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JP2014138150A - Semiconductor device inspection method - Google Patents

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JP2014138150A
JP2014138150A JP2013007187A JP2013007187A JP2014138150A JP 2014138150 A JP2014138150 A JP 2014138150A JP 2013007187 A JP2013007187 A JP 2013007187A JP 2013007187 A JP2013007187 A JP 2013007187A JP 2014138150 A JP2014138150 A JP 2014138150A
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Japan
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semiconductor
region
inspection
chip
wiring
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Application number
JP2013007187A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Ogata
公士 大形
Kazuyuki Tsukuni
和之 津国
Tsutomu Okazaki
勉 岡崎
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Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of a semiconductor device inspection method using a TEG (Test Element Group) formed in a chip region.SOLUTION: In a semiconductor device inspection method, a layout of semiconductor elements which compose a TEG formed in a chip region P1 is uniformed with a layout of a semiconductor chip manufactured as a product, and in addition, all of the chip regions in one shot region is made to have the same layout and each chip region is used for inspection. In addition, a wiring layer which electrically connects the semiconductor elements which compose the TEG and pads PD on the semiconductor elements is basically only a first wiring layer.

Description

本発明は、半導体装置の検査方法に関し、特に、TEGを有する半導体装置の検査方法に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a method for inspecting a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a method for inspecting a semiconductor device having a TEG.

半導体装置を製造する際には、半導体装置を構成する半導体素子、配線または絶縁膜などの特性若しくは寿命などを検査するために、検査用の半導体素子などを含む評価デバイスであるTEG(Test Elemental Group)を用いることが知られている。   When manufacturing a semiconductor device, a TEG (Test Elemental Group), which is an evaluation device including a semiconductor element for inspection, is used to inspect the characteristics or lifetime of the semiconductor elements, wirings, or insulating films constituting the semiconductor device. ) Is known.

特許文献1(特開2003−273186号公報)および特許文献2(特開2001−203247号公報)には、検査工程において、ロットから抜き出された数枚のウエハだけを精度測定の対象とする、抜き取り検査を行うことが記載されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-273186) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-203247), only a few wafers extracted from a lot are subjected to accuracy measurement in an inspection process. It is described that a sampling inspection is performed.

特開2003−273186号公報JP 2003-273186 A 特開2001−203247号公報JP 2001-203247 A

例えば、半導体ウエハ上のチップのパターンを露光するショット領域内には複数のチップ領域がレイアウトされ、当該複数のチップ領域には、異なる半導体素子の特性などを検査するため、それぞれ様々なTEGが形成されている場合がある。このとき、特定の半導体素子の特性を検査するためのTEGは、例えば、上記ショット領域内の一つのチップ領域内の、一部の領域のみに形成されていることが考えられる。また、当該TEGは、同一形状の半導体素子を複数繰り返し形成した構造を有していることが考えられる。   For example, a plurality of chip areas are laid out in a shot area that exposes a chip pattern on a semiconductor wafer, and various TEGs are formed in the plurality of chip areas to inspect the characteristics of different semiconductor elements. May have been. At this time, it is conceivable that the TEG for inspecting the characteristics of the specific semiconductor element is formed only in a part of the one chip region in the shot region, for example. The TEG may have a structure in which a plurality of semiconductor elements having the same shape are repeatedly formed.

この場合、半導体ウエハ上において、上記特定の半導体素子の特性を検査するためのTEGが形成されている領域は限られており、TEGの規模は小さい。したがって、上記特定の半導体素子の特性を検査する際、検査結果を集めるためには、上記TEGを含む半導体ウエハを多数用意する必要がある。このため、検査にかかる時間およびコストが増大する問題がある。   In this case, the region where the TEG for inspecting the characteristics of the specific semiconductor element is limited on the semiconductor wafer, and the scale of the TEG is small. Therefore, in order to collect inspection results when inspecting the characteristics of the specific semiconductor element, it is necessary to prepare a large number of semiconductor wafers containing the TEG. For this reason, there is a problem that the time and cost for the inspection increase.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

一実施の形態である半導体装置の検査方法は、チップ領域内に形成するTEGを構成する半導体素子のレイアウトを、製品として製造する半導体チップと同一のレイアウトとし、また、当該TEGを構成する半導体素子と、当該半導体素子上のパッドとを電気的に接続する配線層を、基本的に第1配線層のみとするものである。   According to an inspection method of a semiconductor device according to an embodiment, the layout of a semiconductor element constituting a TEG formed in a chip region is the same as that of a semiconductor chip manufactured as a product, and the semiconductor element constituting the TEG The wiring layer that electrically connects the semiconductor element and the pad on the semiconductor element is basically only the first wiring layer.

本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の検査方法の精度を向上させることができる。   According to one embodiment disclosed in the present application, it is possible to improve the accuracy of a semiconductor device inspection method.

本発明の一実施の形態である半導体装置の検査方法に用いるTEGを含む半導体ウエハの平面図である。It is a top view of the semiconductor wafer containing TEG used for the test | inspection method of the semiconductor device which is one embodiment of this invention. 図1の一部を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows a part of FIG. 図2の一部を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows a part of FIG. 図3の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of FIG. 本発明の一実施の形態である半導体装置の検査方法を示すフローである。It is a flow which shows the inspection method of the semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 比較例である半導体装置の検査方法に用いる半導体装置の一部を示す平面図である。It is a top view which shows a part of semiconductor device used for the test | inspection method of the semiconductor device which is a comparative example. 図6の一部を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows a part of FIG. 図7の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of FIG. 比較例である半導体装置の検査方法に用いる半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device used for the inspection method of the semiconductor device which is a comparative example. 比較例である半導体装置の検査方法を示すフローである。It is a flow which shows the inspection method of the semiconductor device which is a comparative example.

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

(実施の形態1)
本実施の形態の半導体装置の検査方法では、半導体基板上に、製品のレイアウトと同一のレイアウトで形成された半導体素子を含むTEGと、当該TEG上の1層の配線と、パッドとを含む半導体装置を用いた検査方法について説明する。
(Embodiment 1)
In the semiconductor device inspection method of the present embodiment, a semiconductor including a TEG including a semiconductor element formed on the semiconductor substrate in the same layout as the product layout, one layer of wiring on the TEG, and a pad. An inspection method using the apparatus will be described.

まず、以下に、本実施の形態の半導体装置の検査方法に用いるTEGの構造を、図1〜図5に示す。図1は、本実施の形態の検査方法に用いるTEGを含む半導体ウエハの平面図である。図2は、図1の一部を拡大して示す平面図である。図3は、図2の一部を拡大して示す平面図である。図4は、図3の一部の断面図である。図5は、本実施の形態の検査方法を示すフローである。   First, FIG. 1 to FIG. 5 show the structure of the TEG used in the semiconductor device inspection method of the present embodiment. FIG. 1 is a plan view of a semiconductor wafer including a TEG used in the inspection method of the present embodiment. FIG. 2 is an enlarged plan view showing a part of FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view showing a part of FIG. 4 is a partial cross-sectional view of FIG. FIG. 5 is a flow showing the inspection method of the present embodiment.

図1に示すように、本実施の形態の半導体装置の検査工程で用いるTEG(図示しない)は、半導体ウエハWF上に形成されている。図1に示す半導体ウエハWFは、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板と、その上に順に形成された半導体素子、配線層およびパッドを含んでいる。半導体ウエハWFの主面上には、チップ領域CRがマトリクス状に複数並んで配置されている。つまり、複数のチップ領域CRは、半導体ウエハWFの上面に沿う第1方向と、当該第1方向に直交して半導体ウエハWFの上面に沿う第2方向とのそれぞれの方向に並んで配置されている。   As shown in FIG. 1, a TEG (not shown) used in the inspection process of the semiconductor device of the present embodiment is formed on a semiconductor wafer WF. A semiconductor wafer WF shown in FIG. 1 includes, for example, a semiconductor substrate made of single crystal silicon, and semiconductor elements, wiring layers, and pads sequentially formed thereon. On the main surface of the semiconductor wafer WF, a plurality of chip regions CR are arranged in a matrix. That is, the plurality of chip regions CR are arranged side by side in each of a first direction along the upper surface of the semiconductor wafer WF and a second direction perpendicular to the first direction and along the upper surface of the semiconductor wafer WF. Yes.

各チップ領域CR同士の間は、第1方向に延在するスクライブ領域SLおよび第2方向に延在するスクライブ領域SLを介して離間している。つまり、複数のスクライブ領域SLは、複数のチップ領域CRを規定し、半導体ウエハWFの主面において格子状に配置されている。スクライブ領域SLは、半導体ウエハWFを個片化するために行うダイシング工程において切削される領域である。ただし、ここで説明する半導体ウエハWFは検査用のみに用いられるものであるため、当該検査の工程の後にダイシング工程を行わなくてもよい。   The chip regions CR are separated from each other via a scribe region SL extending in the first direction and a scribe region SL extending in the second direction. That is, the plurality of scribe regions SL define a plurality of chip regions CR and are arranged in a lattice pattern on the main surface of the semiconductor wafer WF. The scribe region SL is a region that is cut in a dicing process that is performed to separate the semiconductor wafer WF. However, since the semiconductor wafer WF described here is used only for inspection, the dicing process may not be performed after the inspection process.

上記のように、半導体ウエハWFは検査用のみに用いられる。つまり、半導体ウエハWF上の複数のチップ領域CRは全て検査用に用いられ、製品である半導体チップにはならない。後述するように、半導体ウエハWFを構成する半導体基板上には、トランジスタなどの半導体素子が形成されており、製品と同一のレイアウトを有している。ただし、製品として製造するような半導体装置とは異なり、本実施の形態の当該半導体素子上には、多数の配線層は形成されず、1層の配線層およびパッドが形成されている。   As described above, the semiconductor wafer WF is used only for inspection. That is, all of the plurality of chip regions CR on the semiconductor wafer WF are used for inspection, and do not become semiconductor chips that are products. As will be described later, semiconductor elements such as transistors are formed on a semiconductor substrate constituting the semiconductor wafer WF, and have the same layout as the product. However, unlike a semiconductor device manufactured as a product, a large number of wiring layers are not formed on the semiconductor element of this embodiment, and one wiring layer and a pad are formed.

次に、図2に、図1の一部を拡大した平面図を示す。図2は、図1に示す複数のチップ領域CRのうち、露光装置によって一度のショットで露光可能な範囲、すなわちショット領域SH内に含まれるチップ領域CRを示す平面図である。ここでは、一つのショット領域SH内に15個のチップ領域が含まれている。一つのショット領域SHは矩形の形状を有しており、その中に、縦に5個、横に3個のチップ領域P1〜P15が配置されている。図2に示すチップ領域P1〜P15は、図1に示す一部の領域に形成された、一つのショット領域SH内の15個のチップ領域CRに相当する。   Next, FIG. 2 shows an enlarged plan view of a part of FIG. FIG. 2 is a plan view showing a range that can be exposed in one shot by the exposure apparatus among the plurality of chip regions CR shown in FIG. 1, that is, the chip region CR included in the shot region SH. Here, 15 chip areas are included in one shot area SH. One shot region SH has a rectangular shape, in which five chip regions P1 to P15 are arranged vertically and three horizontally. The chip areas P1 to P15 shown in FIG. 2 correspond to 15 chip areas CR in one shot area SH formed in a part of the area shown in FIG.

図1に示すチップ領域CRのそれぞれは、半導体ウエハWF上にマトリクス状に並べられた複数のショット領域SHを構成している。図1に示す太い線により囲まれた矩形の領域は、例として示す一つのショット領域SHの輪郭を示すものである。半導体ウエハWF上のチップ領域CRは全て、マトリクス状に並ぶショット領域SH内の領域であるが、ここでは複数並ぶショット領域SHのうち、一つのショット領域SHのみ、その輪郭を示している。   Each of the chip regions CR shown in FIG. 1 constitutes a plurality of shot regions SH arranged in a matrix on the semiconductor wafer WF. A rectangular area surrounded by a thick line shown in FIG. 1 shows the outline of one shot area SH shown as an example. All the chip regions CR on the semiconductor wafer WF are regions in the shot region SH arranged in a matrix, but here, only one shot region SH of the plurality of shot regions SH is shown in outline.

ショット領域SHは、フォトリソグラフィ技術における露光工程を行う際、露光装置を用いて、レチクルの像を半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に転写することが可能な範囲である。図2に示すように、ここでは、15個のチップ領域P1〜P15を含む範囲を一度に露光することができる。半導体装置の製造工程では、フォトレジスト膜の露光を行う際、半導体ウエハWF上の一部の領域に対してショット領域SHの範囲で露光を行った後、半導体ウエハWFを走査して、上記露光を行った領域の隣り合う領域にも露光を行い、これを繰り返し行うことで、半導体ウエハ上の全面を露光する。つまり、半導体ウエハWF上には、15個のチップ領域CRを含む1単位の領域であるショット領域SHが繰り返し並べて配置されており、半導体ウエハWF上のチップ領域CRは全て、複数のショット領域SH内に含まれている。   The shot region SH is a range in which an image of a reticle can be transferred to a photoresist film on a semiconductor wafer using an exposure apparatus when performing an exposure process in the photolithography technique. As shown in FIG. 2, here, a range including 15 chip regions P1 to P15 can be exposed at a time. In the manufacturing process of the semiconductor device, when performing exposure of the photoresist film, after exposing a part of the region on the semiconductor wafer WF in the range of the shot region SH, the semiconductor wafer WF is scanned to perform the above exposure. The exposure is also performed on the area adjacent to the area where the process has been performed, and this process is repeated to expose the entire surface of the semiconductor wafer. That is, on the semiconductor wafer WF, the shot area SH, which is a unit area including 15 chip areas CR, is repeatedly arranged, and all the chip areas CR on the semiconductor wafer WF are arranged in a plurality of shot areas SH. Contained within.

マトリクス状に並ぶショット領域SHのそれぞれのレイアウトは互いに同一である。つまり、特定のショット領域SHと、他の一つのショット領域SHのそれぞれを構成する複数のチップ領域CRの配置は同一である。なお、図2に示すショット領域内のチップ領域P1〜P15のそれぞれの素子のレイアウトを互いに異なる構造とすることが考えられるが、本実施の形態において、チップ領域P1〜P15のそれぞれの素子のレイアウトはいずれも同一である。図2に示すように、チップ領域P1〜P15は縦5個、横3個の行列状に配置されている。また、チップ領域P1〜P15のそれぞれの間には、第1方向または第2方向に延在するスクライブ領域SLが形成されている。   The layouts of the shot areas SH arranged in a matrix are the same. In other words, the arrangement of the plurality of chip regions CR constituting each of the specific shot region SH and the other one shot region SH is the same. Note that the layout of the elements in the chip areas P1 to P15 in the shot area shown in FIG. 2 may be different from each other. In the present embodiment, the layout of the elements in the chip areas P1 to P15 is considered. Are the same. As shown in FIG. 2, the chip regions P1 to P15 are arranged in a matrix of 5 vertically and 3 horizontally. A scribe region SL extending in the first direction or the second direction is formed between each of the chip regions P1 to P15.

次に、図3に、図2の一部を拡大した平面図を示す。図3は、図2に示すチップ領域P1を拡大して示す平面図である。なお、図2に示すチップ領域P2〜P15は、いずれも図3に示すP1と同一のレイアウトを有している。また、図3にはスクライブ領域SL(図2参照)を示していない。図3に示すチップ領域P1は、図2に示す4本のスクライブ領域SLにより囲まれた領域である。図3に示すように、チップ領域P1は、平面視において矩形の形状を有している。   Next, FIG. 3 shows an enlarged plan view of a part of FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view showing the chip region P1 shown in FIG. Note that the chip regions P2 to P15 shown in FIG. 2 all have the same layout as P1 shown in FIG. Also, FIG. 3 does not show the scribe area SL (see FIG. 2). The chip area P1 shown in FIG. 3 is an area surrounded by the four scribe areas SL shown in FIG. As shown in FIG. 3, the chip region P1 has a rectangular shape in plan view.

チップ領域P1の周縁部の領域R1には、複数のパッドPDが形成されている。チップ領域P1上において、領域R1に囲まれた範囲には、領域R2、R3、R4およびR5が形成されている。領域R2およびR3には、例えばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の構造を有するMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型の不揮発性メモリが形成されている。領域R3に形成されている不揮発性メモリは、例えばデータ格納用のフラッシュメモリである。領域R4には、SRAM(Static Random Access Memory)が形成されており、領域R5には、上記不揮発性メモリを駆動する用途などに用いられるコア部の低耐圧MOSFETが形成されている。   A plurality of pads PD are formed in the peripheral region R1 of the chip region P1. On the chip region P1, regions R2, R3, R4, and R5 are formed in a range surrounded by the region R1. In the regions R2 and R3, for example, a MONOS (Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor) type nonvolatile memory having a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) structure is formed. The nonvolatile memory formed in the region R3 is, for example, a data storage flash memory. In the region R4, an SRAM (Static Random Access Memory) is formed, and in the region R5, a low breakdown voltage MOSFET of a core portion used for driving the nonvolatile memory is formed.

