(57)【要約】【課題】  ３層以上の多層配線構造においても、最上層配線に対して電位コントラスト法によって全層のビアの異常をチェックし、異常ビアの発生層と発生箇所の特定を可能にする。【解決手段】  第１ビア３１によりチェーン状に接続されて基板に導通された下層配線（第１層配線２１、第２層配線２２）と、この下層配線に対して枝分かれ状にビア（第２ないし第４ビア３２〜３４）により電気接続された複数の上層配線（第３層配線〜第５層配線）２３〜２５とを備える。異常のあるビアの層に対応して最上層の配線２５の電位コントラスト像が変化されるので、当該電位コントラスト像から全ての層にわたって異常ビアの発生層と発生箇所を特定する事が可能になる。【選択図】  図１
2005108913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下層配線と上層配線とを接続するビアの異常を検査するためのビアチェック構造であって、チェーン状に接続されて基板に導通された下層配線と、前記下層配線に対して枝分かれ状にビア接続された複数の上層配線とを備えることを特徴とするビアチェック構造。
【請求項２】
前記上層配線は複数層に形成され、順次下層から上層に向けて各層を構成する配線の個数が増大されるとともに、１つの下層側の配線に対して複数の上層側の配線がそれぞれビア接続されていることを特徴とする請求項１に記載のビアチェック構造。
【請求項３】
前記下層配線は、複数の配線からなる第１層配線と、前記第１層配線に対して第１ビアによりチェーン状に接続された複数の配線からなる第２層配線とを備え、前記第１層配線の一部において前記基板にコンタクトにより導通され、前記第２層配線に対して前記上層配線がビアにより接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のビアチェック構造。
【請求項４】
前記上層配線のうち最下層に位置する配線は前記第２層配線に対して第２ビアにより接続されていることを特徴とする請求項３に記載のビアチェック構造。
【請求項５】
前記上層配線において１つの下層側の配線に対して２つの上層側の配線がビア接続されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のビアチェック構造。
【請求項６】
前記上層配線のうち最上層に位置する配線に対して電子ビームを照射し、当該上層配線で発生する二次電子を検出して前記上層配線の電位コントラスト像を得るとともに、この電位コントラストに基づいて前記ビアの異常を検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のビアチェック構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に形成される多層配線構造のビアをチェックするための構造に関し、特に電子ビームを照射した際に得られる最上層配線パターンの電位コントラスト像の特徴により異常ビアの発生層と発生位置を特定することを可能にしたビアチェック構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年における半導体装置の高集積化に伴い、半導体装置に形成する配線の微細パターン化及び多層化が進められている。この多層配線構造では上下の配線層をビア（スルーホール）によって相互に電気接続することで目的とする配線を構築しているが、配線パターンの微細化に伴ってビアの径寸法も縮小なるため、ビアが貫通しない状態、すなわち上下の配線を電気接続することができなくなるビアのオープン異常が生じている。このようなオープン異常を未然に防ぐため、従来からビアチェックが行われている。このビアチェックでは、基本的には多層配線構造の下層配線と上層配線およびこれらを接続するビアによりチェーン状のチェック構造を形成し、このチェーンの始端と終端との間の電気的な導通を測定することで、電気抵抗が所定以上の場合にオープン異常であると判定している。そして、オープン異常と判定された場合には、その異常ビアを特定し断面構造を確認することで原因の特定や対策を実施する。通常、異常ビアの特定には、対象とするビアチェック素子の上層配線を露出させた後に、電子ビームを照射した際に得られる電位コントラスト像を観察し異常箇所を特定する手法（電位コントラスト法）が用いられている。このような電位コントラスト法は、例えば特許文献１，２，３に開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１５５１１号公報
【特許文献２】特開２００２−２９６３１４号公報
