JP2002100659A

JP2002100659A - 配線の信頼性測定方法、半導体装置の製造方法及び半導体製造システム

Info

Publication number: JP2002100659A
Application number: JP2000290753A
Authority: JP
Inventors: Takakimi Usui; 孝公臼井; Sachiyo Ito; 祥代伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-04-05

Abstract

(57)【要約】【課題】測定対象の金属配線のストレスボイドの測定
規模を維持しつつ、測定対象の金属配線のストレスボイ
ドの測定精度を向上することができる配線の信頼性測定
方法、半導体装置の製造方法を提供する。さらに、これ
らの方法の実現に最適な半導体製造システムを提供す
る。【解決手段】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路のスト
レスボイドの測定対象の金属配線と、この測定対象の金
属配線の配線長の一部の配線長を有する測定用単位配線
５を形成する＜２０＞。この測定用単位配線５のストレ
スボイドを検出し＜２２〜２４＞、この測定用単位配線
５において検出されたストレスボイドを、統計的手法に
基づき、金属配線のすべての配線長において検出された
ストレスボイドとして規模換算する＜２５Ｂ＞。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配線の信頼性測定
方法、半導体装置の製造方法及び半導体製造システムに
関する。特に本発明は、金属配線のストレスボイド（又
はストレスマイグレーション）の測定精度の向上に好適
でしかも測定規模を縮小することができる配線の信頼性
測定方法、この配線の信頼性測定方法を利用した半導体
装置の製造方法及びこの半導体装置の製造方法を実現す
るための好適な半導体製造システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路、プリ
ント配線基板等の配線基板において、アルミニウム合
金、銅等の金属配線の電気的信頼性を劣化させる要因の
１つにストレスボイドがある。ストレスボイドは、金属
配線に加わるストレスによりボイドが発生し、成長する
現象である。

【０００３】半導体集積回路、配線基板等においては、
金属配線のストレスボイドを測定し、金属配線の電気的
信頼性を評価することが、製品の電気的信頼性の維持や
向上に不可欠である。ストレスボイドの測定は、一般的
に、専用の試験パターン（金属配線）が使用されてお
り、この試験パターンの抵抗値上昇の検出により行われ
ている。試験パターンは、ＬＳＩ等の半導体集積回路の
実際の全配線長に合わせるために、１ｍ〜１０ｍ程度の
非常に長い配線長により形成されている。試験パターン
の一端側、他端側にはそれぞれ測定端子（測定パッド）
が電気的に接続されている。この測定端子には、試験パ
ターンの抵抗値を測定するプローバが接触するようにな
っている。プローパはテスタに接続されており、試験パ
ターンの抵抗値上昇はテスタにより測定されるようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなストレスボイドの測定方法においては、以下の点
について配慮がなされていなかった。

【０００５】（１）まず第１に、ストレスボイドの測定
に使用される試験パターンは、一端側及び他端側に測定
端子を有する２端子測定可能な試験パターンとして形成
されている。このような２端子測定可能な試験パターン
は、測定毎に、測定端子とプローバとの接触抵抗値が異
なってしまい、ストレスボイドの発生に起因する抵抗値
変化を正確に測定することができない。

【０００６】（２）第２に、最も重要な課題であるが、
ストレスボイドの測定は、試験パターンにおいて１個の
ボイドを検出しなければならないが、非常に長い配線長
を有する試験パターンにおいては小さなボイドが発生し
ていたとしても、試験パターン自体の配線抵抗そのもの
が非常に大きいので、抵抗値の変化により１個のボイド
を検出することができない。

【０００７】図１４はストレスボイド試験における抵抗
上昇挙動の配線長依存性を示した図であり、（Ａ）は配
線長Ｌが４００μｍの試験パターンの場合、（Ｂ）は配
線長Ｌが１２００μｍの試験パターンの場合、（Ｃ）は
配線長Ｌが３ｍの試験パターンの場合をそれぞれ示して
いる。いずれも、横軸は時間（ｈ^１／２）、縦軸は抵抗
変化率（ΔＲ／Ｒ（％））である。図１４（Ａ）に示
す、最も短い配線長Ｌ（＝４００μｍ）を有する試験パ
ターンは、抵抗変化率が大きく、ストレスボイドを検出
し易い。これに対して、図１４（Ｃ）に示すように、半
導体集積回路の金属配線の実際の配線長に合わせた最も
長い配線長Ｌ（＝３ｍ）を有する試験パターンにおいて
は、抵抗変化率が小さく、ストレスボイドを検出するこ
とが極めて難しい。例えば、図１４（Ａ）に示す試験パ
ターンの抵抗変化率の１０％をストレスボイド不良基準
に設定すると、図１４（Ｂ）に示す試験パターンにおい
ては試験パターンの抵抗変化率の３．３％がストレスボ
イド不良基準となり、図１４（Ｃ）に示す試験パターン
においては試験パターンの抵抗変化率の０．００１３％
がストレスボイド不良基準となる。

【０００８】図１５はストレスボイド試験における試験
パターンの配線長とストレスボイド不良基準との関係を
示す図である。半導体集積回路等の実際には配線長が長
い金属配線においても、最初の１つ目のボイドを検出す
る必要がある。図１５（ａ）に示すように、試験パター
ンの基準配線長Ｌｂにおいてストレスボイド不良基準を
１０％に設定した場合、図１５（ｂ）に示すように、基
準配線長Ｌｂの２倍の配線長（＝２Ｌｂ）を有する試験
パターンのストレスボイド不良基準は５％になる。さら
に、図１５（ｃ）に示すように、基準配線長Ｌｂの３倍
の配線長（＝３Ｌｂ）を有する試験パターンのストレス
ボイド不良基準は３．３％になる。このように、ストレ
スボイド不良基準は試験パターンの配線長に応じて変え
る必要があり、実際の金属配線の非常に長い配線長に合
わせた試験パターンのストレスボイド不良基準は非常に
小さくなってしまうので、抵抗測定器の分解能から、事
実上、ストレスボイドを検出することが不可能に近い。
ストレスボイド試験を行い、この結果を半導体集積回路
等の製造プロセスに反映させるためには、ストレスボイ
ドの高い検出感度と、実際の金属配線の配線長に合わせ
た規模との両方が必要不可欠である。しかしながら、現
段階においては、後者の規模を優先するために、ストレ
スボイドの充分な検出感度を得ることができなかった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものである。従って、本発明の目的は、測定対象の金
属配線のストレスボイドの測定規模を維持しつつ、測定
対象の金属配線のストレスボイド（又はストレスマイグ
レーション）の測定精度を向上することができる配線の
信頼性測定方法を提供することである。

【００１０】さらに、本発明の目的は、上記目的を達成
するための好適な測定用単位配線を使用した配線の信頼
性測定方法を提供することである。

【００１１】さらに、本発明の目的は、測定対象の金属
配線のストレスボイドの測定規模を維持しつつ、測定対
象の金属配線のストレスボイドの測定精度を向上するこ
とができ、製造上の歩留まりを向上することができる半
導体装置の製造方法を提供することである。

【００１２】さらに、本発明の目的は、上記半導体装置
の製造方法に好適な半導体製造システムを提供すること
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の特徴は、（１）測定対象の金属配線
の一部の配線長を有する測定用単位配線を形成する工程
と、（２）測定用単位配線において、ストレスボイドを
検出する工程と、（３）測定用単位配線において検出さ
れたストレスボイドを、統計的手法に基づき、金属配線
のすべての配線長において検出されたストレスボイドと
して規模換算する工程とを少なくとも備えた配線の信頼
性測定方法としたことである。ここで、「測定対象の金
属配線」とは、ストレスボイドを測定する金属配線とい
う意味で使用される。「金属配線」には、例えばアルミ
ニウム配線、アルミニウム合金配線、銅配線、銅合金配
線が少なくとも含まれる。さらに、「金属配線」とは、
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路の金属配線、液晶表示
装置の液晶表示パネルの金属配線、プリント配線基板、
セラミックス配線基板、炭化珪素基板等の配線基板の金
属配線等が少なくとも含まれる。「測定用単位配線」と
は、測定対象の金属配線と同様な条件で形成され、金属
配線の一部の配線長を有する、金属配線のストレスボイ
ドを検出するための測定専用の配線（試験パターン）と
いう意味で使用される。「測定対象の金属配線の一部の
配線長」とは、金属配線のストレスボイドを測定する領
域のすべての配線長の一部の配線長という意味で使用さ
れる。例えば、測定対象の金属配線の配線長が１ｍ〜１
０ｍの場合、測定用単位配線の配線長（一部の配線長）
は３０μｍ〜３０００μｍであることが好ましい。３０
μｍ未満の場合にはストレスボイドが発生しなくなる。
３０００μｍを超える場合には、測定用単位配線の配線
抵抗（寄生抵抗）が大きくなり、測定用単位配線の抵抗
値に対するストレスボイドの発生による抵抗値の変化分
（抵抗変化率）が小さくなり、ストレスボイドの検出が
非常に難しくなる。「金属配線と同様な条件で形成され
る」とは、金属配線の膜厚、配線幅等の諸条件、金属配
線の製造プロセス条件等と同様の条件において、測定用
単位配線が形成されるという意味で使用される。「ス
トレスボイドの検出」とは、例えば測定用単位配線に測
定用電流を流し、この測定用単位配線の抵抗変化率を測
定し、ストレスボイドの発生量を検出するという意味で
使用される。すなわち、測定用単位配線の抵抗値の上昇
が大きい場合には、ストレスボイドの発生量が多いこと
を意味している。「測定用単位配線において検出された
ストレスボイドを、統計的手法に基づき、金属配線のす
べての配線長において検出されたストレスボイドとして
規模換算する」とは、金属配線のすべての配線長に相当
する分、測定用単位配線を配線長方向に連続的に繋ぎ合
わせることにより、この繋ぎ合わせた測定用単位配線と
金属配線とが同等のものであると見なし、測定用単位配
線において検出されたストレスボイドを、統計的手法に
基づき、金属配線のすべての配線長において検出された
ストレスボイドとして規模を広げて換算するという意味
で使用される。そして、この「規模換算」は、コンピュ
ータを利用し、ソフトウェアにより処理することが実用
的である。