また、領域R1には、半導体装置を製品として製造した場合に、領域R1〜R5に形成された半導体素子などに電位を供給し、また、それらの半導体素子から情報の出力を行う高耐圧の素子、つまり、I/Oに用いられる高耐圧のMOSFETなどが形成されている。また、領域R1、R5には、例えば容量素子なども形成されている。領域R1に形成されたパッドPDは、プローブ検査などにおいて、領域R1〜R5に形成された半導体素子などに所定の電位を供給し、それぞれの半導体素子、配線または絶縁膜などを評価する際に用いられる電極である。パッドPDは、平面視において矩形の形状を有するチップ領域P1の周縁の4辺のそれぞれに沿って環状に形成された領域R1上において、上記4辺のそれぞれに沿って複数並べて配置されている。   In the region R1, when a semiconductor device is manufactured as a product, a high withstand voltage element that supplies a potential to the semiconductor elements formed in the regions R1 to R5 and outputs information from the semiconductor elements. That is, a high breakdown voltage MOSFET used for I / O is formed. Further, in the regions R1 and R5, for example, a capacitive element is also formed. The pad PD formed in the region R1 is used for supplying a predetermined potential to the semiconductor elements formed in the regions R1 to R5 and evaluating each semiconductor element, wiring, insulating film, or the like in probe inspection or the like. Electrode. A plurality of pads PD are arranged side by side along each of the four sides on a region R1 formed in an annular shape along each of the four sides of the peripheral edge of the chip region P1 having a rectangular shape in plan view.

製品として製造される半導体チップであれば、領域R2〜R5に形成された低耐圧の半導体素子は、I/O用に形成された高耐圧のMOSFETを介してパッドPDに接続されていることが考えられるが、ここでは、領域R2〜R5に形成された素子の一部は、直接パッドPDに接続されている。これは、本実施の形態で用いる半導体装置が、製品に用いられるものではなく検査工程のみに用いられるものであるためである。つまり、製品に用いられる半導体チップでは、外部からの入力電圧を半導体チップ内で低い値に変換してから低耐圧の半導体素子に供給する必要があるが、検査用の半導体装置では、パッドPDを介して、低耐圧の半導体素子用に低めた値の電圧を各半導体素子に供給することができるためである。   In the case of a semiconductor chip manufactured as a product, the low breakdown voltage semiconductor element formed in the regions R2 to R5 is connected to the pad PD via a high breakdown voltage MOSFET formed for I / O. In this case, a part of the elements formed in the regions R2 to R5 are directly connected to the pad PD. This is because the semiconductor device used in this embodiment is not used for a product but only for an inspection process. That is, in a semiconductor chip used in a product, it is necessary to convert an external input voltage to a low value in the semiconductor chip and then supply it to a low breakdown voltage semiconductor element. This is because a lower voltage can be supplied to each semiconductor element for a low breakdown voltage semiconductor element.

また、検査用の半導体装置を用いた検査工程では、出力する電流は検査装置により検知できれば足りるため、出力する情報である電流を高耐圧の半導体素子を介して増幅などする必要はない。   Further, in the inspection process using the semiconductor device for inspection, it is sufficient that the output current can be detected by the inspection device. Therefore, it is not necessary to amplify the current that is the information to be output through the high-breakdown-voltage semiconductor element.

また、チップ領域P1に形成された半導体素子とパッドPDを接続する配線は、製品として製造する半導体チップにおいて複数層に亘って形成されることが考えられるが、ここでは、1層の配線と、その上下のビアおよびコンタクトプラグとにより、半導体基板上の半導体素子とパッドPDとが接続されている。   Further, the wiring connecting the semiconductor element formed in the chip region P1 and the pad PD may be formed over a plurality of layers in a semiconductor chip manufactured as a product. Here, a single-layer wiring, The semiconductor element on the semiconductor substrate and the pad PD are connected by the upper and lower vias and the contact plug.

つまり、本実施の形態で検査に用いる半導体ウエハ上のチップ領域P1では、製品として製造される半導体チップと異なり、配線層が1層のみである。また、製品として製造される半導体チップと異なり、低耐圧の半導体素子であっても、高耐圧の半導体素子を介さず、上記1層の配線層を介してパッドPDに直接電気的に接続されている。   That is, unlike the semiconductor chip manufactured as a product, the chip region P1 on the semiconductor wafer used for inspection in the present embodiment has only one wiring layer. Also, unlike a semiconductor chip manufactured as a product, even a low breakdown voltage semiconductor element is directly connected to the pad PD via the one wiring layer without passing through a high breakdown voltage semiconductor element. Yes.

次に、図4に、図3に示すチップ領域の一部の断面図を示す。図4では、図を分かりやすくするため、一つのチップ領域P1(図3参照)の半導体基板上に形成された素子であって、図3に示す領域R2に形成されたメモリセル、領域R1に形成された高耐圧MOSFET、領域R4に形成された低耐圧MOSFET、および領域R1に形成された容量素子を並べて示している。なお、図3に示す領域R3にも、図4に示す上記メモリセルと同様のメモリセルが形成されている。また、図3に示す領域R5にも、図4に示す上記低耐圧MOSFETと同様の低耐圧MOSFETが形成されている。   Next, FIG. 4 shows a cross-sectional view of a part of the chip region shown in FIG. In FIG. 4, in order to make the drawing easy to understand, elements formed on the semiconductor substrate in one chip region P1 (see FIG. 3), the memory cells formed in the region R2 shown in FIG. The formed high breakdown voltage MOSFET, the low breakdown voltage MOSFET formed in the region R4, and the capacitive element formed in the region R1 are shown side by side. Note that a memory cell similar to the memory cell shown in FIG. 4 is also formed in the region R3 shown in FIG. Also in the region R5 shown in FIG. 3, a low breakdown voltage MOSFET similar to the low breakdown voltage MOSFET shown in FIG. 4 is formed.

図4では、図の左側から順に、一対の不揮発性メモリのメモリセルQ1と、高耐圧MOSFETQ2と、低耐圧MOSFETQ3と、容量素子CPとが並んで形成されている。図4に示すように、単結晶シリコン基板からなる半導体基板SB上には、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)またはLOCOS(Local Oxidization of Silicon)などの構造を有する複数の素子分離領域IEが形成されており、各素子分離領域IEにより上記各半導体素子が分離されている。各半導体素子の下部の半導体基板SBの上面にはp型またはn型のウエルが形成されていることが考えられるが、ここではその図示を省略している。   In FIG. 4, in order from the left side of the drawing, a pair of memory cells Q1, a high breakdown voltage MOSFET Q2, a low breakdown voltage MOSFET Q3, and a capacitive element CP are formed side by side. As shown in FIG. 4, a plurality of element isolation regions IE having a structure such as STI (Shallow Trench Isolation) or LOCOS (Local Oxidization of Silicon) are formed on a semiconductor substrate SB made of a single crystal silicon substrate. The semiconductor elements are separated by the element isolation regions IE. Although it is conceivable that a p-type or n-type well is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB below each semiconductor element, the illustration thereof is omitted here.

まず、MONOS型の不揮発性メモリであるメモリセルQ1について説明する。メモリセルQ1は、半導体基板SBの主面のp型ウエル(図示しない)上に形成されている。メモリセルQ1は、コントロールトランジスタとメモリトランジスタとにより構成されている。コントロールトランジスタの選択用ゲート電極であるコントロールゲート電極CGは、ポリシリコン膜からなり、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜GF1上に形成されている。また、メモリトランジスタの記憶用ゲート電極であるメモリゲート電極MGは、ポリシリコン膜からなり、コントロールゲート電極CGの一方の側壁に隣接して形成されている。   First, the memory cell Q1 which is a MONOS type nonvolatile memory will be described. The memory cell Q1 is formed on a p-type well (not shown) on the main surface of the semiconductor substrate SB. The memory cell Q1 includes a control transistor and a memory transistor. A control gate electrode CG which is a selection gate electrode of the control transistor is made of a polysilicon film, and is formed on the gate insulating film GF1 made of a silicon oxide film. Further, the memory gate electrode MG which is a memory gate electrode of the memory transistor is made of a polysilicon film and is formed adjacent to one side wall of the control gate electrode CG.

メモリゲート電極MGは、L字状の断面形状を有するONO(Oxide Nitride Oxide)膜OXを介してコントロールゲート電極CGおよび半導体基板SBと電気的に分離されている。ONO膜OXの一部はコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MG間に形成され、ONO膜OXの他部は半導体基板SBおよびメモリゲート電極MG間に形成されている。つまり、メモリゲート電極MGは、ONO膜OXを介して、コントロールゲート電極CGの側壁および半導体基板SBの主面に隣接している。   The memory gate electrode MG is electrically separated from the control gate electrode CG and the semiconductor substrate SB via an ONO (Oxide Nitride Oxide) film OX having an L-shaped cross section. A part of the ONO film OX is formed between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG, and the other part of the ONO film OX is formed between the semiconductor substrate SB and the memory gate electrode MG. That is, the memory gate electrode MG is adjacent to the side wall of the control gate electrode CG and the main surface of the semiconductor substrate SB via the ONO film OX.

ONO膜OXは、2層の酸化シリコン膜と、それらの間に形成された窒化シリコン膜とからなる。ここでは、ONO膜OXを構成する酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の積層構造の図示は省略している。データの書き込み時には、コントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGの直下の半導体基板SBの主面のチャネル領域で発生したホットエレクトロンがONO膜OXに注入され、ONO膜OXを構成する電荷蓄積膜である窒化シリコン膜中のトラップに捕獲される。   The ONO film OX includes a two-layer silicon oxide film and a silicon nitride film formed between them. Here, the laminated structure of the silicon oxide film and the silicon nitride film constituting the ONO film OX is not shown. At the time of writing data, hot electrons generated in the channel region of the main surface of the semiconductor substrate SB immediately below the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG are injected into the ONO film OX, which is a charge storage film constituting the ONO film OX. It is captured by a trap in the silicon nitride film.

コントロールゲート電極CGの近傍の半導体基板SBには、メモリセルQ1のドレイン領域として機能する拡散層であるn型半導体領域D1dが形成されている。また、メモリゲート電極MGの近傍の半導体基板SBには、メモリセルQ1のソース領域として機能する拡散層であるn型半導体領域D1sが形成されている。 On the semiconductor substrate SB in the vicinity of the control gate electrode CG, an n + type semiconductor region D1d that is a diffusion layer functioning as a drain region of the memory cell Q1 is formed. In addition, an n + type semiconductor region D1s that is a diffusion layer functioning as a source region of the memory cell Q1 is formed in the semiconductor substrate SB in the vicinity of the memory gate electrode MG.

型半導体領域D1dに隣接した領域の半導体基板SBには、n型半導体領域D1dよりも不純物濃度が低いn型半導体領域(図示しない)が形成されている。すなわち、低濃度拡散層のn型半導体領域および高濃度拡散層のn型半導体領域D1dが形成されている。n型半導体領域は、n型半導体領域D1dの端部の高電界を緩和し、上記コントロールトランジスタをLDD(Lightly Doped Drain)構造にするためのエクステンション領域である。 The semiconductor substrate SB in a region adjacent to the n + -type semiconductor region D1d, n + -type semiconductor region impurity concentration than D1d lower n - -type semiconductor regions (not shown) is formed. That is, the n type semiconductor region of the low concentration diffusion layer and the n + type semiconductor region D1d of the high concentration diffusion layer are formed. The n type semiconductor region is an extension region for relaxing the high electric field at the end of the n + type semiconductor region D1d and making the control transistor have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

また、n型半導体領域D1sに隣接した領域の半導体基板SBには、n型半導体領域D1sよりも不純物濃度が低いn型半導体領域(図示しない)が形成されている。すなわち、低濃度拡散層のn型半導体領域および高濃度拡散層のn型半導体領域D1sが形成されている。n型半導体領域は、n型半導体領域D1sの端部の高電界を緩和し、上記メモリトランジスタをLDD構造にするためのエクステンション領域である。 Further, in the semiconductor substrate SB in a region adjacent to the n + -type semiconductor region D1s, n + -type semiconductor region impurity concentration than D1s lower n - -type semiconductor regions (not shown) is formed. That is, the n type semiconductor region of the low concentration diffusion layer and the n + type semiconductor region D1s of the high concentration diffusion layer are formed. The n type semiconductor region is an extension region for relaxing the high electric field at the end of the n + type semiconductor region D1s and making the memory transistor have an LDD structure.

コントロールゲート電極CGの他方の側壁およびメモリゲート電極MGの一方の側壁には、例えば酸化シリコン膜などからなるサイドウォールSWが形成されている。サイドウォールSWは、n型半導体領域D1dおよびn型半導体領域D1sを形成するために利用される。メモリセルQ1は、ONO膜OXを介して互いに隣接するコントロールゲート電極CGおよびメモリゲート電極MGを有するスプリットゲート型のMONOSメモリである。 A sidewall SW made of, for example, a silicon oxide film is formed on the other sidewall of the control gate electrode CG and one sidewall of the memory gate electrode MG. The sidewall SW is used to form the n + type semiconductor region D1d and the n + type semiconductor region D1s. The memory cell Q1 is a split gate type MONOS memory having a control gate electrode CG and a memory gate electrode MG which are adjacent to each other via the ONO film OX.

一対のメモリセルQ1は、互いのn型半導体領域D1dを挟んで線対称な構造を有している。つまり、一対のメモリセルQ1のそれぞれは、互いにn型半導体領域D1d、つまりドレイン領域を共有している。 The pair of memory cells Q1 have a line-symmetric structure with the n + type semiconductor region D1d between each other. That is, each of the pair of memory cells Q1 shares an n + type semiconductor region D1d, that is, a drain region.

ここで、上記メモリセルQ1を選択メモリセルとした場合の書き込み、消去および読み出しの各動作について説明する。ただし、本実施の形態の半導体装置は検査のみに用いられるものであるため、半導体ウエハ上に形成される複数のメモリセルQ1のうちの一部は、下記に説明するように、情報の書き込み等が可能となるように結線されていなくてもよい。ここでは、ONO膜OXに電子を注入することを「書き込み」、ホールを注入することを「消去」とそれぞれ定義する。また、以下ではn型半導体領域D1sをソース領域と呼び、n型半導体領域D1dをドレイン領域と呼ぶ。 Here, each operation of writing, erasing and reading when the memory cell Q1 is a selected memory cell will be described. However, since the semiconductor device of the present embodiment is used only for inspection, some of the plurality of memory cells Q1 formed on the semiconductor wafer may be used for information writing or the like as described below. It does not have to be connected so as to be possible. Here, injecting electrons into the ONO film OX is defined as “writing”, and injecting holes is defined as “erasing”. Hereinafter, the n + type semiconductor region D1s is referred to as a source region, and the n + type semiconductor region D1d is referred to as a drain region.

書き込みは、いわゆるソースサイド注入方式と呼ばれるホットエレクトロン書き込み方式を採用する。書き込み時には、例えばコントロールゲート電極CGに0.7V、メモリゲート電極MGに10V、ソース領域に6V、ドレイン領域に0V、半導体基板SBに0Vをそれぞれ印加する。これにより、ソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャネル領域のうち、コントロールゲート電極CGとメモリゲート電極MGとの中間付近の領域でホットエレクトロンが発生し、これがONO膜OXに注入される。注入された電子はONO膜OXを構成する窒化シリコン膜中のトラップに捕獲され、メモリセルQ1を構成するメモリトランジスタのしきい値電圧が上昇する。   For the writing, a hot electron writing method called a so-called source side injection method is adopted. At the time of writing, for example, 0.7V is applied to the control gate electrode CG, 10V to the memory gate electrode MG, 6V to the source region, 0V to the drain region, and 0V to the semiconductor substrate SB. As a result, hot electrons are generated in a region near the middle between the control gate electrode CG and the memory gate electrode MG in the channel region formed between the source region and the drain region, and this is injected into the ONO film OX. . The injected electrons are captured by traps in the silicon nitride film constituting the ONO film OX, and the threshold voltage of the memory transistor constituting the memory cell Q1 rises.

消去は、チャネル電流を利用したホットホール注入消去方式を採用する。消去時には、例えばコントロールゲート電極CGに0.7V、メモリゲート電極MGに−8V、ソース領域に7V、ドレイン領域に0V、半導体基板SBに0Vをそれぞれ印加する。これにより、コントロールゲート電極CGの下部の半導体基板SBにチャネル領域が形成される。   For erasing, a hot hole injection erasing method using a channel current is adopted. At the time of erasing, for example, 0.7V is applied to the control gate electrode CG, −8V to the memory gate electrode MG, 7V to the source region, 0V to the drain region, and 0V to the semiconductor substrate SB. Thereby, a channel region is formed in the semiconductor substrate SB below the control gate electrode CG.

また、ソース領域に高電圧(7V)が印加されるため、ソース領域から伸びた空乏層がコントロールトランジスタのチャネル領域に近づく。この結果、チャネル領域を流れる電子が、チャネル領域の端部とソース領域との間の高電界によって加速されてインパクトイオン化が生じ、電子とホールの対が生成される。そして、このホールがメモリゲート電極MGに印加された負電圧(−8V)によって加速されてホットホールとなり、ONO膜OXに注入される。注入されたホールはONO膜OXを構成する窒化シリコン膜中のトラップに捕獲され、メモリトランジスタのしきい値電圧が低下する。   Further, since a high voltage (7 V) is applied to the source region, the depletion layer extending from the source region approaches the channel region of the control transistor. As a result, the electrons flowing through the channel region are accelerated by a high electric field between the end of the channel region and the source region, and impact ionization occurs, generating a pair of electrons and holes. This hole is accelerated by a negative voltage (−8V) applied to the memory gate electrode MG to become a hot hole and injected into the ONO film OX. The injected holes are captured by traps in the silicon nitride film constituting the ONO film OX, and the threshold voltage of the memory transistor is lowered.

