(57)【要約】半導体装置は基板と、前記基板上に形成された回路パターンと、前記基板上に、前記回路パターンに加えて形成された複数のダミーパターンとよりなり、前記複数のダミーパターンの配列中には、不規則に分布した、他のダミーパターンに対して識別可能な複数のマーカーダミーパターンが含まれる。
2004082012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された回路パターンと、
前記基板上に、前記回路パターンに加えて形成された複数のダミーパターンとよりなる半導体装置において、
前記複数のダミーパターンの配列中には、不規則に分布した、他のダミーパターンに対して識別可能な複数のマーカーダミーパターンが含まれることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記回路パターンと前記ダミーパターンおよび前記マーカーダミーパターンは、同一の層間絶縁膜上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記マーカーダミーパターンは、前記ダミーパターンとは異なった表面形状を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記マーカーダミーパターンは、表面に一または複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記マーカーダミーパターンは、前記ダミーパターンとは異なった平面形状を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記マーカーダミーパターンは、前記ダミーパターンとは異なった組成を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記回路パターンと前記ダミーパターンおよび前記マーカーダミーパターンは、同一の層間絶縁膜中に、それぞれの表面が前記層間絶縁膜の表面と一致するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数のダミーパターンは、規則的に繰り返し配列されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記マーカーダミーパターンの各々は、前記複数のダミーパターンの各々と、実質的に同一の高さを有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記配線パターン、ダミーパターンおよびマーカーダミーパターンは、前記基板上に形成された多層配線構造中に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は一般に半導体装置に係り、特にダミーパターンを有する半導体装置に関する。
【背景技術】  半導体集積回路装置では、微細な能動素子が形成された基板上に、これらの能動素子を電気的に相互接続するために、一般に多層配線構造が設けられている。
多層配線構造は層間絶縁膜の積層よりなり、各々の層間絶縁膜中には対応する配線パターンが埋設されている。さらに異なった層間絶縁膜中の配線パターンは、層間絶縁膜中に形成されたビアホールを介して相互に接続され、所望の回路が構成される。
今日の超微細化半導体装置では、集積密度の増大に伴って基板上には莫大な数の能動素子が形成されており、このため多層配線構造中には非常に複雑な配線パターンが、何層にもわたって形成されている。
このような複雑な配線パターンを有する半導体集積回路装置を試作する際には、レイアウトの間違いや製造プロセスの不良により、多層配線構造中にある程度の欠陥が生じるのが避けられない。
そこで、このような集積密度の大きな半導体集積回路装置を歩留まり良く製造するためには、不良となった半導体集積回路装置の解析が不可欠である。
【背景技術】  従来、不良半導体集積回路装置の解析においては多層配線構造中に埋設された配線パターンの検出に焦点深度の深いレーザ顕微鏡などの光学顕微鏡が使われ、一方、不良箇所の修復、例えばコンタクトホールの形成、配線パターンの切断、あるいは試験用のコンタクトバッドの形成には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置あるいはＦＩＢ加工装置を内蔵する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が使われていた。
