込まれる。このパターンユニットは、▲１▼検査パターンのみ、▲２▼１つの補助パターンのみ、▲３▼擬似異常コンタクトユニットの構成が互いに異なる複数の補助パターンのみ、▲３▼検査パターン及び１つの補助パターンの組み合わせ、又は、▲４▼検査パターン及び上記複数の補助パターンの組み合わせ、等で構成される。
【００２１】
なお、フォトリソグラフィ工程がステップ・アンド・リピート方式の露光によるものであるため、上記パターンユニットは、個々のチップごと（半導体ウエハ上の領域であって、チップ領域の近傍又はテグ領域等に）に造り込まれる。
【００２２】
図５は半導体ウエハにおいてのグリッドライン及びチップ領域の配置例を概略的に示す平面図である。図５において、１は半導体ウエハ、２はチップ領域、２１はテグ領域、３はグリッドライン（スクライブライン）である。図５の半導体ウエハには、チップ領域２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを含む合計１２個のチップ領域２が設けられている。チップ領域２には、半導体素子の回路が造り込まれる。テグ領域２１は、チップ領域２内に設けられる。このテグ領域２１には、様々なテグが造り込まれる。グリッドライン３は、チップ領域２の境界に配置されている。ウエハ工程が終了したあと、半導体ウエハ１はグリッドライン３に沿ってスクライブされ、チップ領域２が個々のチップに分離される。
【００２３】
図６（ａ）及び（ｂ）は半導体ウエハにおいての実施の形態１〜４の検査パターンの配置例を概略的に示す平面図であって、図６（ａ）及び（ｂ）はいずれも図５の部分１０の拡大図である。図６（ａ）及び（ｂ）において、図５と同じ構成には同じ符号を付してあり、４は半導体ウエハ１に造り込まれたパターンユニット、４０は検査パターン、４１は補助パターンである。図６（ａ）では、検査パターン４０と補助パターン４１によって構成されたパターンユニット４が、グリッドライン３上又は近傍に造り込まれている。この他に、検査パターン４０のみからなるパターンユニット４、又は、検査パターン４０と複数の補助パターン４１によって構成されたパターンユニット４が、グリッドライン３３上又は近傍に造り込まれることもある。また、図６（ｂ）では、検査パターン４０のみからなるパターンユニット４が、チップ領域２内のテグ領域２１に造り込まれている。なお、故障の検出試験では、検査パターン４０のみを用いる場合と、検査パターン４０と補助パターン４１とを用いる場合がある。
【００２４】
［半導体装置の検査パターンを用いた故障検出の原理］
実施の形態１〜４の検査パターンを用いた故障検出の原理について、以下に説明する。まず、複数の上層配線と、複数の下層配線と、互いに同じ構成の複数の基本コンタクトユニットとを備えた検査パターンについて考える。この検査パターンが正常なプロセスで作成されたとき、各コンタクトユニットの抵抗は、製造プロセスのばらつきで決まる分布に収まる。最も高抵抗な部分は基本コンタクトユニットのいずれかである。コンタクトユニットの平均抵抗値をｒ０、コンタクトユニットの中で抵抗が最大のコンタクトユニットの抵抗値をｒｍａｘとする。なお、上記「最も高抵抗な部分」の「部分」とは、検査パターン（コンタクトチェーン）の構成部である配線及びコンタクトユニット（配線との接合部を含むものとする）、又は、これらいずれかの構成部においての局部を意味するものとする。
【００２５】
上記の正常なプロセスで作成された検査パターンの両端の電極端子（パッド電極）間に電流を流せば、検査パターンを構成するコンタクトチェーンの各部においてジュール熱発熱を生じ、その発熱量は抵抗値が最も大きい基本コンタクトユニットの部分において最も大きく、この基本コンタクトユニットの部分において最も早く劣化（抵抗増加又は破壊）を生じる。この抵抗値が最も大きくなる基本コンタクトユニットの箇所は、検査パターン内にランダムに存在する。上記の電流は、▲１▼定電流、▲２▼リニア状に増加する電流（リニア増加電流）、▲３▼ステップ状に増加する電流（ステップ増加電流）、又は、▲４▼定電圧、リニア状に増加する電圧（リニア増加電圧）、若しくはステップ状に増加する電圧（ステップ増加電圧）による電流とする。上記の劣化は、ジュール発熱（電流値の２乗に比例）によるものであるため、印加電流値を増加させるに従って加速される。
【００２６】
上記の電流を流したときに劣化を生じるまでの耐久性能は、最も高抵抗な部分の抵抗値、つまり基本コンタクトユニットの部分の抵抗値ｒｍａｘに依存する。上記の耐久性能は、例えば、劣化を生じるまでの消費電力、又は、劣化を生じるまでの電流印加時間等で表すことができる。
【００２７】
次に、検査パターンの作成時にプロセス異常を生じ、いずれかの基本コンタクトユニットの部分の抵抗値がｒ０からｋ×ｒ０（ｋ＞１かつｋ×ｒ０＞ｒｍａｘ）に増加したとする。この基本コンタクトユニットの部分の抵抗値が増加した検査パターンの両端の電極端子間に、上記正常プロセスの検査パターンと同じ条件の電流を流せば、抵抗値がｋ×ｒ０に増加した基本コンタクトユニットの部分においてジュール熱の発熱量が最も大きく、この抵抗増加した基本コンタクトユニットの部分において最も早く劣化を生じる。この異常プロセスの検査パターンの耐久性能は、最も高抵抗な部分の抵抗値、つまり抵抗増加を生じた基本コンタクトユニットの部分の抵抗値ｋ×ｒ０に依存する。
【００２８】
そして、異常プロセスの検査パターンにおいて最も高抵抗な部分の抵抗値ｋ×ｒ０は、正常プロセスの検査パターンにおいて最も高抵抗な部分の抵抗値ｒ０よりも大きいので、異常プロセスの検査パターンにおいての最も高抵抗な部分の発熱量は、正常プロセスの検査パターンにおいて最も高抵抗な部分のそれよりも大きくなり、異常プロセスの検査パターンの耐久性能は、正常プロセスの検査パターンのそれよりも低くなる。例えば、異常プロセスの検査パターンは、正常プロセスの検査パターンよりも、少ない消費電力で、又は、短い電流印加時間で劣化（例えば、溶断）を生じる。
【００２９】
検査パターンに生じたプロセス異常と同様なプロセス異常が、半導体ウエハ１のチップ領域２内の多層配線構造（コンタクトチェーン）をもつ製品にも生じていると推測できる。このため、検査パターンの耐久性能を評価することによって、チップ領域２内のコンタクトチェーンのいずれかの部分のみの抵抗値が増加するようなプロセス異常に起因する故障を検出可能である。なお、検査パターンの最も高抵抗な部分が配線の部分となる故障についても、同様に検出可能である。
【００３０】
ここで問題になるのは、上記の電流を流したときに、検査パターンを構成するそれぞれの配線において、エレクトロマイグレーション現象による抵抗増加を生じてしまうと、検査パターンのそれぞれの部分の異常を含む抵抗値がそのまま反映されず、正確な故障検出ができないことである。
【００３１】
そこで、実施の形態１〜４の検査パターンでは、上記の電流を流してもエレクトロマイグレーション現象による抵抗増加を抑制できるように、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としている。これにより、上記の電流を流してもそれぞれの部分の抵抗値がそのまま反映されるため、正確な故障検出が可能になる。
【００３２】
［半導体装置の検査パターンを用いた検査の準備］
プロセス異常に起因する故障の検出試験を実施するにあたっては、故障の検出感度（検出可能な増加抵抗、又は、どのようなプロセス起因の抵抗増加を検出可能か否か）を検証する必要、つまり検出感度特性（抵抗増加に対する上記耐久性能の低下の特性）を検証する等の準備をする必要がある。また、故障検出試験において検査パターンに流す電流の条件を設定する、故障検出試験においての評価基準（正常品か否かの判別基準）を設定する等の準備の必要もある。ここで問題となるのは、検査パターンの所望の部分のみに上記の抵抗増加した部分を造り込むプロセス制御が困難なことである。例えば、検査パターンを構成する全ての基本コンタクトユニットに、正常プロセス時よりも抵抗増加した部分を造り込むプロセス制御は可能であるが、いずれかの基本コンタクトユニットにのみ抵抗増加した部分を造り込むプロセス制御は困難である。
【００３３】
そこで、故障検出の準備においては、検査パターンに加え、補助パターンを用いる。正常なプロセスで作成された補助パターン及び検査パターンにおいて、擬似異常コンタクトユニットのコンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニットのコンタクト部抵抗よりも大きい。つまり、正常なプロセスで作成された検査パターンにおいて最も高抵抗な部分は、基本コンタクトユニットのいずれかの部分であり、正常なプロセスで作成された補助パターンにおいて最も高抵抗な部分は、擬似異常コンタクトユニットの部分である。そして、擬似異常コンタクトユニットの部分の抵抗値は、正常なプロセスで作成された補助パターン及び検査パターンの基本コンタクトユニットの部分の抵抗値よりも大きい。補助パターンの擬似異常コンタクトユニットは、プロセス異常によって抵抗増加した基本コンタクトユニットを擬似したものであり、正常なプロセスで作成された抵抗値がｋ×ｒ０の擬似異常コンタクトユニットの部分は、プロセス異常によって抵抗値がｋ×ｒ０に増加した基本コンタクトユニットの部分を擬似したものである。
【００３４】
正常なプロセスで作成された検査パターン及び補助パターンに同じ条件で電流を流すと、検査パターンでは、いずれかの基本コンタクトユニットにおいて劣化を生じ、その箇所はランダムである。一方、補助パターンでは、擬似異常コンタクトユニットにおいて最も発熱量が大きく、擬似異常コンタクトユニットにおいて劣化を生じる。
【００３５】
抵抗値ｒ０の複数の基本コンタクトユニットで構成された検査パターンと、抵抗値ｋ×ｒ０の擬似異常コンタクトユニットが１つ挿入された補助パターンとに、同じ条件で電流を流したとき、補助パターンの劣化までの耐久性能が検査パターンのそれよりも明らかに低ければ、コンタクトチェーンのいずれかの部分の抵抗値をｒ０からｋ×ｒ０に増加させるプロセス異常を検出できる（そのような抵抗増加に対して検出感度がある）と言える。逆に、両パターンの劣化までの耐久性能に明らかな差を生じないか又は差がなければ、上記のプロセス異常を検出できないことになる。
【００３６】
実施の形態１〜４の検査パターンを用いた故障検出の準備は、例えば、検査パターンに加え、擬似異常コンタクトユニットの構成が互いに異なる第１及び第２の補助パターンを用意し、以下の（ａ）〜（ｄ）のステップによってなされる。検査パターンにおいて最も抵抗が高い部分である基本コンタクトユニットの部分の抵抗値をｒｍａｘとし、第１及び第２の補助パターンにおいて最も抵抗が高い部分である擬似異常コンタクトユニットの部分の抵抗値を、それぞれｋ１×ｒｍａｘ，ｋ２×ｒｍａｘ（ｋ１＞ｋ２＞１）とする。
（ａ）配線形成工程において、検査パターン並びに第１及び第２の補助パターンからなるパターンユニットを半導体ウエハに作成し、
（ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）のデータを収集し、
（ｄ）上記の耐久性能のデータをもとに、検出感度特性の検証、電流印加条件、及び評価基準（正常品か否かの判別基準）の設定等、故障検出試験を実施するための準備をする。
なお、この故障検出の準備では、正常なプロセスで上記パターンユニットが作成されることを前提とする。
【００３７】
上記のステップ（ａ）〜（ｄ）において、第１及び第２の補助パターン並びに検査パターンに同じ条件で電流を流したときに、例えば、第１の補助パターンの耐久性能は検査パターンよりも明らかに低かったが、第２の補助パターンの耐久性能は検査パターンとは明らかな差がなかったとすれば、いずれかのコンタクトユニットの部分の抵抗値がｋ１×ｒｍａｘ以上に増加する故障を検出可能であると言える。なお、いずれかの配線の部分の抵抗値がｋ１×ｒｍａｘ以上に増加する故障も検出可能である。
【００３８】
このように、補助パターンは、検査パターンと同じ構成のパターンにプロセス異常に起因する故障を擬似した擬似異常コンタクトユニットを挿入したものであり、この補助パターンによって、正常なプロセスで作成される検査パターンに上記の故障に相当する部分を簡単に造り込むことができる。そして、この補助パターン及び検査パターンに電流を流し、それぞれの検査パターンの劣化までの耐久性能を評価することにより、故障の検出感度を簡単に検証することができる。また、検査パターンの検査により検出された潜在不良の程度（ボイドの大きさや、被膜不良の程度等）を、補助パターンについての測定データに基づいて推測することができる。
【００３９】
［半導体装置の検査方法（故障の検出試験）］
実施の形態１〜４の検査パターンを用いた故障の検出試験は、例えば、検査パターン、又は、検査パターン及び上記第１の補助パターンを用意し、以下の（Ａ）〜（Ｃ）のステップによってなされる。