【特許文献３】特開２００３−７７９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１，２，３に開示されている電位コントラスト法は、下層配線と、上層配線と、これらを接続するビアとで構成される、いわゆる２層構造の配線においてビアのオープン異常をチェックする場合には有効である。しかしながら、３層以上の多層配線構造においては、電位コントラストによって観察可能な最上層の配線に接続されていないビアについてはチェックすることは困難である。そのため、３層以上の多層配線構造について特許文献１，２，３の技術を適用する場合には、チェック対象とするビアにつながる上層配線パターンを露出させる必要がある。例えば、５層配線構造の第１ビアの異常をチェックする際には、上層側の第３層ないし第５層の配線を表面側から除去して第１ビアにつながる第２層配線を露出させた上で電位コントラスト法を行なう必要がある。
【０００４】
このように多層配線構造において各層のビアの異常をチェックするためには、上層の配線から順次除去しながら、しかもその都度電位コントラスト法によるチェックを行う必要があり、チェック作業が極めて煩雑なものになる。特に、例示したような５層以上の多層配線構造の場合には、各層の配線及びビアを除去すると共に層間膜も除去する必要があるが、このようにして各配線層を順次精度よく露出させるのはかなりの工数を要する。特に、配線にＣｕ（銅）を用いた配線構造では、ダミー配線パターンの存在により下層の配線を露出する作業は非常に困難なものとなっていた。
【０００５】
本発明の目的は、３層以上の多層配線構造においても、上層配線を除去することなく電位コントラスト法によって全層のビアの異常をチェックし、異常ビアの発生層と発生箇所の特定を容易にしたビアチェック構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、下層配線と上層配線とを接続するビアの異常を検査するためのビアチェック構造であって、チェーン状に接続されて基板に導通された下層配線と、この下層配線に対して枝分かれ状にビア接続された複数の上層配線とを備えることを特徴とする。すなわち、上層配線は複数層に形成され、順次下層から上層に向けて各層を構成する配線の個数が増大されるとともに、１つの下層側の配線に対して複数の上層側の配線がそれぞれビア接続された構成とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、３層以上のビアチェック構造の場合でも、電子ビームを最上層配線に照射した際に得られる電位コントラスト像を観察するだけで、全ての層にわたって異常ビアの発生層と発生箇所を特定する事が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のビアチェック構造において、下層配線は、例えば、複数の配線からなる第１層配線と、第１層配線に対して第１ビアによりチェーン状に接続された複数の配線からなる第２層配線とを備え、第１層配線の一部において基板にコンタクトにより導通され、第２層配線に対して上層配線がビアにより接続される構成とする。この場合、上層配線のうち最下層に位置する配線は下層配線のうちの第２層配線に対して第２ビアにより接続されることになる。また、上層配線において１つの下層側の配線に対して２つの上層側の配線がビア接続される。
【実施例１】
【０００９】
次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。ここでは５層配線構造に本発明を適用した例について説明を行なう。図１（ａ），（ｂ）は実施例１のビアチェック構造の断面図と平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線に相当する部分の断面図である。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う部分の後述する第４ないし第１の各配線の平面図である。これらの図において、シリコン基板１の表面に下地絶縁膜１０が形成されており、この下地絶縁膜上１０に第１層配線２１が形成されている。第１層配線２１は所要の長さでかつ相互に離された位置に配置された複数の配線で構成されており、そのうちの一部はコンタクト３０によって前記シリコン基板１に電気接続されている。なお、この場合コンタクト３０が配置されるシリコン基板１の部位には当該シリコン基板１の電気抵抗を小さくするための不純層を形成するようにしてもよい。
【００１０】
前記第１層配線２１の上には第１層間膜１１が形成され、この第１層間膜１１上に第２層配線２２が形成されている。前記第２層配線２２は第１層配線２１とほぼ同じサイズの複数の配線で構成されており、前記複数の第１層配線２１の互いに隣接する配線間の領域に相当する位置に配置されている。そして、第１層間膜１１に形成した第１ビア３１によって前記第１層配線２１と第２層配線２２は相互に電気接続され、これら第１層配線２１と第２層配線２２、及び第１ビア３１とで一連のチェーンを構成している。
