(57)【要約】【課題】  本発明は、集積回路の相互接続プロセスパラメータを測定するための技術に関する。【解決手段】  この技術は、あらゆる種類の伝導材料により形成されている、あらゆる非理想形状の相互接続に適用可能である。テストストラクチャは、集積回路内に組み立てられる。非破壊の電気測定が、テストストラクチャと関連する結合容量を決定するためにテストストラクチャから実行される。フィールドソルバは、設計結合容量を決定するために、初期プロセスパラメータを用いる。そして、オプティマイザは、相互接続プロセスパラメータを決定するために、測定された結合容量と設計結合容量を用いる。【選択図】    図１
2005317961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の相互接続のプロセスパラメータを決定する方法であって、
テストストラクチャと関連する結合容量の第１のセットを決定すること、
テストストラクチャと関連する結合容量の第２のセットを計算すること、
結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットを用いて集積回路のプロセスパラメータを決定すること、
により構成されている。
【請求項２】
請求項１の方法であって、テストストラクチャと関連する結合容量の第１のセットの決定は、
第１のプレートと第１の伝導体あるいは第２の伝導体との間の第１の容量を決定すること、
第２のプレートと第１あるいは第２の伝導体との間の第２の容量を決定すること、
により構成されている。
【請求項３】
請求項１の方法であって、テストストラクチャと関連する結合容量の第２のセットの算出は、
初期プロセスパラメータをフィールドソルバに入力すること、
フィールドソルバを用いて結合容量の第２のセットを計算すること、
により構成されている。
【請求項４】
請求項１の方法であって、結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットを用いる、集積回路のプロセスパラメータの決定は、
結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットを比較すること、
結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットとの間の差が設定値以下の時に、物理的なプロセスパラメータが初期プロセスパラメータと等しいことを決定すること、
により構成されている。
【請求項５】
請求項１の方法であって、結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットを用いる、集積回路のプロセスパラメータの決定は、
結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットと比較すること、
結合容量の第１のセットと結合容量の第２のセットとの間の差が設定値以上の時に、修正されたプロセスパラメータを生成すること、
により構成されている。
【請求項６】
請求項１の方法であって、テストストラクチャと関連する結合容量の第１のセットの決定は、
第１のプレートと第１の伝導体あるいは第２の伝導体との間の第１の容量を決定すること、
第２のプレートと第１の伝導体あるいは第２の伝導体との間の第２の容量を決定すること、
第１の伝導体と第２の伝導体との間の第３の容量を決定すること、
により構成されている。
【請求項７】
請求項６の方法であって、第１のプレート、第２のプレート、第１の伝導体及び第２の伝導体は、銅により形成されている。
【請求項８】
請求項１の方法であって、テストストラクチャは、銅により形成されている。
【請求項９】
請求項１の方法であって、テストストラクチャは、チャージベース容量測定（ＣＢＣＭ）回路と電気的に接続されている。
【請求項１０】
請求項１の方法であって、テストストラクチャの断面は、非長方形である。
【請求項１１】
集積回路内のテストストラクチャの結合容量を決定する方法であって、テストストラクチャは、第１のプレート、第２のプレート、第１のプレートと第２のプレートの間に設けられている第１の伝導体、第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられている第２の伝導体を備えており、
第１のプレートと第１の伝導体あるいは第２の伝導体との間の第１の容量を決定すること、
第２のプレートと第１あるいは第２の伝導体との間の第２の容量を決定すること、
第１の伝導体と第２の伝導体との間の第３の容量を決定すること、
により構成されている。
【請求項１２】
請求項１１の方法であって、第１のプレート、第１の伝導体、第２の伝導体及び第２のプレートは、銅により形成されている。
【請求項１３】
請求項１１の方法であって、第１の伝導体と第２の伝導体の形状は、対称である。
【請求項１４】
請求項１１の方法であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、櫛形状を有している。
【請求項１５】
請求項１１の方法であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、迷路形状を有している。
【請求項１６】
請求項１１の方法であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、蛇行形状を有している。
【請求項１７】