（Ａ）製品（半導体チップ）の多層配線構造が半導体ウエハのチップ領域に造り込まれる配線形成工程において、検査パターンからなるパターンユニット、又は、検査パターン及び第１の補助パターンで構成されるパターンユニットを上記半導体ウエハに造り込み、
（Ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（Ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、
（Ｄ）上記の耐久性能をもとに、配線形成工程において異常を生じたか否かを判別する。
【００４０】
上記のステップ（Ｄ）では、電流印加条件に応じた判別がなされる。例えば、検査パターンが劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターンの劣化までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）が評価基準値以上であるか否かによって判別する。また、検査パターン及び第１の補助パターンが劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターンの劣化までの耐久性能と補助パターンの劣化までの耐久性能の比が評価基準値以上であるか否かによって判別することも可能である。あるいは、固定の条件で電流を流す場合には、検査パターンが劣化を生じたか否かによって判別する。
【００４１】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１の検査パターンは、コンタクトユニットの間隔が５０μｍ以下のエレクトロマイグレーションを抑制したコンタクトチェーンからなり、それぞれのコンタクトユニットは、単一のコンタクト部で構成されている。
【００４２】
実施の形態１の基本コンタクトユニットは、所定のコンタクト部サイズの単一のコンタクト部で構成されている。以下の説明において、実施の形態１の基本コンタクトユニットを構成する上記単一のコンタクト部を基本コンタクト部と称する。
【００４３】
また、実施の形態１の擬似異常コンタクトユニットは、上記基本コンタクトユニットと同じ構成のコンタクトユニットにおいて、コンタクト部サイズを小さくしたものである。以下の説明において、実施の形態１の擬似異常コンタクトユニットを構成する単一のコンタクト部（基本コンタクト部よりもコンタクト部サイズの小さいコンタクト部）を擬似異常コンタクト部と称する。
【００４４】
実施の形態１の検査パターンは、その全てのコンタクトユニットを、上記実施の形態１の基本コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。
【００４５】
また、実施の形態１の補助パターンは、実施の形態１の検査パターンと同じ構成のパターンにおいて、少なくとも１つの基本コンタクトユニットを、上記実施の形態２の擬似異常コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。
【００４６】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１の検査パターンの例を示す図であり、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１の補助パターンの例を示す図である。図１（ａ）及び（ｂ）において、１００は検査パターン、１１０は補助パターン、１０１は上層配線、１０２は下層配線、１０３は基本コンタクトユニット、１０３ａは基本コンタクト部、１０４は電極端子、１０５は擬似異常コンタクトユニット、１０５ａは擬似異常コンタクト部である。
【００４７】
図１（ａ）の検査パターン１００及び図１（ｂ）の補助パターン１１０において、コンタクトユニットの間隔（コンタクトユニットの中心位置の間隔）ｄは、エレクトロマイグレーションを抑制できる（バックフロー効果が現れる）５０μｍ以下である。また、上層配線１０１及び下層配線１０２の幅は、全て同じ値である。また、全ての基本コンタクト部１０３ａのコンタクト部サイズは、互いに同じである。また、コンタクトチェーンの両端には、電流印加のための電極端子（パッド電極）１０４が設けられている。
【００４８】
図１（ａ）の検査パターン１００は、複数の上層配線１０１と、複数の下層配線１０２と、複数の基本コンタクトユニット１０３と、２つの電極端子１０４とを備え、上層配線１０１と下層配線１０２の間（電極端子１０４との間を含む）をそれぞれ基本コンタクトユニット１０３で電気接続したコンタクトチェーンである。それぞれの基本コンタクトユニット１０３は、単一の基本コンタクト部１０３ａで構成されている。
【００４９】
図１（ｂ）の補助パターン１１０は、検査パターン１００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット１０３を、異常コンタクトユニット１０５としたものである。異常コンタクトユニット１０５は、基本コンタクト部１０３ａよりもコンタクト部サイズの小さい単一の擬似異常コンタクト部１０５ａで構成されている。例えば、擬似異常コンタクト部１０５ａの配線幅方向及び配線長方向の寸法をそれぞれ基本コンタクト部１０３ａの寸法の３／４とすると、擬似異常コンタクトユニット１０５の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット１０３の合成コンタクト部抵抗の１６／９倍となる。
【００５０】
この補助パターン１１０は、検査パターン１００と同じ構成のパターンのいずれかの基本コンタクトユニット１０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット１０５の部分は、抵抗が１６／９倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット１０３の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【００５１】
次に、実施の形態１の検査パターンを用いた故障検出の準備は、例えば以下の（１ａ）〜（１ｄ）のステップによってなされる。
（１ａ）配線形成工程において、検査パターン１００及び補助パターン１１０からなるパターンユニット、又は、検査パターン１００及び擬似異常コンタクト部１０５ａのコンタクト部サイズが互いに異なる複数の補助パターン１１０からなるパターンユニットを半導体ウエハに作成し、
（１ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（１ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）のデータを収集し、
（１ｄ）上記の耐久性能のデータをもとに、検出感度特性の検証、電流印加条件及び評価基準（正常品か否かの判別基準）の設定等、故障検出試験を実施するための準備をする。
なお、この故障検出の準備では、正常なプロセスで上記のパターンユニットが作成されることを前提とする。
【００５２】
上記のステップ（１ａ）において、上記のパターンユニットは、図５及び図６で説明したように、半導体ウエハのグリッドライン（スクライブライン）等に造り込まれる。また、上記のパターンユニットには、例えば、擬似異常コンタクト部１０５ａの配線幅方向及び配線長方向の寸法をそれぞれ基本コンタクト部１０３ａの寸法の３／４、１／２、１／４とした３種類の補助パターン１１０が含まれる。
【００５３】
また、上記のステップ（１ｂ）において、電流印加は、例えば、１枚の半導体ウエハに作成された全てのパターンユニット、又は、それらのパターンユニットから選択されたいくつかのパターンユニットについてなされる。また、必要に応じて様々な印加電流条件を試す。例えば、単位時間当たりの増加電流量が互いに異なる複数のリニア増加電流、ステップ増加電流量、又は、ステップ増加の時間間隔が互いに異なる複数のステップ増加電流等である。
【００５４】
また、上記のステップ（１ｂ）及び（１ｃ）において、上記の劣化は、ジュール発熱（電流値の２乗に比例）によるものであるため、印加電流値を増加させるに従って加速される。電流印加により、検査パターンにおいて最も抵抗値が大きい部分が最も発熱量が大きく、最も早く劣化を生じる。つまり、最も抵抗値が大きい部分は、検査パターン１００では、いずれかの基本コンタクトユニット１０３の部分であり、補助パターン１１０では、擬似コンタクトユニット１０５の部分である。このため、検査パターン１００では、いずれかの基本コンタクトユニット１０３の部分でランダムに劣化を生じ、補助パターン１１０では、擬似コンタクトユニット１０５の部分で劣化を生じる。擬似コンタクトユニット１０５の合成コンタクト部抵抗が基本コンタクトユニット１０３の合成コンタクト部抵抗の１６／９倍であれば、補助パターン１１０の耐久性能が検査パターン１００のそれよりも明らかに低下しているか否かを検証することによって、上記の１６／９倍の抵抗増加について検出感度があるか否かを検証できる。
【００５５】
次に、実施の形態１の検査パターンを用いた故障の検出試験は、例えば以下の（１Ａ）〜（１Ｄ）のステップによってなされる。
（１Ａ）製品（半導体チップ）の多層配線構造が半導体ウエハのチップ領域に造り込まれる配線形成工程において、検査パターン１００からなるパターンユニット、又は、検査パターン１００及び補助パターン１１０で構成されるパターンユニットを上記半導体ウエハに造り込み、
（１Ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（１Ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、
（１Ｄ）上記の耐久性能をもとに、配線形成工程において異常を生じたか否かを判別する。
【００５６】
上記のステップ（１Ｂ）では、例えば、▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流の内の１条件（上記ステップ（１ｄ）で設定された条件）で電流を流す。また、電流印加は、例えば、１枚の半導体ウエハに作成された全てのパターンユニット、又は、それらのパターンユニットから選択されたいくつかのパターンユニットについてなされる。
【００５７】
また、上記のステップ（１Ｄ）では、電流印加条件に応じた判別がなされる。例えば、検査パターン１００が劣化を生じるまで電流を流す場合には、耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）が評価基準値以上であれば、配線形成工程は正常であったと判別し、評価基準値未満であれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００５８】
また、検査パターン１００及び補助パターン１１０が劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターン１００の耐久性能と補助パターン１１０の耐久性能の比が評価基準値以上であるか否かによって、配線形成工程に異常を生じたか否かを判別する。
【００５９】
また、固定の条件で電流を流す場合には、検査パターン１００が劣化を生じなければ、配線形成工程は正常であったと判別し、検査パターン１００が劣化を生じれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００６０】
以上のように実施の形態１によれば、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としたエレクトロマイグレーション現象を抑制した検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、この検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、この耐久性能をもとに故障の有無を評価することにより、電流印加時に検査パターンのそれぞれの部分の抵抗値がそのまま反映され、プロセス起因の故障を生じた部分の抵抗が正常なプロセスで作成された部分の内の最も抵抗が高い部分の抵抗よりも大きければ、いずれかの部分にプロセス起因の故障を生じた検査パターンの耐久性能は、正常なプロセスで作成された検査パターンのそれよりも低下するので、プロセス異常に起因した高抵抗部分を、半導体素子の製造工程において速やかにかつ効率良く検出することができ、上記の故障を含む半導体製品が市場に流出するのを防止できる。
【００６１】
また、全てのコンタクトユニットが基本コンタクトユニット１０３からなる検査パターン１００にプロセス異常に起因する故障を擬似した擬似異常コンタクトユニット１０５を挿入した補助パターン１１０によって、正常なプロセスで作成される検査パターン１００に上記の故障に相当する部分を簡単に造り込むことができる。そして、この補助パターン１１０及び検査パターン１００に電流を流し、それぞれの検査パターンの劣化までの耐久性能を評価することにより、故障の検出感度を簡単に検証することができる。また、検査パターンの検査により検出された潜在不良の程度（ボイドの大きさや、被膜不良の程度等）を、補助パターンについての測定データに基づいて推測することができる。
