(57)【要約】【課題】従来の方法では、配線の抵抗率を高精度で求めることができない。【解決手段】配線評価装置１は、計算部２０、および推定部３０を備えている。計算部２０は、残留抵抗率比を求める計算手段である。残留抵抗率比は、被評価配線の残留抵抗率と基準配線の残留抵抗率との比として定義される。推定部３０は、残留抵抗率比と、基準配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、被評価配線についての配線パラメータを推定する推定手段である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求めるステップと、
前記残留抵抗率比と、前記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、前記第２の配線についての前記配線パラメータを推定するステップと、
を含むことを特徴とする配線評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の配線評価方法において、
第１の温度での前記第１の配線の抵抗値と前記第１の温度よりも低い第２の温度での前記第１の配線の抵抗値との比を第１の抵抗値比とし、前記第１の温度での前記第２の配線の抵抗値と前記第２の温度での前記第２の配線の抵抗値との比を第２の抵抗値比としたとき、
前記残留抵抗率比は、前記第１の抵抗値比から１を減じた値と、前記第２の抵抗値比から１を減じた値との比として得られる配線評価方法。
【請求項３】
請求項２に記載の配線評価方法において、
前記第１および前記第２の温度の各々での前記第１の配線の抵抗値、ならびに前記第１および前記第２の温度の各々での前記第２の配線の抵抗値を測定するステップを含む配線評価方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の配線評価方法において、
前記第１の温度は、室温である配線評価方法。
【請求項５】
請求項２乃至４いずれかに記載の配線評価方法において、
前記第２の温度は、３０Ｋ以下である配線評価方法。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の配線評価方法において、
前記配線パラメータは、抵抗率、不純物濃度またはエレクトロマイグレーション寿命改善率である配線評価方法。
【請求項７】
基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求めるステップと、
前記残留抵抗率比と、前記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、前記第２の配線についての前記配線パラメータを推定するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする配線評価プログラム。
【請求項８】
基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求める手段と、
前記残留抵抗率比と、前記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、前記第２の配線についての前記配線パラメータを推定する手段と、
を備えることを特徴とする配線評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線評価方法、配線評価プログラムおよび配線評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線の抵抗率を求める従来の方法としては、例えば、次の方法が挙げられる。すなわち、当該配線の抵抗値の測定と共に、ＳＥＭやＴＥＭ等を用いて配線断面の寸法の測定を行い、式：Ｒ＝ρＬ／Ｓに従って抵抗率ρを算出する方法である。ここで、Ｒ、ＬおよびＳは、それぞれ配線の抵抗値、長さおよび断面積である。
【０００３】
なお、本発明に関連する先行技術文献としては、特許文献１および非特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−１８４８２７号公報
【非特許文献１】Kenji HINODE et al., "Resistivity Increase in Ultrafine-Line Copper Conductor for ULSIs", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. L1097-L1099, Part 2, No. 10B, 15 October 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細な配線の寸法には、無視できない大きさのばらつきが存在する。しかしながら、１つの断面について測定した寸法には、このばらつきが反映されない。