請求項１１の方法であって、第１のプレートと第２のプレートの双方は、固定プレートである。
【請求項１８】
請求項１１の方法であって、第１のプレートと第２のプレートの双方は、スロットが形成されたプレートである。
【請求項１９】
請求項１１の方法であって、第１のプレートは、第１の検査パッドに電気的に接続され、第１の伝導体は、第２の検査パッドに電気的に接続され、第２の伝導体は、第３の検査パッドに電気的に接続され、第２のプレートは、第４の検査パッドに電気的に接続されている。
【請求項２０】
請求項１１の方法であって、第１のプレートは、第１のマルチプレクサに電気的に接続され、第１の伝導体は、第２のマルチプレクサに電気的に接続され、第２の伝導体は、第３のマルチプレクサに電気的に接続され、第２のプレートは、第４のマルチプレクサに電気的に接続され、第１のプレート、第１のマルチプレクサ、第１の伝導体、第２のマルチプレクサ、第２の伝導体、第３のマルチプレクサ、第２のプレート及び第４のマルチプレクサは、１つの集積回路内に含まれている。
【請求項２１】
請求項１１の方法であって、第１の伝導体の断面は、非長方形であり、第２の伝導体の断面は、非長方形である。
【請求項２２】
少なくとも１つのテストストラクチャを含む集積回路であって、テストストラクチャは、
第１の伝導プレートと、
第２の伝導プレートと、
第１の伝導プレートと第２の伝導プレートとの間に設けられている第１の伝導体と、
第１の伝導プレートと第２の伝導プレートとの間に設けられている第２の伝導体と、
第１の伝導プレート、第２の伝導プレート、第１の伝導体及び第２の伝導体に電気的に接続されている電流測定回路、
を備えている。
【請求項２３】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導プレート、第１の伝導体、第２の伝導体及び第２の伝導プレートは、銅により形成されている。
【請求項２４】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導体と第２の伝導体の形状は、対称である。
【請求項２５】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、櫛形状を有している。
【請求項２６】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、迷路形状を有している。
【請求項２７】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導体と第２の伝導体の双方は、蛇行形状を有している。
【請求項２８】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導プレートと第２の伝導プレートの双方は、固体プレートである。
【請求項２９】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導プレートと第２の伝導プレートの双方は、スロットが形成されたプレートである。
【請求項３０】
請求項２２の集積回路であって、第１の伝導体の断面は非長方形であり、第２の伝導体の断面は非長方形である。
【発明の詳細な説明】
【発明の技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路の設計及び製造に関し、より詳しくは、集積回路内の相互接続プロセスパラメータの測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、半導体装置あるいはチップ内に組み立てられた電子構成要素（例えば、トランジスタ）の集合である。一つの集積回路は、数百万の電子構成要素を包含可能である。伝導線は、半導体装置内の電子構成要素を相互に接続する。これらの伝導線は、しばしば、“相互接続線”あるいは“相互接続”と呼ばれる。電子構成要素を、相互接続を介して特別な方法で相互に接続することによって、半導体装置は、信号を相互に送ることができる。これにより、集積回路は、異なる機能を実行することができる。例えば、いくつかの集積回路は、マイクロプロセッサとして機能するように設計され、他の集積回路は、記憶回路として動作するように設計することができる。
【０００３】
集積回路は、ソフトウェア設計ツール（手段）を用いて設計される。設計ツールは、電子構成要素及び相互接続の物理的な特性を正確にモデル化することが非常に重要である。ソフトウェア設計ツールを用いて正確に物理的なモデル化を行うことにより、特別な設計が、それが組み立てられた最初の時に正確に作動する機会が増加する。同様に、特別な設計が正しくモデル化されない場合には、設計は、組み立てられた時に正確に機能しない。このような場合には、集積回路設計者は、なぜ設計が失敗したかを決定し、設計変更を行い、修正された設計を用いて他のチップを製造することを試みなければならない。この反復処理は、半導体製品を市販するのに要する時間を著しく遅らせ、それによって、会社は、お金と市場占有率を失う、さらに、実際の組み立て処理は非常に費用がかかるため、集積回路チップを再度組み立てる必要性は、費用を著しく増加させる。したがって、集積回路チップの設計段階において、電子構成要素及びこれらの構成要素を接続する相互接続を正確にモデル化することが非常に重要である。
【０００４】
集積回路の相互接続の正確なモデルを生成するために、集積回路設計者は、物理的な（実際の）相互接続プロセスパラメータを決定するために、組み立てられた半導体ウェーハーを分析する必要がある。重要なプロセスパラメータは、線の長さ、金属の厚さ及び誘電体の厚さを含んでいる。