すなわち従来は、光学顕微鏡により多層配線中の不良箇所を特定し、その位置において集束イオンビーム加工装置を使って不良箇所にコンタクトホールを形成したり、配線パターンを切断したり、試験用コンタクトパッドを形成する等の加工を行っていた。光学顕微鏡では多層配線構造中、下層の配線パターンまで観察できるのに対し、集束イオンビーム加工装置あるいは走査型電子顕微鏡では最上層のパターン形状しか観察できない。
ところで多層配線構造では一般に、各々の層間絶縁膜中、配線パターンが疎に分布している領域にダミーパターンを形成することにより、層間絶縁膜の平坦性を確保することが行われている。そこで従来は、光学顕微鏡により不良箇所を特定した場合、同時に前記不良箇所周辺のダミーパターンの分布を取得し、集束イオンビーム加工装置はかかるダミーパターンの分布をもとに光学顕微鏡が発見した不良箇所を特定し、加工を行っていた。
また特開平９−３０６９１０号公報には、このようなＦＩＢ装置による不良箇所特定の際に、不良箇所の特定を容易にするために、ダミーパターン中に目印となるダミーパターンを一定間隔で繰り返し形成する技術が記載されている。
前記特開平９−３０６９１０号公報に記載の技術によれば、このような目印を基準に探索を行うことで、集束イオンビーム装置を使った場合でも、容易に所定の不良箇所を発見することが可能になる。
図１は、レーザ顕微鏡により求められた多層配線構造中の配線パターンの状態を示す。
図１を参照するに、レーザ顕微鏡を使うことにより、多層配線構造中、最上層の配線パターン１１のみならず、その下の配線パターン１２も観察することができ、回路動作解析を組み合わせることにより、多層配線構造中の断線や短絡を検出することが可能である。また前記多層配線構造中には前記最上層配線パターン１１と同じレベルに多数のダミーパターン１１Ａが形成されているのがわかる。
これに対し図２は、同じ多層配線構造の表面を集束イオンビーム加工装置により観察した場合の得られるパターンを示す。
図２を参照するに、この場合には最上層の配線パターン１１とダミーパターン１１Ａは観察されるものの、下層の配線パターン１２は見えないことがわかる。
ダミーパターン１１Ａが図１，２のように不規則に分布している場合には、図２のＦＩＢ像において、図１に円で囲んで示した加工領域をダミーパターン１１Ａの分布から求めることは困難ではない。
しかし、最近の超微細化半導体集積回路では、集積密度の増大に伴って配線パターンの密度も増大し、これに伴って配線パターンが疎な領域に形成されるダミーパターンの密度も増大している。その結果、ダミーパターン１１Ａが図３に示すように規則的に繰り返し形成される状況が生じている。
図３に示すダミーパターン１１Ａが規則的に配列した状況では、円で囲んだ加工領域をダミーパターン１１Ａの配列から求めるのは困難であり、所定の加工領域を特定するには、広い範囲にわたり、ダミーパターン１１Ａの分布を取得する必要がある。しかし、このように広い範囲を探索するのは時間がかかり、半導体装置の製造費用が増大してしまう。
これに対し、前記特開平９−３０６９１０号公報には、図４に示すように規則的なダミーパターン１１Ａの配列中にＡあるいはＢで示した目印となるダミーパターンを、規則的に繰り返し形成することにより、所望の加工位置をダミーパターンの配列から特定する技術が記載されている。このような目印となるダミーパターンは、例えばパターン形状や材質を他のダミーパターンに対して変化させることで形成できる。
一方、図４のような規則的に繰り返されるダミーパターンを目印として加工位置を特定しようとする場合、所望の加工位置が縦方向に繰り返されるダミーパターンＡの配列と横方向に繰り返されるダミーパターンＢの配列との交差点近傍に存在する場合には、加工位置の特定を容易、かつ迅速に行うことが可能であるが、加工位置がこのような交差点から遠く離れているような場合には、交差点を広い範囲にわたり探索する必要があり、先の図３の場合と同じ状況に陥ってしまう。