読み出し時には、例えばコントロールゲート電極CGに1.5V、メモリゲート電極MGに1.5V、ソース領域に0V、ドレイン領域に1.5V、半導体基板SBに0Vをそれぞれ印加する。すなわち、メモリゲート電極MGに印加する電圧を、書き込み状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧と、消去状態におけるメモリトランジスタのしきい値電圧との間に設定し、書き込み状態と消去状態とを判別する。   At the time of reading, for example, 1.5V is applied to the control gate electrode CG, 1.5V to the memory gate electrode MG, 0V to the source region, 1.5V to the drain region, and 0V to the semiconductor substrate SB. That is, the voltage applied to the memory gate electrode MG is set between the threshold voltage of the memory transistor in the write state and the threshold voltage of the memory transistor in the erase state, and the write state and the erase state are discriminated. .

次に、I/Oなどに用いられる高耐圧MOSFETQ2について説明する。高耐圧MOSFETQ2は半導体装置とその外部の装置の間で電流の入出力を行うために用いられる半導体素子である。このため、コア部などに形成される低耐圧MOSFETQ3に比べて、高い耐圧が要求される。したがって、高耐圧MOSFETQ2のゲート電極G2のゲート長は、低耐圧MOSFETQ3のゲート電極G3のゲート長よりも長く形成されている。また、高耐圧MOSFETQ2のゲート絶縁膜GF2の膜厚は、低耐圧MOSFETQ3のゲート絶縁膜GF3の膜厚よりも大きく形成されている。   Next, the high voltage MOSFET Q2 used for I / O and the like will be described. The high breakdown voltage MOSFET Q2 is a semiconductor element used to input and output current between the semiconductor device and an external device. For this reason, a high breakdown voltage is required as compared with the low breakdown voltage MOSFET Q3 formed in the core portion or the like. Therefore, the gate length of the gate electrode G2 of the high voltage MOSFET Q2 is formed longer than the gate length of the gate electrode G3 of the low voltage MOSFET Q3. Further, the thickness of the gate insulating film GF2 of the high voltage MOSFET Q2 is formed larger than the thickness of the gate insulating film GF3 of the low voltage MOSFET Q3.

高耐圧MOSFETQ2は、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GF2を介して形成されたゲート電極G2を有し、また、ゲート電極G2の横の半導体基板SBの上面に形成されたソース・ドレイン領域を有している。当該ソース・ドレイン領域のそれぞれは、半導体基板SBの上面に形成されたn型半導体領域D2を含んでおり、半導体基板SBの主面には、各n型半導体領域D2に隣接して、n型半導体領域D2よりも不純物濃度が低いn型半導体領域(図示しない)が形成されている。一対のn型半導体領域のそれぞれは、隣接するn型半導体領域D2よりもゲート電極G2に近い領域に形成されている。 The high breakdown voltage MOSFET Q2 has a gate electrode G2 formed on the semiconductor substrate SB via a gate insulating film GF2, and has a source / drain region formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB next to the gate electrode G2. doing. Each of the source / drain regions includes an n + type semiconductor region D2 formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB, and the main surface of the semiconductor substrate SB is adjacent to each n + type semiconductor region D2, An n type semiconductor region (not shown) having an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor region D2 is formed. Each of the pair of n type semiconductor regions is formed in a region closer to the gate electrode G2 than the adjacent n + type semiconductor region D2.

ここでは、高耐圧MOSFETQ2の直下の半導体基板SBの上面に形成されたp型のウエルを図示していない。ゲート電極G2の両側の側壁には、例えば酸化シリコン膜などからなるサイドウォールSWが自己整合的に形成されている。   Here, a p-type well formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB immediately below the high breakdown voltage MOSFET Q2 is not shown. On the side walls on both sides of the gate electrode G2, sidewalls SW made of, for example, a silicon oxide film are formed in a self-aligning manner.

次に、SRAMまたはコア部のロジック回路などに用いられる低耐圧MOSFETQ3について説明する。低耐圧MOSFETQ3は高い処理速度が要求される電界効果トランジスタである。   Next, the low breakdown voltage MOSFET Q3 used in the SRAM or the logic circuit of the core portion will be described. The low breakdown voltage MOSFET Q3 is a field effect transistor that requires a high processing speed.

低耐圧MOSFETQ3は、ゲート電極G3のゲート長が高耐圧MOSFETQ2のゲート電極G2のゲート長よりも小さい点、およびゲート絶縁膜GF3の膜厚が高耐圧MOSFETQ2のゲート絶縁膜GF2の膜厚より小さい点以外は、高耐圧MOSFETQ2と同様の構造を有している。つまり、低耐圧MOSFETQ3は、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GF3を介してゲート電極G3を有し、ゲート電極G3の横の半導体基板SBの主面には、ソース・ドレイン領域を構成する一対のn型半導体領域D3を有している。また、n型半導体領域D3に隣接する半導体基板SBの上面にはn型半導体領域(図示しない)が形成されている。 The low breakdown voltage MOSFET Q3 has a point that the gate length of the gate electrode G3 is smaller than the gate length of the gate electrode G2 of the high breakdown voltage MOSFET Q2, and the thickness of the gate insulating film GF3 is smaller than the thickness of the gate insulating film GF2 of the high breakdown voltage MOSFET Q2. Except for this, the structure is the same as that of the high voltage MOSFET Q2. That is, the low breakdown voltage MOSFET Q3 has the gate electrode G3 on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film GF3, and a pair of source / drain regions constituting the source / drain region is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB next to the gate electrode G3. It has an n + type semiconductor region D3. An n type semiconductor region (not shown) is formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB adjacent to the n + type semiconductor region D3.

次に、容量素子CPについて説明する。容量素子CPは、半導体基板SB上に形成され、互いに絶縁されたポリシリコン膜PS1およびPS2間に容量を発生させることで用いられる素子である。ポリシリコン膜PS1は半導体基板SB上に絶縁膜IF1を介して形成されており、ポリシリコン膜PS2はポリシリコン膜PS1上に絶縁膜IF2を介して形成されている。   Next, the capacitive element CP will be described. The capacitive element CP is an element that is formed on the semiconductor substrate SB and used by generating a capacitance between the polysilicon films PS1 and PS2 that are insulated from each other. The polysilicon film PS1 is formed on the semiconductor substrate SB via the insulating film IF1, and the polysilicon film PS2 is formed on the polysilicon film PS1 via the insulating film IF2.

ポリシリコン膜PS1の一部の上面はポリシリコン膜PS2および絶縁膜IF2から露出している。絶縁膜IF1は、例えば酸化シリコン膜からなり、絶縁膜IF2は例えば、ONO膜OXと同様に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸化シリコン膜を順に形成した積層膜からなる。ただし、絶縁膜IF2は、ONO膜に限らず、酸化シリコン膜により形成されていてもよい。ポリシリコン膜PS1、PS2のそれぞれの両側の側壁には、例えば酸化シリコン膜などからなるサイドウォールSWが自己整合的に形成されている。   A part of the upper surface of the polysilicon film PS1 is exposed from the polysilicon film PS2 and the insulating film IF2. The insulating film IF1 is made of, for example, a silicon oxide film, and the insulating film IF2 is made of, for example, a laminated film in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are sequentially formed in the same manner as the ONO film OX. However, the insulating film IF2 is not limited to the ONO film, and may be formed of a silicon oxide film. On the sidewalls on both sides of each of the polysilicon films PS1 and PS2, sidewalls SW made of, for example, a silicon oxide film are formed in a self-aligning manner.

ここでは、容量素子CPとメモリセルQ1とが同一の半導体基板SB上に形成されているため、ONO膜OXを形成する際に半導体基板上に形成した絶縁膜を、容量素子CPの導体膜同士を絶縁する絶縁膜として利用している。したがって、メモリセルQ1を構成するONO膜OXと、絶縁膜IF2とは同層の膜である。なお、ここでは絶縁膜IF2を構成する酸化シリコン膜および窒化シリコン膜等の積層構造の図示は省略している。   Here, since the capacitive element CP and the memory cell Q1 are formed on the same semiconductor substrate SB, the insulating film formed on the semiconductor substrate when the ONO film OX is formed is formed between the conductor films of the capacitive element CP. It is used as an insulating film for insulating. Therefore, the ONO film OX constituting the memory cell Q1 and the insulating film IF2 are the same layer. Here, illustration of a laminated structure such as a silicon oxide film and a silicon nitride film constituting the insulating film IF2 is omitted.

また、本実施の形態では説明および図示を省略するが、図3に示す上述した各種の半導体素子の他に、例えばバイポーラトランジスタ、ダイオードまたは抵抗素子などが形成されていることも考えられる。また、上記のように、図4ではnチャネル型の高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3を形成する場合について説明したが、半導体基板SB上に形成するMOSFETはpチャネル型であってもよい。また、半導体基板SB上には、nチャネル型およびpチャネル型の両方のMOSFETが形成されていてもよい。   Further, although description and illustration are omitted in the present embodiment, it is conceivable that, for example, a bipolar transistor, a diode, or a resistance element is formed in addition to the above-described various semiconductor elements shown in FIG. As described above, the case where the n-channel type high breakdown voltage MOSFET Q2 and the low breakdown voltage MOSFET Q3 are formed has been described with reference to FIG. 4, but the MOSFET formed on the semiconductor substrate SB may be a p channel type. Also, both n-channel and p-channel MOSFETs may be formed on the semiconductor substrate SB.

型半導体領域D1d、D1s、D2、D3、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極G2、G3、ポリシリコン膜PS1およびPS2のそれぞれの上面には、例えばニッケルシリサイド(NiSi)からなるシリサイド層S1が形成されている。なお、シリサイド層S1の材料は、コバルトシリサイドまたはニッケルプラチナシリサイドなどでもよい。シリサイド層S1は、その下地の導体層と、シリサイド層S1上のコンタクトプラグC1との間の接触抵抗を低減するために設けられた導体層である。 The upper surfaces of the n + type semiconductor regions D1d, D1s, D2, D3, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrodes G2, G3, and the polysilicon films PS1 and PS2 are made of, for example, nickel silicide (NiSi). A silicide layer S1 is formed. The material of the silicide layer S1 may be cobalt silicide or nickel platinum silicide. The silicide layer S1 is a conductor layer provided to reduce contact resistance between the underlying conductor layer and the contact plug C1 on the silicide layer S1.

メモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPのそれぞれを覆うように、例えば窒化シリコン膜からなるストッパ絶縁膜ESが形成されている。また、ストッパ絶縁膜ES上には、例えば酸化シリコン系の膜として、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成したP−TEOS(Tetraethoxysilane)膜からなる層間絶縁膜ILFが形成されている。ストッパ絶縁膜ESおよび層間絶縁膜ILFからなる積層膜には複数の貫通孔であるコンタクトホールが開口されており、当該複数のコンタクトホールのそれぞれの内側にはコンタクトプラグC1が埋め込まれている。コンタクトプラグC1は主にW(タングステン)膜からなる。   A stopper insulating film ES made of, for example, a silicon nitride film is formed so as to cover each of the memory cell Q1, the high voltage MOSFET Q2, the low voltage MOSFET Q3, and the capacitive element CP. On the stopper insulating film ES, an interlayer insulating film ILF made of, for example, a P-TEOS (Tetraethoxysilane) film formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method is formed as a silicon oxide film. A contact hole, which is a plurality of through holes, is formed in the laminated film including the stopper insulating film ES and the interlayer insulating film ILF, and a contact plug C1 is embedded inside each of the plurality of contact holes. The contact plug C1 is mainly made of a W (tungsten) film.

複数のコンタクトプラグC1は、n型半導体領域D1d、D1s、D2、D3、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極G2、G3、ポリシリコン膜PS1およびPS2のそれぞれの上面上のシリサイド層S1の上面に接続されている。なお、図4では、コントロールゲート電極CG、メモリゲート電極MG、ゲート電極G2、G3およびポリシリコン膜PS2の上面にシリサイド層S1を介して接続されたコンタクトプラグC1のそれぞれの図示を省略している。層間絶縁膜ILFの上面およびコンタクトプラグC1の上面は平坦化され、それぞれの上面の高さは揃えられている。 The plurality of contact plugs C1 include silicide layers on the upper surfaces of the n + type semiconductor regions D1d, D1s, D2, and D3, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrodes G2 and G3, and the polysilicon films PS1 and PS2. It is connected to the upper surface of S1. In FIG. 4, the control gate electrode CG, the memory gate electrode MG, the gate electrodes G2, G3, and the contact plug C1 connected to the upper surface of the polysilicon film PS2 via the silicide layer S1 are not shown. . The upper surface of the interlayer insulating film ILF and the upper surface of the contact plug C1 are planarized, and the height of each upper surface is made uniform.

層間絶縁膜ILF上およびコンタクトプラグC1上には、例えばSiOC膜からなる層間絶縁膜L1が形成されている。層間絶縁膜L1には、半導体基板SBの上面に沿って特定の方向に延び、コンタクトプラグC1の上面を露出する配線溝が複数形成されており、当該配線溝内には例えば主にCu(銅)からなる第1層配線M1が埋め込まれている。第1層配線M1の上面および層間絶縁膜L1のそれぞれの上面は平坦化されており、互いの上面の高さは同じ高さに揃えられている。つまり、第1層配線M1はコンタクトプラグC1の上面に接続され、半導体基板SBの上面に沿って特定の方向に延在している。ここでは、層間絶縁膜L1および層間絶縁膜L1を貫通する配線溝に埋め込まれた第1層配線M1を含む層を第1配線層と呼ぶ。   On the interlayer insulating film ILF and the contact plug C1, an interlayer insulating film L1 made of, for example, a SiOC film is formed. In the interlayer insulating film L1, a plurality of wiring grooves extending in a specific direction along the upper surface of the semiconductor substrate SB and exposing the upper surface of the contact plug C1 are formed. The first layer wiring M1 is embedded. The upper surface of the first layer wiring M1 and the upper surface of the interlayer insulating film L1 are flattened, and the heights of the upper surfaces are aligned with each other. That is, the first layer wiring M1 is connected to the upper surface of the contact plug C1, and extends in a specific direction along the upper surface of the semiconductor substrate SB. Here, a layer including the interlayer insulating film L1 and the first layer wiring M1 embedded in the wiring trench penetrating the interlayer insulating film L1 is referred to as a first wiring layer.

第1配線層上、すなわち、層間絶縁膜L1上および第1層配線M1上には、バリア絶縁膜BFおよび層間絶縁膜L2が順に積層されている。バリア絶縁膜BFは例えばSiCN膜からなり、層間絶縁膜L2は例えばSiOC膜からなる。層間絶縁膜L2およびバリア絶縁膜BFからなる積層膜には、その上面から裏面を貫通するビアホールが複数形成されており、当該複数のビアホール内にはビアV1が埋め込まれている。つまり、ビアV1は層間絶縁膜L2およびバリア絶縁膜BFを貫通しており、ビアV1の底面は第1層配線M1の上面に接続されている。ビアV1および層間絶縁膜L2のそれぞれの上面は平坦化され、同一の高さに揃えられている。   A barrier insulating film BF and an interlayer insulating film L2 are sequentially stacked on the first wiring layer, that is, on the interlayer insulating film L1 and the first layer wiring M1. The barrier insulating film BF is made of, for example, a SiCN film, and the interlayer insulating film L2 is made of, for example, a SiOC film. In the laminated film composed of the interlayer insulating film L2 and the barrier insulating film BF, a plurality of via holes penetrating from the upper surface to the back surface are formed, and vias V1 are buried in the plurality of via holes. That is, the via V1 passes through the interlayer insulating film L2 and the barrier insulating film BF, and the bottom surface of the via V1 is connected to the upper surface of the first layer wiring M1. The upper surfaces of the via V1 and the interlayer insulating film L2 are flattened and aligned at the same height.

ビアV1は、配線同士を接続するためではなく、下層の第1層配線M1と、上層のパッドPDとを接続するために設けられた導体膜であり、例えば円柱状の形状を有している。ビアV1は例えば主にCu(銅)からなる。パッドPDは、層間絶縁膜L2上およびビアV1上に形成された、例えばAl(アルミニウム)からなる導体膜のパターンである。パッドPDは、本実施の形態の半導体装置の検査方法において、例えばプローブ検査を行う際に、検査針を接触させるために用いる電極である。   The via V1 is a conductor film provided not for connecting the wirings but for connecting the lower-layer first-layer wiring M1 and the upper-layer pad PD, and has, for example, a cylindrical shape. . The via V1 is mainly made of Cu (copper), for example. The pad PD is a pattern of a conductor film made of, for example, Al (aluminum) formed on the interlayer insulating film L2 and the via V1. The pad PD is an electrode used for contacting an inspection needle, for example, when performing a probe inspection in the semiconductor device inspection method of the present embodiment.

したがって、ビアV1に比べ、パッドPDのパターンは平面視において広い面積を有している。また、平面視におけるパッドPDの最短の幅は、平面視における第1層配線M1の最短の幅よりも大きい。また、パッドPDは、ビアV1、第1層配線M1およびコンタクトプラグC1を介して、半導体基板SB上の各半導体素子に電気的に接続されている。   Therefore, the pad PD pattern has a larger area in plan view than the via V1. Further, the shortest width of the pad PD in plan view is larger than the shortest width of the first layer wiring M1 in plan view. The pad PD is electrically connected to each semiconductor element on the semiconductor substrate SB through the via V1, the first layer wiring M1, and the contact plug C1.

