(57)【要約】      （修正有）【課題】ノジュールの発生を、容易且つ確実に低コストで評価可能な半導体装置、半導体ウェハ、及び半導体装置の評価方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハ１におけるダイシングラインＤ上に直に、蛇行した回路パターンを有するアルミニウム配線２を形成し、このアルミニウム配線２の接続端子２ａ、２ｂに接続された電極パッド（図示せず）を介して電流を流す。そして、このアルミニウム配線２の抵抗値に基づいて、半導体ウェハ１とアルミニウム配線２との界面に発生するノジュールの評価を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に直接金属配線を形成してなり、前記金属配線の端子間抵抗が測定可能となっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属配線は、前記半導体層内に形成されたウェル上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層は、シリコンから構成されているとともに、前記金属配線は、アルミニウムを含有する金属材料から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体層上に直接金属配線を形成してなり、前記金属配線の端子間抵抗が測定可能となっていることを特徴とする半導体ウェハ。
【請求項５】
前記金属配線は、ダイシングライン上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェハ。
【請求項６】
前記半導体層は、シリコンから構成されているとともに、前記金属配線は、アルミニウムを含有する金属材料から構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体ウェハ。
【請求項７】
半導体層と金属配線との間に発生するノジュールを評価する方法であって、
前記半導体層上に直接形成された金属配線の抵抗値を測定し、この抵抗値に基づいて、前記ノジュールの評価を行うことを特徴とする半導体装置の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体層と金属配線との間に発生する絶縁不良を評価するために有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＯＳトランジスタなどの半導体装置を製造する配線工程において、シリコン基板（半導体基板）の上面にＡｌを含む金属材料からなる金属配線（例えば、Ａｌ−Ｓｉ配線など）を接続する場合には、プロセス温度からの冷却時にＡｌ中に存在するＳｉ原子が拡散し、金属配線内にＳｉからなるノジュール（析出物）が発生してしまうおそれがあった。
【０００３】
このノジュールが発生すると、シリコン基板と金属配線とを接続するコンタクトホールの抵抗値が増加してしまい、回路特性に悪影響を与えてしまう。
このため、シリコン基板と金属配線との界面に、ＳｉとＡｌの反応を抑制するシリサイド膜（Ｗ，Ｍｏ，Ｐｔなどのシリコン化合物）や、ＴｉＮ、ＴｉＷなどのバリア金属膜を形成することで、ノジュールの発生を抑制する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の手段においては、シリサイド膜やバリア金属膜を形成するための工程が増加してしまうため、製造コストが増大してしまうという不具合があった。
また、近年、半導体装置の小型化及び高集積化が進むにつれ、半導体ウェハ上に形成された複数の素子パターンをＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）にパッケージングした後ダイシングを行うＷＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  ＣｈｉｐＳｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が広く適用されるようになってきている。このようなＷＣＳＰでパッケージされた半導体素子は、約５００℃に近い高温で実装を行う必要があるため、ノジュールの発生をますます助長させてしまう結果となっている。
【０００５】
そこで、上述の特許文献１に記載の手段のみならず、半導体装置の全製造工程或いは部分的な工程で、評価用の素子や回路が搭載された半導体ウェハ或いは半導体装置（ＴＥＧ：Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）を作成することにより、ノジュールの発生を正確に評価することが重要視されてきている。そして、ノジュールの析出量やその析出箇所などの解析結果を製造工程にフィードバックすることで、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）製造プロセスの最適化条件の確立、新プロセスの開発、或いはプロセス制御を行うことが切望されている。