【００１４】このような本発明の第１の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、測定対象の金属配線の一
部の配線長を有する測定用単位配線を使用してストレス
ボイドの検出を行い、配線抵抗成分を減少することによ
り、ストレスボイドの存在で生じる抵抗変化率を高め、
ストレスボイドの検出感度を高めることができるので、
配線の信頼性測定精度を向上することができる。さら
に、本発明の第１の特徴に係る配線の信頼性測定方法に
おいては、測定用単位配線において検出されたストレス
ボイドを統計的手法に基づき金属配線のすべての配線長
において検出されたストレスボイドとして規模換算して
いるので、実際の半導体集積回路、配線基板等の金属配
線の配線長に対応した規模のストレスボイドの測定を行
うことができる。

【００１５】本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の測定用単位配線を形成
する工程を、少なくとも４端子測定可能な測定用単位配
線を形成する工程とする配線の信頼性測定方法としたこ
とである。ここで、「少なくとも４端子」とは、電流測
定に必要な２端子と、電圧測定に必要な２端子との少な
くとも合計４端子を有するという意味で使用されてい
る。

【００１６】このような本発明の第２の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、４端子測定可能とするこ
とにより、測定用単位配線の一端及び他端とそれに接続
されるプローブとの間の接触抵抗値を減少することがで
きるので、測定用単位配線の抵抗値変化のばらつきを減
少することができ、ストレスボイドの測定精度を向上す
ることができる。

【００１７】本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の測定用単位配線を形成
する工程を、主組成金属の供給を遮断する物質により一
端及び他端が終端された測定用単位配線を形成する工程
とする配線の信頼性測定方法としたことである。ここ
で、「主組成金属の供給を遮断する物質」とは、例えば
金属配線がアルミニウム配線又はアルミニウム合金配線
の場合にはアルミニウム原子（主組成金属）の供給を遮
断する物質であり、金属配線が銅配線又は銅合金配線の
場合には銅原子（主組成金属）という意味で使用され
る。この「物質」には、タングステン、タンタル、ニオ
ブ、チタン等の高融点金属、この高融点金属の窒化物
等、いわゆるバリアメタルを実用的に使用することがで
きる。「一端及び他端が終端された」とは、主組成金属
の供給がない状態に維持されたという意味で使用され
る。具体的には、測定用単位配線の一端、他端は、その
下層又は上層に配設されたコンタクトホール、スルーホ
ール、ビアホール等の接続孔に埋設された上記バリアメ
タル（主組成金属の供給を遮断する物質）、その下層又
は上層にライナー材として配設されたバリアメタル（同
様に、主組成金属の供給を遮断する物質）のそれぞれを
介在させて、測定用電流を供給する配線に電気的に接続
されている。また、「接続孔」の１個当たりの開口面積
に対する測定用単位配線の体積（容積）が５５倍〜６０
倍程度から、測定用単位配線のストレスボイドに起因す
る抵抗上昇が顕著に観測されているので、「接続孔」の
１個当たりの開口面積に対する測定用単位配線の体積を
５０倍以上に設定することが好ましい。

【００１８】このような本発明の第３の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、測定用単位配線の一端及
び他端を主組成金属の供給を遮断する物質により終端さ
せたので、測定用単位配線への主組成金属の供給がなく
なり、ストレスボイドの検出精度を向上することができ
る。

【００１９】本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の測定用単位配線を形成
する工程を、３０μｍ〜３０００μｍの範囲の間隔にお
いて配線長方向に複数個の電圧モニター用タップが配設
された測定用単位配線を形成する工程とする配線の信頼
性測定方法としたことである。

【００２０】このような本発明の第４の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、３０μｍ〜３０００μｍ
の範囲の間隔において電圧モニター用タップを配設した
ので、本発明の第１の特徴に係る配線の信頼性測定方法
と同様にストレスボイドを発生し易い環境に設定するこ
とができ、かつ必要以上に配線長が長くならずに、測定
用単位配線の抵抗値に対するストレスボイドの発生によ
る抵抗変化率を大きくすることができるので、ストレス
ボイドの測定精度を向上することができる。

【００２１】本発明の第５の特徴は、本発明の第４の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の測定用単位配線を形成
する工程を、下層又は上層に配設された少なくとも１つ
のダミー接続孔と、このダミー接続孔を通して電気的に
接続され、電気的にフローティングのダミー金属配線と
をさらに備えた測定用単位配線を形成する工程とする配
線の信頼性測定方法としたことである。ここで、「ダミ
ー接続孔」とは、測定用単位配線とダミー金属配線との
間を接続するための接続孔という意味で使用される。こ
の「ダミー接続孔」は、測定対象の金属配線とそれに接
続される他の金属配線との間を電気的に接続する接続孔
と同等のサイズ（例えば、開口寸法等）並びに同等の製
造プロセス条件において形成されている。「ダミー接続
孔」には、コンタクトホール、スルーホール、ビアーホ
ール等の接続孔が少なくとも含まれる。「ダミー金属配
線」とは、測定対象の金属配線とそれに接続される他の
金属配線との接続構造に類似するように（できる限り実
際の構造に対応するように）、測定用単位配線に疑似的
に取り付けた電気伝導には寄与しない金属配線という意
味で使用される。この「ダミー金属配線」は、金属配線
の主組成原子を含んでいるので、測定対象の金属配線と
ほぼ同様の条件において測定用単位配線のストレスボイ
ドを検出することができる。「ダミー接続孔」及び「ダ
ミー金属配線」は、上記本発明の第１の特徴又は本発明
の第４の特徴に係る配線の信頼性測定方法と同様に、３
０μｍ〜３０００μｍの範囲の間隔において配設される
ことが好ましい。

【００２２】このような本発明の第５の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、ダミー接続孔及びダミー
金属配線を備えたので、測定対象の金属配線とほぼ同様
の条件下において測定用単位配線を使用したストレスボ
イドの検出を行うことができ、ストレスボイドの測定精
度を向上することができる。

【００２３】本発明の第６の特徴は、本発明の第１の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の測定用単位配線におい
て、ストレスボイドを検出する工程が、（１）測定用単
位配線の抵抗値を測定する工程と、（２）測定用単位配
線を少なくとも高温度に保持する工程と、（３）高温保
持後において測定用単位配線の抵抗値を測定し、高温保
持前後の抵抗変化率を算出する工程とを少なくとも備え
た配線の信頼性測定方法としたことである。ここで、
「高温に保持する」とは、加速試験温度に保持するとい
う意味で使用される。例えば、「高温」には、１５０℃
〜３００℃の温度範囲を実用的に使用することができ
る。また、「高温保持後において測定用単位配線の抵抗
値を測定する」ことには、高温保持を維持した状態にお
いて測定用単位配線の抵抗値を測定することが少なくと
も含まれ、目的とする「高温」の設定温度に対して±３
℃以内において測定用単位配線の抵抗値を測定すること
が好ましい。設定温度が３℃変動すると、測定用単位配
線の抵抗変化率は±１％程度の変動を生じる。

【００２４】本発明の第６の特徴に係る配線の信頼性測
定方法においては、本発明の第１の特徴に係る配線の信
頼性測定方法で得られる効果と同様の効果を得ることが
できる。