なお、図4では、本実施の形態の半導体装置の構造を分かりやすくするため、メモリセルQ1または低耐圧MOSFETQ3などの直上にパッドPDを示しているが、実際には図3を用いて説明したように、コア部、SRAMまたは不揮発性メモリが形成された領域R2〜R5と、パッドPDが形成された領域R1とは、平面視において重なっていない。つまり、メモリセルQ1または低耐圧MOSFETQ3などの直上に、パッドPDは形成されていないことが考えられる。メモリセルQ1または低耐圧MOSFETQ3などは、領域R1まで延在する引出し配線である第1層配線M1(図4参照)を介して、領域R1上のパッドPDに接続されている。   In FIG. 4, for easy understanding of the structure of the semiconductor device according to the present embodiment, the pad PD is shown immediately above the memory cell Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q3. However, the pad PD is actually described with reference to FIG. As described above, the regions R2 to R5 in which the core portion, the SRAM or the nonvolatile memory are formed and the region R1 in which the pad PD is formed do not overlap in plan view. That is, it is considered that the pad PD is not formed immediately above the memory cell Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q3. The memory cell Q1 or the low breakdown voltage MOSFET Q3 is connected to the pad PD on the region R1 via a first layer wiring M1 (see FIG. 4) which is a lead wiring extending to the region R1.

また、図4では図示を省略しているが、層間絶縁膜L2上には、パッドPDの上面を露出するパッシベーション膜が形成されている。当該パッシベーション膜は例えばポリイミド膜などからなる。   Although not shown in FIG. 4, a passivation film exposing the upper surface of the pad PD is formed on the interlayer insulating film L2. The passivation film is made of, for example, a polyimide film.

また、図4では高耐圧MOSFETQ2に接続された第1層配線M1など、一部の第1層配線M1がパッドPDに接続されていない構造が示されているが、実際には、メモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPに接続された第1層配線M1は、いずれも図示していない領域においてパッドPDに接続されている。   4 shows a structure in which some of the first layer wirings M1 such as the first layer wirings M1 connected to the high breakdown voltage MOSFET Q2 are not connected to the pads PD. The first layer wiring M1 connected to the high breakdown voltage MOSFET Q2, the low breakdown voltage MOSFET Q3, and the capacitive element CP are all connected to the pad PD in a region not shown.

ただし、図3に示すチップ領域P1に形成された、製品と同一のレイアウトで配置された複数の半導体素子とパッドPDとを接続する配線は、1層の第1層配線M1(図4参照)のみである。チップ領域P1上に形成された複数の半導体素子のうちの一部は、その上層の配線を平面視において交差させなければパッドに接続できない場合がある。これは、チップ領域P1上に複数の半導体素子が、製品のレイアウトで密に形成されることで、1層の第1層配線のみを用いて、全ての半導体素子をパッドPDに接続することは困難であるためである。したがって、一部の半導体素子は、電気的に浮遊した状態となっていてもよい。言い換えれば、半導体基板上の全ての半導体素子がパッドPDに接続されている必要はない。   However, the wiring that connects the pads PD and a plurality of semiconductor elements arranged in the same layout as the product formed in the chip region P1 shown in FIG. 3 is a first layer wiring M1 (see FIG. 4). Only. Some of the plurality of semiconductor elements formed on the chip region P1 may not be able to be connected to the pad unless the upper layer wiring intersects in plan view. This is because a plurality of semiconductor elements are densely formed in the product layout on the chip region P1, and only one layer of the first layer wiring is used to connect all the semiconductor elements to the pad PD. This is because it is difficult. Therefore, some semiconductor elements may be in an electrically floating state. In other words, not all semiconductor elements on the semiconductor substrate need be connected to the pad PD.

なお、後述するように、半導体素子とパッドPDとを接続する配線は2層形成されていてもよい。また、パッドPDを構成する金属膜と同層の金属膜の一部を、1方向に延在する形状で形成し、配線として用いてもよい。つまり、半導体素子およびパッドPD間に2層の配線層を形成し、さらにパッドPDと同層にも配線を形成した場合には、配線として用いることができる層が3層存在することとなる。また、さらに半導体基板上の半導体素子と同層に、導体膜からなる配線を形成すれば、配線として用いることができる層が4層存在することとなる。このようにして配線として用いることができる層が少なくとも2層あれば、複数の配線同士を平面視において交差させることができ、配線のレイアウトの自由度を高めることができる。   As will be described later, the wiring for connecting the semiconductor element and the pad PD may be formed in two layers. Further, a part of the metal film in the same layer as the metal film constituting the pad PD may be formed in a shape extending in one direction and used as a wiring. That is, when two wiring layers are formed between the semiconductor element and the pad PD, and further a wiring is formed in the same layer as the pad PD, there are three layers that can be used as wiring. Further, if a wiring made of a conductor film is formed in the same layer as the semiconductor element on the semiconductor substrate, there are four layers that can be used as the wiring. If there are at least two layers that can be used as wirings in this way, a plurality of wirings can be crossed in a plan view, and the degree of freedom of wiring layout can be increased.

以上に説明したように、本実施の形態の半導体装置の検査方法で用いる半導体装置は、検査のみに用いるものであるが、各チップ領域内に、製品と同様のレイアウトで半導体素子が形成されている。したがって、図4に示すように、一つのチップ領域内の半導体基板SB上には、不揮発性メモリを構成するメモリセルQ1、I/Oに用いられる高耐圧MOSFETQ2、コア部またはSRAMを構成する低耐圧MOSFETQ3、およびコア部などを構成する容量素子CPが形成されている。   As described above, the semiconductor device used in the semiconductor device inspection method of the present embodiment is used only for inspection, but semiconductor elements are formed in the same layout as the product in each chip region. Yes. Therefore, as shown in FIG. 4, on the semiconductor substrate SB in one chip region, the memory cell Q1 constituting the nonvolatile memory, the high breakdown voltage MOSFET Q2 used for the I / O, the core portion or the SRAM constituting the SRAM is formed. A breakdown voltage MOSFET Q3, and a capacitive element CP that constitutes a core portion and the like are formed.

また、上記したメモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPなどの半導体素子よりも上の領域に形成された、半導体基板SBの主面に沿う特定の方向に延在する導体である配線は、第1層配線M1のみである。つまり、半導体基板SBの上面上に形成された複数の半導体素子と、半導体ウエハWF(図1参照)の上面に露出しているパッドPDとを電気的に接続する配線層は、1層のみである。   In addition, a conductor extending in a specific direction along the main surface of the semiconductor substrate SB formed in a region above the semiconductor elements such as the memory cell Q1, the high breakdown voltage MOSFET Q2, the low breakdown voltage MOSFET Q3, and the capacitive element CP. A certain wiring is only the first layer wiring M1. That is, there is only one wiring layer that electrically connects the plurality of semiconductor elements formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB and the pad PD exposed on the upper surface of the semiconductor wafer WF (see FIG. 1). is there.

次に、図5を用いて、上記した半導体装置を製造し、それを用いて検査を行う工程について説明する。図5は、本実施の形態の半導体装置の検査方法において用いるTEGを含む半導体装置の製造工程と、それを用いて行う検査の工程を示すフローである。   Next, a process of manufacturing the above-described semiconductor device and performing an inspection using the semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device including a TEG used in the semiconductor device inspection method of the present embodiment and an inspection process performed using the manufacturing process.

まず、半導体ウエハ、すなわち図4に示す半導体基板SBを準備する(図5のステップST1)。   First, a semiconductor wafer, that is, the semiconductor substrate SB shown in FIG. 4 is prepared (step ST1 in FIG. 5).

次に、半導体基板SBの上面に形成した溝内に素子分離領域IEを形成する(図5のステップST2)。   Next, the element isolation region IE is formed in the groove formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB (step ST2 in FIG. 5).

次に、半導体基板SBの主面にウエル(図示しない)を形成する。当該ウエルは、半導体基板SBの主面にp型の不純物(例えばB(ホウ素))またはn型の不純物(例えばAs(ヒ素)またはP(リン))をイオン注入法により打ち込むことで形成する(図5のステップST3)。   Next, a well (not shown) is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The well is formed by implanting a p-type impurity (for example, B (boron)) or an n-type impurity (for example, As (arsenic) or P (phosphorous)) into the main surface of the semiconductor substrate SB by an ion implantation method ( Step ST3 in FIG. 5).

次に、不揮発性メモリであるスプリットゲート型のMONOSメモリのメモリセルQ1を形成する(図5のステップST4)。   Next, the memory cell Q1 of the split gate type MONOS memory which is a nonvolatile memory is formed (step ST4 in FIG. 5).

次に、周辺のMOSFETを形成する(図5のステップST5)。ここでいう周辺のMOSFETとは、コア部またはSRAMなどを構成する低耐圧MOSFETQ3およびI/Oに用いられる高耐圧MOSFETQ2を含む。また、ステップST5では、容量素子CP、ダイオード、バイポーラトランジスタまたは抵抗素子など、その他の半導体素子も形成する。   Next, peripheral MOSFETs are formed (step ST5 in FIG. 5). The peripheral MOSFET referred to here includes a low breakdown voltage MOSFET Q3 that constitutes a core portion or SRAM, and a high breakdown voltage MOSFET Q2 used for I / O. In step ST5, other semiconductor elements such as a capacitive element CP, a diode, a bipolar transistor, or a resistance element are also formed.

次に、周知のサリサイド技術を用いて、シリサイド層S1を形成する(図5のステップST6)。図5のステップST1〜ST6は、製品として半導体装置を製造する場合に行う製造工程と同一である。   Next, a silicide layer S1 is formed using a known salicide technique (step ST6 in FIG. 5). Steps ST1 to ST6 in FIG. 5 are the same as the manufacturing steps performed when a semiconductor device is manufactured as a product.

次に、層間絶縁膜ILFを形成した後、コンタクトプラグC1を形成する(図5のステップST7)。図5のステップST7で行う工程は、製品として半導体装置を製造する場合に行う製造工程と同一であってもよい。   Next, after forming the interlayer insulating film ILF, the contact plug C1 is formed (step ST7 in FIG. 5). The process performed in step ST7 of FIG. 5 may be the same as the manufacturing process performed when a semiconductor device is manufactured as a product.

次に、第1層配線M1を含む第1配線層を形成する(図5のステップST8)。図5のステップST8以降で行う工程は、製品として半導体装置を製造する場合に行う製造工程とは異なるものである。例えば、製品の半導体チップを形成する場合、図5のステップST7に対応する工程においてコンタクトプラグを形成した後、当該コンタクトプラグ上に第1配線層を形成するが、本実施の形態のステップST8において形成する第1層配線M1は、製品の半導体チップの第1配線層内の第1層配線とは異なるレイアウトを有する。   Next, a first wiring layer including the first layer wiring M1 is formed (step ST8 in FIG. 5). The processes performed after step ST8 in FIG. 5 are different from the manufacturing processes performed when a semiconductor device is manufactured as a product. For example, when forming a semiconductor chip of a product, a contact plug is formed in a process corresponding to step ST7 in FIG. 5, and then a first wiring layer is formed on the contact plug. In step ST8 of the present embodiment, the first wiring layer is formed. The first layer wiring M1 to be formed has a different layout from the first layer wiring in the first wiring layer of the semiconductor chip of the product.

次に、第1配線層上に、第1層配線M1とパッドPDとを接続するためのビアV1を形成する(図5のステップST9)。なお、ここでは、パッドとその下層の配線とを接続するために設けるビアをパッドビアと呼ぶ。   Next, a via V1 for connecting the first layer wiring M1 and the pad PD is formed on the first wiring layer (step ST9 in FIG. 5). Here, the via provided for connecting the pad and the underlying wiring is called a pad via.

次に、パッドPDを形成する(図5のステップST10)。以上のステップST1〜ST10を行うことにより、主面上にTEGが形成された半導体ウエハを準備する。なお、ここではステップの図示を省略しているが、TEGが形成された半導体ウエハを準備する工程は、パッドPDを形成した後に、半導体基板上の配線層の上に、パッドPDの上面を露出するパッシベーション膜を形成する工程を有する。下記のプローブ検査は、当該パッシベーション膜を形成した後に行う。   Next, the pad PD is formed (step ST10 in FIG. 5). By performing the above steps ST1 to ST10, a semiconductor wafer having a TEG formed on the main surface is prepared. Although the illustration of the steps is omitted here, in the step of preparing the semiconductor wafer on which the TEG is formed, after the pad PD is formed, the upper surface of the pad PD is exposed on the wiring layer on the semiconductor substrate. Forming a passivation film. The following probe inspection is performed after the passivation film is formed.

次に、プローブ検査を行うことで、半導体装置の検査を行う(図5のステップST11)。上記した半導体装置を用いた検査工程では、プローブ検査により、半導体ウエハ上に形成した半導体素子、配線または絶縁膜等の特性若しくは寿命などを評価する。つまり、検査針をパッドPD(図3、図4参照)の上面に接触させ、TEGを構成する半導体素子または配線などに電位を供給し、電流を測定するなどして評価を行う。   Next, the semiconductor device is inspected by performing a probe inspection (step ST11 in FIG. 5). In the inspection process using the semiconductor device described above, the characteristics or lifetime of the semiconductor elements, wirings, or insulating films formed on the semiconductor wafer are evaluated by probe inspection. That is, the evaluation is performed by bringing the inspection needle into contact with the upper surface of the pad PD (see FIGS. 3 and 4), supplying a potential to a semiconductor element or wiring constituting the TEG, and measuring the current.

例えば、上記プローブ検査では、図3に示す領域R4に形成されたSRAMを構成する低耐圧MOSFETの、ゲート長およびゲート幅などのサイズに依存して変化するSRAMの性能などを検査する。また、上記プローブ検査では、図4に示す半導体基板SBの上面に形成された素子分離領域IEの耐圧などを検査することができる。また、上記プローブ検査では、高耐圧MOSFETQ2または低耐圧MOSFETQ3の、サイズに依存して変化する特性、p型半導体領域およびn型半導体領域間の接合などを評価することができる。   For example, in the probe inspection, the performance of the SRAM that changes depending on the size such as the gate length and the gate width of the low breakdown voltage MOSFET that forms the SRAM formed in the region R4 shown in FIG. 3 is inspected. In the probe inspection, the breakdown voltage of the element isolation region IE formed on the upper surface of the semiconductor substrate SB shown in FIG. 4 can be inspected. In the probe inspection, the characteristics that change depending on the size of the high breakdown voltage MOSFET Q2 or the low breakdown voltage MOSFET Q3, the junction between the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region, and the like can be evaluated.

また、上記プローブ検査では、半導体素子または配線などに生じる寄生容量の評価を行うことができる。また、上記プローブ検査では、半導体基板SBの主面に沿う方向における素子分離領域IEの幅を変更することにより、素子分離領域IE内に生じた応力が、当該素子分離領域IEの近傍の半導体素子の特性に与える影響の有無などを調べることができる。   In the probe inspection, parasitic capacitance generated in a semiconductor element or wiring can be evaluated. In the probe inspection, by changing the width of the element isolation region IE in the direction along the main surface of the semiconductor substrate SB, the stress generated in the element isolation region IE is changed to a semiconductor element near the element isolation region IE. The presence or absence of the influence on the characteristics of can be investigated.

また、メモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPでは、段階的に印加電圧を上昇させた際に、ゲート絶縁膜GF1〜GF3または絶縁膜IF1、IF2が絶縁破壊を起こす電圧を検査することができる。つまり、絶縁膜のTZDB(Time Zero Dielectric Breakdown:瞬時絶縁破壊)特性を評価することができる。   In addition, in the memory cell Q1, the high breakdown voltage MOSFET Q2, the low breakdown voltage MOSFET Q3, and the capacitor element CP, when the applied voltage is increased stepwise, a voltage that causes dielectric breakdown in the gate insulating films GF1 to GF3 or the insulating films IF1 and IF2 is generated. Can be inspected. That is, the TZDB (Time Zero Dielectric Breakdown) characteristic of the insulating film can be evaluated.

また、メモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPでは、一定の印加電圧を印加し続けた際に、ゲート絶縁膜GF1〜GF3または絶縁膜IF1、IF2が絶縁破壊を起こすまでに要する時間を検査することができる。つまり、絶縁膜のTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown:経時絶縁破壊)特性を評価することができる。   In the memory cell Q1, the high breakdown voltage MOSFET Q2, the low breakdown voltage MOSFET Q3, and the capacitive element CP, when the gate insulating films GF1 to GF3 or the insulating films IF1 and IF2 cause dielectric breakdown when a constant applied voltage is continuously applied. The time required can be inspected. That is, the TDDB (Time Dependent Dielectric Breakdown) characteristic of the insulating film can be evaluated.

また、上記プローブ検査では、第1層配線M1に電流を流した場合に、第1層配線M1が断線する現象であるEM(Electromigration)の発生の有無、または、第1層配線M1を加熱することで第1層配線M1が断線する現象であるSM(Stressmigration)の発生の有無を検査することができる。また、層間絶縁膜L1を介して隣り合う第1層配線M1同士の間に電位差を生じさせることで、当該第1層配線M1間の層間絶縁膜L1の経時劣化による絶縁破壊の発生の有無を検査することも可能である。   In the probe inspection, when current flows through the first layer wiring M1, the presence or absence of EM (Electromigration), which is a phenomenon that the first layer wiring M1 is disconnected, or the first layer wiring M1 is heated. Thus, it is possible to inspect whether or not SM (Stress migration), which is a phenomenon in which the first layer wiring M1 is disconnected, is generated. In addition, by generating a potential difference between the adjacent first layer wirings M1 through the interlayer insulating film L1, whether or not dielectric breakdown occurs due to deterioration with time of the interlayer insulating film L1 between the first layer wirings M1 is determined. It is also possible to inspect.