実際の相互接続プロセスパラメータを測定するために使用可能ないくつかの公知の技術がある。
１つの一般的に使用される測定技術は、破壊方法を用いる。この場合、焦点を定められたイオンビーム（“ＦＩＢ”）が、相互接続線の断面をさらしている、組み立てられたウェーハー内に挿入される。そして、電子マイクロスコープの走査（“ＳＥＭ”）によって、さらされている相互接続線の写真をとる。残念なことに、この技術は、ウェーハーを破壊する。また、ウェーハーが切断され、その後マイクロスコープを用いて分析するため、測定には比較的長い時間を要する。
【０００５】
また、非破壊技術が、物理的な相互接続プロセスパラメータを測定するために使用可能である。
１つの非破壊技術は、光学式度量衡ツールを使用する。この技術を用いる場合には、ウェーハーは損傷しない。光学式度量衡ツールを用いることにより、迅速に測定を行うことができ、また、結果を容易に判断することができる。しかしながら、現時点での光学式度量衡ツールの分解能は、サブミクロン領域（すなわち、１００ナノミクロン以下）への応用を制限する。
【０００６】
近年、半導体処理技術の積極的な発展により、相互接続における遅れは、トランジスタゲートの遅れより長くなっている。
この問題に取り組むために、半導体産業は、相互接続材料として、アルミニウムよりも銅を使用し始めた。これは、銅の相互接続を介する信号の遅れが、アルミニウムの相互接続を介する信号の遅れより小さいからである。アルミニウムの抵抗のほぼ半分である、銅の低抵抗により、相互接続の抵抗及び容量の双方が減少し、相互接続の遅延が減少する。
【０００７】
アルミニウムの相互接続を用いる場合に比べて、銅の相互接続を用いる場合の不利な点は、銅の相互接続のプロセスパラメータを測定するのがより困難であるということである。銅の相互接続線は、処理後に台形形状を有するが、アルミニウムの相互接続線は、処理後に長方形形状を有することは、よく知られている。しかしながら、最も一般的な測定技術は、長方形形状を有する相互接続線に対するプロセスパラメータしか測定することができない。実際に、銅の相互接続プロセスパラメータを正確に測定する唯一の公知の技術は、前述した破壊ＳＥＭ技術である。前述したように、破壊ＳＥＭ技術を用いて測定値を得る方法は、時間を消費し、ウェーハーが破壊される。非破壊の光学式及びｅビームツールは、これらの技術が相互接続の上面の測定のみが可能であるため、銅の相互接続の幅（上部及び底部）と厚さの双方の情報を与えることができない。プロセス制御、寄生摘出、回路遅延エミュレーション及びパラメータの産出予測のために、銅の相互接続と関連する３つの寸法の全てを捕獲することは非常に重要である。
【０００８】
以上のように、半導体組み立て技術では、特に、銅の相互接続の使用が促進されているため、非理想（すなわち、非長方形）形状を有する相互接続に対するプロセスパラメータを決定するために非破壊技術に対する要求がある。
【概要】
【０００９】
ここに示されている種々の実施の形態は、非長方形形状を有する相互接続（例えば、銅の相互接続）に対するプロセスパラメータを決定することができる技術を提供する。２つの伝導プレートの間に設けられている、実質的に対称な一対のフィンガー（指部）を含むテストストラクチャ（テスト構造）が、集積回路内に組み立てられる。テストストラクチャの簡単な電気測定が実行され、テストストラクチャと関連する、測定された結合容量を決定するために用いられる。これらの電気測定は、受動あるいは能動技術を用いて実行可能である。独立して、フィールドソルバ（電界解答器）は、初期プロセスパラメータから初期結合容量を計算する。そして、最適化技術が、フィールドソルバの計算及び測定された結合容量に基づいて物理的なプロセスパラメータを決定するために用いられる。
【００１０】
装置及び要素結合の種々の新規な詳細を含む、本発明の前述した及び他の特徴は、添付の図面を参照してより詳しく説明されており、また、請求の範囲に指摘されている。本発明を実施する特別の方法及び回路は、例示としてのみ示されており、制限として示されていないことが理解される。当業者には理解できるように、本発明の原理及び特徴は、本発明の概念を逸脱しない範囲内で、種々のまた多くの実施の形態で実施可能である。
【詳細な説明】
【００１１】
［システムの概観］
本明細書に開示されている種々の実施の形態は、相互接続プロセスパラメータを測定するための非破壊技術を提供する。種々の実施の形態は、銅の相互接続のような、非長方形形状を有する相互接続のプロセスパラメータも測定に対して特に有用である。
【００１２】
図１は、相互接続測定処理を説明するフローチャート１００である。
ステップ１０５では，テストストラクチャ（テスト構造）を有する集積回路が、この集積回路を製造するために使用される、特別の組み立て容易性のために知られている設計パラメータに対応して設計される。設計パラメータは、典型的には、設計段階において相互接続線の上部（トップ）及び底部（ボトム）で同じである、相互接続の幅を含んでいる。前述したように、テストストラクチャは、上部プレートと底部プレート（図２〜４参照）の間に配置されている実質的に対称な伝導体の２つのセットを含んでいる。
ステップ１１０では、テストストラクチャを有する集積回路が組み立てられる。
ステップ１１５では、３つの結合容量：（１）伝導体の第１のセットと伝導体の第２のセットとの間の結合容量、（２）伝導体のセットの１つと上部プレートとの間の結合容量、（３）伝導体のセットの１つと底部プレートとの間の結合容量、が決定される。