【００２５】本発明の第７の特徴は、本発明の第６の特
徴に係る配線の信頼性測定方法の工程（３）の抵抗変化
率を算出する工程の後に、測定用単位配線の抵抗変化率
とストレスボイド不良基準とが比較され、測定対象の金
属配線がストレスボイド不良であるか否かの判定を行う
工程をさらに備えた配線の信頼性測定方法としたことで
ある。ここで、「ストレスボイド不良基準」とは、測定
対象の金属配線において、ストレスボイドが許容される
か、許容されないかの判定基準という意味で使用され
る。「ストレスボイド不良基準」は、半導体集積回路、
配線基板等の特定の金属配線、例えば動作性能を決定す
るようなクロック信号配線の動作性能を劣化させてしま
う抵抗変化率と同等の値に設定することができる。上記
測定対象の金属配線（例えば、クロック信号配線）の配
線長と測定用単位配線の配線長とが異なる場合には、測
定用単位配線の算出された抵抗変化率に、金属配線の配
線長と測定用単位配線の配線長との比の逆数を乗じた抵
抗変化率が「ストレスボイド不良基準」と比較される。
例えば、測定対象の金属配線の抵抗変化率が１０％以上
上昇すると、半導体集積回路や配線基板の動作性能（動
作速度）が不良になる場合、「ストレスボイド不良基
準」は１０％に設定することができる。「ストレスボイ
ド不良基準」を、１０％〜３０％の範囲、さらに厳しい
基準としては１０％〜２０％の範囲に設定することが実
用的である。

【００２６】さらに、本発明の第７の特徴に係る配線の
信頼性測定方法において、「ストレスボイド不良基準」
は、以下のように設定することができる。

【００２７】（１）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）試験におけ
るメディアン値（ＭＴＦ：median time to failure）を
測定し、高温保持後にメディアン値が例えば１０％以上
短くなるまで高温保持した時間を「ストレスボイド不良
基準」とすることができる。

【００２８】（２）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、エレクトロマイグレーション試験における累積不
良（cumulative failure distribution）を測定し、高
温保持前において最初にエレクトロマイグレーション不
良になる測定用単位配線のエレクトロマイグレーション
不良に至る時間（ＴＴＦ：time to failure）に比べ
て、高温保持後に最初にエレクトロマイグレーション不
良になる測定用単位配線のエレクトロマイグレーション
不良に至る時間の例えば１０％以上短い時間が検出され
るまで高温保持した時間を「ストレスボイド不良基準」
とすることができる。

【００２９】（３）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、エレクトロマイグレーション試験における電流密
度指数（ｎ：current exponent）を測定し、高温保持前
の測定用単位配線の電流密度指数に比べて、高温保持後
に測定用単位配線の電流密度指数が例えば１．５以下に
なるまで高温保持した時間を「ストレスボイド不良基
準」とすることができる。

【００３０】（４）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、ウエハレベルのジュール熱を利用した等温試験
（ＩＴＴ：isothemal testing）におけるメディアン値
を測定し、高温保持後にメディアン値が例えば１０％以
上短くなるまで高温保持した時間を「ストレスボイド不
良基準」とすることができる。

【００３１】（５）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、ウエハレベルのジュール熱を利用した等温試験に
おける累積不良を測定し、高温保持前において最初に等
温試験不良になる測定用単位配線の等温試験不良に至る
時間に比べて、高温保持後に最初に等温試験不良になる
測定用単位配線の等温試験不良に至る時間の例えば１０
％以上短い時間が検出されるまで高温保持した時間を
「ストレスボイド不良基準」とすることができる。

【００３２】（６）様々な配線長の測定用単位配線につ
いてストレスボイド試験の抵抗変化率によりストレスボ
イドを検出し、この検出結果を累積不良としてプロット
する。このプロットされた累積不良がほぼ直線的に近似
できる最小の配線長を測定用単位配線の基準配線長と定
義する。そして、測定対象の金属配線（半導体集積回路
等の実際の金属配線）は基準配線長の測定用単位配線が
連続的に繋がって構成されていると仮定し、最初の基準
配線長に相当する測定用単位配線がストレスボイド不良
に至る時間を「ストレスボイド不良基準」とすることが
できる。

【００３３】このような本発明の第６の特徴に係る配線
の信頼性測定方法においては、本発明の第１の特徴に係
る配線の信頼性測定方法で得られる効果と同様の効果を
得ることができる。

【００３４】本発明の第８の特徴は、（１）半導体基板
上において、測定対象の金属配線の一部の配線長を有す
る測定用単位配線を形成する工程と、（２）測定用単位
配線においてストレスボイドを検出する工程と、（３）
測定用単位配線において検出されたストレスボイドを、
統計的手法に基づき、金属配線のすべての配線長におい
て検出されたストレスボイドとして規模換算する工程
と、（４）規模換算されたストレスボイドとストレスボ
イド不良基準とが比較され、測定対象の金属配線がスト
レスボイド不良であるか否かを判定する工程とを少なく
とも備えた半導体装置の製造方法としたことである。こ
こで、工程（１）乃至工程（３）の「測定対象の金属配
線」等の用語の定義は、本発明の第１の特徴に係る配線
の信頼性測定方法において説明した「測定対象の金属配
線」等の用語の定義と同一である。また、工程（４）の
「ストレスボイド不良基準」等の用語の定義は、本発明
の第７の特徴に係る配線の信頼性測定方法において説明
した「ストレスボイド不良基準」等の用語の定義と同一
である。さらに、本発明の第８の特徴に係る半導体装置
の製造方法においては、工程（４）の測定対象の金属配
線がストレスボイド不良であると判定された場合には半
導体装置（製造製品）は廃棄され、ストレスボイド不良
でないと判定された場合には半導体装置（製造製品）は
良品として出荷されるようにすることが好ましい。さら
に、工程（３）の規模換算されたストレスボイド、工程
（４）のストレスボイド不良であるか否かの判定は、半
導体装置の製造プロセスの前段階にフィードバックさ
れ、製造プロセスの最適化を図るようにすることが好ま
しい。

【００３５】このような本発明の第８の特徴に係る半導
体装置の製造方法においては、測定対象の金属配線の一
部の配線長を有する測定用単位配線を使用してストレス
ボイドの検出を行い、配線抵抗成分を減少することによ
り、ストレスボイドの存在で生じる抵抗変化率を高め、
ストレスボイドの検出感度を高めることができるので、
金属配線の信頼性測定精度を向上することができる。さ
らに、本発明の第８の特徴に係る半導体装置の製造方法
においては、測定用単位配線において検出されたストレ
スボイドを統計的手法に基づき金属配線のすべての配線
長において検出されたストレスボイドとして規模換算し
ているので、実際の半導体装置の金属配線の配線長に対
応した規模のストレスボイドの測定を行うことができ
る。従って、本発明の第８の特徴に係る半導体装置の製
造方法においては、ストレスボイド不良に至らない電気
的信頼性に優れた半導体装置を製造することができる。

【００３６】本発明の第９の特徴は、測定対象の金属配
線及びこの金属配線の一部の配線長を有する測定用単位
配線が配設された半導体基板を載置保持するステージ
と、ステージ上に載置保持された半導体基板の測定用単
位配線の抵抗値を測定する抵抗測定器と、半導体基板を
高温保持するオーブンと、ステージを高温保持する加熱
器又は高温保持可能な高温ステージと、抵抗測定器にお
いて測定された抵抗値に基づき測定用単位配線のストレ
スボイドを測定し、さらに統計的手法に基づき金属配線
のすべての配線長において測定されたストレスボイドと
して規模換算するコンピュータとを少なくとも備えた半
導体製造システムとしたことである。ここで、「抵抗測
定器」には、少なくとも測定用単位配線に接触する複数
本のプローバと、複数本のプローバ間の電流量又は電圧
差に基づき抵抗値を計測するテスタとを少なくとも備え
ることが実用的である。

【００３７】このように構成される本発明の第９の特徴
に係る半導体製造システムにおいては、本発明の第８の
特徴に係る半導体装置の製造方法を簡易に実現すること
ができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して、本発明に
係る配線の信頼性測定方法、半導体装置の製造方法及び
半導体製造システムを、本発明の実施の形態により説明
する。

【００３９】［配線の信頼性測定方法の基本原理］本発
明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方法（ストレス
ボイド試験）は、測定用単位配線（試験パターン）を使
用してストレスボイドの測定精度（検出感度）を向上し
つつ、実際の測定対象の金属配線の配線長に匹敵する測
定規模を統計的手法に基づく規模換算によって補うこと
により、ストレスボイドの測定精度の向上と測定規模の
拡大とを両立させるようになっている。