【００６２】
＜実施の形態２＞
本発明の実施の形態２の検査パターンは、コンタクトユニットの間隔が５０μｍ以下のエレクトロマイグレーションを抑制したコンタクトチェーンからなり、それぞれのコンタクトユニットは、上記コンタクトチェーンの方向と垂直な方向に配置された複数個のコンタクト部で構成されている。ただし、擬似異常コンタクトユニットについては、単一のコンタクト部で構成されたコンタクトユニットである場合を含む。
【００６３】
実施の形態２の基本コンタクトユニットは、上記コンタクトチェーンの方向と垂直な方向に配置された互いに同じコンタクト部サイズの所定個数のコンタクト部で構成されている。また、実施の形態２の擬似異常コンタクトユニットは、上記の基本コンタクトユニットにおいて、コンタクト部個数を少なくしたものである。
【００６４】
実施の形態２の検査パターンは、その全てのコンタクトユニットを、上記実施の形態２の基本コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。また、実施の形態２の補助パターンは、実施の形態２の検査パターンと同じ構成のパターンにおいて、少なくとも１つの基本コンタクトユニットを、上記実施の形態２の擬似異常コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。
【００６５】
図２（ａ）は本発明の実施の形態２の検査パターンを示す図であり、図２（ｂ）は実施の形態２の補助パターンを示す図であある。図２（ａ）及び（ｂ）において、２００は検査パターン、２１０は補助パターン、２０１は上層配線、２０２は下層配線、２０３は基本コンタクトユニット、２０３ａは基本コンタクトユニット２０３を構成するコンタクト部、２０４は電極端子、２０５は擬似異常コンタクトユニット、２０５ａは擬似異常コンタクトユニット２０５を構成するコンタクト部である。
【００６６】
図２（ａ）の検査パターン２００及び図２（ｂ）の補助パターン２１０において、コンタクトユニットの間隔ｄは、エレクトロマイグレーションを抑制できる（バックフロー効果が現れる）５０μｍ以下である。また、上層配線２０１及び下層配線２０２の幅は、全て同じ値である。また、基本コンタクトユニット２０３を構成する全てのコンタクト部２０３ａ、及び、擬似異常コンタクトユニット２０５を構成する全てのコンタクト部２０５ａのサイズは、互いに同じである。また、コンタクトチェーンの両端には、電流印加のための電極端子２０４が設けられている。
【００６７】
図２（ａ）の検査パターン２００は、複数の上層配線２０１と、複数の下層配線２０２と、複数の基本コンタクトユニット２０３と、２つの電極端子２０４とを備え、上層配線２０１と下層配線２０２の間（電極端子２０４との間を含む）をそれぞれ基本コンタクトユニット２０３で電気接続したコンタクトチェーンである。それぞれの基本コンタクトユニット２０３は、上記コンタクトチェーンの方向と垂直な方向に配置された５個のコンタクト部２０３ａで構成されている。
【００６８】
図２（ｂ）の補助パターン２１０は、検査パターン２００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット２０３を、擬似異常コンタクトユニット２０５としたものである。異常コンタクトユニット２０５は、基本コンタクトユニット２０３よりもコンタクト部個数が少ない３個のコンタクト部２０５ａで構成されている。擬似異常コンタクトユニット２０５の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット２０３の合成コンタクト部抵抗の５／３倍である。
【００６９】
この補助パターン２１０は、検査パターン２００のいずれかの基本コンタクトユニット２０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット２０５（３個コンタクト部構成）の部分は、抵抗が５／３倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット２０３（５個コンタクト部構成）の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【００７０】
次に、実施の形態２の検査パターンを用いた故障検出の準備は、例えば以下の（２ａ）〜（２ｄ）のステップによってなされる。
（２ａ）配線形成工程において、検査パターン２００及び補助パターン２１０を含むパターンユニットを半導体ウエハに作成し、
（２ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（２ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）のデータを収集し、
（２ｄ）上記の耐久性能のデータをもとに、検出感度特性の検証、電流印加条件及び評価基準（正常品か否かの判別基準）の設定等、故障検出試験を実施するための準備をする。
なお、この故障検出の準備では、正常なプロセスで上記パターンユニットが作成されることを前提とする。また、以下に記載していないステップ（２ａ）〜（２ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１ａ）〜（１ｄ）の詳細と同様である。
【００７１】
上記のステップ（２ａ）において、上記パターンユニットには、必要に応じて例えば、補助パターン２１０において擬似コンタクトユニット２０５のコンタクト部２０５ａの個数を４個、２個、１個とした補助パターンが加えられる。
【００７２】
また、上記のステップ（２ｂ）及び（２ｃ）において、電流印加により、検査パターンにおいて最も抵抗値が大きい部分が最も発熱量が大きく、最も早く劣化を生じる。つまり、最も抵抗値が大きい部分は、検査パターン２００では、いずれかの基本コンタクトユニット２０３（５個コンタクト部構成）の部分であり、補助パターン２１０では、擬似コンタクトユニット２０５（３個コンタクト部構成）の部分である。このため、検査パターン２００では、最も抵抗値が大きい基本コンタクトユニット２０３の部分で劣化を生じ、その箇所はランダムに存在する。一方、補助パターン２１０では、擬似コンタクトユニット２０５の部分で劣化を生じる。擬似コンタクトユニット２０５の合成コンタクト部抵抗は基本コンタクトユニット２０３の合成コンタクト部抵抗の５／３倍なので、補助パターン２１０の耐久性能が検査パターン２００のそれよりも明らかに低下しているか否かを検証することによって、上記の５／３倍の抵抗増加について検出感度があるか否かを検証できる。
【００７３】
一例として、基本コンタクトユニット（５個コンタクト部構成）の個数が８００個、配線幅が４．２μｍの検査パターン２００では、破壊までに消費されたエネルギーは２３．９［ｋＪ］、破壊までの時間は５６．５［秒］であるのに対し、擬似異常コンタクトユニット２０５（３個コンタクト部構成）の個数が１個、基本コンタクトユニット（５コンタクト部構成）の個数が７９９個、上層配線及び下層配線の幅が４．２μｍの補助パターン２１０では、破壊までに消費されたエネルギーは７．９６［ｋＪ］、破壊までの時間は１７．９［秒］である。
【００７４】
次に、実施の形態２の検査パターンを用いた故障の検出試験は、例えば以下の（２Ａ）〜（２Ｄ）のステップによってなされる。
（２Ａ）製品（半導体チップ）の多層配線構造が半導体ウエハのチップ領域に造り込まれる配線形成工程において、検査パターン２００からなるパターンユニット、又は、検査パターン２００及び補助パターン２１０で構成されるパターンユニットを上記半導体ウエハに造り込み、
（２Ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（２Ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、
（２Ｄ）上記の耐久性能をもとに、配線形成工程において異常を生じたか否かを判別する。
なお、以下に記載していないステップ（２Ａ）〜（２Ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１Ａ）〜（１Ｄ）の詳細と同様である。
【００７５】
上記のステップ（２Ｄ）では、電流印加条件に応じた判別がなされる。例えば、検査パターン２００が劣化を生じるまで電流を流す場合には、耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）が評価基準値以上であれば、配線形成工程は正常であったと判別し、評価基準値未満であれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００７６】
また、検査パターン２００及び補助パターン２１０が劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターン２００の耐久性能と補助パターン２１０の耐久性能の比が評価基準値以上であるか否かによって、配線形成工程に異常を生じたか否かを判別する。
【００７７】
また、固定の条件で電流を流す場合には、検査パターン２００が劣化を生じなければ、配線形成工程は正常であったと判別し、検査パターン２００が劣化を生じれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００７８】
以上のように実施の形態２によれば、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としたエレクトロマイグレーション現象を抑制した検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、この検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、この耐久性能をもとに故障の有無を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、プロセス異常に起因した高抵抗部分を、半導体素子の製造工程において速やかにかつ効率良く検出することができ、上記の故障を含む半導体製品が市場に流出するのを防止できる。
【００７９】
また、全てのコンタクトユニットが基本コンタクトユニット２０３からなる検査パターン２００にプロセス異常に起因する故障を擬似した擬似異常コンタクトユニット２０５を挿入した補助パターン２１０によって、正常なプロセスで作成される検査パターン２００に上記の故障に相当する部分を簡単に造り込むことができる。そして、この補助パターン２１０及び検査パターン２００に電流を流し、それぞれの検査パターンの劣化までの耐久性能を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、故障の検出感度を簡単に検証することができる。また、検査パターンの検査により検出された潜在不良の程度（ボイドの大きさや、被膜不良の程度等）を、補助パターンについての測定データに基づいて推測することができる。
【００８０】
さらに、擬似異常コンタクトユニット２０５のコンタクト部２０５ａのコンタクト部サイズが基本コンタクトユニット２０３のコンタクト部２０３ａと同じであるので、擬似異常コンタクト部１０５ａのコンタクト部サイズが基本コンタクト部１０５ａと異なる上記実施の形態１よりも精度の高い検出感度特性を得ることができる。また、コンタクトチェーンの方向と垂直な方向に複数個のコンタクト部を配置しているので、コンタクトチェーンの方向に複数個のコンタクト部を配置したものよりも、検出感度が優れている。
【００８１】
＜実施の形態３＞
本発明の実施の形態３の検査パターンは、コンタクトユニットの間隔が５０μｍ以下のエレクトロマイグレーションを抑制したコンタクトチェーンからなり、それぞれのコンタクトユニットは、配線長方向に一列に配置された複数個のコンタクト部で構成されている。ただし、擬似異常コンタクトユニットについては、単一のコンタクト部で構成されたコンタクトユニットである場合を含む。
【００８２】
実施の形態３の基本コンタクトユニットは、上記コンタクトチェーンの方向に配置された互いに同じコンタクト部サイズの所定個数のコンタクト部で構成されている。また、実施の形態３の擬似異常コンタクトユニットは、上記の基本コンタクトユニットにおいて、コンタクト部個数を少なくしたものである。
【００８３】
実施の形態３の検査パターンは、その全てのコンタクトユニットを、上記実施の形態３の基本コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。また、実施の形態３の補助パターンは、実施の形態３の検査パターンにおいて、少なくとも１つの基本コンタクトユニットを、上記実施の形態３の擬似異常コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。
【００８４】