またこのような問題点を回避しようとして、ダミーパターンＡあるいはダミーパターンＢの配列を基板上に多数形成した場合でも、これらの配列が所定の間隔で繰り返し形成される限り、チップ領域上の現在位置が確定せず、加工位置の特定が困難になる問題は避けられない。またこのような目印となるダミーパターンＡあるいはＢを、基板上に繰り返し、規則的に形成できるとは限らない。
［特許文献１］  特開平９−３０６９１０号公報
【発明の開示】
そこで本発明は、上記の課題を解決した新規で有用な半導体装置を提供することを概括的課題とする。
本発明のより具体的な目的は、集束イオンビーム加工装置や走査型電子顕微鏡など表面像を取得する表面観察装置により、容易に加工箇所を特定できる半導体装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、
基板と、
前記基板上に形成された回路パターンと、
前記基板上に、前記回路パターンに加えて形成された複数のダミーパターンとよりなる半導体装置において、
前記複数のダミーパターンの配列中には、不規則に分布した、他のダミーパターンに対して識別可能な複数のマーカーパターンが含まれることを特徴とする半導体装置を提供することにある。
本発明によれば、不規則に分布した、前記ダミーパターンに対して識別可能な複数のマーカーダミーパターンを目印に、基板上の限られた領域を顕微鏡観察することにより、容易かつ速やかかつ正確に、基板上の現在位置、あるいは加工を行いたい加工位置を特定することが可能になる。
本発明のその他の特徴および利点は、以下に図面を参照しながら行う本発明の好ましい実施例の説明より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来の半導体装置の表面をレーザ顕微鏡で観察した場合に得られる像を示す図；
図２は、図１と同じ半導体装置の表面を、集束イオンビーム加工装置で観察した場合に得られる像を示す図；
図３は、従来技術の問題点を説明する図；
図４は、図３の従来技術の問題点を解消すべく提案されている別の従来技術、およびその問題点を説明する図；
図５は従来の集束イオンビーム加工装置の構成を示す図；
図６は、本発明の第１実施例による半導体装置の構成を示す断面図；
図７は、図６の半導体装置の多層配線構造を示す平面図；
図８Ａ〜８Ｈは、本発明第１実施例で使われるダミーパターンおよび目印の例を示す図；
図９〜１０は、本発明第１実施例を説明する別の図；
図１１は、図５の集束イオンビーム加工装置において、本実施例による目印パターンを使って行われる半導体集積回路装置の修復作業の例を示すフローチャート；
図１２〜１４は、本発明の第２実施例による半導体装置の構成を示す平面図である。
発明を実施するための最良の態様
［第１実施例］
図５は、本発明において使われる集束イオンビーム加工装置２０の概略的構成を示す。
図５を参照するに、集束イオンビーム加工装置２０は可動台２１Ａ上に保持されたＧａなどを使ったフィラメント２１を有し、前記フィラメント２１からはアノード２２に高電圧を印加することにより、Ｇａイオンがステージ３０上に保持されている被処理基板３１に向かって放出される。
放出されたＧａイオンはアパーチャ板２３により整形されてイオンビームとなり、このようにして形成されたイオンビームは、レンズ２４〜２６により、前記ステージ３０上の被処理基板３１上に集束される。その際、前記イオンビームは前記被処理基板３１上において、ブランキング電極２７に制御電圧を印加することによりオンオフされ、また偏向器２８を駆動することにより、前記被処理基板３１の表面上を所望の位置へと移動させられる。
また前記集束イオンビーム加工装置２０には、被処理基板３１表面からイオンビームの衝突に伴って放出される２次電子あるいは２次イオンを検出する検出器２９が設けられている。すなわち前記検出器は、集束イオンビーム加工装置２０に組み込まれた走査型イオン顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡を構成する。
さらに前記イオンビームの光軸上には、ビーム電流の調整を行うサプレッサ２１Ｂが、また前記ブランキング電極２７と協働してイオンビームのオンオフを行う、ブランキングアパーチャ２７ａを形成されたブランキング板２７Ａが設けられている。