【００４０】このような配線の信頼性測定方法の実現に
は、少なくとも以下の４つの基本要素が必要である。

【００４１】（１）ストレスボイドを測定する測定用単
位配線（：ストレスボイドの検出感度改善）（２）ストレスボイド不良基準の設定方法（failure cr
iterion）とストレスボイドの検出方法（３）測定用単位配線の基準配線長（unit length）と
規模換算（４）加速ファクタ(ＡＦ：acceleration factor) なお、以下に詳述する本発明の実施の形態に係るに係る
配線の信頼性測定方法、半導体装置の製造方法及び半導
体製造システムは主にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路
に本発明を適用した場合を説明するが、液晶表示装置の
液晶表示パネル、プリント配線基板、セラミックス配線
基板、炭化珪素基板等の金属配線を有する配線基板にも
本発明を適用することができる。

【００４２】測定用単位配線の第１の構造：図２及び図
３に示すように、本発明の実施の形態に係る配線の信頼
性測定方法及び半導体装置の製造方法において使用され
る第１の構造の測定用単位配線５は、半導体集積回路
（半導体製造プロセスの過程においては半導体ウェハ）
上の測定対象の金属配線（図示しない。）のストレスボ
イドを検出するために配設されている。すなわち、半導
体ウェハである単結晶シリコン基板１上に素子分離絶縁
膜２、層間絶縁膜３のそれぞれが配設され、この層間絶
縁膜３上に測定用単位配線５が配設されている。通常、
半導体製造プロセスの過程において、測定用単位配線５
は、半導体ウェハの半導体集積回路の形成領域、半導体
ウェハの半導体集積回路の形成領域間であるスクライブ
エリア（ダイシングエリア）、半導体ウェハの周辺の空
き領域、半導体ウェハの半導体集積回路の形成領域に代
えて特別に用意された試験領域のいずれかに配設されて
いる。

【００４３】測定用単位配線５は、測定対象の金属配線
と同様な半導体製造プロセス条件において同一製造工程
により形成され、測定対象の金属配線と同等の膜厚及び
配線幅寸法に設定されるものの、測定対象の金属配線の
一部の配線長を有するように設定されている。測定対象
の金属配線には例えばＡｌ配線、Ａｌ合金（Ａｌ−Ｃ
ｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等）配線、Ｃｕ配
線、Ｃｕ合金配線等を実用的に使用することができ、測
定用単位配線５はこの金属配線と同一材料により形成す
ることができる。

【００４４】測定対象の金属配線の配線長に比べて、測
定用単位配線５の配線長が短ければ短い方が配線抵抗を
減少することによりストレスボイドの測定精度（検出感
度）を向上することができるが、極端に配線長が短くな
るとストレスボイド自体を検出することができない。例
えば、測定対象の金属配線の配線長が１ｍ〜１０ｍの場
合、測定用単位配線５の配線長は３０μｍ〜３０００μ
ｍの範囲内に設定されることが好ましい。また、３０μ
ｍ〜３０００μｍの範囲内の配線長において、配線長が
異なる複数種類の測定用単位配線５を用意し、これら複
数種類の測定用単位配線５のストレスボイドを同時に測
定することが、測定精度を向上する上で好ましい。本発
明者が行った基礎研究においては、Ａｌ合金により測定
用単位配線５を形成した場合、測定用単位配線５の配線
長を１００μｍに設定した際のストレスボイドの測定精
度が最も好ましい結果が得られた。

【００４５】さらに、測定用単位配線５は、電流測定に
必要な２端子と、電圧測定に必要な２端子とを少なくと
も備えており、４端子測定可能なように構成されてい
る。図２中及び図３中左側に示す測定用単位配線５の一
端は、接続孔配線７Ａ、測定用引出配線８Ａのそれぞれ
を通して測定端子（又は測定用パッド、又はプローブ接
触用パッド）８Ｐ１に電気的に接続されるとともに、同
一の接続孔配線７Ａ、測定用引出配線８Ｃのそれぞれを
通して測定端子８Ｐ３に電気的に接続されている。測定
端子８Ｐ１には図示しないテスタからプローブを通して
ロウレベルの測定電流Ｉ_Ｌが供給され、測定端子８Ｐ３
には同様にロウレベルの測定電圧Ｖ_Ｌが印加されるよう
になっている。図２中及び図３中右側に示す測定用単位
配線５の他端は、接続孔配線７Ｂ、測定用引出配線８Ｂ
のそれぞれを通して測定端子８Ｐ２に電気的に接続され
るとともに、同一の接続孔配線７Ｂ、測定用引出配線８
Ｄのそれぞれを通して測定端子８Ｐ４に電気的に接続さ
れている。測定端子８Ｐ２にはテスタからプローブを通
してハイレベルの測定電流Ｉ_Ｈが供給され、測定端子８
Ｐ４には同様にハイレベルの測定電圧Ｖ_Ｈが印加される
ようになっている。

【００４６】測定用引出配線８Ａ〜８Ｄは、本発明の実
施の形態において、測定用単位配線５の上層に層間絶縁
膜６を介在して第２層目配線として配設されており、測
定用単位配線５と同様の配線材料例えばＡｌ合金膜によ
り形成されている。測定用引出配線８Ａと８Ｃとは一体
的に形成されており、測定用引出配線８Ｂと８Ｄとは一
体的に形成されている。

【００４７】接続孔配線７Ａ、７Ｂは、いずれも、層間
絶縁膜６において測定用単位配線５上に配設された接続
孔６Ｈの内部に埋設されている。接続孔配線７Ａは測定
用単位配線５の一端と測定用引出配線８Ａ及び８Ｃとの
間を電気的に接続し、接続孔配線７Ｂは測定用単位配線
５の他端と測定用引出配線８Ｂ及び８Ｄとの間を電気的
に接続するようになっている。測定用単位配線５の一
端、他端は、いずれも、主組成金属（本発明の実施の形
態においてはＡｌ原子）の供給源（reservoir）となる
測定用引出配線８Ａ〜８Ｄには直接接続されておらず終
端されており、必ず接続孔配線７Ａ、７Ｂのそれぞれを
介在させて測定用引出配線８Ａ〜８Ｄに接続するように
なっている。半導体集積回路の実際の測定対象の金属配
線は、例えば２層Ａｌ合金配線構造の場合、一端及び他
端が終端された第１層目配線と第２層目配線とを交互に
電気的に接続することにより長い配線長を得ており、こ
のように一端及び他端が終端された測定用単位配線５は
実際の測定対象の金属配線に近い構造になっている。こ
の接続孔配線７Ａ及び７Ｂには、主組成金属の供給を遮
断する物質、具体的にはタングステン（Ｗ）、タンタル
（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点
金属、この高融点金属の窒化物（例えば、ＴｉＮ、Ｎｂ
Ｎ、ＴａＮ等）等、いわゆるバリアメタルを実用的に使
用することができる。

【００４８】なお、本発明の実施の形態に係る測定用単
位配線５は、スルーホール又はビアホールとしての接続
孔６Ｈに埋設された接続孔配線７Ａ若しくは７Ｂを通し
て上層の測定用引出配線８Ａ〜８Ｄに接続されている
が、コンタクトホールとしての接続孔に配設された接続
孔配線を通して下層の測定用引出配線（例えば半導体領
域により形成された配線）に接続されるようにしてもよ
い。

【００４９】また、本発明において、測定用単位配線５
には、ダマシーン若しくはデュアルダマシーン技術によ
り形成されるＣｕ又はＣｕ合金を使用することができ
る。この場合、測定用単位配線５と測定用引出配線８Ａ
〜８Ｄのそれぞれとの接続には、主組成金属（Ｃｕ）の
供給を遮断する物質、例えば上記バリアメタルにより形
成されたライナー材を介在させることができる。

【００５０】さらに、測定用単位配線５の周囲には、こ
の測定用単位配線５と同一層により形成されかつ同一導
電性材料により形成されたダミー測定用単位配線５Ｄが
配設されている。ダミー測定用単位配線５Ｄは、測定用
単位配線５との間のラインアンドスペース（粗密パター
ン）を、測定対象の金属配線のラインアンドスペース
（粗密パターン）と同等になるように形成されている。
つまり、ダミー測定用単位配線５Ｄは、半導体製造プロ
セスの過程において、粗密パターンの違いにより発生す
るエッチング不良を防止することができ、測定対象の金
属配線の特に配線幅に対する測定用単位配線５の配線幅
のばらつきを防止することができる。ダミー測定用単位
配線５Ｄは測定対象の金属配線並びに測定用単位配線５
を形成する製造マスクにパターンを追加するだけで簡易
に形成することができるので、半導体製造プロセスの製
造工程数を増加させることがない。