図３（ａ）は本発明の実施の形態３の検査パターンを示す図であり、図３（ｂ）は実施の形態３の補助パターンを示す図である。図３（ａ）及び（ｂ）において、３００は検査パターン、３１０は補助パターン、３０１は上層配線、３０２は下層配線、３０３は基本コンタクトユニット、３０３ａは基本コンタクトユニット３０３を構成するコンタクト部、３０４は電極端子、３０５は擬似異常コンタクトユニット、３０５ａは擬似異常コンタクトユニット３０５を構成するコンタクト部である。
【００８５】
図３（ａ）の検査パターン３００及び図３（ｂ）の補助パターン３１０において、コンタクトユニットの間隔ｄは、エレクトロマイグレーションを抑制できる（バックフロー効果が現れる）５０μｍ以下である。また、上層配線３０１及び下層配線３０２の幅は、全て同じ値である。また、基本コンタクトユニット３０３を構成する全てのコンタクト部３０３ａ、及び擬似異常コンタクトユニット３０５を構成する全てのコンタクト部３０５ａのサイズは、互いに同じである。また、コンタクトチェーンの両端には、電流印加のための電極端子３０４が設けられている。
【００８６】
図３（ａ）の検査パターン３００は、複数の上層配線３０１と、複数の下層配線３０２と、複数の基本コンタクトユニット３０３と、２つの電極端子３０４とを備え、上層配線３０１と下層配線３０２の間（電極端子３０４との間を含む）をそれぞれ基本コンタクトユニット３０３で電気接続したコンタクトチェーンである。それぞれの基本コンタクトユニット３０３は、上記コンタクトチェーンの方向に配置された２個のコンタクト部３０３ａで構成されている。
【００８７】
図３（ｂ）の補助パターン３１０は、検査パターン３００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット３０３を、異常コンタクトユニット３０５としたものである。異常コンタクトユニット３０５は、基本コンタクトユニット３０３よりもコンタクト部個数が少ない単一のコンタクト部３０５ａで構成されている。擬似異常コンタクトユニット３０５の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット３０３の合成コンタクト部抵抗の２倍である。
【００８８】
この補助パターン３１０は、検査パターン３００と同じ構成のパターンのいずれかの基本コンタクトユニット３０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット３０５（単一コンタクト部構成）の部分は、抵抗が２倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット３０３（２個コンタクト部構成）の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【００８９】
次に、実施の形態３の検査パターンを用いた故障検出の準備は、例えば以下の（３ａ）〜（３ｄ）のステップによってなされる。
（３ａ）配線形成工程において、検査パターン３００及び補助パターン３１０を含むパターンユニットを半導体ウエハに作成し、
（３ｂ）上記のパターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（３ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）のデータを収集し、
（３ｄ）上記の耐久性能のデータをもとに、検出感度特性の検証、電流印加条件及び評価基準（正常品か否かの判別基準）の設定等、故障検出試験を実施するための準備をする。
なお、この故障検出の準備では、正常なプロセスで上記のパターンユニットが作成されることを前提とする。また、以下に記載していないステップ（３ａ）〜（３ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１ａ）〜（１ｄ）の詳細と同様である。
【００９０】
上記のステップ（３ａ）において、必要に応じて、補助パターン２１０の擬似コンタクトユニット２０５の構成を変更した補助パターンが加えられる。例えば、基本コンタクトユニット３０３を４個コンタクト部構成としたとき、コンタクト部２０５ａの個数を３個、２個とした補助パターンが加えられる。
【００９１】
また、上記のステップ（３ｂ）及び（３ｃ）において、電流印加により、検査パターンにおいて最も抵抗値が大きい部分が最も発熱量が大きく、最も早く劣化を生じる。つまり、最も抵抗値が大きい部分は、検査パターン３００では、いずれかの基本コンタクトユニット３０３（２個コンタクト部構成）の部分であり、補助パターン３１０では、擬似コンタクトユニット３０５（単一コンタクト部構成）の部分である。このため、検査パターン３００では、最も抵抗値が大きい基本コンタクトユニット３０３の部分で劣化を生じ、その箇所はランダムに存在する。一方、補助パターン３１０では、擬似コンタクトユニット３０５の部分で劣化を生じる。擬似コンタクトユニット３０５の合成コンタクト部抵抗は基本コンタクトユニット３０３の合成コンタクト部抵抗の２倍なので、補助パターン３１０の耐久性能が検査パターン３００のそれよりも明らかに低下しているか否かを検証することによって、上記の２倍の抵抗増加について検出感度があるか否かを検証できる。
【００９２】
次に、実施の形態３の検査パターンを用いた故障の検出試験は、例えば以下の（３Ａ）〜（３Ｄ）のステップによってなされる。
（３Ａ）製品（半導体チップ）の多層配線構造が半導体ウエハのチップ領域に造り込まれる配線形成工程において、検査パターン３００からなるパターンユニット、又は、検査パターン３００及び補助パターン３１０で構成されるパターンユニットを上記半導体ウエハに造り込み、
（３Ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（３Ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、
（３Ｄ）上記の耐久性能をもとに、配線形成工程において異常を生じたか否かを判別する。
なお、以下に記載していないステップ（３Ａ）〜（３Ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１Ａ）〜（１Ｄ）の詳細と同様である。
【００９３】
上記のステップ（３Ｄ）では、電流印加条件に応じた判別がなされる。例えば、検査パターン３００が劣化を生じるまで電流を流す場合には、耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）が評価基準値以上であれば、配線形成工程は正常であったと判別し、評価基準値未満であれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００９４】
また、検査パターン３００及び補助パターン３１０が劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターン３００の耐久性能と補助パターン３１０の耐久性能の比が評価基準値以上であるか否かによって、配線形成工程に異常を生じたか否かを判別する。
【００９５】
また、固定の条件で電流を流す場合には、検査パターン３００が劣化を生じなければ、配線形成工程は正常であったと判別し、検査パターン３００が劣化を生じれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【００９６】
以上のように実施の形態３によれば、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としたエレクトロマイグレーション現象を抑制した検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、この検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、この耐久性能をもとに故障の有無を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、プロセス異常に起因した高抵抗部分を、半導体素子の製造工程において速やかにかつ効率良く検出することができ、上記の故障を含む半導体製品が市場に流出するのを防止できる。
【００９７】
また、全てのコンタクトユニットが基本コンタクトユニット３０３からなる検査パターン３００にプロセス異常に起因する故障を擬似した擬似異常コンタクトユニット３０５を挿入した補助パターン３１０によって、正常なプロセスで作成される検査パターン３００に上記の故障に相当する部分を簡単に造り込むことができる。そして、この補助パターン３１０及び検査パターン３００に電流を流し、それぞれの検査パターンの劣化までの耐久性能を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、故障の検出感度を簡単に検証することができる。また、検査パターンの検査により検出された潜在不良の程度（ボイドの大きさや、被膜不良の程度等）を、補助パターンについての測定データに基づいて推測することができる。
【００９８】
さらに、擬似異常コンタクトユニット３０５のコンタクト部３０５ａのコンタクト部サイズが基本コンタクトユニット３０３のコンタクト部３０３ａと同じであるので、擬似異常コンタクト部１０５ａのコンタクト部サイズが基本コンタクト部１０５ａと異なる上記実施の形態１よりも精度の高い検出感度特性を得ることができる。
【００９９】
＜実施の形態４＞
本発明の実施の形態４の検査パターンは、コンタクトユニットの間隔が５０μｍ以下のエレクトロマイグレーションを抑制したコンタクトチェーンからなり、それぞれのコンタクトユニットは、コンタクトチェーンの方向及びこの方向と垂直な方向にそれぞれ複数個ずつ配列されたコンタクト部で構成されている。ただし、擬似異常コンタクトユニットについては、コンタクトチェーンの方向にのみ複数個配置されたコンタクト部で構成されたコンタクトユニットである場合、コンタクトチェーンの方向と垂直な方向にのみ複数個の配置されたコンタクト部で構成されたコンタクトユニットである場合、及び単一のコンタクト部で構成されたコンタクトユニットである場合を含む。
【０１００】
実施の形態４の基本コンタクトユニットは、配線幅方向にｍ（ｍはｍ≧２なる整数）列にかつ配線長方向にｎ（ｎはｎ≧２なる整数）行に配置された配線長方向に配置されたｍ×ｎ個数のコンタクト部で構成されている。それぞれのコンタクト部列は、ｎ個のコンタクト部で構成され、それぞれのコンタクト部行は、ｍ個のコンタクト部で構成されている。
【０１０１】
また、実施の形態４の擬似異常コンタクトユニットは、上記の基本コンタクトユニットにおいて、コンタクト部個数を少なくしたものものである。この実施の形態４の擬似異常コンタクトユニットの形態としては、例えば以下の（１）〜（４）が考えられる。
（１）コンタクト部列数のみが基本コンタクトユニットよりも少なく、コンタクト部行数、それぞれのコンタクト部列を構成するコンタクト部の個数、及びそれぞれのコンタクト部行を構成するコンタクト部の個数は、基本コンタクトユニットと同じであるもの。
（２）コンタクト部行数のみが基本コンタクトユニットよりも少なく、コンタクト部列数、それぞれのコンタクト部列を構成するコンタクト部の個数、及びそれぞれのコンタクト部行を構成するコンタクト部の個数は、基本コンタクトユニットと同じであるもの。
（３）コンタクト部列数及びコンタクト部行数のみは基本コンタクトユニットと同じであり、いずれかのコンタクト部列又は／及びコンタクト部行を構成するコンタクト部の個数が基本コンタクトユニットのそれよりも少ないもの。
（４）コンタクト部列数又は／及びコンタクト部行数が基本コンタクトユニットよりも少なく、かついずれかのコンタクト部列又は／及びコンタクト部行を構成するコンタクト部の個数が基本コンタクトユニットのそれよりも少ないもの。
【０１０２】
実施の形態４の検査パターンは、その全てのコンタクトユニットを、上記実施の形態４の基本コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。また、実施の形態４の補助パターンは、実施の形態４の検査パターンにおいて、少なくとも１つの基本コンタクトユニットを、上記実施の形態４の擬似異常コンタクトユニットとしたコンタクトチェーンである。
【０１０３】
図４（ａ）は本発明の実施の形態４の検査パターン例を示す図であり、図４（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は補助パターンの例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）において、４００は検査パターン、４１０１，４１０２，４１０３は補助パターン、４０１は上層配線、４０２は下層配線、４０３は基本コンタクトユニット、４０３ａは基本コンタクトユニット４０３を構成するコンタクト部、４０４は電極端子、４０５１，４０５２，４０５３は擬似異常コンタクトユニット、４０５１ａ，４０５２ａ，４０５３ａは擬似異常コンタクトユニット４０５１，４０５２，４０５３を構成するコンタクト部である。