図６は、図５のイオンビーム加工装置を使って加工がなされる本発明の第１実施例による半導体集積回路装置４０の構成を示す断面図である。
図６を参照するに、半導体集積回路装置４０はシリコン基板４１上にＳＴＩ構造などの素子分離領域４１Ａで素子分離された状態で形成された多数のＭＯＳトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３を含み、前記トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３は基板４１上に形成された層間絶縁膜４２により覆われている。
前記層間絶縁膜４２上には次の層間絶縁膜４３が形成されており、前記層間絶縁膜４３中には配線パターン４３Ａ〜４３Ｄが埋設されている。さらに前記配線パターン４３Ａ〜４３Ｄは、それぞれのコンタクトプラグを介して対応するＭＯＳトランジスタの拡散領域にコンタクトしている。
前記層間絶縁膜４３上にはさらに次の層間絶縁膜４４が形成されており、前記層間絶縁膜４４上には次の配線パターン４４Ａ〜４４Ｃが形成されている。
さらに前記層間絶縁膜４４上には前記配線パターン４４Ａ〜４４Ｃを覆うように次の層間絶縁膜４５が形成されており、前記層間絶縁膜４５上には次の配線パターン４５Ａおよび多数のダミーパターン４５Ｄが形成されている。前記ダミーパターン４５Ｄは、前記層間絶縁膜４５上、前記配線パターン４５Ａが存在しない領域に繰り返し形成されており、層間絶縁膜４５上に形成される次の層間絶縁膜（図示せず）の平坦化を促進する。
図７は、図６の半導体装置４０において層間絶緑膜４５の表面をレーザ顕微鏡で観察した場合に得られる像を示す。
図７を参照するに、図示の例では層間絶縁膜４５の表面にダミーパターン４５Ｄが一様な間隔で繰り返し形成されており、さらにその下には図６の配線パターン４４Ａ〜４４Ｃなど、下層の配線パターン４４Ｐが延在しているのが観察される。また図７の像では、さらにその下に、図６の配線パターン４３Ａ〜４３Ｄなど、さらに下層の配線パターン４３Ｐが延在しているのが観察される。
本実施例では、さらにダミーパターン４５Ｄ中に図８Ａに示す通常の一辺が０．３〜０．５μｍの正方形状のダミーパターン以外に、図８Ｂ〜８Ｈに示す様々な形状あるいは組成を有するマーカーダミーパターンＡ〜Ｔが含まれており、これらマーカーダミーパターンＡ〜Ｔは、前記ダミーパターン４５Ｄ中に、少なくとも加工時における集束イオンビーム加工装置の顕微鏡視野内、典型的には２４μｍ×２４μｍの領域内においては、不規則に分布するように形成されている。
図８Ｂ〜８Ｈを参照するに、図８Ｂ〜８Ｅのマーカーダミーパターンは図８Ａのダミーパターン中に一または複数個の凹部が形成されている。これに対し、図８Ｆの例では凹部の形状を変更している。さらに図８Ｇの例ではダミーパターンの形状を変更しており、さらに図８Ｈの例ではダミーパターンの組成を変更している。図８Ｂ〜８Ｇの例では、図５の集束イオンビーム加工装置の２次イオン検出器２９により得られたダミーパターンの形状を認識することによりマーカーダミーパターンの識別がなされるのに対し、図８Ｈの例ではダミーパターンの２次電子あるいは２次イオンの反射率に基づいてマーカーダミーパターンの識別がなされる。
そこで、図７の構造を集束イオンビーム加工装置で観察した場合にも、前記マーカーダミーパターンＡ〜Ｔは集束イオンビーム加工装置の操作型イオン顕微鏡により識別が可能で、その結果、図７中に円で囲んで示した加工箇所が、図９に示す目印パターンＡ〜Ｔの分布に基づいて、識別可能になる。
そこで、例えば図１０に示すように前記加工箇所においてダミーパターン４５Ｄおよび層間絶縁膜４５を集束イオンビーム加工により除去することにより、下層の配線パターン４４Ｐあるいは４３Ｐを露出させる等の修復加工を、図９の集束イオンビーム加工装置の走査型イオン顕微鏡像のみに基づいて行うことが可能になる。
ところで図１０の２次イオン像のみに基づいた加工箇所の特定の際には、予めマーカーダミーパターンＡ〜Ｔのマップが必要になる。
図１１は、このようなマップの作成工程の一例を示す。