【００５１】このような本発明の実施の形態に係る配線
の信頼性測定方法及び半導体装置の製造方法において、
４端子測定可能な第１の構造の測定用単位配線５を使用
することにより、測定用単位配線５の測定端子８Ｐ１〜
８Ｐ４とそれに接続されるプローブ（後述する図１１に
示すプローブ１５Ｐ又は１６Ｐ）との間の接触抵抗値を
減少することができるので、測定用単位配線５の抵抗値
変化のばらつきを減少することができ、ストレスボイド
の測定精度を向上することができる。

【００５２】さらに、本発明の実施の形態に係る配線の
信頼性測定方法及び半導体装置の製造方法において、測
定用単位配線５の一端及び他端に主組成金属の供給を遮
断する物質により形成された接続孔配線７Ａ及び７Ｂを
配設し、測定用単位配線５の一端及び他端を終端させた
ので、測定用単位配線５への主組成金属の供給がなくな
り、ストレスボイドの検出精度を向上することができ
る。

【００５３】測定用単位配線の第２の構造：本発明の実
施の形態に係る配線の信頼性測定方法及び半導体装置の
製造方法において使用される第２の構造の測定用単位配
線５は、前述の４端子測定可能な第１の構造の測定用単
位配線５と基本的には同様の構造を備えているが、図４
及び図５に示すように、３０μｍ〜３０００μｍの範囲
の間隔において配線長方向に複数個の電圧モニター用タ
ップ８Ｔ１〜８Ｔ３をさらに備えたものである。

【００５４】測定用単位配線５の一端、他端はいずれも
上層の層間絶縁膜６の影響等により測定用単位配線５の
中央部に比べて応力的に特殊である場合が多い。電圧モ
ニター用タップ８Ｔ１〜８Ｔ３は、このような測定用単
位配線５の一端、他端のそれぞれに発生する応力と同じ
ような応力が発生するように、測定用単位配線５の一端
に接続孔６Ｈに埋設された接続孔配線７Ａを通して測定
用引出配線８Ａ及び８Ｃを接続する構造、並びに測定用
単位配線５の他端に接続孔６Ｈに埋設された接続孔配線
７Ｂを通して測定用引出配線８Ｂ及び８Ｄを接続する構
造と同様の、接続孔６Ｈに埋設された接続孔配線７Ｃを
通して接続する構造により形成されている。

【００５５】測定用単位配線５と電圧モニター用タップ
８Ｔ１〜８Ｔ３のそれぞれとの間を接続する接続孔配線
７Ｃは、前述の接続孔配線７Ａ及び７Ｂと同様に、主組
成原子の供給を遮断する物質、例えばバリアメタルによ
り形成されることが好ましい。

【００５６】なお、同図４及び図５には、測定用引出配
線８Ａ及び８Ｃと８Ｂ及び８Ｄとの間に等間隔において
合計３個の電圧モニター用タップ８Ｔ１〜８Ｔ３が配設
されているが、本発明はこの個数に限定されるものでは
なく、測定用単位配線５の配線長と電圧モニター用タッ
プ８Ｔの間隔とを適宜設定することにより、１個、２個
又は４個以上の電圧モニター用タップ８Ｔを配設するこ
とができる。

【００５７】このような本発明の実施の形態に係る配線
の信頼性測定方法及び半導体装置の製造方法において使
用される第２の構造の測定用単位配線５においては、３
０μｍ〜３０００μｍの範囲の間隔において電圧モニタ
ー用タップ８Ｔ１〜８Ｔ３を配設したので、ストレスボ
イドを発生し易い環境に設定することができ、かつ必要
以上に配線長が長くならずに、測定用単位配線５の抵抗
値に対するストレスボイドの発生による抵抗変化率を大
きくすることができるので、ストレスボイドの測定精度
を向上することができる。

【００５８】測定用単位配線の第３の構造：本発明の実
施の形態に係る配線の信頼性測定方法及び半導体装置の
製造方法において使用される第３の構造の測定用単位配
線５は、前述の４端子測定可能な第１の構造の測定用単
位配線５と基本的には同様の構造を備えているが、図６
及び図７に示すように、上層に配設された少なくとも１
つのダミー接続孔６ＤＨと、このダミー接続孔６ＤＨを
通して電気的に接続され、電気的にフローティングのダ
ミー金属配線８ＭＤとをさらに備えたものである。

【００５９】この第３の構造の測定用単位配線５におい
て、図６中及び図７中左側に示す一端には接続孔配線７
Ｅ、測定用引出配線４Ａのそれぞれを通して測定端子８
Ｐ１が電気的に接続されるとともに、同一の接続孔配線
７Ｅ、測定用引出配線４Ｃのそれぞれを通して測定端子
８Ｐ３が電気的に接続されている。測定端子８Ｐ１には
図示しないテスタからプローブを通してロウレベルの測
定電流Ｉ_Ｌが供給され、測定端子８Ｐ３には同様にロウ
レベルの測定電圧Ｖ_Ｌが印加されるようになっている。
図６中及び図７中右側に示す測定用単位配線５の他端
は、接続孔配線７Ｆ、測定用引出配線４Ｂのそれぞれを
通して測定端子８Ｐ２が電気的に接続されるとともに、
同一の接続孔配線７Ｆ、測定用引出配線４Ｄのそれぞれ
を通して測定端子８Ｐ４が電気的に接続されている。測
定端子８Ｐ２にはテスタからプローブを通してハイレベ
ルの測定電流Ｉ_Ｈが供給され、測定端子８Ｐ４には同様
にハイレベルの測定電圧Ｖ_Ｈが印加されるようになって
いる。

【００６０】測定用引出配線４Ａ〜４Ｄは、本発明の実
施の形態に係る第３の構造の測定用単位配線５におい
て、測定用単位配線５の下層の素子分離絶縁膜２上に配
設されており、例えば絶縁ゲート型電界効果トランジス
タ（ＩＧＦＥＴ）のゲート電極と同一層のゲート電極材
料により形成されている。測定用引出配線４Ａ〜４Ｄ
は、例えば多結晶シリコン、高融点金属（例えば、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｍｏ等）若しくは高融点金属シリサイド（例え
ば、ＴｉＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＭｏＳｉ_２等）の単層膜、
又は多結晶シリコン膜上に高融点金属膜若しくは高融点
金属シリサイド膜を積層した複合膜により形成すること
ができる。なお、図６中、符号を付けないが、測定用引
出配線４Ａは、接続孔配線７Ｅと同一層の接続孔配線、
測定用単位配線５と同一層の中間配線のそれぞれを通し
て、ダミー金属配線８ＭＤと同一層の測定端子８Ｐ１に
電気的に接続されている。同様に、測定用引出配線４Ｃ
は、接続孔配線７Ｅと同一層の接続孔配線、測定用位配
線５と同一層の中間配線のそれぞれを通して、ダミー金
属配線８ＭＤと同一層の測定端子８Ｐ３に電気的に接続
されている。一方、測定用引出配線４Ｂは、接続孔配線
７Ｆと同一層の接続孔配線、測定用単位配線５と同一層
の中間配線のそれぞれを通して、ダミー金属配線８ＭＤ
と同一層の測定端子８Ｐ２に電気的に接続されている。
同様に、測定用引出配線４Ｄは、接続孔配線７Ｆと同一
層の接続孔配線、測定用位配線５と同一層の中間配線の
それぞれを通して、ダミー金属配線８ＭＤと同一層の測
定端子８Ｐ４に電気的に接続されている。

【００６１】接続孔配線７Ｅは、測定用単位配線５の一
端において層間絶縁膜３に形成された接続孔３Ｈに埋設
されており、測定用単位配線５の一端と測定用引出配線
４Ａ及び４Ｃとの間を電気的に接続するようになってい
る。同様に、接続孔配線７Ｆは、測定用単位配線５の他
端において層間絶縁膜３に形成された接続孔３Ｈに埋設
されており、測定用単位配線５の他端と測定用引出配線
４Ｂ及び４Ｄとの間を電気的に接続するようになってい
る。接続孔配線７Ｅ、７Ｆは、いずれも、前述の第１の
構造の測定用単位配線５と同様に、主組成原子の供給を
遮断する物質、例えばバリアメタルにより形成すること
ができる。

【００６２】ダミー接続孔６ＤＨは、測定用単位配線５
の中央部上において、層間絶縁膜６に配設され、測定用
単位配線５とダミー金属配線８ＭＤとの間を接続するよ
うになっている。ダミー接続孔６ＤＨは、測定対象の金
属配線とそれに接続される他の金属配線との間を電気的
に接続する接続孔と同等のサイズ並びに同等の製造プロ
セス条件において形成されている。