【０００６】
ここで、ノジュールを評価するための手段として、図４に示すように、シリコン基板１０内の所定領域に互いに離間して複数設けられた不純物の拡散層１０Ａと、この拡散層１０Ａ上を覆う絶縁膜２０と、この絶縁膜２０上に選択的に設けられた開口部Ｃを介して互いに隣り合う二つの拡散層１０Ａどうしを接続するＳｉ−Ａｌ合金の第一層配線金属３０と、この第一層配線金属３０上を覆う層間絶縁膜４０と、この層間絶縁膜４０上に選択的に設けられたビアＶを介して第一層配線金属３０と接続されるＳｉ−Ａｌ合金の第二層配線金属５０と、第一層配線金属３０の端部と接続される電極パッド（図示せず）と、から構成された半導体装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
この半導体装置は、第二層配線金属５０を介して第一層配線金属３０に電流を流すと、図４に示す矢印のように、第一層配線金属３０内と拡散層１０Ａ内とを蛇行して電流が流れるようになる。このとき、第一層配線金属３０内にノジュールが発生していると抵抗値が大きくなるため、ノジュールの発生を確認することができるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６０−１３２３６４号公報。
【特許文献２】
特開２００１−４４２５５号公報。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献２に記載の半導体装置においては、構成が複雑であるため、製造コストが増大してしまうという不具合があった。
また、特許文献２に記載の半導体装置においては、シリコン基板１０内の拡散層１０Ａと第一層配線金属３０のオーミック接続の状態に応じてノジュールの発生を確認するようにしているため、ノジュールの析出量などを正確に把握することは困難であった。このため、発生したノジュールの解析結果を製造工程にフィードバックさせるためには、ノジュールが発生したＴＥＧに対して第一層及び第二層配線金属３０、５０や絶縁膜２０、４０を上層から剥離して、表面観察、断面観察、材料分析などの物理的分析によりノジュールを解析するという煩雑な作業が必要であった。
【００１０】
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ノジュールの発生を、容易且つ確実に低コストで評価可能な半導体装置、半導体ウェハ、及び半導体装置の評価方法を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体層上に直接金属配線を形成してなり、前記金属配線の端子間抵抗が測定可能となっていることを特徴とするものである。
ここで、本発明の半導体装置において、前記金属配線は、前記半導体層内に形成されたウェル上に形成されているようにしてもよい。
【００１２】
また、本発明の半導体装置において、前記半導体層は、シリコンから構成されているとともに、前記金属配線は、アルミニウムを含有する金属材料から構成されている場合に好適に用いることができる。
本発明の半導体ウェハは、半導体層上に直接金属配線を形成してなり、前記金属配線の端子間抵抗が測定可能となっていることを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、本発明の半導体ウェハにおいて、前記金属配線は、ダイシングライン上に形成されていることが好ましい。
また、本発明の半導体ウェハにおいて、前記半導体層は、シリコンから構成されているとともに、前記金属配線は、アルミニウムを含有する金属材料から構成されている場合に好適に用いることができる。
【００１４】
本発明の半導体装置の評価方法は、半導体層と金属配線との間に発生するノジュールを評価する方法であって、前記半導体層上に直接形成された金属配線の抵抗値を測定し、この抵抗値に基づいて、前記ノジュールの評価を行うことを特徴とするものである。
本発明の半導体装置によれば、半導体層上に直接金属配線が接続されてなり、端子間抵抗が測定可能となっていることによって、この金属配線に電流を流すと、半導体層の抵抗が金属配線の抵抗よりも大幅に高いため、金属配線のみに電流が流れるようになる。よって、半導体層と金属配線との界面でノジュールが発生すると、金属配線の抵抗値が増加するため、容易且つ正確にノジュールの発生を検出することが可能となる。
【００１５】
また、本発明の半導体装置によれば、金属配線は、半導体層内に形成されたウェル上に形成されていることによって、ウェルの抵抗が金属配線の抵抗よりも大幅に高いため、半導体層の抵抗値が低い場合であっても金属配線のみに電流が流れるようになる。よって、本発明の半導体装置を、製品となる半導体装置内にＴＥＧとして組み込む場合であっても、容易且つ正確にノジュールの発生を検出することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明の半導体装置によれば、半導体層上に直接金属配線が形成されてなる簡単な構造であるため、製造コストを低減させるとともに、半導体層と金属配線との接触面積に対するノジュールの発生量を容易に算出し、正確に解析することが可能となる。