【００１３】
ステップ１２０では、初期プロセスパラメータが、初期プロセスパラメータから結合容量を決定することができるフィールドソルバあるいは他の数学的ツールに入力される。初期プロセスパラメータは、典型的には、上部及び底部で同じであると仮定された伝導体の厚さと幅、異なる伝導体間の誘電体の厚さを含んでいる。
ステップ１２５では、フィールドソルバは、初期結合容量を計算する。
ステップ１３０では、初期結合容量は、測定された結合容量と比較される。
ステップ１３５では、システムは、結合容量の２つのセットが収束状態を満足している否かを決定する。収束状態は、結合容量の２つのセットの値が、繰り返しの間で互いに接近しているか、あるいは、著しく変化していない時に満足される。１つの実施の形態では、結合容量の２つのセットが互いに１％以内の違いである時に収束状態が満足される。
【００１４】
結合容量の２つのセットが収束状態を満足すると、システムは、物理的な（実際の）プロセスパラメータが初期プロセスパラメータと等しいことを決定する。そして、システムは、初期プロセスパラメータと等しい最終プロセスパラメータを出力する（ステップ１４０）。
非理想形状を有する相互接続（例えば、銅の相互接続）の場合、結合容量の２つのセットは、最初は収束状態を満足しない。例えば、銅の相互接続の場合には、初期結合容量と測定された結合容量は、１０〜２０％程度相違する。これは、初期プロセスパラメータは、相互接続の上部及び底部の幅が同じであると仮定しているが、組み立てられた銅の相互接続は、実際には、台形形状を有しているからである。
【００１５】
結合容量の２つのセットが収束状態を満足しない場合には、システムは、プロセスパラメータ導関数を計算し（ステップ１４５）、そして、収束が、以前の測定より良くなっているか悪くなっているかを決定する（ステップ１５０）。収束が悪化している場合には、修正定数が増加される（ステップ１５５）。収束が改善されている場合には、修正係数は減少される（ステップ１６０）。
修正定数は、プロセスパラメータ導関数と乗算される一定の値である。システムが収束化に接近していない時には、より大きい修正定数が用いられ、システムが収束化に接近している時には、より小さい修正定数が用いられる。
【００１６】
ステップ１６５では、修正されたプロセス定数が、プロセスパラメータ導関数と修正定数に基づいて計算される。
そして、修正されたプロセスパラメータは、フィールドソルバに入力され（ステップ１２０）、繰り返し処理が、収束が発生するまで継続される。
収束が発生すると、システムは、物理的な（実際の）プロセスパラメータが、修正されたプロセスパラメータの現時点のセットと等しいことを決定する。
【００１７】
［テストストラクチャ］
図２Ａは、集積回路及び／またはウェーハー内に組み立て可能な、例示的なテストストラクチャ２００の斜視図を示している。
テストストラクチャ２００は、実質的に対称な1対のフィンガー（あるいはワイヤ）２０１と２０２、上部プレート２０３と底部プレート２０４を含んでいる。
フィンガー２０１と２０２は、上部プレート２０３と底部プレート２０４の間に設けられている。フィンガー２０１と２０２、上部プレート２０３と底部プレート２０４は、銅のような伝導材料によって構成可能である。上部プレート２０３と底部プレート２０４は、固体プレート、スロットが形成されたプレートあるいは非常に接近して配置されている一連の平行線により構成されるプレートであってもよい。
フィンガー２０１と２０２は、互いに電気的に絶縁されているとともに、誘電材料（図示せず）を介して上部及び底部プレート２０３、２０４と電気的に絶縁されている。
【００１８】
テストストラクチャ２００は、櫛形状を有するフィンガー２０１と２０２を備えて示されているが、迷路形状や蛇行形状等の他の種々の形状が使用可能であることが認められるべきであることに注意する。
フィンガー２０１と２０２の長さやフィンガー２０１と２０２の数は、好ましくない寄生容量効果が最小化され、また、結合容量がフィールドソルバ（以下で説明）によって正確に計算できるように設計される。フィンガー２０１と２０２の幅や間隔は、設計規則や、プロセスパラメータが得られる実験点の設計に応じて選択可能である。
【００１９】
図２Ｂは、例示的なテストストラクチャ２００の断面図を示している。
フィンガー２０１と２０２の厚さは、Ｔで示されている。フィンガー２０１の上面とフィンガー２０２の上面の間の間隔は、Ｓｔで示されている。フィンガー２０１の底面とフィンガー２０２の底面の間の間隔は、Ｓｂで示されている。フィンガー２０１及び／または２０２の上面の幅は、Ｗｔで示されている。フィンガー２０１及び／または２０２の底面の幅は、Ｗｂで示されている。フィンガー２０１及び／または２０２と上部プレート２０３との間の距離は、Ｈｔで示されている。フィンガー２０１及び／または２０２と底部プレート２０４との間の距離は、Ｈｂで示されている。
【００２０】
テストストラクチャ２００と関連する３つの結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃが存在する。Ｃｔは、フィンガー２０１あるいはフィンガー２０２と上部プレート２０３との間の結合容量である。Ｃｂは、フィンガー２０１あるいはフィンガー２０２と底部プレート２０４との間の結合容量である。Ｃｃは、フィンガー２０１とフィンガー２０２の間の結合容量である。