そのため、上述の方法では、配線の抵抗率を高精度で求めることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による配線評価方法は、基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求めるステップと、上記残留抵抗率比と、上記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、上記第２の配線についての上記配線パラメータを推定するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明による配線評価プログラムは、基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求めるステップと、上記残留抵抗率比と、上記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、上記第２の配線についての上記配線パラメータを推定するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による配線評価装置は、基準試料である第１の配線の残留抵抗率と、被評価試料である第２の配線の残留抵抗率との比として定義される残留抵抗率比を求める手段と、上記残留抵抗率比と、上記第１の配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、上記第２の配線についての上記配線パラメータを推定する手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、残留抵抗率比を用いて、抵抗率等の配線パラメータを推定する。この残留抵抗率比は、配線の寸法が未知であっても算出することが可能である。したがって、配線寸法のばらつきの影響を受けることなく、配線パラメータを高精度で推定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、配線パラメータを高精度で推定することが可能な配線評価方法、配線評価プログラムおよび配線評価装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明による配線評価装置の一実施形態を示すブロック図である。配線評価装置１は、測定部１０、計算部２０、および推定部３０を備えている。測定部１０は、第１の温度および第２の温度の各々での基準配線（第１の配線）の抵抗値、ならびに第１の温度および第２の温度の各々での被評価配線（第２の配線）の抵抗値を測定する測定手段である。基準配線および被評価配線は、それぞれ当該配線評価における基準試料および被評価試料である。
【００１２】
第１の温度は、室温であることが好ましい。第２の温度は、第１の温度よりも低い温度であり、好ましくは極低温（３０Ｋ以下）である。第２の温度は、より好ましくは２０Ｋ以下、さらに好ましくは４Ｋ以下である。以下では、第１および第２の温度がそれぞれ室温および極低温であるものとして説明する。
【００１３】
測定部１０による測定結果は、記憶部４０に格納される。測定部１０の機能は、例えばＣＰＵによって実現することができる。また、記憶部４０の機能は、例えばＲＯＭまたはＲＡＭ等のメモリによって実現することができる。
【００１４】
計算部２０は、残留抵抗率比（ＮＲＲ：Normalized Residual Resistivity）を求める計算手段である。計算部２０による計算結果は、記憶部４０に格納される。計算部２０の機能は、例えばＣＰＵによって実現することができる。
【００１５】
ＮＲＲは、（１）式に示すように、被評価配線の残留抵抗率ρ０_２と基準配線の残留抵抗率ρ０_１との比として定義される。このＮＲＲは、ＲＲＲ１（第１の抵抗値比）から１を減じた値とＲＲＲ２（第２の抵抗値比）から１を減じた値との比として得られる。
【数１】
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ここで、ＲＲＲ１およびＲＲＲ２は、それぞれ基準配線および被評価配線のＲＲＲ（Residual Resistance Ratio）である。
【００１６】
ＲＲＲは、（２）式に示すように、室温での抵抗値Ｒ（ＲＴ）と極低温での抵抗値Ｒ（２０Ｋ）との比である。ここでは、極低温を２０Ｋとしている。
【数２】
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つまり、室温での基準配線の抵抗値と極低温での基準配線の抵抗値との比がＲＲＲ１であり、室温での被評価配線の抵抗値と極低温での被評価配線の抵抗値との比がＲＲＲ２である。
【００１７】
（２）式においては、配線の抵抗率の温度依存性についてマーティセンの法則（（３）式）が成り立つことを利用している。
【数３】
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ここで、ρline（Ｔ）はある温度Ｔにおける配線の抵抗率、ρbulk（Ｔ）はある温度Ｔにおけるバルク材の抵抗率、ρ０は不純物散乱、表面散乱および粒界散乱等に起因する残留抵抗率である。ρ０は温度依存性を持たないことが知られている。
【００１８】
図２は、配線の抵抗値と温度との関係を示すグラフである。このグラフは、不純物濃度が相異なる３種類のＣｕＡｌ配線について温度依存性を測定した結果を示している。不純物（Ａｌ）濃度が低い方から順に、線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３で示されている。具体的には、線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ、ＣｕＡｌシード膜の厚みが４０ｎｍ、６０ｎｍおよび９０ｎｍである場合に相当する。