上記のように、図1〜図4に示す本実施の形態のTEGを用いて、様々な特性等を評価することが可能である。図5のステップST11においてプローブ検査を行なって得た結果は、その後の半導体装置の製造工程にフィードバックする(図5のステップST12)。これにより、半導体装置の製造条件を変更するなどして、半導体装置の信頼性を高め、また、半導体装置の性能を向上させることができる。また、上記検査により得た検査結果を、製品として製造する半導体素子のサイズまたは不純物濃度、または配線のレイアウトなどを決定するために用いることができる。   As described above, various characteristics and the like can be evaluated using the TEG of the present embodiment shown in FIGS. The result obtained by performing the probe inspection in step ST11 of FIG. 5 is fed back to the subsequent manufacturing process of the semiconductor device (step ST12 of FIG. 5). Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved and the performance of the semiconductor device can be improved by changing the manufacturing conditions of the semiconductor device. In addition, the inspection result obtained by the above inspection can be used to determine the size or impurity concentration of a semiconductor element manufactured as a product, the layout of wiring, or the like.

次に、本実施の形態の半導体装置の検査方法の効果を、比較例を用いて説明する。図6に、比較例の半導体装置の検査方法に用いる半導体ウエハ上に形成された一つのショット領域SHaを示す。上記半導体ウエハ上には、図1に示す半導体ウエハWFと同様に、一つのショット領域SHa内の複数のパッドを1単位として、この1単位のパッドを複数並べるようにパッドが複数配置されている。   Next, the effect of the inspection method of the semiconductor device of this embodiment will be described using a comparative example. FIG. 6 shows one shot region SHa formed on a semiconductor wafer used in the semiconductor device inspection method of the comparative example. On the semiconductor wafer, as in the semiconductor wafer WF shown in FIG. 1, a plurality of pads in one shot region SHa are taken as one unit, and a plurality of pads are arranged so that a plurality of pads of this unit are arranged. .

図6に示すように、一つのショット領域SHa内には、15個のチップ領域P1a〜P15aがマトリクス状に配置されている。ただし、図2に示す本実施の形態の半導体装置と異なり、図6に示すチップ領域P1a〜P15aはいずれも異なるレイアウトを有している。これは、チップ領域P1a〜P15aのそれぞれの用途が異なるためである。すなわち、チップ領域P1a〜P15aは、それらの領域内に形成された半導体素子の種類、半導体素子のサイズ、または配線のレイアウトなどがそれぞれ異なる。   As shown in FIG. 6, fifteen chip regions P1a to P15a are arranged in a matrix in one shot region SHa. However, unlike the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 2, all of the chip regions P1a to P15a shown in FIG. 6 have different layouts. This is because the uses of the chip regions P1a to P15a are different. That is, the chip regions P1a to P15a have different types of semiconductor elements formed in these regions, semiconductor element sizes, wiring layouts, and the like.

また、チップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aは半導体装置の検査のみに用いられる領域であるが、チップ領域P7a〜P9aおよびP11aは、ダイシング工程による半導体ウエハの個片化工程を経て、製品として用いられる領域である。つまり、ショット領域SHa内のチップ領域P1a〜P15aには、検査に用いられる領域と、製品として使用される領域とが混在している。   The chip regions P1a to P6a, P10a, and P12a to P15a are regions used only for the inspection of the semiconductor device, but the chip regions P7a to P9a and P11a are processed through the dicing process of separating the semiconductor wafer into products. It is an area used as. That is, in the chip areas P1a to P15a in the shot area SHa, an area used for inspection and an area used as a product are mixed.

図6に示す比較例の半導体装置において、ショット領域SHa内の各チップ領域P1a〜P15aは、検査用と製品用とで異なるレイアウトにより半導体素子または配線などが形成されている。また、検査用のチップ領域であっても、検査により評価する対象によって、チップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aは別々の構成で形成されている。つまり、ショット領域SHa内では、検査項目に応じて様々なレイアウトのチップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aが形成されている。   In the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 6, in each chip region P1a to P15a in the shot region SH, semiconductor elements or wirings are formed with different layouts for inspection and for products. Moreover, even if it is a chip | tip area | region for a test | inspection, chip area | region P1a-P6a, P10a, and P12a-P15a are formed by the separate structure by the object evaluated by a test | inspection. That is, in the shot area SHa, chip areas P1a to P6a, P10a and P12a to P15a having various layouts are formed according to the inspection item.

ここで、図7に、図6の一部を拡大した平面図を示す。図7は、図6の検査用のチップ領域P6aを拡大して示す平面図である。図7に示すように、チップ領域P6aは、半導体基板上に複数の領域R6〜R11を有している。図3に示すチップ領域P1のレイアウトは製品と同じであるが、図7に示すチップ領域P6aのレイアウトは、検査専用に形成されたものであり、製品に用いられるレイアウトとは異なる。なお、図示はしていないが、各領域R6〜R11の直上には、領域R6〜R11のそれぞれに形成されたTEGに接続されたパッドが形成されている。ただし、当該パッドは図3と同様に、チップ領域P6aの周縁部に形成されていてもよい。   Here, FIG. 7 shows a plan view in which a part of FIG. 6 is enlarged. FIG. 7 is an enlarged plan view showing the inspection chip region P6a of FIG. As shown in FIG. 7, the chip region P6a has a plurality of regions R6 to R11 on the semiconductor substrate. The layout of the chip area P1 shown in FIG. 3 is the same as that of the product, but the layout of the chip area P6a shown in FIG. 7 is formed exclusively for inspection and is different from the layout used for the product. Although not shown, pads connected to the TEGs formed in the regions R6 to R11 are formed immediately above the regions R6 to R11. However, the pad may be formed on the peripheral edge of the chip region P6a as in FIG.

図7に示す領域R6〜R11には、それぞれの検査に用いる半導体素子または配線などが形成されている。例えば、領域R6は、配線間の絶縁膜の経時劣化を評価する領域であり、領域R6内には、例えば、絶縁膜に埋め込まれた配線が互いに隣接して複数形成されている。また、領域R7および領域R11は、配線のEMの発生の有無の評価に用いられる領域であり、領域R7内および領域R11内には、例えば、配線が複数形成されている。   In the regions R6 to R11 shown in FIG. 7, semiconductor elements or wirings used for the respective inspections are formed. For example, the region R6 is a region for evaluating deterioration with time of the insulating film between the wirings. In the region R6, for example, a plurality of wirings embedded in the insulating film are formed adjacent to each other. In addition, the region R7 and the region R11 are regions used for evaluating the presence or absence of the occurrence of EM in the wiring. For example, a plurality of wirings are formed in the region R7 and the region R11.

また、領域R8は、TZDB特性を評価するTEGが形成された領域であり、領域R8内には、例えば、ゲート絶縁膜を含むMOSFETが複数形成されている。また、領域R9は、SMの発生の有無の評価に用いられる領域であり、領域R9内には、例えば、配線が複数形成されている。また、領域R10は、TDDB特性を評価するTEGが形成された領域であり、領域R10内には、例えば、ゲート絶縁膜を含むMOSFETが複数形成されている。   The region R8 is a region where a TEG for evaluating TZDB characteristics is formed. In the region R8, for example, a plurality of MOSFETs including a gate insulating film are formed. The region R9 is a region used for evaluating whether or not SM has occurred, and a plurality of wirings are formed in the region R9, for example. The region R10 is a region where a TEG for evaluating TDDB characteristics is formed. In the region R10, for example, a plurality of MOSFETs including a gate insulating film are formed.

上記のように、領域R6〜R11には、検査目的に応じたTEGがそれぞれ形成されている。ただし、これらのTEGは製品で用いられる半導体素子または配線などと異なり、特定の形状の半導体素子または特定のレイアウトの配線パターンを繰り返して形成したレイアウトを有している。つまり、製品として製造される半導体チップを構成するMOSFETは、一つの領域内に、ゲート電極のサイズ、ゲート絶縁膜の厚さ、または半導体領域内の不純物濃度など、様々な要素が異なるMOSFETを形成しているのに対し、上記比較例では、一つの領域内に、同一の形状を有し、特性が揃えられたMOSFETをアレイ状に複数並べて配置している。   As described above, TEGs corresponding to the inspection purpose are formed in the regions R6 to R11, respectively. However, these TEGs have a layout in which a semiconductor element having a specific shape or a wiring pattern having a specific layout is repeatedly formed, unlike a semiconductor element or wiring used in a product. In other words, the MOSFETs that make up a semiconductor chip manufactured as a product form different types of MOSFETs in one region, such as the size of the gate electrode, the thickness of the gate insulating film, or the impurity concentration in the semiconductor region. On the other hand, in the above comparative example, a plurality of MOSFETs having the same shape and uniform characteristics are arranged in an array in one region.

比較例のチップ領域P6a内の各領域が、上記のように主に繰り返しのパターンを有している理由は、次の通りである。つまり、一つのチップ領域P6a内における各領域の占める面積が小さく、また、製品となるチップ領域とは異なる形状の領域R6〜R11内に半導体素子等を形成することになり、製品に則して、様々なサイズまたは特性などを有する種々の半導体素子等を形成することが困難であるためである。   The reason why each region in the chip region P6a of the comparative example mainly has a repetitive pattern as described above is as follows. That is, the area occupied by each region in one chip region P6a is small, and semiconductor elements and the like are formed in regions R6 to R11 having shapes different from the chip region to be a product. This is because it is difficult to form various semiconductor elements having various sizes or characteristics.

また、上記比較例の半導体装置では、一つのチップ領域内において、特定の検査を行うために必要な半導体素子または配線を形成しているが、その他の種類の半導体素子などは形成していない。つまり、図7に示す比較例のように、領域R8に、SRAMに用いられるような低耐圧MOSFETが形成されている場合、チップ領域P6a内には、その他の半導体素子、例えば高耐圧MOSFET、不揮発性メモリのメモリセル、または容量素子などは形成されていないことが考えられる。   Further, in the semiconductor device of the comparative example, semiconductor elements or wirings necessary for performing a specific inspection are formed in one chip region, but other types of semiconductor elements are not formed. That is, as in the comparative example shown in FIG. 7, when a low breakdown voltage MOSFET used for SRAM is formed in the region R8, other semiconductor elements such as a high breakdown voltage MOSFET, non-volatile in the chip region P6a. It is conceivable that a memory cell or a capacitor element of the volatile memory is not formed.

これは、チップ領域P6aの領域R8がTZDB特性の評価のみを目的として用いられ、その他の領域R6、R7、R9〜R11は、TDDB、SMまたはEMの評価などの特定の検査に用いられるためである。つまり、比較例の半導体装置は、製品として用いられる半導体チップとは異なり、検査に用いる構造のみを有しているため、一つのチップ領域P6a内に形成される半導体素子の種類は、製品の半導体チップよりも少ない。なお、ここでいう特定の検査とは、例えばTZDB特性、TDDB特性、寄生容量、抵抗異常、EMまたはSMなどの検査のいずれか一つの項目の検査を指すものである。   This is because the region R8 of the chip region P6a is used only for the evaluation of TZDB characteristics, and the other regions R6, R7, R9 to R11 are used for specific inspections such as evaluation of TDDB, SM or EM. is there. That is, unlike the semiconductor chip used as a product, the semiconductor device of the comparative example has only a structure used for inspection. Therefore, the type of semiconductor element formed in one chip region P6a is the semiconductor of the product. Less than a chip. The specific inspection referred to here refers to inspection of any one of inspections such as TZDB characteristics, TDDB characteristics, parasitic capacitance, resistance abnormality, EM or SM.

次に、図8に、上記比較例の半導体装置の断面図を示す。図8では、図6に示すショット領域SHa内における検査用の4個のチップ領域のそれぞれの断面図を並べて示している。つまり、図8では4個の領域を横方向に並べて示しているが、それぞれの領域は、互いに異なるチップ領域内に存在している。具体的には、例えば図8に示す4個の領域は、左から順に、図6に示すチップ領域P4a、P5a、P6aおよびP10aのそれぞれのチップ領域の一部の断面である。したがって、図8に示す4個の領域の半導体基板SBは、同一の基板を示すものである。ただし、図4に示す本実施の形態の半導体装置とは異なり、複数の種類の半導体素子のそれぞれは互いに異なるチップ領域上に形成されている。   Next, FIG. 8 shows a cross-sectional view of the semiconductor device of the comparative example. FIG. 8 shows a cross-sectional view of each of the four chip regions for inspection in the shot region SHa shown in FIG. That is, in FIG. 8, four regions are shown side by side, but each region exists in a different chip region. Specifically, for example, four regions shown in FIG. 8 are partial cross sections of the chip regions P4a, P5a, P6a, and P10a shown in FIG. 6 in order from the left. Therefore, the four regions of the semiconductor substrate SB shown in FIG. 8 indicate the same substrate. However, unlike the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 4, each of a plurality of types of semiconductor elements is formed on different chip regions.

図8に示すように、半導体基板SB上には、図4と同様にメモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPが形成されており、各素子はそれらの上の第1配線層内の第1層配線M1aに対し、層間絶縁膜ILFを貫通するコンタクトプラグC1により電気的に接続されている。ただし、図8に示す比較例の半導体装置は、本実施の形態とは異なり、第1配線層上に、さらに第2配線層、第3配線層、第4配線層、第5配線層、第6配線層、第7配線層、第8配線層およびパッドPDが順に積層されている。   As shown in FIG. 8, a memory cell Q1, a high breakdown voltage MOSFET Q2, a low breakdown voltage MOSFET Q3, and a capacitor element CP are formed on the semiconductor substrate SB, as in FIG. The first layer wiring M1a in the layer is electrically connected by a contact plug C1 penetrating the interlayer insulating film ILF. However, unlike the present embodiment, the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 8 further has a second wiring layer, a third wiring layer, a fourth wiring layer, a fifth wiring layer, a first wiring layer on the first wiring layer. 6 wiring layers, 7th wiring layer, 8th wiring layer, and pad PD are laminated in order.

なお、図8では、図4に示した4種類の半導体素子と同様の構造を有するメモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPを、簡略化した断面図を示している。図8では、シリサイド層の図示を省略している。   8 shows a simplified cross-sectional view of the memory cell Q1, the high voltage MOSFET Q2, the low voltage MOSFET Q3, and the capacitor CP having the same structure as the four types of semiconductor elements shown in FIG. In FIG. 8, the illustration of the silicide layer is omitted.

図8に示す比較例の半導体装置は、半導体基板SB上にメモリセルQ1、高耐圧MOSFETQ2、低耐圧MOSFETQ3および容量素子CPを有し、これらの複数の半導体素子は、層間絶縁膜ILFにより覆われている。層間絶縁膜ILFを貫通する複数のコンタクトプラグC1が当該複数の半導体素子のそれぞれに接続されており、コンタクトプラグC1上には、第1層配線M1aおよび層間絶縁膜L1を含む第1配線層が形成されている。第1配線層上には、バリア絶縁膜B1および層間絶縁膜L2aが順に積層された積層膜が形成されており、当該積層膜の上面の配線溝内には、第2層配線M2が形成されている。第2層配線M2の下面と、第1層配線M1aの上面とは、第2層配線M2と一体となっているビアV1aを介して電気的に接続されている。   The semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 8 has a memory cell Q1, a high breakdown voltage MOSFET Q2, a low breakdown voltage MOSFET Q3, and a capacitor element CP on a semiconductor substrate SB, and these semiconductor elements are covered with an interlayer insulating film ILF. ing. A plurality of contact plugs C1 penetrating the interlayer insulating film ILF are connected to each of the plurality of semiconductor elements, and a first wiring layer including the first layer wiring M1a and the interlayer insulating film L1 is formed on the contact plug C1. Is formed. A laminated film in which the barrier insulating film B1 and the interlayer insulating film L2a are sequentially laminated is formed on the first wiring layer, and the second layer wiring M2 is formed in the wiring groove on the upper surface of the laminated film. ing. The lower surface of the second layer wiring M2 and the upper surface of the first layer wiring M1a are electrically connected through a via V1a integrated with the second layer wiring M2.

バリア絶縁膜B1は例えばSiCN膜からなり、層間絶縁膜L2aは例えばSiOC膜からなる。第2層配線M2およびビアV1aはデュアルダマシン法により形成されており、主にCu(銅)膜からなる。ここでは、バリア絶縁膜B1、層間絶縁膜L2a、第2層配線M2およびビアV1aを含む層を第2配線層と呼ぶ。第2配線層上には、第2配線層と同様の構造を有する第3配線層が形成されている。第3配線層は、バリア絶縁膜B2、層間絶縁膜L3、第3層配線M3およびビアV2を含んでおり、第3層配線M3は、ビアV2、第2層配線M2、ビアV1a、第1層配線M1aおよびコンタクトプラグC1を介して各半導体素子に電気的に接続されている。   The barrier insulating film B1 is made of, for example, a SiCN film, and the interlayer insulating film L2a is made of, for example, a SiOC film. The second layer wiring M2 and the via V1a are formed by a dual damascene method, and are mainly made of a Cu (copper) film. Here, a layer including the barrier insulating film B1, the interlayer insulating film L2a, the second layer wiring M2, and the via V1a is referred to as a second wiring layer. A third wiring layer having the same structure as the second wiring layer is formed on the second wiring layer. The third wiring layer includes a barrier insulating film B2, an interlayer insulating film L3, a third layer wiring M3, and a via V2. The third layer wiring M3 includes the via V2, the second layer wiring M2, the via V1a, and the first layer. Each semiconductor element is electrically connected through the layer wiring M1a and the contact plug C1.