本発明の半導体ウェハは、半導体層上に直接金属配線が接続されてなり、端子間抵抗が測定可能となっていることによって、この金属配線に電流を流すと、半導体層の抵抗が金属配線の抵抗よりも大幅に高いため、金属配線のみに電流が流れるようになる。よって、半導体層の金属配線との界面でノジュールが発生すると、金属配線の抵抗値が増加するため、容易且つ正確にノジュールの発生を検出することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の半導体ウェハによれば、金属配線がダイシングライン上に形成されていることによって、半導体装置の製造工程におけるノジュールの発生を、容易且つ正確に検出することが可能となる。
本発明の半導体装置の評価方法によれば、半導体層上に直接形成された金属配線の抵抗値に基づいてノジュールの評価を行うことによって、製造コストを低減できるとともに、容易且つ正確にノジュールを評価することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の半導体装置の評価方法によれば、半導体層上に直接形成された金属配線の抵抗値に基づいてノジュールの評価を行うことによって、発生したノジュールに対して物理的分析を行わなくても、半導体層と金属配線との接触面積に対するノジュールの析出量を容易に算出・解析することができる。よって、ノジュールの評価結果を、半導体装置の製造工程における操業条件にフィードバックすることができ、ＬＳＩ製造プロセスの最適化条件の確立、新プロセスの開発、或いはプロセス制御を効率よく行うことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態における半導体装置を示し、（ａ）はウェハに形成された状態を示す平面図、（ｂ）は部分拡大平面図である。
【００２０】
図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った部分拡大断面図である。
本実施形態におけるＴＥＧ１００は、図１（ａ）に示すように、シリコンウェハ（半導体ウェハ）１において、半導体素子形成領域Ｓを矩形状に区画するダイシングラインＤ上に形成されている。
このＴＥＧ１００は、図１（ｂ）及び図２に示すように、シリコンウェハ１上に直に、蛇行した回路パターンを有するアルミニウム配線（金属配線）２が形成されており、このアルミニウム配線２の接続端子２ａ、２ｂは、それぞれ電極パッド（図示せず）を介してシリコンウェハ１外部の電極と接続可能となっている。
【００２１】
次に、本実施形態におけるＴＥＧ１００の製造方法について説明する。
まず、シリコンウェハ１の半導体素子形成領域Ｓに形成する、例えばＭＯＳトランジスタなどの半導体素子の配線工程において、シリコンウェハ１上面全体に、公知のスパッタリング法を用いて、アルミニウム配線用金属膜（図示せず）を成膜する。
【００２２】
次いで、シリコンウェハ１の上面全体に成膜されたアルミニウム配線用金属膜上に、半導体素子形成領域Ｓに形成する回路パターンと、ＴＥＧ形成領域に形成する蛇行した回路パターンとは覆い、それ以外は露出するようなマスクパターンを成膜した状態で公知のプラズマエッチングを行い、半導体素子形成領域Ｓ及びＴＥＧ形成領域のそれぞれに、所望のアルミニウム配線２を形成する。このとき、シリコンウェハ１上の半導体素子形成領域Ｓにおいては、シリコンウェハ１にアルミニウム配線２が接続されるとともに、ＴＥＧ形成領域においては、シリコンウェハ１上にアルミニウム配線２が直接形成されたＴＥＧ１００が完成する。そして、ＴＥＧ１００を構成するアルミニウム配線２の接続端子２ａ、２ｂの上面に、シリコンウェハ１外部の電極と接続可能な電極パッドを形成する。
【００２３】
続いて、本実施形態におけるＴＥＧ１００を用いたノジュール評価方法について説明する。
まず、ＴＥＧ１００を構成するアルミニウム配線２の接続端子２ａ、２ｂに、電極パッドを介して電流を流すことで抵抗値を測定する。このとき、シリコンウェハ１の抵抗はアルミニウム配線２の抵抗よりも大幅に高いため、アルミニウム配線２の抵抗値のみを測定することができる。
【００２４】
ここで、シリコンウェハ１とアルミニウム配線２との界面に、ノジュールが析出している場合には、蓄積されたノジュールによってアルミニウム配線２の断面積が小さくなるため、抵抗値が増大する。
そして、単位面積あたりに存在する既知のノジュールに対する抵抗値を予め測定して検量線を作成しておくことで、測定された抵抗値から、シリコンウェハ１及びアルミニウム配線２の接触面積に対するノジュールの析出量を算出することができる。
【００２５】