【００６３】ダミー金属配線８ＭＤは、層間絶縁膜６上
に形成され、ダミー接続孔６ＤＨを通して測定用単位配
線５の中央部に接続されている。このダミー金属配線８
ＭＤは、測定対象の金属配線とそれに接続される他の金
属配線との接続構造に類似するように（できる限り実際
の構造に対応するように）、電流を供給することなく、
測定用単位配線５に疑似的に取り付けられている。本発
明の実施の形態に係る第２の構造の測定用単位配線５の
電圧モニター用タップ８Ｔ１〜８Ｔ３と同様に、第３の
構造の測定用単位配線５のダミー金属配線８ＭＤは、３
０μｍ〜３０００μｍの範囲の間隔において配設される
ことが好ましい。なお、同図６及び図７には、測定用引
出配線４Ａ及び４Ｃと４Ｂ及び４Ｄとの間に等間隔にお
いて合計３個のダミー金属配線８ＭＤが配設されている
が、本発明は、この個数に限定されるものではなく、測
定用単位配線５の配線長とダミー金属配線８ＭＤの配列
間隔とを適宜設定することにより、１個、２個又は４個
以上のダミー金属配線８ＭＤを配設することができる。

【００６４】ストレスボイドは、半導体集積回路の製造
プロセス中の特に配線形成プロセスに大きく依存してし
まう。例えば、配線形成プロセスにリフロー成膜プロセ
スが組み込まれる場合、測定対象の金属配線（例えば、
Ａｌ合金配線）を形成し、引き続き層間絶縁膜６、接続
孔６Ｈ（図３及び図５の接続孔６Ｈ、図７のダミー接続
孔６ＤＨを参照。）のそれぞれを順次形成した後に、ア
ニール（熱処理）が行われる。このアニールは、層間絶
縁膜６中に含まれる水分等の放出を目的として行われ
る。また、上記接続孔６Ｈを形成した後に、測定対象の
金属配線の上層配線の一部を接続孔６Ｈ内部に比較的高
温度において埋込み、引き続き層間絶縁膜６上に上層配
線の他の一部を堆積する場合がある。このようなリフロ
ー成膜プロセスを採用した場合、測定対象の金属配線と
それを囲む層間絶縁膜６との間の熱膨張係数差により、
測定対象の金属配線は、圧縮応力を受けるので、上層配
線との接続部分において隆起し、応力を緩和する傾向が
ある。この結果、測定対象の金属配線には、微少なボイ
ド若しくはボイドの核になるようなものが発生し、スト
レスボイド不良が発生し易い。

【００６５】また、測定対象の金属配線にＣｕが使用さ
れるリフロー成膜プロセスにおいては、放出ガス及びリ
フロー成膜温度だけでなく、アニール時にライナー材に
バリア効果がないと、応力勾配により測定対象の金属配
線（下層配線）の金属原子（主組成金属）が上層配線に
移動してしまう。この結果、測定対象の金属配線に微少
なボイド若しくはボイドの核になるようなものが発生
し、ストレスボイド不良が発生し易い。

【００６６】さらに、測定対象の金属配線にＣｕが使用
される配線形成プロセスにおいては、めっきによりＣｕ
薄膜の成膜が行われ、この後にＣｕ薄膜にアニールが行
われる場合がある。このような場合にも、測定対象の金
属配線に微少なボイド若しくはボイドの核になるような
ものが発生し、ストレスボイド不良が発生し易い。

【００６７】本発明の実施の形態に係る第３の構造の測
定用単位配線５は、特にアニール若しくは高温度雰囲気
を伴う配線形成プロセスを採用し、上層配線に接続され
る構造を備えた測定対象の金属配線と類似した構造、す
なわちダミー接続孔６ＤＨ及びダミー金属配線（上層配
線に対応する配線）８ＭＤを備えることにより、測定対
象の金属配線とほぼ同様の条件下においてストレスボイ
ドの検出を行うことができ、ストレスボイドの測定精度
を向上することができる。

【００６８】測定用単位配線の第４の構造：本発明の実
施の形態に係る配線の信頼性測定方法及び半導体装置の
製造方法において使用される第４の構造の測定用単位配
線５は、前述の４端子測定可能で、かつダミー接続孔６
ＤＨ及びダミー金属配線８ＭＤを備えた第３の構造の測
定用単位配線５と基本的には同様の構造を備えている
が、図８に示すように、接続孔３Ｈ、ダミー接続孔６Ｄ
Ｈの１個当たりの開口面積に対する体積を５０倍以上
（測定用単位配線５の体積／接続孔６Ｈの開口面積≧５
０）に設定している。

【００６９】測定用単位配線５の体積が５５倍〜６０倍
程度から、測定用単位配線５のストレスボイドに起因す
る抵抗上昇が顕著に観測され、ストレスボイドに対して
敏感な検出感度を得ることができるので、マージンを見
込んで測定用単位配線５の体積を５０倍以上に設定する
ことが好ましい。

【００７０】ストレスボイド不良基準の第１の設定方
法：次に、上記測定用単位配線５により測定されたスト
レスボイド（抵抗上昇値）に対して、この測定されたス
トレスボイドが半導体装置の製品として妥当か否か、つ
まり測定されたストレスボイドが許容されるか許容され
ないかの判定を行う基準値となるストレスボイド不良基
準の第１の設定方法について説明する。

【００７１】ストレスボイド試験は、測定対象の金属配
線並びに測定用単位配線５を備えた半導体ウェハを、１
５０℃〜３００℃の温度範囲の高温に保持されたオーブ
ン内に載置し、所定時間毎に測定用単位配線５の抵抗上
昇値を測定することにより行うことができる。ストレス
ボイドは拡散律速現象であるので、時間ｔにおいてはｔ
^１／２においてプロットすることができ、直線により近
似することができる。例えば、抵抗上昇が１０％に達し
た時間をストレスボイド不良（寿命）に達したストレス
ボイド不良基準に設定することができる。

【００７２】ストレスボイド不良基準は、半導体集積回
路の動作性能（動作速度）の不良臨界値と同等の値に設
定することが最適である。例えば、ストレスボイド不良
基準を１０％〜３０％の範囲、さらに厳しい基準として
は１０％〜２０％の範囲に設定することが実用的であ
る。

【００７３】図９には、配線長４００μｍ、８００μ
ｍ、１２００μｍの複数種類の配線長の測定用単位配線
５においてストレスボイド不良に達した時間を正規分
布、対数正規分布若しくはワイブル分布にプロットした
累積不良率の分布を示す。図９において、横軸はストレ
スボイド不良に達した時間ｔ、縦軸は累積不良率σであ
る。ここで、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路のストレ
スボイド不良基準について説明する。例えば、半導体集
積回路に測定用単位配線５を１０^５個配設した場合、１
０^５個の測定用単位配線５のうち最初の１個目の測定用
単位配線５がストレスボイド不良に達した時点で半導体
集積回路はストレスボイド不良（製品不良）になる。従
って、１０^−５に相当する高温保持時間に達する時点
が、ストレスボイド試験において半導体集積回路の寿命
になる。

【００７４】また、半導体集積回路の製品としてのスト
レスボイド不良が、例えば１ｐｐｍ（１０^−６）まで許
容される場合、「半導体集積回路内の配線数×半導体集
積回路数＝１０^５×１０^６＝１０^１１個」のうち最初の
１個目の測定用単位配線５がストレスボイド不良に達し
た時点が製品としての寿命になる。従って、１０^−１ ^１
に相当する高温保持時間に達する時点が、ストレスボイ
ド試験において半導体集積回路の寿命になる。

【００７５】ストレスボイド不良基準の第２の設定方
法：次に、ストレスボイド不良基準の第２の設定方法に
ついて説明する。この第２の設定方法において、ストレ
スボイド不良基準は下記（１）乃至（３）のように設定
することができる。

【００７６】（１）測定用単位配線５の高温保持前後に
おいて、エレクトロマイグレーション試験におけるメデ
ィアン値（ＭＴＦ）を測定し、高温保持後にメディアン
値が例えば１０％以上短くなるまで高温保持した時間を
ストレスボイド不良基準とすることができる。

【００７７】（２）測定用単位配線５の高温保持前後に
おいて、エレクトロマイグレーション試験における累積
不良を測定し、高温保持前において最初にエレクトロマ
イグレーション不良になる測定用単位配線５のエレクト
ロマイグレーション不良に至る時間（ＴＴＦ）に比べ
て、高温保持後に最初にエレクトロマイグレーション不
良になる測定用単位配線５のエレクトロマイグレーショ
ン不良に至る時間の例えば１０％以上短い時間が検出さ
れるまで高温保持した時間をストレスボイド不良基準と
することができる。

【００７８】（３）測定用単位配線の高温保持前後にお
いて、エレクトロマイグレーション試験における電流密
度指数（ｎ）を測定し、高温保持前の測定用単位配線の
電流密度指数に比べて、高温保持後に測定用単位配線５
の電流密度指数が例えば１．５以下になるまで高温保持
した時間をストレスボイド不良基準とすることができ
る。