第3配線層上には、第3配線層と同様の構造を有する第4配線層、第5配線層、第6配線層および第7配線層が順に形成されている。すなわち、第4配線層はバリア絶縁膜B3、層間絶縁膜L4、第4層配線M4およびビアV3を含んでいる。また、第5配線層はバリア絶縁膜B4、層間絶縁膜L5、第5層配線M5およびビアV4を含んでいる。また、第6配線層はバリア絶縁膜B5、層間絶縁膜L6、第6層配線M6およびビアV5を含んでいる。また、第7配線層はバリア絶縁膜B6、層間絶縁膜L7、第7層配線M7およびビアV6を含んでいる。   On the third wiring layer, a fourth wiring layer, a fifth wiring layer, a sixth wiring layer, and a seventh wiring layer having the same structure as the third wiring layer are formed in this order. That is, the fourth wiring layer includes the barrier insulating film B3, the interlayer insulating film L4, the fourth layer wiring M4, and the via V3. The fifth wiring layer includes a barrier insulating film B4, an interlayer insulating film L5, a fifth layer wiring M5, and a via V4. The sixth wiring layer includes a barrier insulating film B5, an interlayer insulating film L6, a sixth layer wiring M6, and a via V5. The seventh wiring layer includes a barrier insulating film B6, an interlayer insulating film L7, a seventh layer wiring M7, and a via V6.

第7配線層上には、バリア絶縁膜B7、層間絶縁膜L8a、バリア絶縁膜B8aおよび層間絶縁膜L8bが順に積層されており、バリア絶縁膜B8aおよび層間絶縁膜L8bからなる積層膜を貫通する配線溝内には、主に銅からなる第8層配線M8が形成されている。第8層配線M8と第7層配線M7とは、バリア絶縁膜B7および層間絶縁膜L8aからなる積層膜を貫通するビアV7を介して電気的に接続されている。ここでは、バリア絶縁膜B7、層間絶縁膜L8a、バリア絶縁膜B8a、層間絶縁膜L8b、ビアV7および第8層配線M8を含む層を第8配線層と呼ぶ。   On the seventh wiring layer, a barrier insulating film B7, an interlayer insulating film L8a, a barrier insulating film B8a, and an interlayer insulating film L8b are sequentially stacked, and pass through the stacked film including the barrier insulating film B8a and the interlayer insulating film L8b. An eighth layer wiring M8 mainly made of copper is formed in the wiring trench. The eighth layer wiring M8 and the seventh layer wiring M7 are electrically connected through a via V7 penetrating a laminated film composed of the barrier insulating film B7 and the interlayer insulating film L8a. Here, the layer including the barrier insulating film B7, the interlayer insulating film L8a, the barrier insulating film B8a, the interlayer insulating film L8b, the via V7, and the eighth layer wiring M8 is referred to as an eighth wiring layer.

第8配線層上には、バリア絶縁膜B8bおよび層間絶縁膜L9が順に積層されており、層間絶縁膜L9上には、主にAl(アルミニウム)膜からなるパッドPDが形成されている。パッドPDと第8層配線M8とは、バリア絶縁膜B8bおよび層間絶縁膜L9からなる積層膜を貫通するビアV8を介して電気的に接続されている。パッドPDは、ビアV8、第8層配線M8、ビアV7、第7層配線M7、ビアV6、第6層配線M6、ビアV5、第5層配線M5、ビアV4、第4層配線M4、ビアV3、第3層配線M3、ビアV2、第2層配線M2、ビアV1a、第1層配線M1aおよびコンタクトプラグC1を介して、半導体基板SB上の各半導体素子に電気的に接続されている。   A barrier insulating film B8b and an interlayer insulating film L9 are sequentially stacked on the eighth wiring layer, and a pad PD mainly made of an Al (aluminum) film is formed on the interlayer insulating film L9. The pad PD and the eighth layer wiring M8 are electrically connected through a via V8 penetrating the laminated film composed of the barrier insulating film B8b and the interlayer insulating film L9. The pad PD includes a via V8, an eighth layer wiring M8, a via V7, a seventh layer wiring M7, a via V6, a sixth layer wiring M6, a via V5, a fifth layer wiring M5, a via V4, a fourth layer wiring M4, and a via. It is electrically connected to each semiconductor element on the semiconductor substrate SB via V3, the third layer wiring M3, the via V2, the second layer wiring M2, the via V1a, the first layer wiring M1a, and the contact plug C1.

なお、図8では図示を省略しているが、層間絶縁膜L8b上には、パッドPDの上面を露出するパッシベーション膜が形成されている。当該パッシベーション膜は例えばポリイミド膜などからなる。   Although not shown in FIG. 8, a passivation film that exposes the upper surface of the pad PD is formed on the interlayer insulating film L8b. The passivation film is made of, for example, a polyimide film.

図8を用いて以上に説明したように、比較例の半導体装置は、配線層が1層のみの本実施の形態の半導体装置(図4参照)と異なり、半導体素子上に複数の配線層を積層し、その上にパッドPDを設けた構造を有している。   As described above with reference to FIG. 8, the semiconductor device of the comparative example is different from the semiconductor device of this embodiment in which only one wiring layer is provided (see FIG. 4), with a plurality of wiring layers on the semiconductor element. It has a structure in which a pad PD is provided thereon.

図6に示す比較例の半導体装置を構成する検査用の各チップ領域内のレイアウトは繰り返しパターンが多いため、TEGに電位を供給するためのパッドに接続された配線は、製品として製造される半導体チップに比べて簡素なもので済むことが考えられる。つまり、比較例の半導体装置の検査方法で用いられる検査用のチップ領域内に限れば、図4に示すように配線層を多数設ける必要はなく、配線層の数を低減することが考えられる。しかし、図6に示すように、ショット領域SHa内には、製品として用いるチップ領域P7a〜P9aおよびP11aを有しているため、同一の半導体基板上に形成されたチップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aにおいて、製品と同様の多層配線構造を設ける必要がある。   Since the layout in each inspection chip region constituting the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 6 has many repeated patterns, the wiring connected to the pad for supplying the potential to the TEG is a semiconductor manufactured as a product. It may be simpler than a chip. In other words, as long as it is within the inspection chip region used in the semiconductor device inspection method of the comparative example, it is not necessary to provide a large number of wiring layers as shown in FIG. 4, and the number of wiring layers can be reduced. However, as shown in FIG. 6, since the shot regions SH have chip regions P7a to P9a and P11a used as products, chip regions P1a to P6a, P10a formed on the same semiconductor substrate and In P12a to P15a, it is necessary to provide a multilayer wiring structure similar to the product.

また、一つのチップ領域P6a内において、例えばTZDB特性を検査するために用いられる領域R8の面積は、本実施の形態のチップ領域P1(図3参照)よりも小さい。また、図6に示すチップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aは、それぞれ異なる検査を行うために、いずれも異なるレイアウトを有している。このため、一つのショット領域SHa内において、例えばTZDB特性を検査するために用いることができる領域は、チップ領域P6a内の領域R8のみである。つまり、比較例ではショット領域SHa内に複数の項目の検査に用いる領域をそれぞれ別々に設けているが、個々の項目の検査に用いることができる各領域の規模は小さい。   Further, in one chip region P6a, for example, the area of the region R8 used for inspecting the TZDB characteristic is smaller than the chip region P1 (see FIG. 3) of the present embodiment. Further, the chip regions P1a to P6a, P10a, and P12a to P15a shown in FIG. 6 have different layouts for performing different inspections. For this reason, in one shot region SHa, for example, the region that can be used for inspecting the TZDB characteristic is only the region R8 in the chip region P6a. That is, in the comparative example, areas used for inspection of a plurality of items are separately provided in the shot area SHa, but the scale of each area that can be used for inspection of individual items is small.

ここで、図9に、比較例の半導体ウエハWFaを示す。半導体ウエハWFa上には、ショット領域SHaのレイアウトを複数並べることで複数のチップ領域CRを配置している。なお、図9には、例として一つのショット領域SHaの輪郭を太い線で示している。半導体ウエハWFa上のチップ領域CRは全て、マトリクス状に並ぶショット領域SHa内の領域であるが、ここでは複数並ぶショット領域SHaのうち、一つのショット領域SHaのみ、その輪郭を示している。   Here, FIG. 9 shows a semiconductor wafer WFa of a comparative example. On the semiconductor wafer WFa, a plurality of chip regions CR are arranged by arranging a plurality of layouts of the shot regions SHa. In FIG. 9, the outline of one shot area SHa is shown by a thick line as an example. The chip regions CR on the semiconductor wafer WFa are all regions within the shot region SHa arranged in a matrix, but here, only one shot region SHa is shown out of the plurality of shot regions SHa arranged.

また、図9では、チップ領域P6a(図6参照)に対応する位置のチップ領域CRを黒く塗りつぶして示している。また、複数のチップ領域CRは、図6に示すチップ領域P1a〜P15aに対応している。   In FIG. 9, the chip region CR at the position corresponding to the chip region P6a (see FIG. 6) is shown in black. The plurality of chip areas CR correspond to the chip areas P1a to P15a shown in FIG.

各ショット領域SHa同士は、レイアウトが同一である。したがって、各ショット領域SHa内の複数のチップ領域CRの配置は同一である。このため、図9に示すように、TZDB特性を検査するために用いることができる領域であるチップ領域P6aは、半導体ウエハWFa上において等間隔でマトリクス状に配置されている。このような場合、半導体ウエハWFa上において、TZDB特性を検査することができる範囲は、図9において破線で囲んだ範囲に限られる。   Each shot area SHa has the same layout. Therefore, the arrangement of the plurality of chip areas CR in each shot area SHa is the same. For this reason, as shown in FIG. 9, chip regions P6a that are regions that can be used to inspect TZDB characteristics are arranged in a matrix at equal intervals on the semiconductor wafer WFa. In such a case, the range in which the TZDB characteristic can be inspected on the semiconductor wafer WFa is limited to the range surrounded by the broken line in FIG.

図9の破線で囲まれた範囲が全てのチップ領域CRを囲んでいないのは、ショット領域SHa内においてTZDB特性を検査することができる箇所が、チップ領域P6aの内の領域R8(図7参照)のみであるためである。つまり、ショット領域SHa内の一部分でしかTZDB特性を検査することができないため、半導体ウエハWFaの端部には、TZDB特性を検査することができない領域がある。   The reason why the range surrounded by the broken line in FIG. 9 does not surround all the chip regions CR is that the portion where the TZDB characteristic can be inspected in the shot region SHa is the region R8 in the chip region P6a (see FIG. 7). ) Only. That is, since the TZDB characteristic can be inspected only in a part of the shot area SHa, there is an area where the TZDB characteristic cannot be inspected at the end of the semiconductor wafer WFa.

次に、図10を用いて、上記した比較例の半導体装置を製造し、それを用いて検査を行う工程について説明する。図10は、比較例の半導体装置の検査方法において用いるTEGを含む半導体装置の製造工程と、それを用いて行う検査の工程を示すフローである。   Next, a process for manufacturing the semiconductor device of the above-described comparative example and performing an inspection using the semiconductor device will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device including a TEG used in the semiconductor device inspection method of the comparative example and an inspection process performed using the manufacturing process.

図10に示すステップST1〜ST8までは、図5に示すステップST1〜ST8と同様に行う。ただし、半導体基板上に形成する半導体素子および配線などのレイアウトは、本実施の形態と比較例とで異なる。また、図10のステップST1〜ST5により検査用のチップ領域に形成する半導体素子は、図7などを用いて説明したように、製品において用いられるレイアウトとは異なるレイアウトで形成される。   Steps ST1 to ST8 shown in FIG. 10 are performed in the same manner as steps ST1 to ST8 shown in FIG. However, the layout of semiconductor elements and wirings formed on the semiconductor substrate differs between this embodiment and the comparative example. Further, as described with reference to FIG. 7 and the like, the semiconductor elements formed in the inspection chip region by steps ST1 to ST5 in FIG. 10 are formed in a layout different from the layout used in the product.

上記のように、最初に図10に示すステップST5〜ST8を行い、次に、第1配線層上に第2配線層を形成する(図10のステップST8a)。ステップST8aは、図8に示す第2配線層内の上部の第2層配線M2を形成する工程と、第2層配線M2および第1層配線M1aを接続するビアV1aを形成する工程とを含んでいる。なお、デュアルダマシン法を用いる場合、ビアV1aおよび第2層配線M2は、同一の工程により一括で形成される。   As described above, steps ST5 to ST8 shown in FIG. 10 are first performed, and then a second wiring layer is formed on the first wiring layer (step ST8a in FIG. 10). Step ST8a includes a step of forming an upper second layer wiring M2 in the second wiring layer shown in FIG. 8, and a step of forming a via V1a connecting the second layer wiring M2 and the first layer wiring M1a. It is out. In the case of using the dual damascene method, the via V1a and the second layer wiring M2 are collectively formed by the same process.

次に、ステップST8aと同様に配線層の形成工程を行うことで、第2配線層上に第3配線層を形成する(図10のステップST8b)。この後は、同様の配線層形成工程を繰り返す。ここでは、第1配線層から第8配線層まで形成する。図10には、半導体基板上に積層する配線層の形成工程のうち、第1配線層を形成するステップST8、第2配線層を形成するステップST8a、第3配線層を形成するステップST8b、第8配線層を形成するステップST8gを示しているが、ステップST8bおよびST8g間の、第4配線層〜第7配線層を形成するステップの図示は省略している。   Next, the third wiring layer is formed on the second wiring layer by performing the wiring layer forming process in the same manner as in step ST8a (step ST8b in FIG. 10). Thereafter, the same wiring layer forming process is repeated. Here, the first wiring layer to the eighth wiring layer are formed. FIG. 10 shows a step ST8 for forming the first wiring layer, a step ST8a for forming the second wiring layer, a step ST8b for forming the third wiring layer, and a step ST8b for forming the wiring layer laminated on the semiconductor substrate. Although step ST8g for forming the eight wiring layers is shown, the steps for forming the fourth to seventh wiring layers between steps ST8b and ST8g are omitted.

この後の工程は、図5のステップST9〜ST12と同様に行う。   The subsequent steps are performed in the same manner as steps ST9 to ST12 in FIG.

すなわち、ステップST8gの後、図8に示す第8層配線M8とパッドPDとを接続するためのビアV9を形成する(図10のステップST9)。   That is, after step ST8g, a via V9 for connecting the eighth-layer wiring M8 and the pad PD shown in FIG. 8 is formed (step ST9 in FIG. 10).

次に、パッドPDを形成する(図10のステップST10)。以上のステップST1〜ST8、ST8a〜ST8g、ステップST9、およびST10を行うことにより、主面上にTEGが形成された半導体ウエハを準備する。なお、ここでは説明を省略しているが、パッドPDを形成した後であって、下記のプローブ検査を行う前に、半導体基板上の配線層を覆い、パッドPDの上面を露出するパッシベーション膜を形成する工程を有する。   Next, the pad PD is formed (step ST10 in FIG. 10). By performing the above steps ST1 to ST8, ST8a to ST8g, steps ST9 and ST10, a semiconductor wafer having a TEG formed on the main surface is prepared. Although not described here, a passivation film that covers the wiring layer on the semiconductor substrate and exposes the upper surface of the pad PD is formed after the pad PD is formed and before performing the following probe inspection. Forming.

次に、プローブ検査を行うことで、半導体装置の検査を行う(図10のステップST11)。   Next, the semiconductor device is inspected by performing a probe inspection (step ST11 in FIG. 10).

図10のステップST11においてプローブ検査を行なって得た結果は、その後の半導体装置の製造工程にフィードバックする(図10のステップST12)。   The result obtained by performing the probe inspection in step ST11 in FIG. 10 is fed back to the subsequent manufacturing process of the semiconductor device (step ST12 in FIG. 10).

以下では、図6〜図10を用いて説明した比較例の半導体装置の検査方法の問題点、および本実施の形態の半導体装置の検査方法の効果について説明する。   Hereinafter, problems of the semiconductor device inspection method of the comparative example described with reference to FIGS. 6 to 10 and effects of the semiconductor device inspection method of the present embodiment will be described.

まず、上述した比較例の半導体装置は、半導体ウエハWFa(図9参照)上において、特定の検査において用いることができるTEGの規模が小さいという問題がある。例えば、TZDB特性の検査に用いられるTEGは、ショット領域SHaにより区分される一つの領域内の複数のチップ領域P1a〜P15a(図6参照)のうちの、一つのチップ領域P6a内の限られた領域にのみ形成されている。したがって、TZDB特性をTEGを用いて検査する場合に、検査の精度を向上させるために多数の検査結果を得ようとすると、TEGを有する半導体ウエハWFa(図9参照)が、例えば数十枚〜数千枚必要となる。これは、TZDB特性に限らず、半導体装置の他の特性、配線または絶縁膜などの評価を行う場合も同様であり、各特性などの検査に用いることができるTEGの規模はいずれも小さい。   First, the semiconductor device of the comparative example described above has a problem that the TEG that can be used in a specific inspection is small on the semiconductor wafer WFa (see FIG. 9). For example, the TEG used for the inspection of the TZDB characteristic is limited in one chip region P6a among a plurality of chip regions P1a to P15a (see FIG. 6) in one region divided by the shot region SHa. It is formed only in the region. Therefore, when inspecting the TZDB characteristic using the TEG, if an attempt is made to obtain a large number of inspection results in order to improve the inspection accuracy, the number of semiconductor wafers WFa (see FIG. 9) having the TEG is, for example, several tens to Thousands of sheets are required. This is not limited to the TZDB characteristics, and the same applies to the evaluation of other characteristics of the semiconductor device, wirings, insulating films, and the like, and the scale of TEGs that can be used for inspection of each characteristic is small.