本実施形態におけるＴＥＧ１００によれば、シリコンウェハ１上に直接アルミニウム配線２が形成されていることによって、アルミニウム配線２のみに電流を流すことができる。よって、このアルミニウム配線２の抵抗値に基づいて、シリコンウェハ１とアルミニウム配線２との界面に発生したノジュールを評価することができるため、ノジュールの評価を短時間で且つ低コストで実施することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態におけるＴＥＧ１００によれば、シリコンウェハ１上に直接アルミニウム配線２が形成された簡単な構造であるため、従来のように、発生したノジュールに対して物理的分析を行わなくても、シリコンウェハ１とアルミニウム配線２との接触面積に対するノジュールの析出量を容易且つ確実に算出することができる。よって、測定・解析した結果を製造工程にフィードバックすることで、ＬＳＩ製造プロセスの最適化条件の確立、新プロセスの開発、或いはプロセス制御を効率よく行うことが可能となる。
【００２７】
さらに、本実施形態におけるＴＥＧ１００によれば、シリコンウェハ１のダイシングラインＤに形成したことによって、半導体装置の製造工程途中におけるノジュールの発生を検出することができる。
＜第二実施形態＞
図３は、第二実施形態における半導体装置を示す部分拡大断面図である。
【００２８】
本実施形態におけるＴＥＧ１００Ａは、シリコンウェハ１上の半導体素子形成領域Ｓ内に形成され、最終的に製品となる半導体装置内に組み込まれて構成されるものである。このＴＥＧ１００Ａは、図３に示すように、公知の不純物導入技術によりシリコンウェハ１内に形成されたウェル１Ａの上面に直接、第一実施形態と同様の回路パターンにアルミニウム配線２が形成されている。
【００２９】
このような構成のＴＥＧ１００Ａによれば、製品となる半導体装置内に組み込むことによって、製品となる半導体装置の電気的特性を常時評価することが可能となる。このとき、アルミニウム配線２を、シリコンウェハ１上に形成されたウェル１Ａの上面に形成したことによって、シリコンウェハ１のウェル１Ａ内にＰ型やＮ型の導電性不純物拡散層（図示せず）が形成され、半導体ウェハ１の抵抗値が低くなる場合であっても、ウェル１Ａの抵抗がアルミニウム配線２の抵抗よりも大幅に高いため、アルミニウム配線２のみの抵抗値を測定することが可能となる。よって、製品となる半導体装置内にＴＥＧ１００Ａを形成する場合であっても、第一実施形態と同様の効果を期待することができる。
【００３０】
なお、第一及び第二の実施形態においては、ＴＥＧ１００、１００Ａを、シリコンウェハ１上に直接アルミニウム配線２を接続する場合に発生するノジュールの評価に適用したが、半導体層と金属配線との界面にノジュールが発生する可能性のある組み合わせであれば、半導体層及び金属配線の組み合わせはこれに限らず適用することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、半導体層と金属配線との界面で発生するノジュールを容易且つ正確に検出することが可能となる。
また、本発明の半導体装置によれば、半導体層の抵抗値が低い場合であっても、半導体層と金属配線との界面で発生するノジュールを容易且つ正確に検出することができるため、製品となる半導体装置の電気的特性を容易に評価することが可能となる。
【００３２】
さらに、本発明の半導体装置によれば、製造コストを大幅に削減することができるとともに、半導体層と金属配線との接触面積に対するノジュールの析出量を容易に算出することが可能となる。
本発明の半導体ウェハによれば、半導体層と金属配線との界面で発生するノジュールを容易且つ正確に検出することが可能となる。
【００３３】
また、本発明の半導体ウェハによれば、製造途中における半導体装置の電気的特性を容易に評価することが可能となる。
本発明の半導体装置の評価方法によれば、ノジュールの評価に要するコストを低減させるとともに、容易且つ正確にノジュールを評価することが可能となる。
また、本発明の半導体装置の評価方法によれば、発生したノジュールに対して物理的分析を行わなくても、半導体層と金属配線との接触面積に対するノジュールの析出量を容易に算出・解析することができるため、ＬＳＩ製造プロセスの最適化条件の確立、新プロセスの開発、或いはプロセス制御を効率よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施形態における半導体装置を示し、（ａ）はウェハに形成された状態を示す平面図、（ｂ）は部分拡大平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った部分拡大断面図である。
【図３】第二実施形態における半導体装置を示す部分拡大断面図である。
【図４】従来のＴＥＧを示す断面図である。
【符号の説明】１、１０…シリコンウェハ（半導体ウェハ）。１Ａ、１０Ａ…ウェル。２…アルミニウム配線（金属配線）。１００、１００Ａ…ＴＥＧ（半導体装置）。２０…絶縁膜。３０…第一層配線金属。４０…層間絶縁層。５０…第二層配線金属。Ｄ…ダイシングライン。Ｓ…半導体素子形成領域。
【図１】
2004235424.tif 000003
【図２】
2004235424.tif 000004
【図３】
2004235424.tif 000005
【図４】
2004235424.tif 000006