【００７９】図１０はストレスボイド試験前後にエレク
トロマイグレーション試験を行った場合のエレクトロマ
イグレーションの累積不良率を示している。図１０中、
横軸は試験時間、縦軸は累積不良である。図１０に示す
ように、半導体集積回路の測定対象の金属配線の動作性
能を考慮した場合、ストレスボイド試験において抵抗上
昇により検出することができない微小なボイドであって
も、エレクトロマイグレーション信頼性は劣化する。半
導体集積回路の回路動作が行われる時には、ストレスボ
イド現象とエレクトロマイグレーション現象とが同時に
発生していると推察することができる。

【００８０】このような観点から、ストレスボイド不良
基準の設定方法として、上記のようにストレスボイド試
験として高温保持した単結晶シリコン基板１（半導体ウ
ェハ）を保持時間毎に抜き取り、エレクトロマイグレー
ション試験を行い、エレクトロマイグレーション特性が
劣化する時まで高温保持した時間をストレスボイド不良
基準とすることができる。このストレスボイド不良基準
によれば、ストレスボイド試験の抵抗変化率においては
検出することができないボイド、特に微小なボイドをエ
レクトロマイグレーション試験により検出することがで
きる。

【００８１】ここで、エレクトロマイグレーション特性
の劣化について説明する。通常のボイドが存在しない２
０個〜３０個程度の測定用単位配線５（サンプル）にエ
レクトロマイグレーション試験を行うと、不良に至るま
での時間（ＴＴＦ）の分布は、対数正規分布、正規分布
又はワイブル分布に一致する。測定用単位配線５に最初
からボイド若しくはボイドの核になるようなものが存在
している場合には、不良に至るまでの時間は短くなる。

【００８２】図１０に示す累積不良の分布図において
は、丁度、サンプルのメディアン値を取ってＭＴＦ（me
dian time to failure）と呼ばれており、ストレスボイ
ド試験によりサンプルの多くにボイド又はボイドの核に
なるようなものが存在していると、このＭＴＦはストレ
スボイド試験前よりストレスボイド試験後の方が短くな
る。また、エレクトロマイグレーション試験において
は、次式（１）が成り立つ。

【００８３】ＭＴＦ＝Ａｊ^-nexp（Ｅａ／ｋＴ）・・・・・・（１）上記式（１）は一般的にブラックの式（Black's equati
on）と呼ばれている。ｊは電流密度（current densit
y）、ｎは電流密度指数（current exponent）、Ｅａは
活性化エネルギ（activation energy）、ｋはボルツマ
ン定数（Bolt'manconstant）、Ｔは絶対温度（absolute
temperature）である。

【００８４】ストレスボイド試験により、サンプルの多
くにストレスボイドが発生した場合、ＭＴＦは短くな
る。しかしながら、ストレスボイドが発生、成長しても
時間に対して分布があるため、特にストレスボイドが少
ししか発生していない場合は、ＭＴＦに殆ど変化は見ら
れない。ところが、図１１に示すように、ストレスボイ
ド試験後においてエレクトロマイグレーション不良にな
る最初のサンプルＳ１’及び２番目のサンプルＳ２’の
ＭＴＦは、ストレスボイド試験前の最初のサンプルＳ１
及び２番目のサンプルＳ２に比べて著しく短くなり、エ
レクトロマイグレーション試験の分布から外れる。この
ような現象が検出されると、半導体集積回路の動作性能
が劣化していることになるので、このエレクトロマイグ
レーションにより劣化が検出されるまでの時間をストレ
スボイド不良時間に設定することは、実際の半導体集積
回路の回路動作上、最も現実に即したストレスボイド不
良基準の設定方法である。

【００８５】ストレスボイド不良基準の第３の設定方法次に、ストレスボイド不良基準の第３の設定方法につい
て説明する。この第３の設定方法において、ストレスボ
イド不良基準は下記（４）及び（５）のように設定する
ことができる。

【００８６】（４）測定用単位配線５の高温保持前後に
おいて、半導体ウェハレベルのジュール熱を利用した等
温試験（ＩＴＴ）におけるメディアン値を測定し、高温
保持後にメディアン値が例えば１０％以上短くなるまで
高温保持した時間をストレスボイド不良基準とすること
ができる。

【００８７】（５）測定用単位配線５の高温保持前後に
おいて、半導体ウェハレベルのジュール熱を利用した等
温試験（ＩＴＴ）における累積不良を測定し、高温保持
前において最初に等温試験不良になる測定用単位配線５
の等温試験不良に至る時間に比べて、高温保持後に最初
に等温試験不良になる測定用単位配線５の等温試験不良
に至る時間の例えば１０％以上短い時間が検出されるま
で高温保持した時間をストレスボイド不良基準とするこ
とができる。

【００８８】前述のストレスボイド不良基準の第２の設
定方法において説明したエレクトロマイグレーション試
験をストレスボイドの検出方法として使用することは、
半導体集積回路の回路動作を考慮すると物理的には適切
である。ところが、ストレスボイド試験においては、エ
レクトロマイグレーション試験時にサンプルのアセンブ
リ等をしなければならないためにやや手間がかかる。一
方、物理的な厳密性はエレクトロマイグレーション試験
に比べてやや劣るものの、エレクトロマイグレーション
試験程度のストレスボイド検出感度が得られる試験方法
として、半導体ウェハレベルにおいてジュール加熱を利
用した等温試験がある。等温試験は、エレクトロマイグ
レーション試験に比べて１０倍以上の電流を測定用単位
配線５に流し、その大電流により測定用単位配線５はジ
ュール熱によって加熱され、エレクトロマイグレーショ
ン現象を意図的に生じさせる試験である。等温試験によ
れば、ストレスボイドによる小さなボイド若しくはボイ
ドの核になるようなものが存在する箇所においてもの凄
い発熱が生じ、この発熱の生じた箇所は断線不良に至
る。

【００８９】半導体集積回路の回路動作とその動作特性
の劣化を検出するという観点からすると物理的な厳密性
がやや欠けるものの、エレクトロマイグレーション試験
と同様であり、図１０及び図１１に示すようなストレス
ボイド不良を検出することができるので、有効なストレ
スボイド不良基準として使用することができる。

【００９０】測定用単位配線の基準配線長：ストレスボ
イド不良基準の設定においては、測定用単位配線５の配
線長の設定が重要な要因になる。ストレスボイド不良が
発生する最も短い長さを測定用単位配線５の基準配線長
（unit length）とすることができ、半導体集積回路の
測定対象の金属配線がこの基準配線長の測定用単位配線
５を連続的に繋げて構築されていると仮定することがで
きる。

【００９１】上記図９に示すように、測定用単位配線５
の配線長を４００μｍ、８００μｍ、１２００μｍにそ
れぞれ変えた場合、ストレスボイドの累積不良率には次
式（２）の関係が成り立つ。

【００９２】１−（１−Ｐ）^ｎ … （２）ここで、Ｐは不良発生確率である。なお、経験的に次式
（３）の関係になる場合があり、パラメータａが必要な
場合がある。

【００９３】１−（１−ａＰ）^ｎ … （３）測定用単位配線の基準配線長に基づく規模換算：次に、
上記測定用単位配線５の基準配線長に基づく規模換算
（実際の半導体集積回路において測定対象の金属配線の
配線長への換算）の方法について説明する。

【００９４】本発明の先行技術に係るストレスボイド試
験方法においては、ストレスボイドの検出感度を落とし
て、半導体集積回路の測定対象の金属配線の配線長に匹
敵する配線長を有する試験パターンが使用されていた
が、本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方法及
び半導体装置の製造方法においては、上記のようにスト
レスボイド検出感度を優先させた測定用単位配線５が使
用されている。この測定用単位配線５のストレスボイド
検出感度、すなわち測定精度を向上するためには、基準
配線長を有する測定用単位配線５を測定対象の金属配線
の全体の配線長に一致するように規模換算するようにな
っている。規模換算とは、例えば半導体集積回路の測定
対象の金属配線の配線長が１０ｍである場合、例えば１
００μｍの基準配線長の測定用単位配線５を準備し、こ
の測定用単位配線５が１０^５個連続的に繋がっていると
仮定し、測定用単位配線５により得られたストレスボイ
ド検出結果を統計的手法により連続的に繋がっている複
数の測定用単位配線５のストレスボイド検出結果として
算出することである。

【００９５】上記例題において、同様な製造プロセス条
件等により測定用単位配線５を１０ ^５個製作することも
可能ではあるが、半導体集積回路（又は製造マスク）に
おいてこのような膨大な個数の測定用単位配線５のパタ
ーンを作成することは、半導体集積回路の面積の増大、
製造プロセス上の歩留まりの低下、個々の測定用単位配
線５の測定時間の増大等を誘発するので現実的ではな
い。