比較例の半導体装置では、一つのチップ領域内において様々な検査を行うために、当該チップ領域内を複数の領域に区分して、それぞれの領域に特定の検査を行うためのTEGを形成している。このため、個々のTEGの規模は小さくなる。また、一つのショット領域SHa(図6参照)内の各チップ領域P1a〜P15a(図6参照)のレイアウトはそれぞれ異なるため、半導体ウエハWFa(図9参照)上で特定の検査に用いることができるTEGの規模はより小さくなる。一枚の半導体ウエハWFaにおけるTEGの規模が小さければ、検査の精度を高めるために検査データを多数集めようとする場合に、半導体装置の検査において多数の半導体ウエハWFaを検査する必要が生じる。このため、TEGを含む半導体ウエハWFaを製造し、検査する工程の増加により、半導体装置の検査に必要となるコストが増大する。   In the semiconductor device of the comparative example, in order to perform various inspections within one chip region, the chip region is divided into a plurality of regions, and TEGs for performing specific inspections are formed in the respective regions. Yes. For this reason, the scale of each TEG becomes small. Further, since the layout of the chip regions P1a to P15a (see FIG. 6) in one shot region SHa (see FIG. 6) is different, it can be used for a specific inspection on the semiconductor wafer WFa (see FIG. 9). The scale of TEG is smaller. If the scale of the TEG in one semiconductor wafer WFa is small, it is necessary to inspect a large number of semiconductor wafers WFa in the inspection of a semiconductor device in order to collect a large number of inspection data in order to increase the inspection accuracy. For this reason, the cost required for the test | inspection of a semiconductor device increases by the increase in the process of manufacturing and inspecting the semiconductor wafer WFa containing TEG.

また、上記した比較例の半導体装置は、TEGを構成する素子または配線などが繰り返しのパターンを有するために、半導体装置の検査の精度が低下する問題がある。つまり、例えば、チップ領域内に形成された一部のTEGを構成する半導体素子が、単一の形状の半導体素子を複数並べた構成のみを有している場合がある。このように、TEGが素子などの単調な繰り返しのパターンにより構成されていると、当該TEGを用いて検査を行なっても、得られた検査結果では、特定の形状の素子の固有の特性または欠陥のみが強調されてしまう。   Further, the semiconductor device of the comparative example described above has a problem that the accuracy of inspection of the semiconductor device is lowered because elements or wirings constituting the TEG have a repeated pattern. That is, for example, there are cases where the semiconductor elements constituting a part of the TEG formed in the chip region have only a configuration in which a plurality of single-shaped semiconductor elements are arranged. In this way, when the TEG is composed of a monotonous repeating pattern such as an element, even if an inspection is performed using the TEG, the obtained inspection result shows that the characteristic or defect of the element having a specific shape is unique. Only will be emphasized.

すなわち、製品として製造される半導体装置のように、多種の目的に応じて様々な条件で形成された半導体素子または配線パターンなどを有するTEGを用いず、単調なパターンのTEGを用いた場合、検査工程において、製品に発生しやすい異常などを発見することができない。これにより、半導体装置の検査の精度が低下する問題が生じる。つまり、TEGが繰り返しのパターンからなる場合、製品固有の特性および異常などを検知することは困難である。   That is, when a TEG having a monotonous pattern is used instead of a TEG having a semiconductor element or a wiring pattern formed under various conditions according to various purposes like a semiconductor device manufactured as a product, In the process, abnormalities that are likely to occur in products cannot be found. This causes a problem that the accuracy of the inspection of the semiconductor device is lowered. That is, when the TEG is composed of repeated patterns, it is difficult to detect product-specific characteristics and abnormalities.

また、上記した比較例の半導体装置は、図8に示すように、半導体基板SB上に多数の配線層を有しているため、半導体装置の検査工程を行う前にこれらの配線層を形成する工程を要し、当該検査工程を完了するまでに時間を要し、コストが増大する問題がある。比較例の半導体装置では、図6に示すように製品として用いるチップ領域P7a〜P9aおよびP11aと、検査のみに用いるチップ領域P1a〜P6a、P10aおよびP12a〜P15aとが同一の半導体ウエハWFa上に混載されていることにより、検査用のチップ領域上にも複数の配線層を形成する必要が生じ、装置の構造が複雑になっている。また、半導体ウエハWFa上に製品として用いるチップ領域が無い場合であっても、図8に示すように複数の配線層を形成すれば、図10のステップST8a、ST8b、ST8gに示すように、製造工程が増加し、また検査に要する時間が増大するため、半導体装置の製造コストが増大する。   Further, as shown in FIG. 8, the semiconductor device of the comparative example described above has a large number of wiring layers on the semiconductor substrate SB. Therefore, these wiring layers are formed before performing the inspection process of the semiconductor device. There is a problem that a process is required, and it takes time to complete the inspection process, resulting in an increase in cost. In the semiconductor device of the comparative example, as shown in FIG. 6, chip regions P7a to P9a and P11a used as products and chip regions P1a to P6a, P10a and P12a to P15a used only for inspection are mixedly mounted on the same semiconductor wafer WFa. Therefore, it is necessary to form a plurality of wiring layers also on the inspection chip region, and the structure of the apparatus is complicated. Even if there is no chip region used as a product on the semiconductor wafer WFa, if a plurality of wiring layers are formed as shown in FIG. 8, as shown in steps ST8a, ST8b and ST8g in FIG. Since the number of processes increases and the time required for inspection increases, the manufacturing cost of the semiconductor device increases.

また、上記した比較例の半導体装置は、図9に示すように、半導体ウエハWFa上において特定の検査を行うことができない領域が存在するため、半導体ウエハWFa上の全てのチップ領域に対し精度の高い検査を行うことができない問題がある。これは、特定の検査に用いることができるTEGが形成された領域が、一つのショット領域SHa(図6および図9参照)内の一部分に限られるためである。当該TEGから離れた領域、例えば半導体ウエハWFaの周縁部近傍のチップ領域、または複数の当該TEG間のチップ領域では、上記検査により評価すべき特性などを正確に把握することができない。   Further, as shown in FIG. 9, in the semiconductor device of the comparative example described above, since there is a region where a specific inspection cannot be performed on the semiconductor wafer WFa, the accuracy is improved with respect to all the chip regions on the semiconductor wafer WFa. There is a problem that high inspection cannot be performed. This is because a region where a TEG that can be used for a specific inspection is formed is limited to a part of one shot region SHa (see FIGS. 6 and 9). In a region away from the TEG, for example, a chip region in the vicinity of the peripheral edge of the semiconductor wafer WFa, or a chip region between a plurality of the TEGs, characteristics to be evaluated by the inspection cannot be accurately grasped.

このため、比較例の半導体装置を用いた検査では、半導体ウエハWFaの周縁部近傍に生じやすい欠陥などを見落としやすくなるなどの問題が生じ、半導体装置の検査の精度が低下する。   For this reason, in the inspection using the semiconductor device of the comparative example, there is a problem that it becomes easy to overlook defects and the like that are likely to occur in the vicinity of the peripheral portion of the semiconductor wafer WFa, and the accuracy of the inspection of the semiconductor device is lowered.

ここで、上記のようにチップ領域内のTEGのレイアウトが小規模であり、また繰り返しのパターンからなることに起因して生じる上記の各問題に対する解決策として、製品と同一のマスクを用い、製品と同一のレイアウトで検査用の半導体素子および配線層を形成することが考えられる。しかし、配線層までも製品と同様のレイアウトで形成し、また配線層を製品と同様に複数層形成すると、特定の半導体素子に直接電位を印加してプローブ検査することが困難となる。また、配線層を複数層形成すると、上記のように製造コストが増大する問題が生じる。   Here, as a solution to the above problems caused by the small layout of the TEG in the chip area and the repetition pattern as described above, the same mask is used as the product. It is conceivable to form a semiconductor element and a wiring layer for inspection with the same layout. However, if the wiring layer is formed in the same layout as the product and a plurality of wiring layers are formed in the same manner as the product, it is difficult to perform probe inspection by directly applying a potential to a specific semiconductor element. Further, when a plurality of wiring layers are formed, there arises a problem that the manufacturing cost increases as described above.

さらに、配線層を製品と同様のレイアウトで複数層形成した場合、検査用のチップ領域をダイシング工程により個片化して半導体チップを形成し、当該半導体チップをダイパッドに搭載して、パッケージに組み込んでから検査を行う必要性が生じることも考えられる。この場合、検査工程を行う際に要するコストがより増大する。   Furthermore, when a plurality of wiring layers are formed in the same layout as the product, the chip area for inspection is separated into pieces by a dicing process to form a semiconductor chip, and the semiconductor chip is mounted on a die pad and incorporated in a package. It may be necessary to perform an inspection. In this case, the cost required for performing the inspection process further increases.

また、上記のように配線層も製品と同様に複数層形成すると、余計なストレス試験を繰り返し行う必要が生じる場合があり、半導体装置の検査に要する時間が増大する問題がある。例えば、図8に示すような不揮発性メモリのメモリセルQ1を構成するメモリゲート電極MG(図4参照)を異方性エッチングにより自己整合的に形成する場合、エッチングを行う時間を増やすと、メモリゲート電極MGと半導体基板SB(図8参照)間の耐圧が向上する性質がある。エッチングを行う時間などの製造条件の変更、すなわち、半導体装置の製造プロセスの変更に起因して変化する半導体素子などの特性を検査する際、上記したように半導体基板SB上に複数の配線層が形成されている場合には、以下に記載するように、素子などにストレスを加える工程とプローブ検査とを繰り返し行うことで、検査データを集めることが考えられる。   In addition, if a plurality of wiring layers are formed as in the case as described above, it may be necessary to repeatedly perform an extra stress test, which increases the time required for inspecting the semiconductor device. For example, when the memory gate electrode MG (see FIG. 4) constituting the memory cell Q1 of the nonvolatile memory as shown in FIG. 8 is formed in a self-aligned manner by anisotropic etching, if the etching time is increased, the memory The breakdown voltage between the gate electrode MG and the semiconductor substrate SB (see FIG. 8) is improved. When inspecting characteristics of a semiconductor element or the like that changes due to a change in manufacturing conditions such as etching time, that is, a change in the manufacturing process of a semiconductor device, a plurality of wiring layers are formed on the semiconductor substrate SB as described above. In the case of being formed, as described below, it is conceivable to collect inspection data by repeatedly performing a process of applying stress to the element and the probe inspection.

つまり、配線層を製品と同様に多数積層した場合に半導体素子の耐圧を調べる際には、まず、TEGを構成する半導体素子(例えばメモリセルQ1または高耐圧MOSFETQ2など)に、当該配線層上のパッドを介して例えば20秒程度電圧を印加し、当該半導体素子にストレスを与える。次に、プローブ検査を行い、当該半導体素子が動作するかどうかを検査する。半導体素子が動作すれば、当該半導体素子にさらに長い時間電圧を印加することで、より大きいストレスを与え、その後またプローブ検査を行なって当該半導体素子が動作するかどうかを検査する。   That is, when examining the breakdown voltage of a semiconductor element when a large number of wiring layers are stacked in the same manner as a product, first, a semiconductor element (for example, a memory cell Q1 or a high breakdown voltage MOSFET Q2) constituting the TEG is placed on the wiring layer. For example, a voltage is applied through the pad for about 20 seconds to apply stress to the semiconductor element. Next, probe inspection is performed to inspect whether or not the semiconductor element operates. When the semiconductor element operates, a voltage is applied to the semiconductor element for a longer time to apply a greater stress, and then a probe test is performed again to check whether the semiconductor element operates.

このように、半導体基板上に配線層が複数積層された半導体装置において、TEGを構成する半導体素子の耐圧を調べる際には、長時間のストレスの印加とプローブ検査とを繰り返し行うことで、半導体素子が短絡するストレス条件を判断する。半導体素子にストレスを与えるための電圧印加は、長い場合には一回で100秒ほど時間を要する。このように、複数の配線層を形成し、配線層およびその上のパッドを製品と同様に形成した半導体装置では、直接半導体素子に電圧を印加し、当該半導体素子に流れる電流を検査することが困難であるため、上記のようにストレスの印加とプローブ検査とを繰り返して検査を行う必要がある。したがって、検査に必要な工程および時間が増大する問題が生じる。   Thus, in a semiconductor device in which a plurality of wiring layers are stacked on a semiconductor substrate, when examining the breakdown voltage of a semiconductor element constituting the TEG, it is possible to repeatedly apply a long-time stress and perform a probe test. Determine the stress conditions that cause the device to short circuit. The voltage application for applying stress to the semiconductor element takes about 100 seconds at a time if it is long. As described above, in a semiconductor device in which a plurality of wiring layers are formed and the wiring layers and the pads on the wiring layers are formed in the same manner as the product, it is possible to directly apply a voltage to the semiconductor element and inspect the current flowing through the semiconductor element. Since it is difficult, it is necessary to repeat the application of stress and the probe inspection as described above. Therefore, there arises a problem that the process and time required for the inspection increase.

これに対し、本実施の形態の半導体装置の検査方法で用いるTEGは、半導体ウエハWF(図1参照)上のチップ領域CR(図1参照)のレイアウトを製品と同一のレイアウトで形成している。また、半導体ウエハWF上の複数のチップ領域CRを全て同じレイアウトで形成している。つまり、図3に示すように、一つのチップ領域P1内のレイアウトは、製品として製造される半導体チップと同一である。したがって、本実施の形態で用いられるTEGは全て、製品の半導体装置の製造工程において用いられるマスクと同一のマスクを利用して形成される。これにより、特定の検査に用いるTEGを、1枚の半導体ウエハWF上において大規模に形成することができる。   In contrast, the TEG used in the semiconductor device inspection method of the present embodiment forms the layout of the chip region CR (see FIG. 1) on the semiconductor wafer WF (see FIG. 1) with the same layout as the product. . In addition, the plurality of chip regions CR on the semiconductor wafer WF are all formed in the same layout. That is, as shown in FIG. 3, the layout in one chip region P1 is the same as that of a semiconductor chip manufactured as a product. Therefore, all TEGs used in the present embodiment are formed using the same mask as that used in the manufacturing process of the product semiconductor device. Thereby, a TEG used for a specific inspection can be formed on a large scale on one semiconductor wafer WF.

このため、例えばTZDB特性の評価に用いることができるMOSFETは、チップ領域P1内の限られた領域ではなく、広範囲に亘って形成されている。つまり、図7に示す比較例のチップ領域P6aでは、検査対象毎に領域を区画し、TEGを作り分けているため、特定の特性などを評価するためのTEGを含む領域は、例えば一つに限られていた。   For this reason, for example, a MOSFET that can be used for evaluation of the TZDB characteristic is formed not over a limited region in the chip region P1, but over a wide range. That is, in the chip region P6a of the comparative example shown in FIG. 7, since the region is divided for each inspection object and the TEG is separately created, the region including the TEG for evaluating specific characteristics is, for example, one. It was limited.

しかし、本実施の形態において、チップ領域のレイアウトは、検査対象に応じて区画されていない。したがって、図3に示すチップ領域P1では、例えばTZDB特性の評価に用いることができるMOSFETがチップ領域P1内の広い範囲に形成されている。よって、比較例に比べて一つのチップ領域内のTEGの規模が大きいため、検査の精度を落とすことなく、検査に用いる半導体ウエハの枚数を低減することができる。つまり、比較例と比べて少ない工程で、より高感度な評価が可能となる。   However, in this embodiment, the layout of the chip area is not divided according to the inspection object. Therefore, in the chip region P1 shown in FIG. 3, for example, MOSFETs that can be used for evaluating TZDB characteristics are formed in a wide range in the chip region P1. Therefore, since the scale of the TEG in one chip region is larger than that of the comparative example, the number of semiconductor wafers used for the inspection can be reduced without reducing the inspection accuracy. That is, more sensitive evaluation can be performed with fewer steps compared to the comparative example.

また、本実施の形態では、図2に示すショット領域SH内の全てのチップ領域P1〜P15が同一のレイアウトを有する検査用の領域であるため、図1に示す半導体ウエハWFの全てのチップ領域CRを同一の検査に用いることができる。例えばTZDB特性の検査を、半導体ウエハWF上の全てのチップ領域CRに対して行うことができる。つまり、特定の検査に用いることができるチップ領域がショット領域内の一部のみに存在する上記比較例に対し、本実施の形態ではよりTEGが大規模化されている。   In the present embodiment, since all the chip areas P1 to P15 in the shot area SH shown in FIG. 2 are inspection areas having the same layout, all the chip areas of the semiconductor wafer WF shown in FIG. CR can be used for the same inspection. For example, the inspection of the TZDB characteristic can be performed on all the chip regions CR on the semiconductor wafer WF. That is, the TEG is made larger in this embodiment than the comparative example in which the chip area that can be used for a specific inspection exists only in a part of the shot area.

上記比較例の半導体装置を用いて行う検査では、検査精度を一定の水準に高めるために必要な数の検査結果を集めるために、数十〜数千枚の半導体ウエハを用いなければならない。これに対し、本実施の形態では、検査に用いる半導体ウエハの枚数が数枚程度であっても、上記一定の水準の検査制度を実現するのに必要な数の検査結果を得ることができる。これにより、半導体装置の検査工程に要する半導体ウエハの数および時間を低減し、検査の精度を低下させることなく、検査に要するコストを低減することができる。   In the inspection performed using the semiconductor device of the comparative example, several tens to several thousand semiconductor wafers must be used in order to collect the number of inspection results necessary to increase the inspection accuracy to a certain level. On the other hand, in this embodiment, even if the number of semiconductor wafers used for inspection is about several, it is possible to obtain the number of inspection results necessary to realize the above-described certain level of inspection system. As a result, the number and time of semiconductor wafers required for the inspection process of the semiconductor device can be reduced, and the cost required for the inspection can be reduced without reducing the accuracy of the inspection.