結合容量Ｃｃ、Ｃｔ及びＣｂの値は、相互接続のプロセスパラメータに依存する。
【００２１】
典型的な集積回路設計は、典型的には、種々の線幅及び線間隔を有する相互接続線を有している。異なる幅及び／または間隔を有する各線は、それ自身のユニークなプロセスパラメータを有する。したがって、これらの異なる線それぞれに対応するテストストラクチャが集積回路内に組み立てられることが認識される。これらのテストストラクチャのそれぞれは、本発明により測定可能な、それぞれ自身のユニークなプロセスパラメータを有する。
【００２２】
［結合容量の決定］
結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃの値は、適切な受動あるいは能動の容量測定技術を用いて決定可能である。図３は、ＬＣＲメータ（受動測定技術）を用いて結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃを決定可能なテストストラクチャ３００を示している。
テストストラクチャ３００は、フィンガー３０１と３０２、上部プレート３０３及び底部プレート３０４を含んでいる。検査パッド３１１、３１２、３１３及び３１４は、集積回路内に組み立てられ、それぞれフィンガー３０１と３０２、上部プレート３０３及び底部プレート３０４と電気的に接続されて配置されている。
【００２３】
結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃを決定するために、先ず、ＬＣＲメータが、７つの容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７を測定するために用いられる。
容量Ｃ１は、フィンガー３０１の総容量であり、グランド（接地）３０５に対する寄生容量に加えて、フィンガー３０２に対する結合容量、上部プレート３０３及び底部プレート３０４に関する結合容量を含んでいる。Ｃ２は、フィンガー３０２の総容量であり、グランド３０５に対する寄生容量に加えて、フィンガー３０１に対する結合容量、上部プレート３０３及び底部プレート３０４に関する結合容量を含んでいる。Ｃ３は、一緒に接続されるフィンガー３０１及び３０２により構成されるストラクチャ（構造）の総容量であり、上部プレート３０３及び底部プレート３０４に関して、グランド３０５に対するストラクチャ（一緒に接続されるフィンガー３０１と３０２）の寄生容量に加えられる。Ｃ４は、底部プレート３０４の総容量であり、グランド３０５に対するストラクチャの寄生容量に加えて、フィンガー３０１に対する結合容量、フィンガー３０２及び上部プレート３０３に関する結合容量を含んでいる。Ｃ５は、一緒に接続されるフィンガー３０１及び底部プレート３０４により構成されるストラクチャの結合容量であり、フィンガー３０２及び上部プレート３０１に関して、グランド３０５に対するストラクチャ（一緒に接続されるフィンガー３０１及びプレート３０４）の寄生容量に加えられる。Ｃ６は、上部プレート３０３の総容量であり、グランド３０５に対する寄生容量に加えて、３０１に対する結合容量、フィンガー３０２及び底部プレート３０４に関する結合容量を含んでいる。Ｃ７は、一緒に接続されるフィンガー３０１及び上部プレート３０３により構成されるストラクチャの総容量であり、フィンガー３０２及び底部プレート３０４に関して、グランド３０５に対するストラクチャ（一緒に接続されるフィンガー３０１及びプレート３０３）の寄生容量に加えられる。
当業者は、ＬＣＲメータを用いてＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７を測定する方法を認識する。また、測定技術は、以下に、図４を参照して説明されている。
【００２４】
容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７が測定されると、結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃは、以下の式を用いて計算される。
Ｃｔ＝（Ｃ１＋Ｃ４−Ｃ５）÷２                                    （式１）
Ｃｂ＝（Ｃ１＋Ｃ６−Ｃ７）÷２                                    （式２）
Ｃｃ＝（Ｃ１＋Ｃ２−Ｃ３）÷２                                    （式３）
【００２５】
検査パッドと検索パッドからプレート及びフィンガーへの接続は、寄生容量を導入するため、参照ストラクチャ（図示していない）が、寄生容量の決定が可能となるように組み立てられて測定される。参照ストラクチャは、フィンガー３０１及び３０２を含んでいないことを除いて、テストストラクチャ３００と同様である。
したがって、参照ストラクチャは、第１パッド及び第１パッドから上部プレートへの接続、第２パッド及び第２パッドから底部プレートへの接続、第３パッド及び第３パッドから第１フィンガーが配置される領域への接続、第４パッド及び第４パッドから第２フィンガーが配置される領域への接続を含んでいる。
【００２６】
図４は、本発明のいくつかの実施の形態に対応する能動測定技術を用いて結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃが測定可能なテストストラクチャ４００を示している。