【０１０４】
図４（ａ）の検査パターン４００、並びに、図４（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）の補助パターン４１０１〜４１０３において、コンタクトユニットの間隔ｄは、エレクトロマイグレーションを抑制できる（バックフロー効果が現れる）５０μｍ以下である。また、上層配線４０１及び下層配線４０２の幅は、全て同じ値である。また、基本コンタクトユニット４０３を構成する全てのコンタクト部４０３ａ、及び擬似異常コンタクトユニット４０５１〜４０５３を構成する全てのコンタクト部４０５１ａ〜４０５３ａのサイズは、互いに同じである。また、コンタクトチェーンの両端には、電流印加のための電極端子４０４が設けられている。
【０１０５】
図４（ａ）の検査パターン４００は、複数の上層配線４０１と、複数の下層配線４０２と、複数の基本コンタクトユニット４０３と、２つの電極端子４０４とを備え、上層配線４０１と下層配線４０２の間（電極端子４０４との間を含む）をそれぞれ基本コンタクトユニット４０３で電気接続したコンタクトチェーンである。それぞれの基本コンタクトユニット４０３は、２列５行に配置された１０個のコンタクト部４０３ａで構成されている。
【０１０６】
図４（ｂ）の補助パターン４１０１は、検査パターン４００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット４０３を、擬似異常コンタクトユニット４０５１としたものである。擬似異常コンタクトユニット４０５１は、基本コンタクトユニット４０３よりもコンタクト部列数が少ない１列５行に配置された５個のコンタクト部４０５１ａで構成されている。擬似異常コンタクトユニット４０５１の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット４０３の合成コンタクト部抵抗の２倍である。
【０１０７】
この補助パターン４１０１は、検査パターン４００と同じ構成のパターンのいずれかの基本コンタクトユニット４０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット４０５１（５個コンタクト部構成）の部分は、抵抗が２倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット４０３（１０個コンタクト部構成）の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【０１０８】
図４（ｃ）の補助パターン４１０２は、検査パターン４００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット４０３を、異常コンタクトユニット４０５２としたものである。異常コンタクトユニット４０５２は、基本コンタクトユニット４０３よりもコンタクト部行数が少ない２列３行に配置された６個のコンタクト部４０５２ａで構成されている。擬似異常コンタクトユニット４０５２の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット４０３の合成コンタクト部抵抗の１０／６倍である。
【０１０９】
この補助パターン４１０２は、検査パターン４００と同じ構成のパターンのいずれかの基本コンタクトユニット４０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット４０５２（６個コンタクト部構成）の部分は、抵抗が１０／６倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット４０３（１０個コンタクト部構成）の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【０１１０】
図４（ｄ）の補助パターン４１０３は、検査パターン４００と同じ構成のパターンにおいて、１つの基本コンタクトユニット４０３を、異常コンタクトユニット４０５３としたものである。異常コンタクトユニット４０５３は、基本コンタクトユニット４０３よりもコンタクト部個数が少ない８個のコンタクト部４０５３ａで構成されている。この異常コンタクトユニット４０５３においては、コンタクト部４０５３ａは基本コンタクトユニット４０３と同じ２列５行に配置されているが、２列の内の１列が５個のコンタクト部４０５３ａで構成され、他の１列が３個のコンタクト部４０５３ａで構成されている。擬似異常コンタクトユニット４０５３の合成コンタクト部抵抗は、基本コンタクトユニット４０３の合成コンタクト部抵抗の１０／８倍である。
【０１１１】
この補助パターン４１０３は、検査パターン４００と同じ構成のパターンのいずれかの基本コンタクトユニット４０３に抵抗増加した故障を意図的に造り込んだものである。擬似異常コンタクトユニット４０５３（８個コンタクト部構成）の部分は、抵抗が１０／８倍に増加した疑似的な故障部分を意味し、基本コンタクトユニット４０３（１０個コンタクト部構成）の部分及び配線の部分は、正常な部分を意味する。
【０１１２】
次に、実施の形態４の検査パターンを用いた故障検出の準備は、例えば以下の（４ａ）〜（４ｄ）のステップによってなされる。
（４ａ）配線形成工程において、検査パターン４００、及び補助パターン４１０１，４１０２，４１０３のいずれか１つもしくは２つ或いは全てを含むパターンユニットを半導体ウエハに作成し、
（４ｂ）上記パターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（４ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）までの耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）のデータを収集し、
（４ｄ）上記の耐久性能のデータをもとに、検出感度特性の検証、電流印加条件及び評価基準（正常品か否かの判別基準）の設定等、故障検出試験を実施するための準備をする。
なお、この故障検出の準備では、正常なプロセスで上記パターンユニットが作成されることを前提とする。また、以下に記載していないステップ（４ａ）〜（４ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１ａ）〜（１ｄ）の詳細と同様である。
【０１１３】
上記のステップ（４ａ）において、上記パターンユニットには、必要に応じて、補助パターン４１０１，４１０２，４１０３の擬似コンタクトユニット４０５１，４０５２，４０５３の構成を変更した補助パターンが加えられる。例えば、基本コンタクトユニット４０３を４列コンタクト部構成としたとき、補助パターン４１０１において擬似コンタクトユニット４０５１のコンタクト部列数を、３列、２列とした補助パターンが加えられる。また、補助パターン４１０２において擬似コンタクトユニット４０５２のコンタクト部行数を、４行、２行、１行とした補助パターンが加えられる。また、補助パターン４１０３において擬似コンタクトユニット４０５３のコンタクト部個数を、９個、７個、…、１個とした補助パターンが加えられる。
【０１１４】
また、上記のステップ（４ｂ）及び（４ｃ）において、電流印加により、検査パターンにおいて最も抵抗値が大きい部分が最も発熱量が大きく、最も早く劣化を生じる。つまり、最も抵抗値が大きい部分は、検査パターン４００では、いずれかの基本コンタクトユニット４０３（１０個コンタクト部構成）の部分であり、補助パターン４１０１，４１０２，４１０３では、それぞれ擬似コンタクトユニット４０５１（５個コンタクト部構成），４０５２（６個コンタクト部構成），４０５３（８個コンタクト部構成）の部分である。このため、検査パターン４００では、最も抵抗値の大きい基本コンタクトユニット４０３の部分で劣化を生じ、その箇所はランダムに存在する。一方、補助パターン４１０１，４１０２，４１０３では、それぞれ擬似コンタクトユニット４０５１，４０５２，４０５３の部分で劣化を生じる。擬似コンタクトユニット４０５１，４０５２，４０５３の合成コンタクト部抵抗は基本コンタクトユニット４０３の合成コンタクト部抵抗のそれぞれ２倍、１０／６倍、１０／８倍なので、補助パターン４１０１，４１０２，４１０３の耐久性能が検査パターン４００のそれよりも明らかに低下しているか否かをそれぞれ検証することによって、上記の２倍、１０／６倍、１０／８倍の抵抗増加について検出感度があるか否かを検証できる。
【０１１５】
次に、実施の形態４の検査パターンを用いた故障の検出試験は、例えば以下の（４Ａ）〜（４Ｄ）のステップによってなされる。
（４Ａ）製品（半導体チップ）の多層配線構造が半導体ウエハのチップ領域に造り込まれる配線形成工程において、検査パターン４００からなるパターンユニット、又は、検査パターン４００及び補助パターン４１０１，４１０２，４１０３のいずれかで構成されるパターンユニットを上記半導体ウエハに造り込み、
（４Ｂ）上記のパターンユニットのそれぞれの検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、
（４Ｃ）それぞれの検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、
（４Ｄ）上記の耐久性能をもとに、配線形成工程において異常を生じたか否かを判別する。
なお、以下に記載していないステップ（４Ａ）〜（４Ｄ）の詳細については、上記実施の形態１のステップ（１Ａ）〜（１Ｄ）の詳細と同様である。
【０１１６】
上記のステップ（４Ｄ）では、電流印加条件に応じた判別がなされる。例えば、検査パターン４００が劣化を生じるまで電流を流す場合には、耐久性能（劣化までに消費されるエネルギー、劣化までの時間等）が評価基準値以上であれば、配線形成工程は正常であったと判別し、評価基準値未満であれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【０１１７】
また、検査パターン４００と補助パターン４１０１，４１０２、４１０３のいずれかが劣化を生じるまで電流を流す場合には、検査パターン４００の耐久性能と補助パターン４１０１，４１０２、４１０３のいずれかの耐久性能の比が評価基準値以上であるか否かによって、配線形成工程に異常を生じたか否かを判別する。
【０１１８】
また、固定の条件で電流を流す場合には、検査パターン４００が劣化を生じなければ、配線形成工程は正常であったと判別し、検査パターン４００が劣化を生じれば、配線形成工程に異常を生じたと判別する。
【０１１９】
以上のように実施の形態４によれば、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としたエレクトロマイグレーション現象を抑制した検査パターンの両端に電流（▲１▼定電流、▲２▼リニア増加電流、▲３▼ステップ増加電流、又は、▲４▼定電圧、リニア増加電圧、若しくは、ステップ増加電圧による電流）を流し、この検査パターンの劣化（抵抗増加又は破壊）についての耐久性能を試験し、この耐久性能をもとに故障の有無を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、プロセス異常に起因した高抵抗部分を、半導体素子の製造工程において速やかにかつ効率良く検出することができ、上記の故障を含む半導体製品が市場に流出するのを防止できる。
【０１２０】
また、全てのコンタクトユニットが基本コンタクトユニット４０３からなる検査パターン４００にプロセス異常に起因する故障を擬似した擬似異常コンタクトユニット４０５１，４０５２，４０５３を挿入した補助パターン４１０１，４１０２，４１０３によって、正常なプロセスで作成される検査パターン４００に上記の故障に相当する部分を簡単に造り込むことができる。そして、この補助パターン４１０１，４１０２，４１０３及び検査パターン４００に電流を流し、それぞれの検査パターンの劣化までの耐久性能を評価することにより、上記実施の形態１と同様に、故障の検出感度を簡単に検証することができる。また、検査パターンの検査により検出された潜在不良の程度（ボイドの大きさや、被膜不良の程度等）を、補助パターンについての測定データに基づいて推測することができる。
【０１２１】
さらに、擬似異常コンタクトユニットのコンタクト部のコンタクト部サイズが基本コンタクトユニットのコンタクト部と同じであるので、擬似異常コンタクト部と基本コンタクト部のコンタクト部サイズが異なる上記実施の形態１よりも精度の高い検出感度特性を取得することができる。また、コンタクトユニットを複数コンタクト部列及び複数コンタクト部行で構成しているので、コンタクトユニットを一列構成とした上記実施の形態２及び一行構成とした上記実施の形態３よりも幅広い検出感度特性を得ることができる。
【０１２２】