また、本実施の形態では、各チップ領域内のレイアウトが製品として製造される半導体チップと同一であるため、TEGの構成は単調な繰り返しのパターンではなく、様々なサイズまたは特性を有するTEGを含んでいる。検査に用いるTEGを構成する半導体素子のレイアウトが製品と同一であるため、製品において起こりやすい異常を容易に検知し、また、製品に用いられる半導体素子などの特性を検査することができる。このため、半導体装置の検査の精度を高めることができる。   In the present embodiment, since the layout in each chip region is the same as that of a semiconductor chip manufactured as a product, the TEG configuration is not a monotonous repetitive pattern, but includes TEGs having various sizes or characteristics. It is out. Since the layout of the semiconductor elements constituting the TEG used for the inspection is the same as that of the product, it is possible to easily detect an abnormality that easily occurs in the product and to inspect the characteristics of the semiconductor element used in the product. For this reason, the accuracy of the inspection of the semiconductor device can be increased.

上記比較例のように、サイズおよび特性などが同一の半導体素子を繰り返し並べたTEGを用いた場合、当該半導体素子についての検査は可能であるが、異なるサイズの半導体素子を評価することはできない。これに対し、本実施の形態の検査用の半導体装置は、チップ領域内の素子等が製品に則したレイアウトで形成されているため、チップ領域内には様々な半導体素子が含まれている。例えば、MOSFETについてはゲート長、ゲート幅、ソース・ドレイン領域の不純物濃度、またはゲート絶縁膜の厚さなど、各パラメータの異なる素子が一つのチップ領域内に多数存在する。したがって、特定の形状および特性を有する素子のみならず、様々な素子について検査結果を得ることができる。   When a TEG in which semiconductor elements having the same size and characteristics are arranged as in the comparative example is used, the semiconductor element can be inspected, but semiconductor elements having different sizes cannot be evaluated. On the other hand, in the semiconductor device for inspection according to the present embodiment, since the elements in the chip region are formed with a layout according to the product, various semiconductor elements are included in the chip region. For example, in a MOSFET, a large number of elements having different parameters such as gate length, gate width, impurity concentration of source / drain regions, or gate insulating film thickness exist in one chip region. Therefore, test results can be obtained not only for elements having specific shapes and characteristics but also for various elements.

また、様々な形状および特性を有する素子について検査を行うために、複数の種類の半導体ウエハを用意する必要がない。さらに、TEGを製品と同じマスクを用いて形成しているため、TEG用のマスクを新たに用意する必要がない。このため、検査に用いる半導体装置の製造コストを低減することができる。   In addition, in order to inspect elements having various shapes and characteristics, it is not necessary to prepare a plurality of types of semiconductor wafers. Furthermore, since the TEG is formed using the same mask as the product, it is not necessary to prepare a new TEG mask. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor device used for inspection can be reduced.

また、本実施の形態では、図4に示すように、半導体基板SB上の半導体素子を覆う層間絶縁膜ILF上の配線層が、1層のみとなっている。つまり、TEGを構成する半導体素子を、コンタクトプラグC1、ビアV1、および1層の第1層配線M1のみを用いてプローブ検査用のパッドPDに電気的に接続している。このため、図8に示すように半導体基板SB上に複数の配線層を形成する場合に比べ、検査用の半導体装置を形成するコストを低減し、また、検査用の半導体装置の製造に要する時間を含めた、検査の完了までに要する時間を短縮することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, there is only one wiring layer on the interlayer insulating film ILF covering the semiconductor elements on the semiconductor substrate SB. That is, the semiconductor element constituting the TEG is electrically connected to the probe PD pad using only the contact plug C1, the via V1, and the first layer wiring M1. Therefore, as compared with the case where a plurality of wiring layers are formed on the semiconductor substrate SB as shown in FIG. 8, the cost for forming the semiconductor device for inspection is reduced, and the time required for manufacturing the semiconductor device for inspection is reduced. It is possible to shorten the time required to complete the inspection including

上記のように配線層の数を省略することができる理由の一つは、半導体ウエハWF(図1参照)上に、製品の製造に用いるチップ領域が無く、半導体ウエハWF上の全てのチップ領域を検査用に用いるため、TEG上に複数の配線層を形成する必要がないことにある。なお、配線層が1層のみの場合、配線層を複数形成する場合に比べて、全ての素子をパッドPDに結線することは困難になるが、この問題は、同種の半導体素子同士を束ねて結線するなどして解消することが可能である。   One of the reasons why the number of wiring layers can be omitted as described above is that there is no chip area used for manufacturing products on the semiconductor wafer WF (see FIG. 1), and all chip areas on the semiconductor wafer WF are present. Is used for inspection, it is not necessary to form a plurality of wiring layers on the TEG. When only one wiring layer is used, it is difficult to connect all the elements to the pad PD as compared with the case where a plurality of wiring layers are formed. However, this problem is caused by bundling the same kind of semiconductor elements. It can be resolved by connecting the wires.

また、本実施の形態では、配線層を1層のみ用いてパッドとTEGとを接続し、直接的にTEGに給電することを可能としている。例えば、チップ領域内のレイアウトが製品と同様なTEGであって、配線層も製品と同様に複数層形成されている場合、コア部の半導体素子に電位を供給するためには、I/Oに用いられる素子を介する必要がある。これに対し、本実施の形態では、配線層が1層のみであり、また、配線層およびパッドのレイアウトが製品と同一ではないため、コア部の低耐圧MOSFETなどの半導体素子であっても、直接電位を供給し、また、電流を測定することなどが可能である。   In this embodiment, the pad and the TEG are connected using only one wiring layer, and power can be directly supplied to the TEG. For example, when the layout in the chip area is a TEG similar to a product and a plurality of wiring layers are formed in the same manner as the product, in order to supply a potential to the semiconductor element in the core portion, I / O It is necessary to pass through the element used. On the other hand, in the present embodiment, there is only one wiring layer, and the layout of the wiring layer and the pad is not the same as the product, so even if it is a semiconductor element such as a low breakdown voltage MOSFET in the core part, It is possible to directly supply a potential and measure a current.

また、製品のように複数の配線層を有していないため、チップ領域をダイシングにより個片化して半導体チップを形成し、さらにその半導体チップをパッケージに組み込む工程を経てから検査を行う必要性は生じない。このため、検査工程にかかる時間を短縮し、また、検査に用いる半導体装置の製造コストを低減することができる。   In addition, since it does not have a plurality of wiring layers like a product, there is no need to inspect after a process of forming a semiconductor chip by dicing the chip region into pieces by dicing and further incorporating the semiconductor chip into a package. Does not occur. For this reason, the time required for the inspection process can be shortened, and the manufacturing cost of the semiconductor device used for the inspection can be reduced.

なお、本実施の形態では、配線層を1層のみ用いた場合を例示したが、さらに1層の配線層を追加して形成したTEGを用いてもよい。つまり、本実施の形態では、配線層は1層のみまたは2層のみ形成する。配線層が2層形成される場合、配線層が1層のみの場合に比べて1層分の製造コストが発生するが、比較例のように3層以上の多数の配線層を形成する必要がなく、最低限のコストで検査を行うことができる。なお、このように2層の配線層を用いることで、配線結線のためのレイアウトの自由度を増すことができる。   In the present embodiment, the case where only one wiring layer is used is exemplified, but a TEG formed by adding one more wiring layer may be used. That is, in this embodiment, only one or two wiring layers are formed. When two wiring layers are formed, the manufacturing cost for one layer is generated as compared with the case where only one wiring layer is formed, but it is necessary to form a large number of wiring layers of three or more layers as in the comparative example. The inspection can be performed at a minimum cost. Note that the use of two wiring layers in this manner can increase the degree of freedom in layout for wiring connection.

また、本実施の形態では、図1に示す半導体ウエハWF上の全てのチップ領域CRが同一のレイアウトを有しているため、特定の目的で行う検査を半導体ウエハWF上の全てのチップ領域CRに対して実施することができる。図9に示す比較例の半導体ウエハWFaでは、特定の検査項目において検査対象とすることができるチップ領域CRが、ショット領域SHa内の一部の領域に限られている。このため、半導体ウエハWFa上の全てのチップ領域を検査することは困難である。これに対し本実施の形態では、半導体ウエハWFの周縁部近傍のチップ領域CRなどであっても異常を見落とすことなく検査を行うことができる。   In the present embodiment, since all the chip regions CR on the semiconductor wafer WF shown in FIG. 1 have the same layout, an inspection performed for a specific purpose is performed on all the chip regions CR on the semiconductor wafer WF. Can be implemented. In the semiconductor wafer WFa of the comparative example shown in FIG. 9, the chip region CR that can be an inspection target in a specific inspection item is limited to a part of the shot region SHa. For this reason, it is difficult to inspect all the chip regions on the semiconductor wafer WFa. On the other hand, in the present embodiment, an inspection can be performed without overlooking an abnormality even in the chip region CR near the peripheral edge of the semiconductor wafer WF.

これにより、本実施の形態では、半導体ウエハの上面のうち、中央部または周縁部などの場所によって異なる特性を見落とすことなく検査することができる。また、半導体ウエハの上面のうち、場所によって発生頻度の異なる異常などを見落とすことなく検査を行うことができる。このため、半導体装置の検査の精度を向上させることができる。   Thereby, in this Embodiment, it can test | inspect, without overlooking a characteristic which changes with places, such as a center part or a peripheral part, among the upper surfaces of a semiconductor wafer. In addition, the inspection can be performed without overlooking an abnormality or the like having a different occurrence frequency depending on the location on the upper surface of the semiconductor wafer. For this reason, the accuracy of the inspection of the semiconductor device can be improved.

また、本実施の形態では、複数の配線層を形成する場合に比べて、より直接的にTEGに給電することを可能であるため、余計なストレス試験を繰り返し行う必要がない。例えば、図4に示すメモリゲート電極MGに対するエッチング時間に依存する耐圧特性を検査する場合、パッドPDおよび第1配線層M1を介して直接メモリゲート電極MGに電位を供給し、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SB間の電流の値を検査することで、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SB間の耐圧を検査することが可能である。   Further, in the present embodiment, it is possible to supply power to the TEG more directly than in the case of forming a plurality of wiring layers, so that it is not necessary to repeatedly perform unnecessary stress tests. For example, when inspecting the breakdown voltage characteristic depending on the etching time for the memory gate electrode MG shown in FIG. 4, a potential is directly supplied to the memory gate electrode MG via the pad PD and the first wiring layer M1, and the memory gate electrode MG and By inspecting the value of the current between the semiconductor substrates SB, it is possible to inspect the withstand voltage between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate SB.

この場合、メモリゲート電極MGに対して電圧を印加し、当該電圧を徐々に上昇させ、電流値が急激に増えた時点の当該電圧の値を検知すれば、メモリゲート電極MGおよび半導体基板SB間の耐圧を調べることができる。上記のように電圧を印加してそれを上昇させ、耐圧を調べる工程はプローブ検査により行う。この検査に要する時間は数秒である。   In this case, if a voltage is applied to the memory gate electrode MG, the voltage is gradually increased, and the value of the voltage at the time when the current value suddenly increases is detected, between the memory gate electrode MG and the semiconductor substrate SB. It is possible to check the withstand voltage. As described above, the step of applying a voltage to raise it and checking the withstand voltage is performed by probe inspection. The time required for this inspection is several seconds.

製品と同一のレイアウトでTEGを形成し、さらにその上の配線層までも製品と同一のレイアウトで複数層形成した場合、TEGを構成する素子に直接電位を供給し、また、当該TEGの電流を測定することができない場合がある。そのような場合に、素子の耐圧を調べる検査工程において、上記したように素子にストレスを加える工程とプローブ検査とを繰り返し行う必要がある。   When a TEG is formed with the same layout as the product and a plurality of wiring layers are formed with the same layout as the product, the potential is directly supplied to the elements constituting the TEG, and the current of the TEG is supplied. It may not be possible to measure. In such a case, in the inspection process for examining the breakdown voltage of the element, it is necessary to repeat the process of applying stress to the element and the probe inspection as described above.

これに対し、本実施の形態の検査に用いる半導体装置は、半導体基板SB(図4参照)上の半導体素子を含むTEGのレイアウトが製品と同一であり、かつ、当該TEG上の配線層が検査装置用の1層の配線層のみであるため、TEGを構成する各素子に対して直接電気的にアクセスすることが可能になっている。したがって、検査のための余計なストレス試験を行う必要なく、単純なプローブ検査のみを行うだけで半導体素子の特性を検査することができる。よって、検査が簡便となるため、検査に要する時間を短縮することができる。   On the other hand, in the semiconductor device used for the inspection of the present embodiment, the layout of the TEG including the semiconductor elements on the semiconductor substrate SB (see FIG. 4) is the same as that of the product, and the wiring layer on the TEG is inspected. Since there is only one wiring layer for the device, each element constituting the TEG can be directly electrically accessed. Therefore, it is possible to inspect the characteristics of the semiconductor element only by performing a simple probe inspection without performing an extra stress test for the inspection. Therefore, since the inspection is simple, the time required for the inspection can be shortened.

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

B1〜B7、B8a、B8b、BF バリア絶縁膜
C1 コンタクトプラグ
CG コントロールゲート電極(選択用ゲート電極)
CP 容量素子
CR チップ領域
D1d、D1s、D2、D3 n型半導体領域
ES ストッパ絶縁膜
G2、G3 ゲート電極
GF1〜GF3 ゲート絶縁膜
IE 素子分離領域
IF1、IF2 絶縁膜
ILF 層間絶縁膜
ES ストッパ絶縁膜
L1、L2、L2a、L3〜L7、L8a、L8b、L9 層間絶縁膜
M1、M1a 第1層配線
M2 第2層配線
M3 第3層配線
M4 第4層配線
M5 第5層配線
M6 第6層配線
M7 第7層配線
M8 第8層配線
MG メモリゲート電極(記憶用ゲート電極)
OX ONO膜
P1〜P15、P1a〜P15a チップ領域
PD パッド
PS1、PS2 ポリシリコン膜
Q1 メモリセル
Q2 高耐圧MOSFET
Q3 低耐圧MOSFET
R1〜R11 領域
S1 シリサイド層
SB 半導体基板
SH、SHa ショット領域
SL スクライブ領域
SW サイドウォール
V1、V1a、V2〜V8 ビア
WF、WFa 半導体ウエハ
B1 to B7, B8a, B8b, BF Barrier insulating film C1 Contact plug CG Control gate electrode (selection gate electrode)
CP capacitive element CR Chip region D1d, D1s, D2, D3 n + type semiconductor region ES Stopper insulating film G2, G3 Gate electrodes GF1 to GF3 Gate insulating film IE Element isolation region IF1, IF2 Insulating film ILF Interlayer insulating film ES Stopper insulating film L1, L2, L2a, L3 to L7, L8a, L8b, L9 Interlayer insulating film M1, M1a First layer wiring M2 Second layer wiring M3 Third layer wiring M4 Fourth layer wiring M5 Fifth layer wiring M6 Sixth layer wiring M7 7th layer wiring M8 8th layer wiring MG Memory gate electrode (memory gate electrode)
OX ONO films P1 to P15, P1a to P15a Chip area PD Pad PS1, PS2 Polysilicon film Q1 Memory cell Q2 High voltage MOSFET
Q3 Low voltage MOSFET
R1-R11 Region S1 Silicide layer SB Semiconductor substrate SH, SH Shot region SL Scribe region SW Side walls V1, V1a, V2-V8 Via WF, WFa Semiconductor wafer

Claims (6)

(a)製品用の半導体チップと同じレイアウトで形成されたTEGを含むチップ領域を有し、前記TEGと、前記TEG上のパッドとを電気的に接続する配線層が、前記TEGおよび前記パッド間に1層のみまたは2層のみ形成されている半導体装置を準備する工程と、
(b)前記パッドを介して前記TEGに電位を供給し、前記TEGの評価を行う工程と、
を有する、半導体装置の検査方法。
(A) A wiring layer having a chip region including a TEG formed in the same layout as a semiconductor chip for a product, and electrically connecting the TEG and a pad on the TEG is provided between the TEG and the pad. Preparing a semiconductor device in which only one layer or only two layers are formed;
(B) supplying a potential to the TEG via the pad and evaluating the TEG;
A method for inspecting a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の検査方法において、
前記TEGは、メモリ素子、第1電界効果トランジスタ、前記第1電界効果トランジスタよりも耐圧が低い第2電界効果トランジスタ、および容量素子を、一つのチップ領域内に含む、半導体装置の検査方法。
The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1,
The TEG includes a memory element, a first field effect transistor, a second field effect transistor having a lower withstand voltage than the first field effect transistor, and a capacitor element in one chip region.
請求項1記載の半導体装置の検査方法において、
前記TEGは、前記製品用の半導体チップを製造する際に用いられるマスクを用いて形成される、半導体装置の検査方法。
The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1,
The TEG is a method for inspecting a semiconductor device, which is formed using a mask used when manufacturing a semiconductor chip for the product.
請求項1記載の半導体装置の検査方法において、
前記チップ領域は複数並べて設けられている、半導体装置の検査方法。
The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1,
A method for inspecting a semiconductor device, wherein a plurality of the chip regions are provided side by side.
請求項4記載の半導体装置の検査方法において、
一度に露光されるショット領域内の複数の前記チップ領域のそれぞれはいずれも同じレイアウトを有している、半導体装置の検査方法。
The semiconductor device inspection method according to claim 4,
A method for inspecting a semiconductor device, wherein each of the plurality of chip regions in a shot region exposed at a time has the same layout.
請求項1記載の半導体装置の検査方法において、
前記配線層は、前記TEGおよび前記パッド間に1層のみ形成されている半導体装置の検査方法。
The method for inspecting a semiconductor device according to claim 1,
The method for inspecting a semiconductor device, in which only one layer of the wiring layer is formed between the TEG and the pad.
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JP2009164452A (en) * 2008-01-09 2009-07-23 Renesas Technology Corp Evaluation method of semiconductor device, and semiconductor wafer

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