能動測定技術は、測定回路のいくつかが集積回路上に組み立てられていることを除いて、受動測定技術と同様である。能動測定技術は、一般的には、受動測定技術よりも正確であり、したがって、結合容量がアト（１０−１８）ファラッドである場合に使用すべきである。
【００２７】
テストストラクチャ４００は、チャージベース(charge-based)容量測定（ＣＢＣＭ）回路４５１及びマルチプレクサ回路４６０〜４６７と電気的に接続されている。
ＣＢＣＭ方法を用いた結合容量の測定は、“An  On-Chip,Interconnect  
Capacitance  Characterization  Method  with  Sub-Femto-Farad  Resolution”
（IEEE  Transactions  On  Semiconductor  Manufacturing,Vol.11,No.2,204-210,
May  1998)により詳しく説明されている。
【００２８】
図４を参照すると、ＨＰ８１１０Ａ等の外部２重パルス発生器が、２段階バッファを介して、それぞれＰ装置４５２及びＮ装置４５３のＳｉｇ＿Ｐ及びＳｉｇ＿Ｎに接続可能である。２重パルス発生器のオーバーラップしない波形は、漏れに対するものを除いて、ＶｄｄとＶｓｓ（グランド）の間に電流通路が存在しないということを保証する。ポイントＰでの総容量は、以下の式で表される。
Ｃ＝Ｉａｖｇ÷（Ｖｄｄ×ｆ）                                      （式４）
ここで、Ｉａｖｇは、ＶｄｄからＶｓｓ（グランド）に流れる電流であり、Ｖｄｄは、供給電圧であり、ｆは、パルスの周波数である。Ｉａｖｇは、Ｖｄｄに直列に接続された電流メータを用いて測定することができる。
【００２９】
結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃを決定するために、ＣＢＣＭ回路４５１及びマルチプレクサ回路４６０〜４６７は、最初に、７つの容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７を測定するために用いられる。容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７は、前述したように定義され、ここでは再度定義しない。
容量Ｃ１を決定するために、ＧＳ１が選択され（Ｖｄｄに接続される）、一方、ＧＳ２、ＧＳ３、ＧＳ４は非選択される（Ｖｓｓ（グランド）に接続される）。これにより、フィンガー４０１が、ＣＢＣＭ回路４５１と電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ１が決定される。
容量Ｃ２を決定するために、ＧＳ３が選択され、ＧＳ１、ＧＳ２及びＧＳ４が非選択される。これにより、フィンガー４０２が、ＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ２が決定される。
容量Ｃ３を決定するために、ＧＳ１とＧＳ３が選択され、ＧＳ２とＧＳ４が非選択される。これにより、フィンガー４０１と４０２が、ＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ３が決定される。
容量Ｃ４を決定するために、ＧＳ２が選択され、ＧＳ１、ＧＳ３及びＧＳ４が非選択される。これにより、上部プレート４０３がＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ４が決定される。
容量Ｃ５を決定するために、ＧＳ１とＧＳ３が選択され、ＧＳ３とＧＳ４が非選択される。これにより、フィンガー４０１と上部プレート４０３がＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ５が決定される。
容量Ｃ６を決定するために、ＧＳ４が選択され、ＧＳ１、ＧＳ２及びＧＳ３が非選択される。これにより、底部プレート４０４がＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ６が決定される。
容量Ｃ７を決定するために、ＧＳ１とＧＳ４が選択され、ＧＳ２とＧＳ３が非選択される。これにより、フィンガー４０１と底部プレート４０４がＣＢＣＭ回路４５１に電気的に接続される。そして、電流Ｉａｖｇを測定し、（式４）を用いることによって、容量Ｃ７が決定される。
【００３０】
容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６及びＣ７が測定されると、結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃは、前述した（式１）〜（式３）を用いて計算される。
【００３１】
当業者は、本発明の結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃを測定するために使用可能な多くの技術が存在することを認識する。例えば、“Method  Of  Measuring  Interconnect  
Coupling  Capacitance  In  An  IC  Chip”という名称を有し、N.D.Aroraに特許された、米国特許第５９９９０１０号に開示されている技術を用いることができる。米国特許第５９９９０１０号は、その全てを参照として組み入れられている。
【００３２】
［結合容量の計算］
初期結合容量は、図１のステップ１２０として示されている、初期プロセスパラメータをフィールドソルバ（あるいは、初期プロセスパラメータから結合容量を決定可能な他の数学的ツール）に入力することによって計算される。