【００１９】
図１に戻って、推定部３０は、ＮＲＲと、基準配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、被評価配線についての配線パラメータを推定する推定手段である。配線パラメータとしては、抵抗率、不純物濃度、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）の寿命改善率、およびストレス誘起ボイド（ＳＩＶ）の発生率等が挙げられる。推定部３０の機能も、例えばＣＰＵによって実現することができる。
【００２０】
本発明による配線評価方法の一実施形態として、配線評価装置１の動作の一例を説明する。この方法は、概括すると、ＮＲＲを求めるステップと、配線パラメータを推定するステップと、を含むものである。
【００２１】
配線評価装置１のかかる動作は、配線評価プログラムがコンピュータ（すなわち配線評価装置１）に上記各ステップを実行させることにより実現される。この配線評価プログラムは、上述の記憶部４０に格納されている。なお、記憶部４０は物理的に１つのメモリである必要はなく、２つ以上のメモリから構成されていてもよい。例えば、記憶部４０は、計算部２０による計算の途中結果等が格納されるＲＡＭと、配線評価プログラム等が格納されるＲＯＭとを含んでいてもよい。
【００２２】
図３のフローチャートを参照しつつ、本実施形態に係る配線評価方法をより詳細に説明する。まず、被評価配線および基準配線を準備する（Ｓ３１，Ｓ３２）。これらの被評価配線および基準配線は、着目する工程以外は、共通の工程によって形成されたものであることが好ましい。次に、被評価配線および基準配線の各々について、室温で抵抗値を測定する（Ｓ３３，Ｓ３４）。また、被評価配線および基準配線の各々について、極低温で抵抗値を測定する（Ｓ３５，Ｓ３６）。抵抗値の測定は、例えば、真空試料室を有するプローバ等を用いた４端子法によって行うことができる。
【００２３】
なお、ステップＳ３３およびステップＳ３５の実行順序は、任意である。すなわち、ステップＳ３３よりも前に、ステップＳ３５を実行してもよい。ステップＳ３４およびステップＳ３６の実行順序についても同様である。また、ステップＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６は、配線評価の度に実行する必要はない。すなわち、基準配線の抵抗値に関しては、以前の配線評価の際にデータベース（図１の記憶部４０に相当）に格納された測定結果を用いてもよい。
【００２４】
続いて、上記（２）式および（３）式を用いて、ＮＲＲを算出する（Ｓ３７）。その後、ＮＲＲと基準配線について既知である配線パラメータとの関係に基づいて、被評価配線についての配線パラメータを推定する（Ｓ３８）。
【００２５】
例えば配線パラメータとして抵抗率を推定する場合であれば、まず、基準配線のρ０すなわちρ０_１を求める。基準試料のρline（Ｔ）は既知であるから、ρ０_１は（３）式から算出することができる。ρbulk（Ｔ）には、文献値を用いることができる。次に、ρ０_１とＮＲＲとの積を計算し、ρ０_２を求める（（１）式参照）。そして、再び（３）式を用いることで、被評価配線の抵抗率ρline（Ｔ）が得られる。
【００２６】
配線パラメータとして不純物添加量を推定する場合には、例えば図４のグラフを利用することができる。グラフの縦軸はＮＲＲを表し、横軸は配線幅（ｎｍ）を表している。不純物濃度が低い方から順に、印Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４で示されている。具体的には、印Ｍ１は、不純物が添加されていないＣｕ配線上にＣｏＷＰキャップ膜を形成した場合の測定結果を示している。また、印Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４は、図２と同様、それぞれＣｕＡｌシード膜の厚みが４０ｎｍ、６０ｎｍおよび９０ｎｍである場合に相当する。
【００２７】
このグラフから、不純物濃度を変えることによりＮＲＲが変化すること、すなわちＮＲＲが不純物濃度に依存することがわかる。この関係を用いることにより、ＮＲＲの値から被評価配線の不純物濃度を推定することができる。また、図４のグラフからは、配線幅が広くなるにつれて、単位面積あたりの不純物添加量が大きくなることもわかる。
【００２８】
配線パラメータとして配線信頼性を推定する場合には、例えば図５のグラフを利用することができる。配線信頼性にはＥＭ寿命改善率およびＳＩＶ発生率等が含まれるが、ここでは前者を推定する例を示す。グラフの縦軸はＥＭ寿命改善率Ttf ratioを表し、横軸はＮＲＲ（の自然対数）を表している。線Ｌ４は、不純物が添加されていないＣｕ配線上にＣｏＷＰキャップ膜を形成した場合の測定結果を示している。線Ｌ５は、不純物が添加されていないＣｕ配線上にＰＳＡＢ（Plasma CVD Self Aligned Barrier）膜を形成した場合の測定結果を示している。また、線Ｌ６は、ＣｕＡｌ配線についての測定結果を示している。