なお、上記本発明の実施の形態１〜４においては、コンタクト部底部においての酸化物の一部エッチング残り、タングステンの埋込み空洞、コンタクト部天部の界面異常等、プロセス異常に起因する故障がコンタクトユニット（配線との接合部を含む）に発生する例を説明したが、配線においての金属材料関連の故障（例えば、接触界面の変質及び反応、装置トラブル等による金属材料自身の欠陥混入、金属被膜率の劣化等）を検出することも可能である。また、上記本発明の実施の形態１〜４においては、２層配線構造について説明しているが、３層以上の多層配線構造にも適用可能である。さらに、多層配線構造の材料に関しても、一般に用いられる様々な材料について適用可能である。
【０１２３】
＜実施の形態５＞
図７は、本発明の実施の形態５に係る検査方法で使用する検査パターン５０１を一部省略して示す概略的な平面図である。また、図８は、図７をＳ８−Ｓ８線で切る面を概略的に示す縦断面図である。
【０１２４】
検査パターン５０１は、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するために半導体ウエハ上のチップ領域以外の領域又はテグ領域に形成される。ここで、潜在不良とは、半導体装置の特性検査の一つであるプロービング工程において計測された多層配線構造の電気的特性（抵抗値や配線ショートの有無等）からは、異常有りと判定されないが（正常の範囲内の測定値が得られるが）、実際の使用状態が続いた場合に、多層配線構造の溶断等の故障を発生させる可能性のある軽微な不良（多層配線構造内のコンタクト部の微小なボイドや、配線の被膜性の若干の不良等）である。
【０１２５】
検査パターン５０１は、回路として機能するチップ領域（製品となるの部分）の多層配線構造に対しては実施することのできない（即ち、配線の破壊を伴う）電気特性検査を行うための配線パターンである。検査パターン５０１は、半導体ウエハ上に、チップ領域の形成工程と共通するプロセスで形成される。また、検査パターン５０１は、チップ領域に形成される多層配線構造と同じ又は類似する構造を含むように形成することが望ましい。検査パターン５０１の検査によって、潜在不良が検出された場合には、その検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも、同様の潜在不良が存在する可能性が高いと考えることができる。
【０１２６】
図７及び図８に示されるように、検査パターン５０１は、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線５０２と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線５０３と、複数の下層配線５０２と複数の上層配線５０３との間に備えられた絶縁層５０４とを有する。また、検査パターン５０１は、複数の上層配線５０３と複数の下層配線５０２とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように複数の上層配線５０３と複数の下層配線５０２とを電気的に接続する複数のコンタクトユニット５０５と、コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子５０６，５０７とを有する。
【０１２７】
また、実施の形態５においては、コンタクトユニット５０５は、１個のコンタクトホールに形成された１つのコンタクト部５０５ａによって構成されている。なお、図７においては、コンタクトチェーンの中央部を省略している。また、コンタクトチェーンの平面形状は、図７のものに限定されない。
【０１２８】
実施の形態５においては、複数のコンタクトユニット５０５の内、下層配線５０２又は上層配線５０３の長手方向に隣り合うもの同士の間隔（コンタクトユニット５０５の中心位置同士の間隔）ｄが５０μｍ以下になるように、複数の下層配線５０２の長さ、複数の上層配線５０３の長さ、及び、コンタクトユニット５０５の位置を設定している。この５０μｍ以下という値は、上層配線５０３又は下層配線５０２にエレクトロマイグレーションによる劣化を生じさせない値である。５０μｍ以下の配線（Ａｌ配線）であれば、エレクトロマイグレーションによる劣化が生じないことは、実際の試験（電流を流し、その後顕微鏡観察する）を通じて確認された。
【０１２９】
５０μｍ以下の配線であれば、エレクトロマイグレーションによる劣化が生じない理由には、長さが短い配線において顕著に現われるバックフロー効果が考えられる。長さが短い配線においてバックフロー効果が顕著に現われる理由は、長さの短い配線の場合には、電子の流れの圧力により、電子の流れの上流に位置する配線構成原子が電子の流れの下流に移動すると、短時間で電子の流れの下流側の端部付近において配線構成原子が高密度状態になり、バックフロー効果（電子の流れの下流側において高密度状態になった配線構成原子により電子の流れの上流側に向けて原子を押し返す力に起因する効果）が大きくなるからであると考えられる。言い換えれば、長い配線の場合には、電子の流れの圧力により、電子の流れの上流に位置する配線構成原子が電子の流れの下流に移動して、電子の流れの下流側の端部付近において配線構成原子が高密度状態になったとしても、電子の流れの下流側の端部付近から離れている部分（即ち、電子の流れの上流部分）にまでバックフロー効果が及ばないからであると考えられる。
【０１３０】
また、実施の形態５においては、複数のコンタクトユニット５０５の内、下層配線５０２又は上層配線５０３の長手方向に隣り合うもの同士の間隔（コンタクトユニット５０５の中心位置同士の間隔）ｄは０．４μｍ程度以上になるように設定される。
【０１３１】
実施の形態５の検査パターン５０１の寸法の具体例は、以下の通りである。間隔ｄは５μｍ、コンタクトホールの開口幅は０．１μｍ〜２μｍ程度、コンタクトホールの深さは０．１μｍ〜５μｍ程度、下層配線５０２及び上層配線５０３の線幅は０．１μｍ〜１０μｍ程度、下層配線５０２及び上層配線５０３の厚さは０．１μｍ〜２μｍ程度である。これらの値は例示であり、本発明の各部の寸法は、これらの値に限定されない。
【０１３２】
図８に示されるように、複数の下層配線５０２は、金属で構成される。また、複数の上層配線５０３及び複数のコンタクトユニット５０５も、金属で構成される。また、図８に示されるように、複数の上層配線５０３と複数のコンタクトユニット５０５とは、同じ金属で構成されている。
【０１３３】
下層配線５０２は、バリアメタル５０２ａと、その上に形成された主配線５０２ｂとから構成される。上層配線５０３は、バリアメタル５０３ａと、主配線５０３ｂとから構成される。バリアメタル５０２ａ及びバリアメタル５０３ａとしては、ＴｉＮ、Ｔｉ、ＴｉＳｉ２、ＣｏＳｉ２等の金属材料が使用される。バリアメタル５０２ａ及びバリアメタル５０３ａは、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法等によって形成される。主配線５０２ｂ及び５０３ｂとしては、例えば、Ａｌが使用される。また、主配線５０２ｂ及び５０３ｂとして、アルミニウム合金や、銅、銅合金等を使用することもできる。主配線５０２ｂ及び５０３ｂは、例えば、スパッタ法で形成される。主配線５０２ｂ及び５０３ｂが銅である場合には、メッキ法によって形成することもできる。
【０１３４】
なお、図９に示されるように、下層配線５１０を、半導体基板５１１に不純物を拡散させた不純物層で構成してもよい。
【０１３５】
また、図１０に示されるように、コンタクト部５２０の金属を上層配線５２１とは異なる金属で構成してもよい。図１０において、５２０ａはコンタクト部５２０のバリアメタル（例えば、ＴｉＮ）、５２０ｂはコンタクト部５２０の主配線（例えば、タングステン）である。また、５２１ａは上層配線５２１のバリアメタル（例えば、ＴｉＮ）、５２１ｂは上層配線５２１の主配線（例えば、Ａｌ）である。
【０１３６】
図１１は、半導体ウエハ上における検査パターン５０１の配置例を示す平面図である。図１１に示されるように、検査パターン５０１は、半導体ウエハ５００のチップ領域５３０以外の領域（例えば、グリッドライン５３２付近）、又は、テグ領域５３１に形成される。なお、図１２に示されるように、検査パターン５０１を、半導体ウエハ５００の１つのチップ領域５３０に対して２個又はそれ以上備えてもよい。
【０１３７】
図１３は、実施の形態５に係る検査方法を実施する検査システムの構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、検査システム５４０は、電圧印加・電流測定装置５４１と、判定装置５４２と、検査パターンの電極端子５０６，５０７に接続するプローブ５４３，５４４とを有する。電圧印加・電流測定装置５４１は、検査パターンの１対の電極端子５０６，５０７間に電圧を印加し、コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する。判定装置５４２は、電圧印加・電流測定装置５４１により取得された印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、検査パターン５０１の潜在不良の有無を判定する。判定装置５１２は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。判定装置５１２には、以下に説明する判定用の基準データに基づく判定基準が保持されている。
【０１３８】
図１４は、Ａｌを主配線とする下層配線５５１と上層配線５５２と正常なコンタクト部５５３を概略的に示す縦断面図である。図１５は、図１４の正常なコンタクト部５５３にステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータを示すグラフである。このデータは、１Ｖの電圧を１秒間保持し、次に、２Ｖの電圧を１秒間保持し、次に、３Ｖの電圧を１秒間保持し、さらに１Ｖずつステップ状に電圧を増加させ、各電圧が印加されたときにおける電流値を測定することによって得られた。コンタクト部５５３が正常である（ボイド及び被膜性不良がない）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。多数の検査パターンについて試験を行った結果、正常なコンタクト部５５３についての印加電圧対測定電流特性として、図１５に示されるものが得られた。
【０１３９】
図１６は、Ａｌを主配線とする下層配線５５１と上層配線５５２と異常な（ボイド５５５のある）コンタクト部５５４を概略的に示す縦断面図である。図１７は、図１６の異常なコンタクト部５５４にステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータを示すグラフである。このデータの測定方法は、図１５のコンタクト部についてのデータ測定方法と同じである。コンタクト部５５４が異常である（ボイド５５５がある）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。ボイドのある多数の検査パターンについて試験を行った結果、ボイドのある異常なコンタクト部５５４についての印加電圧対測定電流特性として、図１７に示されるように、溶断直前に急激な電流増加を含む特性が得られた。このように、溶断直前に急激な電流増加が現われる理由は、溶断前に上層配線５５２を構成する金属（例えば、Ａｌ）が溶融してボイド５５５を消滅させ、接触部増加に伴う抵抗値低下が瞬間的に生じるためと考えられる。
【０１４０】
図１８は、Ａｌを主配線とする下層配線５５１と上層配線５５２と異常な（被膜性劣化箇所５５６のある）コンタクト部５５４を概略的に示す縦断面図である。図１９は、図１８の異常なコンタクト部５５４にステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータを示すグラフである。このデータの測定方法は、図１５のコンタクト部についてのデータ測定方法と同じである。コンタクト部５５４が異常である（被膜性劣化箇所５５６のある）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。異常のある多数の検査パターンについて試験を行った結果、被膜性劣化のある異常なコンタクト部５５４についての印加電圧対測定電流特性としては、図１９に示されるように、溶断直前に電流増加が飽和する特性が得られた。このように、溶断直前に電流増加が飽和する理由は、溶断前に上層配線を構成する金属が溶融して主配線（例えば、Ａｌ）の消失部が現われ、抵抗値の大きいバリアメタルのみで電流を流す期間が存在し、その後、高融点金属で構成されるバリアメタルのジュール発熱が促進され、溶断に至るためと考えられる。
【０１４１】
図２０は、図１５、図１７、図１９の実測電流値の微分値ｄＩ／ｄｔを示すグラフである。図２０において、曲線５６１は、図１５の正常なコンタクト部のｄＩ／ｄｔを、曲線５６２は、図１７のボイドのあるコンタクト部のｄＩ／ｄｔを、曲線５６３は、図１９の被膜性劣化のあるコンタクト部のｄＩ／ｄｔを示す。
【０１４２】