【００１１】
前記第２層配線２２の上には第２層間膜１２が形成され、この第２層間膜１２上に第３層配線２３が形成されている。前記第３層配線２３は第２層配線２２とほぼ同じサイズの複数の配線で構成されており、かつ前記第２層配線２２の各配線の直上に配置されている。そして、第２層間膜１２に形成した第２ビア３２によって前記第３層配線２３は第２層配線２２と一対一の関係で電気接続されている。
【００１２】
前記第３層配線２３の上には第３層間膜１３が形成され、この第３層間膜１３上に第４層配線２４が形成されている。前記第４層配線２４は第３層配線２３のほぼ半分の長さサイズの複数の配線で構成されており、１つの第３層配線２３上に２つの第４層配線２４が対応するように配置されている。そして、第３層間膜１３に形成した第３ビア３３によって前記第３層配線２３はそれぞれ２つの第４層配線２４に電気接続されている。
【００１３】
前記第４層配線２４の上には第４層間膜１４が形成され、この第４層間膜１４上に第５層配線２５が形成されている。前記第５層配線２５は第４層配線２４のさらにほぼ半分の長さサイズの複数の配線で構成されており、１つの第４層配線２４上に２つの第５層配線２５が対応するように配置されている。そして、第４層間膜１４に形成した第４ビア３４によって前記第４層配線２４はそれぞれ２つの第５層配線２５に電気接続されている。
【００１４】
このように構成された５層配線構造は、チェーン接続された第１層配線２１はコンタクト３０を介してシリコン基板１に電気接続されており、この第１層配線２１から第１ビア３１を介して第２層配線２２に電気接続され、さらに第２ビア３２を介して第３層配線２３に、第３ビア３３を介して第４層配線２４に、さらに第４ビア３４を介して第５層配線２５にと、しかも徐々に２分岐されながら枝分かれ状に電気接続された構造として構成されることになる。
【００１５】
次に、この５層配線構造のビアチェック構造を用いて異常ビアが存在するビア層および異常ビア箇所を特定する方法について説明する。図３に示すようにシリコン基板１を接地電位となるように電気接続した上で、当該シリコン基板の表面、すなわち第５層配線２５に対して電子ビーム照射器１０１から電子ビームを照射する。この電子ビームの照射により、引用文献１，２，３にも記載のように第５層配線２５から発生する二次荷電粒子を検出器１０２で検出し、検出されたパターンを表示部１０３において表示することにより電位コントラスト像を得る。
【００１６】
この電位コントラスト像は、対象物、この場合は第５層配線２５がシリコン基板１と導通が取れて接地電位とされている場合には強いコントラスト像を得る事ができる。よって、コンタクト３０を含めて第１ないし第４の全てのビアに異常が存在しておらず、第１層配線２１から第４層配線２４を経由して全ての第５層配線２５が接地電位とされている場合には、図４に模式的に示すように、表示部１０３に表示される電位コントラストにおいて全ての第５層配線２５のパターンが明るく見えることになる。
【００１７】
一方、一部のビアにオープン異常があった場合には、電位コントラスト像は一部の第５層配線２５が暗く見える状態になる。例えば、第１ビア３１の一部にオープン異常があった場合の断面構造を図５（ａ）に示す。この場合には、異常があった第１ビア３１Ｘにつながる第１ないし第４層配線２１〜２４はシリコン基板１と導通が取れなくなり、最終的に当該第４配線２４につながる第５層配線２５Ｘもシリコン基板１と導通が取れないことになる。そのため、異常があった第１ビア３１Ｘにつながる全ての第５層配線２５Ｘは弱いコントラストとなり、図５（ｂ）に示すような電位コントラスト像となる。つまり、チェーン構造のほぼ半分の領域において第５層配線２５Ｘのコントラストが低下することになり、この場合には、電位コントラスト像の変化点の第１ビア３１Ｘで異常が発生していると判断できる。
【００１８】
次に、第２ビア２で異常があった場合の断面構造を図６（ａ）に示し、その際の上方からの第５層配線２５の電位コントラスト像を図６（ｂ）に示す。この場合には、異常があった第２ビア３２Ｘを基点として枝別れ状に接続されている第３層配線２３及び第４層配線２４がシリコン基板１と導通が取れなくなり、そのため、当該第４層配線２４につながる最上層の第５層配線２５Ｘもシリコン基板１と導通が取れないことになり、当該第５層配線２５Ｘの電位コントラストは図６（ｂ）に示すように４つの配線２４Ｘが連続して弱くなる。つまり、このような電位コントラスト像が得られた場合には、これら第５層配線２５Ｘの基点となる第２ビア３２Ｘで異常が発生していると判断できる。