初期プロセスパラメータは、集積回路設計者が集積回路を生成する時に用いたパラメータである。前述したように、初期プロセスパラメータは、典型的には、相互接続の厚さと相互接続の幅を含んでいる。
【００３３】
当技術分野でよく知られているフィールドソルバは、ラプラス式を解くことによって、種々の境界状態のもとでの金属線の電磁界を決定するソフトウェアツールである。異なるタイプのフィールドソルバは、異なる式を代数式に変換し、そして、金属線の電磁界に対して解明するための有限要素法、有限差分法、境界要素法等の異なる数学技術を用いる。
【００３４】
［最適化］
フィールドソルバが初期結合容量を計算した後、初期結合容量は、図１のステップ１３０〜１３５に示されているように、測定された結合容量と比較される。
初期結合容量と測定された結合容量との差が十分に小さい（すなわち、収束が発生している）場合には、システムは、物理的な（実際の）プロセスパラメータが初期プロセスパラメータと等しいことを決定する。したがって、システムは、最終プロセスパラメータを出力する。一方、初期結合容量と測定された結合容量との間の差が十分に小さくない場合には、システムは、正確な最終プロセスパラメータを得るためにオプティマイザ（最適化手段）を用いる。図１のステップ１４５〜１６５を参照。
【００３５】
オプティマイザは、修正されたプロセスパラメータを生成するために反復の数学技術を用いる。
各繰り返しの期間中、修正されたプロセスパラメータは、フィールドソルバに入力される。フィールドソルバは、修正された結合容量を計算する。そして、修正された修正容量は、測定された結合容量と比較される。
オプティマイザは、修正された結合容量と測定された結合容量との間の差が、繰り返しの間で増加しているか減少しているかを認識する。
結果的に、物理的な（実際の）プロセスパラメータと実質的に等しい、修正されたプロセスパラメータが、この処理によって得られる。そして、これらのパラメータは、最終プロセスパラメータとして出力される。
【００３６】
オプティマイザの１つの実施の形態では、応答面が、フィールドソルバを用いて生成される。応答面は、結合容量を相互接続パラメータに関係付ける関数である。結合容量は、２次多項式によって表される。そして、相互接続パラメータは、容量測定値に基づいて、応答面から決定される。
【００３７】
オプティマイザの他の実施の形態では、ルックアップテーブルが、フィールドソルバを用いて生成される。ルックアップテーブルは、相互接続パラメータの関数としての結合容量により構成されている。相互接続パラメータは、テーブルから決定される。
【００３８】
オプティマイザの他の実施の形態では、神経ネットワーク解決法が使用可能である。トレーニングデータ（訓練データ）のセットが、フィールドソルバを用いて生成され、ネットワークは、容量測定値に基づいてプロセスパラメータを予測するように訓練される。
【００３９】
オプティマイザの他の実施の形態では、遺伝子アルゴリズムが使用可能である。任意の測定された結合容量に対する相互接続パラメータの決定は、遺伝子の法則に緩やかに基づいている、案内される確率調査手順のセットを用いて決定される。
【００４０】
オプティマイザの他の実施の形態では、結合容量が相互接続パラメータ（例えば、Ｔ、Ｓt、Ｓb、Ｗt、Ｗb、Ｈt及びＨb）に比例するという事実を利用する方法が用いられている。この方法は、以下の式を参照して説明される。
Ｃc∝Ｔ／Ｓ；
Ｃi∝Ｗi／Ｈi；ｉ＝ｔ，ｂ
金属ピッチ（Ｗi＋Si）と積み重ね高さ（Ｈt＋Ｔ＋Ｈb）が一定であると仮定すると、グラディエント（変化率）は以下のように算出される。
ｄＴ＝
［（１−Ｃc−Ｃ0）（４Ｗ−２Ｃ0Ｈ）ｄＣc−２Ｃc（ＣcＷ＋Ｈ−２ＣcＣ0Ｈ）ｄＣc］
÷（２−ＣcＣ0）２
ｄＷi＝
［−（２ＣiＷ＋ＣiＣ0Ｈ−２ＣiＣ0ＣcＷ）ｄＣc−
ＣiＣc（Ｈ−ＣcＷ）ｄＣc＋（２−ＣcＣ0）（Ｈ−ＣcＷ）ｄＣi］
÷（２−ＣcＣ0）２
ここで、［Ｃ0＝（Ｃt＋Ｃb）÷２］、［Ｗ＝Ｗi＋Ｓi］、［Ｈ＝Ｈt＋Ｔ＋Ｈb］である。
金属ピッチＷは、設計ピッチと等しいと仮定されている。しかしながら、ＣＭＰ（化学機械研磨機）のディッシング（平坦性）のために、全体の高さＨは、設計積み重ね高さより大きく、△Ｈだけ補償される。これは、上部及び底部プレートの結合容量の値とフィールドソルバから決定可能である。
【００４１】
オプティマイザの他の実施の形態では、容量の応答面は、線形回帰を用いて構成される。フィンガーの２つのセットの間の容量Ｃc、フィンガーと上部及び底部プレートとの間の容量Ｃｔ及びＣｂを含む結合容量は、金属の厚さｔ、中間誘電体（“ＩＬＤ”）の厚さｔｔ及びｔｂ、金属の幅Ｗt及びＷb、金属の間隔Ｓt及びＳb、イントラレイヤ（内層）及びインターレイヤ（埋め込み層）の誘電体定数ｋ１及びｋ２（ここでは、簡単化のために２つの誘電体のみが用いられている）を含むプロセスパラメータの関数として表される。
【式１】
【００４２】
2005317961.tif 000003
ここで、２次項は無視され、σは誤差項である。訂正パラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｌは、線形回帰法を用いて、種々の金属の幅と間隔に対する実験の設計を用いて、テストストラクチャのセット上の多数の結合容量の値Ｃc、Ｃt及びＣbから決定される。全ての訂正パラメータａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｌが決定されると、物理的なパラメータの関数としての結合容量の応答面が確立される。前述した式を用いることによって、プロセスパラメータは、任意の測定された結合容量に対して解明される。しかしながら、感応分析に基づいて、訂正パラメータの数を減少可能である。