図１４から図２０までに説明された方法により測定されたデータ又はこのデータに基づく基準値は、図１３の検査システム５４０の判定装置５４２に予め保持しておく。
【０１４３】
次に、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査方法を説明する。半導体装置の検査は、図１３に示される検査システム５４０を用いて、半導体装置に形成された検査パターン５０１について行う。先ず最初に、検査パターン５０１の１対の電極端子間に電圧を印加し、コンタクトチェーンに流れる電流を測定する操作を、値の異なる複数の印加電圧について実行することによって、検査パターンの印加電圧対測定電流特性を取得する。印加電圧は、図１４及び図１５で説明したように、所定時間Δｔ（例えば、１秒）経過するごとに所定電圧ΔＶ（例えば、１Ｖ）増加させるステップ増加電圧である。ただし、所定時間Δｔは、１秒には限定されず、また、所定電圧ΔＶは１Ｖに限定されない。また、印加電圧は、所定時間経過するごとに所定電圧増加させるリニア増加電圧であってもよい。
【０１４４】
次に、判定装置５４２が、検査パターン５０１の印加電圧対測定電流特性を、予め決められた基準値と比較することによって、検査パターンの潜在不良の有無を判定する。この判定は、例えば、直交座標系の横軸を印加電圧とし縦軸を測定電流として描かれた印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、検査パターンの溶断が生じる直前の勾配に基づいて行われる。
【０１４５】
具体的に言えば、印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、検査パターン５０１の溶断が生じる直前の勾配が所定の基準値（例えば、図１７の特性曲線の溶断直前の勾配に基づいて定められた基準値）以下であれば検査パターン５０１のいずれのコンタクト部にもボイドがないと判定し、それ以外のときにはいずれかのコンタクト部にボイドがあると判定する。また、印加電圧対測定電流特性に関する特性曲線の、検査パターンの溶断が生じる直前の勾配が所定の基準値（例えば、図１９の特性曲線の溶断直前の勾配に基づいて定められた基準値）以上であれば検査パターンのいずれのコンタクト部にも被膜性不良がないと判定し、それ以外のときにはいずれかのコンタクト部に被膜性不良があると判定する。
【０１４６】
また、図２０に示されるように、電流微分値特性に関する特性曲線に、検査パターン５０１の溶断が生じる直前に急激な上昇が認められれば（例えば、図２０の曲線５６２）検査パターンのいずれかのコンタクト部にボイドがあると判定し、電流微分値特性に関する特性曲線に、検査パターンの溶断が生じる直前の勾配が所定の基準値（例えば、図２０の曲線５６３の勾配に基づいて定められた基準値）以下であれば検査パターンのいずれかのコンタクト部に被膜性不良があると判定することもできる。
【０１４７】
以上説明したように実施の形態５に係る検査方法によれば、従来のプロービング試験では検出できなかった検査パターン５０１の潜在不良を検出することができる。この検査方法により、検査パターン５０１に潜在不良が検出された場合には、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高い。このため、実施の形態５に係る検査方法を用いれば、従来のプロービング試験では異常と判定されずに市場に流出していた、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【０１４８】
＜実施の形態６＞
図２１は、実施の形態６に係る検査方法を実施する検査システムの構成を示すブロック図である。図２１に示されるように、検査システム６４０は、定電流印加・電圧測定装置６４１と、判定装置６４２と、検査パターン５０１の電極端子５０６，５０７に接続するプローブ６４３、６４４とを有する。定電流印加・電圧測定装置６４１は、検査パターンの１対の電極端子５０６，５０７間に定電流を流し、コンタクトチェーンの両端に現われる電圧を測定することによって、検査パターン５０１の経過時間対測定電圧特性を取得する。判定装置６４２は、定電流印加・電圧測定装置６４１により取得された経過時間対測定電圧特性を、予め決められた基準特性と比較することによって、検査パターン５０１の潜在不良の有無を判定する。判定装置６１２は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成することができる。判定装置６１２には、以下に説明する判定用の基準データに基づく基準値が保持されている。
【０１４９】
図２２は、図１４の正常なコンタクト部５５３に定電流を流したときの電圧変動を実測したデータを示すグラフである。定電流の値は、図１５に示される溶断時の電流値の９０％の電流値である。ただし、電流値としては、溶断時の電流値の７０％から９９％までの範囲内で定められた他の値を設定してもよい。コンタクト部５５３が正常である（ボイド及び被膜性不良がない）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。多数の検査パターンについて試験を行った結果、正常なコンタクト部５５３についての経過時間対測定電圧特性は、図２２に示されるように、一定の電圧値になった。
【０１５０】
図２３は、図１６の異常なコンタクト部５５４に定電流を流したときの電圧変動を実測したデータを示すグラフである。このデータの測定方法は、図２２のデータ測定方法と同じである。コンタクト部５５４が異常である（ボイド５５５がある）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。ボイドのある多数の検査パターンについて試験を行った結果、ボイドのある異常なコンタクト部５５４についての経過時間対測定電圧特性は、図２３に示されるように、時間経過に伴って大きく低下する電圧変動を示すものとなった。このように、電圧が低下する理由は、主配線の溶融によりボイドが徐々に小さくなるにつれて、コンタクト部における抵抗値が低下し、その結果、電圧が低下するためと考えられる。
【０１５１】
図２４は、図１８の異常なコンタクト部５５４に定電流を流したときの電圧変動を実測したデータを示すグラフである。このデータの測定方法は、図１５のデータ測定方法と同じである。コンタクト部５５４が異常である（被膜性劣化箇所５５６のある）ことの確認は、顕微鏡観察によって確認した。異常のある多数の検査パターンについて試験を行った結果、被膜性劣化のある異常なコンタクト部５５４についての経過時間対測定電圧特性は、図２４に示されるように、溶断直前に電圧増加する特性になった。このように、溶断直前に電圧増加する理由は、溶断前に上層配線を構成する主電極層（例えば、Ａｌ）が溶融して消失部が現われ、高抵抗のバリアメタルのみで接続されて期間があるためと考えられる。
【０１５２】
図２２から図２４までに説明された方法により測定されたデータ又はこのデータに基づく基準値は、図２１の検査システム６４０の判定装置６４２に予め保持しておく。
【０１５３】
次に、半導体ウエハに形成された多層配線構造の潜在不良を検出するための検査方法を説明する。半導体装置の検査は、図２１に示される検査システム６４０を用いて、半導体装置に形成された検査パターン５０１について行う。先ず最初に、検査パターン５０１の１対の電極端子間に所定電流を流し、１対の電極端子間の電圧の時間変化を測定する操作を実行することによって、検査パターン５０１の経過時間対測定電圧特性を取得する。定電流の値は、図１５に示される溶断時の電流値の９０％の電流値である。ただし、電流値としては、溶断時の電流値の７０％から９９％までの範囲内で定められた他の値を設定してもよい。
【０１５４】
次に、検査パターンの経過時間対測定電圧特性に基づいて、検査パターンの潜在不良の有無を判定する。この判定は、時間経過に伴う測定電圧の変動値に基づいて行われる。
【０１５５】
具体的にいえば、時間経過に伴う測定電圧の変動値に所定値以上の減少がなければ、検査パターンのいずれのコンタクト部にもボイドがないと判定し、それ以外のときにはいずれかのコンタクト部にボイドがあると判定する。また、時間経過に伴う測定電圧の変動値が所定値以上の増加がなければ、検査パターンのいずれのコンタクト部にも被膜性不良がないと判定し、それ以外のときにはいずれかのコンタクト部に被膜性不良があると判定する。
【０１５６】
以上説明したように実施の形態６に係る検査方法によれば、従来のプロービング試験では検出できなかった検査パターン５０１の潜在不良を検出することができる。この検査方法により、検査パターン５０１に潜在不良が検出された場合には、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高い。このため、実施の形態６に係る検査方法を用いれば、従来のプロービング試験では異常と判定されずに市場に流出していた、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【０１５７】
＜実施の形態７＞
図２５は、本発明の実施の形態７に係る検査方法で使用される検査パターンを一部省略して示す平面図である。検査パターン７０１は、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線７０２と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線７０３と、複数の下層配線７０２と複数の上層配線７０３との間に備えられた絶縁層とを有する。また、検査パターン７０１は、複数の上層配線７０３と複数の下層配線７０２とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように複数の上層配線７０３と複数の下層配線７０２とを電気的に接続する複数のコンタクトユニット７０５と、コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子７０６，７０７とを有する。
【０１５８】
また、実施の形態７においては、コンタクトユニット７０５は、配線の幅方向に並ぶ２個のコンタクトホールに形成された２つのコンタクト部７０５ａ，７０５ｂによって構成されている。なお、図２５においては、コンタクトチェーンの中央部を省略している。また、コンタクトチェーンの平面形状は、図２５のものに限定されない。実施の形態７において、上記以外の点は、上記実施の形態５又は６と同一である。
【０１５９】
以上説明したように実施の形態７に係る検査方法によれば、従来のプロービング試験では検出できなかった検査パターン７０１の潜在不良を検出することができる。この検査方法により、検査パターン７０１に潜在不良が検出された場合には、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高い。このため、実施の形態７に係る検査方法を用いれば、従来のプロービング試験では異常と判定されずに市場に流出していた、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【０１６０】
また、実施の形態７の検査パターンは実施の形態５又は６の場合よりも全抵抗を低くでき、かつコンタクトホールの数を２倍に増やすことができ、不良存在確率が増えるため、潜在不良の検出感度が高くなる。
【０１６１】
＜実施の形態８＞
図２６は、本発明の実施の形態８に係る検査方法に使用される検査パターンを一部省略して示す平面図である。実施の形態８に係る検査パターン８０１は、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線８０２と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線８０３と、複数の下層配線８０２と複数の上層配線８０３との間に備えられた絶縁層とを有する。また、実施の形態８に係る検査パターン８０１は、複数の上層配線８０３と複数の下層配線８０２とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように複数の上層配線８０３と複数の下層配線８０２とを電気的に接続する複数のコンタクトユニット８０５と、コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子８０６，８０７とを有する。
【０１６２】
また、実施の形態８においては、コンタクトユニット８０５は、１個のコンタクトホールに形成された１つのコンタクト部８０５ａによって構成されている。なお、図２６においては、コンタクトチェーンの中央部を省略している。また、コンタクトチェーンの平面形状は、図２６のものに限定されない。
【０１６３】
実施の形態８においては、複数のコンタクトユニット８０５の内、下層配線８０２又は上層配線８０３の長手方向に隣り合うもの同士の間隔が５０μｍより長くなるように、複数の下層配線８０２の長さ、複数の上層配線８０３の長さ、及び、コンタクトユニット８０５の位置を設定している。実施の形態８において、上記以外の点は、上記実施の形態５又は６と同一である。