【００１９】
同様に、第３ビア３３に異常があった場合の断面構造を図７（ａ）に示し、その際の上方からの第５層配線２５の電位コントラスト像を図７（ｂ）に示す。この場合には、異常があった第３ビア３３Ｘを基点として枝別れ状に接続されている第４層配線２４がシリコン基板１と導通が取れなくなり、そのため、当該第４層配線２４につながる最上層の第５層配線２５Ｘもシリコン基板１と導通が取れないことになり、当該第５層配線２５のコントラストは図７（ｂ）に示すように、２つの配線２５Ｘが連続して弱くなる。このような電位コントラスト像が得られた場合には、これら第５層配線２５Ｘの基点となる第３ビア３３Ｘで異常が発生していると判断できる。
【００２０】
なお、第４ビア３４に異常があった場合には、図８（ａ）に断面構造を、図８（ｂ）にその際の上方からの第５層配線２５の電位コントラス像を示す。第４ビア３４Ｘに異常があった場合には、当該第４ビア３４Ｘに接続されている第５層配線２５の１つの配線２５Ｘのみの電位コントラストが弱くなり、第４ビア３４Ｘにおける異常ビアとその発生箇所を特定する事が出来る。
【００２１】
以上のように、実施例１の５層配線構造のビアチェック構造では、シリコン基板１の表面側からのみ電子ビームを照射し、表面の最上層の第５層配線２５の電位コントラストを観察するだけで、当該第５層配線２５の電位コントラスト状態から第１ないし第４の各ビア３１〜３４の異常、ないしはコンタクト３０の異常を特定することが可能になる。そのため、特許文献１，２，３の技術のように２層の配線構造についてのみビアをチェックすることができるのに留まるものではなく、３層以上の多層配線構造のビアをチェックする場合においても、上層の配線や層間膜を除去するとともに各層での電位コントラストを観察するための作業は不要であり、チェック作業の簡略化と工数の低減が実現できる。
【００２２】
前記実施例１では、それぞれ第１ないし第４の各ビアが単独で異常が生じた場合について説明したが、同一層の複数のビアにおいて同時に異常が生じたとき、あるいは複数の層にわたる複数のビアにおいて同時に異常が生じたときには、前記した第５層配線の電位コントラストが複合した状態で観察されることになるため、第１ないし第４の各ビアの異常を同時に特定することが可能になる。
【００２３】
また、実施例１では５層配線構造に本発明を適用した場合について説明したが、３層以上の多層配線構造であれば本発明を同様に適用できることは言うまでもない。また、実施例１では１つの下層側の配線に対して２つの上層側の配線を枝分かれ状に接続した場合について説明したが、１つの下層配線に対して３つあるいはそれ以上の上層側の配線を枝分かれ状に接続するようにしてもよい。さらに、チェーン状及び枝分かれ状に接続する配線のレイアウトは実施例１の直線状態に限られるものではなく、任意のレイアウトに構成することも可能である。特に、実施例１の場合に、第２ビアと第３層配線を省略して第２層配線から直接分岐させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１のビアチェック構造の断面図と平面図である。
【図２】第４ないし第１配線層の平面図である。
【図３】電位コントラスト像を観察するための模式構成図である。
【図４】全てのビアに異常がない正常な場合の電位コントラスト像を示す図である。
【図５】第１ビアで異常が発生した場合の断面図と電位コントラスト図である。
【図６】第２ビアで異常が発生した場合の断面図と電位コントラスト図である。
【図７】第３ビアで異常が発生した場合の断面図と電位コントラスト図である。
【図８】第４ビアで異常が発生した場合の断面図と電位コントラスト図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  シリコン基板
１０  下地絶縁膜
１１  第１層間膜
１２  第２層間膜
１３  第３層間膜
１４  第４層間膜
２１  第１層配線
２１  第２層配線
２３  第３層配線
２４  第４層配線
２５  第５層配線
３０  コンタクト
３１  第１ビア
３２  第２ビア
３３  第３ビア
３４  第４ビア
【図１】
2005108913.tif 000003
【図２】
2005108913.tif 000004
【図３】
2005108913.tif 000005
【図４】
2005108913.tif 000006
【図５】
2005108913.tif 000007
【図６】
2005108913.tif 000008
【図７】
2005108913.tif 000009
【図８】
2005108913.tif 000010