【００２９】
このグラフに見られるＥＭ寿命改善率とＮＲＲとの相関を用いることにより、ＮＲＲの値から被評価配線のＥＭ寿命改善率を推定することができる。また、図５のグラフにおいて、フィッティング直線の傾きは、ＥＭ寿命改善効率を表している。したがって、このグラフから、不純物種によるＥＭ寿命改善効率を定量的に評価することも可能である。
【００３０】
本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、ＮＲＲを用いて配線パラメータを推定している。このＮＲＲは、配線の寸法が未知であっても算出することが可能である。したがって、配線寸法のばらつきの影響を受けることなく、配線パラメータを高精度で推定することができる。本実施形態によれば、半導体装置の製造工程の途中で、各種の配線パラメータを非破壊で定量的に推定することができる。
【００３１】
上述した従来の方法、すなわち式：Ｒ＝ρＬ／Ｓに従って抵抗率ρを算出する方法では、体系的なデータを取得する場合（例えば配線幅を変えてデータを取得する場合）に、大量の断面解析を行う必要が生じ、多大な手間がかかってしまう。本実施形態によれば、かかる問題も回避することができる。
【００３２】
第１の温度が室温である場合、当該温度での抵抗率の測定を容易に行うことができる。なお、第１の温度は、第２の温度よりも高く且つ配線の融点よりも低い温度であれば、室温以外の温度でもよい。ただし、ＮＲＲを高い精度で得る観点から、第１の温度は第２の温度よりも充分に高い温度であることが好ましい。
【００３３】
第２の温度が極低温である場合、ＮＲＲの誤差を小さくすることができる。第２の温度が２０Ｋ以下であれば、かかる効果が顕著になる。第２の温度が４Ｋ以下であれば、かかる効果が一層顕著になる。
【００３４】
また、本実施形態においては、室温および極低温の各々での被評価配線の抵抗値、ならびに室温および極低温の各々での基準配線の抵抗値を測定し、それらの値を用いてＮＲＲを算出している。このため、ＮＲＲの算出に文献値等の実験外パラメータを用いる必要がない。このことも、配線パラメータの推定精度の向上に寄与する。
【００３５】
ところで、特許文献１には、７７Ｋ程度の低温での抵抗値と室温での抵抗値との比を算出し、その比とＥＭ寿命との相関から、被評価試料のＥＭ寿命を推定する方法が開示されている。しかしながら、この方法では、不純物散乱、不純物濃度および不純物種が考慮されておらず、ＥＭ寿命改善効果が比較できない。
【００３６】
特に最近の微細配線においては、寸法のばらつきによって表面散乱や粒界散乱が無視できない抵抗率の差を生じる。そのため、抵抗率のみの比較では、生じた抵抗率の差が不純物散乱に起因するものか、表面散乱、粒界散乱のばらつきに起因するものかを比較できない。すなわち、配線寸法が電子の平均自由工程に近づいたことにより、寸法のばらつきが配線抵抗率に及ぼす効果が無視できなくなってきた。加えて、実験により配線中の不純物、配線寸法等が異なるため、バルク材の抵抗率と被評価試料の抵抗率とを比較するだけでは、純粋な不純物添加効果を議論することができない。
【００３７】
これに対して本実施形態においては、基準試料を用い、それと被評価試料との間で残留抵抗率の比を求めている。このため、配線パラメータの変化に寄与した因子を特定することができる。
【００３８】
また、非特許文献１には、７７Ｋ程度の低温での抵抗値と室温での抵抗値との比を用いて抵抗率を算出する方法が開示されている。ただし、基準抵抗に文献値を用いるため、着目した不純物導入工程の影響を独立して評価することができない。
【００３９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては配線評価装置に測定部が設けられた例を示したが、測定部は設けられていなくてもよい。配線評価装置の外で抵抗値の測定を行い、その結果を同装置に入力するようにしてもよい。また、抵抗値の測定は、配線評価プログラムに従って自動で実行されてもよいし、手動で実行されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による配線評価装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】配線の抵抗値と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明による配線評価方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】配線パラメータの推定の一例を説明するためのグラフである。
【図５】配線パラメータの推定の一例を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１    配線評価装置
１０    測定部
２０    計算部
３０    推定部
４０    記憶部
【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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