【０１６４】
検査パターン８０１に電流を流した場合、主配線の構成原子（例えば、Ａｌ）原子の移動（エレクトロマイグレーション現象）が生じる。上層配線８０３のコンタクト部８０５ａのＡｌ被膜率が悪い場合は、被膜率の悪い部分からのエレクトロマイグレーションが加速され、Ａｌの消失が加速される。その結果、高融点金属から成るバリアメタルでのジュール発熱が促進され溶断に至る。従って、コンタクトユニット間隔が５０μｍ以下の実施の形態１〜７の検査パターンに比べると、ジュール発熱だけでなく、エレクトロマイグレーション現象も加わるため、潜在不良をより早く浮き立たせること、従って、試験時間の短縮が可能となる。
【０１６５】
また、実施の形態８に係る検査方法によれば、従来のプロービング試験では検出できなかった検査パターン８０１の潜在不良を検出することができる。この検査方法により、検査パターン８０１に潜在不良が検出された場合には、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高い。このため、実施の形態８に係る検査方法を用いれば、従来のプロービング試験では異常と判定されずに市場に流出していた、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【０１６６】
＜実施の形態９＞
図２７は、本発明の実施の形態９に係る検査方法に使用される検査パターンを一部省略して示す平面図である。実施の形態９に係る検査パターン９０１は、互いに間隔をあけて配列された複数の下層配線９０２と、互いに間隔をあけて配列された複数の上層配線９０３と、複数の下層配線９０２と複数の上層配線９０３との間に備えられた絶縁層とを有する。また、実施の形態９に係る検査パターン９０１は、複数の上層配線９０３と複数の下層配線９０２とが交互に直列に接続されたコンタクトチェーンを構成するように複数の上層配線９０３と複数の下層配線９０２とを電気的に接続する複数のコンタクトユニット９０５と、コンタクトチェーンの両端に電気的に接続された１対の電極端子９０６，９０７とを有する。
【０１６７】
また、実施の形態９においては、コンタクトユニット９０５は、配線の幅方向に並ぶ２個のコンタクトホールに形成された２つのコンタクト部９０５ａ，９０５ｂによって構成されている。なお、図２７においては、コンタクトチェーンの中央部を省略している。また、コンタクトチェーンの平面形状は、図２７のものに限定されない。
【０１６８】
実施の形態９においては、複数のコンタクトユニット９０５の内、下層配線９０２又は上層配線９０３の長手方向に隣り合うもの同士の間隔が５０μｍより長くなるように、複数の下層配線９０２の長さ、複数の上層配線９０３の長さ、及び、コンタクトユニット９０５の位置を設定している。実施の形態９において、上記以外の点は、上記実施の形態５又は６と同一である。
【０１６９】
検査パターン９０１に電流を流した場合、主配線の構成原子（例えば、Ａｌ）原子の移動（エレクトロマイグレーション現象）が生じる。上層配線９０３のコンタクト部９０５ａ，９０５ｂのＡｌ被膜率が悪い場合は、被膜率の悪い部分からのエレクトロマイグレーションが加速され、Ａｌの消失が加速される。その結果、高融点金属から成るバリアメタルでのジュール発熱が促進され溶断に至る。従って、コンタクトユニット間隔が５０μｍ以下の実施の形態１〜７の検査パターンに比べると、ジュール発熱だけでなく、エレクトロマイグレーション現象も加わるため、潜在不良をより早く浮き立たせること、従って、試験時間の短縮が可能となる。
【０１７０】
また、実施の形態９に係る検査方法によれば、従来のプロービング試験では検出できなかった検査パターン９０１の潜在不良を検出することができる。この検査方法により、検査パターン９０１に潜在不良が検出された場合には、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高い。このため、実施の形態９に係る検査方法を用いれば、従来のプロービング試験では異常と判定されずに市場に流出していた、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【０１７１】
また、実施の形態９の検査パターンは実施の形態８の場合より全抵抗を低くでき、かつコンタクトホールの数を２倍に増やすことができるので、不良存在確率が増えるため、潜在不良の検出感度が高くなる。
【０１７２】
なお、上記実施の形態１〜９においては、２層配線を例にとって説明したが、本発明は、それ以上の多層配線についても適用可能である。
【０１７３】
また、上記実施の形態５〜９においては、配線幅方向のコンタクトホール数を１個、２個の場合で説明したが、それ以上の数でも同様な効果が得られる。また、配線長手方向のコンタクトホール数を２個以上としてもよい。
【０１７４】
また、実施の形態５〜９の検査方法を、実施の形態１〜４の検査パターン及び補助パターンに適用できる。
【０１７５】
また、実施の形態１〜４の補助パターンを用いて、実施の形態５〜９の検査パターンの故障の程度を推定することもできる。
【０１７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の検査方法又は半導体装置の検査システムを用いて多層配線構造の潜在不良を検出すれば、この検査パターンと共通するプロセスで形成されたチップ領域の多層配線構造にも潜在不良が存在する可能性が高いことがわかり、潜在不良を有する可能性の高い半導体装置の市場への流出を回避できるので、流通する製品の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【０１７７】
また、本発明の請求項２に記載の半導体装置の検査方法においては、コンタクトユニットの間隔を５０μｍ以下としてエレクトロマイグレーション現象による抵抗増加を抑制しているので、正常なコンタクトユニットに潜在不良があると判定する誤判定のおそれを低減でき、正確な故障検出が可能になるという効果がある。
【０１７８】
また、本発明の請求項３に記載の半導体装置の検査方法においては、コンタクトユニットの間隔を５０μｍより長くしてエレクトロマイグレーション現象を利用しているので、潜在不良をより早く浮き立たせること、従って、試験時間の短縮が可能となるという効果がある。
【０１７９】
また、本発明の請求項３に記載の半導体装置の検査方法においては、コンタクトユニットの間隔を５０μｍより長くしてエレクトロマイグレーション現象を利用しているので、潜在不良をより早く浮き立たせること、従って、試験時間の短縮が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る検査パターンを示す平面図であり、（ｂ）は実施の形態１に係る補助パターンを示す平面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態２に係る検査パターンを示す平面図であり、（ｂ）は実施の形態２に係る補助パターンを示す平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態３に係る検査パターンを示す平面図であり、（ｂ）は実施の形態３に係る補助パターンを示す平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態４に係る検査パターンを示す平面図であり、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は実施の形態４に係る補助パターンを示す平面図である。
【図５】半導体ウエハにおいてのチップ領域及びグリッドラインの配置例を概略的に示す平面図である。
【図６】図５においての本発明の実施の形態に係る検査パターン及び補助パターンの配置例を概略的に示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態５に係る検査方法で使用される検査パターンを一部省略して示す平面図である。
【図８】図７をＳ８−Ｓ８線で切る面を概略的に示す縦断面図である。
【図９】実施の形態５に係る検査パターンの他の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図１０】実施の形態５に係る検査方法で使用される検査パターンのさらに他の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図１１】実施の形態５に係る検査方法を実施する検査パターンの配置例を示す平面図である。
【図１２】実施の形態５に係る検査方法で使用される検査パターンの他の配置例を示す平面図である。
【図１３】実施の形態５に係る検査方法を実施するシステムの構成を示すブロック図である。
【図１４】正常なコンタクト部を概略的に示す縦断面図である。
【図１５】図１４の正常なコンタクト部を有する検査パターンにステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図１６】ボイドを含む異常なコンタクト部を概略的に示す縦断面図である。
【図１７】図１６の異常なコンタクト部を含む検査パターンにステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図１８】被膜率劣化箇所を含む異常なコンタクト部を概略的に示す縦断面図である。
【図１９】図１８の異常なコンタクト部を含む検査パターンにステップ状に増加する電圧を印加したときの電流値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図２０】図１５、図１７、図１９の実測電流値の微分値を示すグラフである。
【図２１】本発明の実施の形態６に係る検査方法を実施するシステムの構成を示すブロック図である。
【図２２】図１４の正常なコンタクト部に定電流を印加したときの電圧値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図２３】図１６の異常なコンタクト部に定電流を印加したときの電圧値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図２４】図１８の異常なコンタクト部に定電流を印加したときの電圧値を実測したデータ（検査パターンの検査前の準備段階で取得しておくデータ）を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施の形態７に係る検査方法で使用される検査パターンを一部省略した平面図である。
【図２６】本発明の実施の形態８に係る検査方法で使用される検査パターンを一部省略した平面図である。
【図２７】本発明の実施の形態９に係る検査方法で使用される検査パターンを一部省略した平面図である。
【図２８】半導体素子の多層配線構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  半導体ウエハ、
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  チップ領域、
３，５３２  グリッドライン（スクライブライン）、
４  パターンユニット、
４０，１００，２００，３００，４００，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１  検査パターン、
４１，１１０，２１０，３１０，４１０１，４１０２，４１０３  補助パターン、
１０１，２０１，３０１，４０１，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２上層配線、
１０２，２０２，３０２，４０２，５０３，６０３，７０３，８０３，９０３下層配線、
１０３，２０３，３０３，４０３  基本コンタクトユニット、
１０３ａ  基本コンタクト部、
２０３ａ，３０３ａ，４０３ａ，６０５ａ，７０５ａ，７０５ｂ，８０５ａ，９０５ａ，９０５ｂ  コンタクト部、
１０４，２０４，３０４，４０４，５０６，５０７，６０６，６０７，７０６，７０７，８０６，８０７，９０６，９０７  電極端子、
１０５，２０５，３０５，４０５１，４０５２，４０５３  擬似異常コンタクトユニット、
１０５ａ  擬似異常コンタクト部、
２０５ａ，３０５ａ，４０５１ａ，４０５２ａ，４０５３ａ，５５３，５５４コンタクト部、
５０４  絶縁層、
５０５，６０５，７０５，８０５，９０５  コンタクトユニット、
５３０  チップ領域、
５３１  テグ領域、
５５５  ボイド、
５５６  被膜性劣化部、
５４０，６４０  検査システム、
５４１，６４１  電圧印加・電流測定装置、
５４２，６４２  判定装置、
５４３，５４４，６４３，６４４  プローブ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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