【００４３】
［利点］
ここに開示されている実施の形態は、多くの利点を提供する。第１及び主要なものは、台形形状を有する銅の相互接続のような、非理想形状を有する相互接続が、ウェーハーを破壊することなく、簡単に、抵コストで比較的速くプロファイル可能である。得られる相互接続プロセスパラメータは、上部面及び底部面双方における金属線の厚さだけでなく、金属線の幅を含んでいる。また、相互接続システムのＩＬＤの厚さを決定することができる。初期プロセスパラメータと実際のプロセスパラメータとの間の不一致を知ることによって、寄生抽出あるいは回路遅延シミュレーションは、より正確に実行され、また、集積回路の性能は、より小さな設計保護マージンで高められることができる。他の利点は、通常の検査装置のみが測定を行うために必要とされることである。
【００４４】
他の利点は、測定が、インラインあるいはオフラインで実行可能なことである。インラインは、ウェーハーが処理ラインに存在することを意味し、オフラインは、ウェーハーが処理ラインに存在しないことを意味する。インライン及びオフライン測定は、プロセス制御及び生産増大に対して使用可能である。測定がインラインで実行される場合には、相互接続の実際の（物理的な）プロセスパラメータの情報は、プロセス制御及び生産増大のために使用可能である。
【００４５】
また、インライン及びオフライン測定は、相互接続プロセスパラメータのための正確なモデルを生成するために使用可能である。前述したように、生成される集積回路に用いられるソフトウェア設計ツールは、相互接続の物理的な特性を正確にモデル化することが重要である。正確な物理的モデル化は、特別な設計が、それが組み立てられた最初の時に適切に機能する機会を著しく増大する。ここに開示されている実施の形態を用いることにより、相互接続プロセスパラメータは、組み立てられたウェーハーから測定され、そして、ソフトウェ設計ツールに入力可能である。これにより、その後の設計は、理論値よりも、物理的な（実際の）プロセスパラメータを有して生成される。
【００４６】
ここに開示されている実施の形態のさらに他の利点は、設計された相互接続を、サブミクロン領域（すなわち、１００ｎｍ以下）において測定可能とすることである。
【００４７】
［代替の実施の形態］
以上のように、本明細書に開示されている実施の形態は、特別の実施の形態を参照にして説明されている。しかしながら、種々の修正及び変更が、開示されているより広い精神及び概念から逸脱しない範囲内で可能である。例えば、読者は、ここに開示されている処理フロー図に示されている処理動作の特別な順序及び組み合わせは単に例示であり、本発明は、異なるあるいは追加の処理動作、または、処理動作の異なる組み合わせあるいは順序を用いて実行可能であることを理解する。したがって、明細書及び図面は、制限的な意味よりも例示的な意味において眺められるべきであり、また、本発明は、添付の請求の範囲及びその法律上の均等の範囲に対応する部分を除いて限定あるいは制限されるべきでない。当業者は、幅広い様々のテストストラクチャが使用可能であり、フィールドソルバに代わる異なる数学技術、異なる受動及び能動技術が、結合容量を測定するために使用可能であり、また、異なる最適化方法が、最終プロセスパラメータを決定するために使用可能であることを認識する。また、当業者は、ここに開示されている実施の形態は、底部面の幅よりも小さい上部面の幅を有する相互接続を含む、非理想形状を有する相互接続を測定するために使用可能であることを認識する。最後に、ここに開示されている測定技術は、あらゆる伝導材料によって構成されている相互接続に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】明細書に開示されている実施の形態に対応する相互接続測定処理を説明するフローチャートである。
【図２Ａ】明細書に開示されている実施の形態に対応するテストストラクチャの斜視図を示している。
【図２Ｂ】明細書に開示されている実施の形態に対応するテストストラクチャの部分断面図を示している。
【図３】明細書に開示されている実施の形態に対応する受動測定技術を用いて結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃが測定されるテストストラクチャを示している。
【図４】明細書に開示されている実施の形態に対応する能動測定技術を用いて結合容量Ｃｔ、Ｃｂ及びＣｃが測定されるテストストラクチャを示している。
【図１】
2005317961.tif 000004
【図２Ａ】
2005317961.tif 000005
【図２Ｂ】
2005317961.tif 000006
【図３】
2005317961.tif 000007
【図４】
2005317961.tif 000008
【外国語明細書】
2005317961.tif 000009
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2005317961.tif 000011
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