図１１を参照するに、半導体集積回路装置のデバイスパターンデータＧＤＳとダミーパターンデータとがステップ１において計算機中で合成され、ステップ２においてダミーパターン４５Ｄ中に不規則に分布されたマーカーダミーパターンＡ〜Ｔを含む半導体集積回路装置の露光データが合成される。この前記ステップ１の合成工程の際に、ダミーパターン４５ＤおよびマーカーダミーパターンＡ〜Ｔの配置が決定され、前記マップデータが確定する。
図１１の工程では、さらに前記露光データをステップ３において露光装置に供給し、ステップ４でレチクルの作製、ステップ５で前記レチクルを使ったウェハの露光が行われ、最終的に所望の半導体集積回路チップが得られる。
図９および１０における加工箇所の特定は、このようにしてステップ２の工程で得られた目印パターンＡ〜Ｔのマップを基に実行することができる。
図１０の工程の後、必要に応じて前記集束イオンビーム加工装置を使って配線パターン４４Ｐあるいは４３Ｐを切断し、あるいはコンタクトホールを形成して接続し、あるいはこれらに電気的に導通するパッド電極を形成することができる。
［第２実施例］
先に図８Ｈにおいて説明したように、本発明では前記マーカーパターンとして組成を変化させたダミーパターンを使うことが可能である。
例えば配線パターンおよびダミーパターンをＡｌにより形成した場合、マーカーダミーパターンをＣｕにより形成することができる。あるいは前記配線パターンおよびダミーパターンをＣｕにより形成した場合には、マーカーダミーをＡｌにより形成することができる。勿論、このほかの材料の組合せを使うことも可能である。
図１２は、このような組成を変化させたダミーパターンＡ〜Ｔを使った、本発明第２実施例による半導体集積回路装置６０の構成を示す。
図１２を参照するに、本実施例ではこれらマーカーダミーパターンＡ〜Ｔの反射率が他のダミーパターン４５Ｄの反射率と異なるため、集束イオンビーム加工装置の走査型イオン顕微鏡により、パターンＡ〜Ｔの分布が取得され、前記マップを参照することにより、現在位置および加工位置が特定される。
本実施例においては目印パターンＡ〜Ｔの表面が平坦であるため、図１３に断面構造を示す、多層配線構造がＣＭＰ工程を使ったダマシン法で形成される半導体集積回路装置の製造に適している。ただし図１３中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１３の構造では、配線パターン４４Ａ〜４４Ｃあるいは４５Ａおよびダミーパターン４５Ｄが、層間絶縁膜中に先に溝を形成し、これを導体層で充填した後、層間絶縁膜表面に残留している導体層をＣＭＰ法で除去する工程を特徴とするダマシン法で形成されるため、配線パターン４４Ａ〜４４Ｃの表面が層間絶縁膜４４の表面に一致しており、また配線パターン４５Ａおよびダミーパターン４５Ｄの表面が層間絶縁膜４５の表面に一致しているのがわかる。
なお、同様な利点は、図８Ｇに示す表面が平坦で平面形状が変化している目印パターンを使うことによっても得られる。さらに図８Ｇの目印パターンは矩形形状のパターンに限定されるものではなく、十字型、円形、三角形など、様々な形状が可能である。
なお、先に説明した目印パターンＡ〜Ｔは、集束イオンビーム加工時における走査型イオン顕微鏡の視野内、典型的には２４×２４μｍの領域内において不規則であればよいのであって、ウェハ全体にわたり不規則な配列にする必要はない。この場合には、２４×２４μｍの領域ごとに図９の目印パターンＡ〜Ｔを、図１４に示すように繰り返し形成することで、図１１のステップ１における合成工程の計算機負荷を軽減することができる。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、不規則に分布した、前記ダミーパターンに対して識別可能な複数の目印パターンを目印に、基板上の限られた領域を顕微鏡観察することにより、容易かつ速やかかつ正確に基板上の現在位置、あるいは加工位置を特定することが可能になる。
【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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【国際調査報告】
2004082012.tif 000017
2004082012.tif 000018
2004082012.tif 000019
2004082012.tif 000020