【００９６】そこで、半導体集積回路において測定用単
位配線５の占有面積を適切な範囲に止めつつ、測定用単
位配線５の抵抗変化率等の測定時間を比較的短くできる
ように、例えば１００〜３００個程度の測定用単位配線
５を準備し、この個数の測定用単位配線５によるストレ
スボイド測定結果から、１０^５個規模の測定用単位配線
５によるストレスボイド測定結果を予測することが、ス
トレスボイド測定精度、経済効率等の観点から最適であ
る。すなわち、本発明の実施の形態に係る配線の信頼性
測定方法及び半導体装置の製造方法においては、ストレ
スボイド測定精度の向上と、実際の半導体集積回路の測
定対象の金属配線の配線長に匹敵する規模とを両立させ
ることができる。

【００９７】統計的手法においては、ストレスボイド不
良に達したサンプルの不良時間が図１０に示すようにプ
ロットされる。この時、正規分布に従うか、対数正規分
布に従うか、ワイブル分布に従うかは、製造プロセス等
によって変るので、様々な分布にプロットしてみる必要
がある。また、この分布を作成する際に、前述したよう
に、測定用単位配線５の基準配線長をどの長さに設定す
るかが重要になる。ストレスボイド検出感度を向上する
という観点においては、測定用単位配線５の基準配線長
は短ければ短いほど良い。しかしながら、基準配線長が
短くなりすぎると全くストレスボイド不良の存在しない
サンプルが多数発生してくる。概念的な言い方をする
と、ストレスボイドの発生原因となるような核がある密
度において半導体ウェハ面内に存在していて、その核を
含む測定用単位配線５はストレスボイド不良になるが、
核を含まない測定用単位配線５はストレスボイド不良に
ならない。

【００９８】ここで、概念的に必ずストレスボイド不良
に至る核になるものを１つ持つような最小の長さを測定
用単位配線５の基準配線長と定義する。このように定義
すれば、必ず測定用単位配線５はストレスボイド不良に
なり、通常の正規分布、対数正規分布、ワイブル分布の
いずれかに従うようになる。限られたストレスボイド試
験時間内においてこの測定用単位配線５の基準配線長を
厳密に求めることは難しい。従って、実際のストレスボ
イド試験においては、配線長の異なる測定用単位配線５
を何種類か準備し、図９に示すようにプロットを行い、
基準配線長の長さに対して累積不良（ＣＦ）が上記式
（２）を満足させる最小の長さを測定用単位配線５の基
準配線長とすることが実用的である。さらに、式（２）
の不良発生確率Ｐは製造プロセスによる変動のパラメー
タａを乗じた方が配線長に対する累積不良の結果と一致
するので、上記式（３）を満足させるように測定用単位
配線５の基準配線長を設定することが好ましい。パラメ
ータａの物理的な意味は現在追求中であり、測定用単位
配線５に生じる測定端子８Ｐ１〜８Ｐ４による応力勾配
の違い等が要因として推察されているが、いずれにして
もパラメータａはストレスボイドに対する配線の強さが
配線長によって変ることを意味している。

【００９９】加速ファクタの設定方法：前述の半導体集
積回路を高温度保持した状態で行われるストレスボイド
試験は一般的に加速試験と呼ばれ、この加速試験におい
て測定された半導体集積回路の寿命は図１２に示すよう
に実使用条件における寿命として換算する場合がある。
この換算は加速ファクタＡＦにより行うことができ、加
速ファクタＡＦは以下の大まかな近似式（４）として表
すことができる。

【０１００】ＡＦ＝exp（（−Ｅａ／ｋＴ）（（１／Ｔ_stress）−（１／Ｔ_use）））・・・・・（４）ここで、Ｅａは活性化エネルギ、ｋはボルツマン定数、
Ｔは絶対温度である。また、Ｔ_stresはストレスボイド
試験温度（加速試験温度）、Ｔ_useは実使用温度であ
る。なお、加速ファクタについては、さらに精度の高い
近似式等を適用することが望ましい。

【０１０１】さらに、半導体集積回路の実使用条件にお
ける寿命にはある一定の基準を越える必要がある。これ
は例えば保証期限であり、半導体集積回路には一定の耐
用年数が必要である。例えば、最低限１０年の寿命を必
要とする場合、加速ファクタＡＦは次式（５）を満たさ
なければならない。

【０１０２】ｔ_use＝ｔ_stress・ＡＦ≧１０（年）・・・・・（５）半導体製造システムの基本的構成：上記ストレスボイド
試験は、図１３に示す半導体製造システム（ストレスボ
イド試験装置）により、簡易に実現することができる。
すなわち、半導体製造システム１０は、測定対象の金属
配線及びこの金属配線の一部の配線長を有する測定用単
位配線５（図２及び図３等参照。）が配設された単結晶
シリコン基板（半導体基板又は半導体ウェハ）１を載置
保持するステージ１２と、ステージ１２上に載置保持さ
れた単結晶シリコン基板１の測定用単位配線５の抵抗値
を測定する抵抗測定器１５と、単結晶シリコン基板１を
高温保持するオーブン１１と、単結晶シリコン基板１を
高温保持可能な高温ステージ１４と、高温ステージ１４
上に載置保持された単結晶シリコン基板１の測定用単位
配線５の抵抗値を測定する抵抗測定器１６と、抵抗測定
器１５及び１６において測定された抵抗値に基づき測定
用単位配線５のストレスボイドを測定し、さらに統計的
手法に基づき金属配線のすべての配線長において測定さ
れたストレスボイドとして規模換算するコンピュータ１
３とを少なくとも備えて構築されている。

【０１０３】上記半導体製造システム１０のオーブン１
１は、前述のように例えば１５０℃〜３００℃の高温度
に単結晶シリコン基板１を加熱保持することができ、加
速試験を行う目的において配設されている。

【０１０４】ステージ１２は、主に高温加熱前におい
て、単結晶シリコン基板１を載置しかつ保持することが
できる。このステージ１２上において単結晶シリコン基
板１の測定用単位配線５の抵抗値が抵抗測定器１５によ
り測定されるようになっている。抵抗測定器１５は、測
定用単位配線５の測定端子８Ｐ１〜８Ｐ４のそれぞれに
個別に接触する少なくとも４本のプローバ１５Ｐと、プ
ローバ１５Ｐから得られた電流値又は電圧値を抵抗値に
変換するテスタ１５Ｔとを少なくとも備えて構成されて
いる。

【０１０５】高温ステージ１４は、主に高温加熱後にお
いて、単結晶シリコン基板１を載置しかつ保持し、さら
に単結晶シリコン基板１を引き続き加熱保持することが
できる。この高温ステージ１４上において単結晶シリコ
ン基板１の測定用単位配線５の抵抗値が抵抗測定器１６
により測定されるようになっている。抵抗測定器１６
は、抵抗測定器１５と同様に、測定用単位配線５の測定
端子８Ｐ１〜８Ｐ４のそれぞれに個別に接触する少なく
とも４本のプローバ１６Ｐと、プローバ１６Ｐから得ら
れた電流値又は電圧値を抵抗値に変換するテスタ１６Ｔ
とを少なくとも備えて構成されている。なお、上記ステ
ージ１２に単結晶シリコン基板１を高温保持する加熱器
（図示しない。）を配設することにより、高温ステージ
１４並びに抵抗測定器１６を省略することができる。

【０１０６】コンピュータ１３には一般的なパーソナル
コンピュータを実用的に使用することができる。このコ
ンピュータ１３は、抵抗測定器１５及び１６により測定
された抵抗値を電子データとして格納するメモリ機能
と、このメモリ機能に格納された抵抗値の電子データに
基づき測定用単位配線５のストレスボイド不良を測定
し、さらに統計的手法に基づき金属配線のすべての配線
長において測定されたストレスボイドとして規模換算す
る演算処理機能とを少なくとも備えていればよい。勿
論、コンピュータ１３には、キーボード等の入力装置、
モニター等の表示装置等が含まれている。

【０１０７】このような本発明の実施の形態に係る半導
体製造システム１０においては、本発明の実施の形態に
係る、後述する半導体装置の製造方法を簡易に実現する
ことができる。

【０１０８】配線の信頼性測定方法並びに半導体装置の
製造方法：次に、図１に示す製造プロセスのフローチャ
ートを使用し、本発明の実施の形態に係る配線の信頼性
測定方法並びに半導体装置の製造方法を説明する。な
お、ここで説明する半導体装置の製造方法は本発明に係
る配線の信頼性測定方法を具現化したものであり、以
下、この半導体装置の製造方法とともに本発明に係る配
線の信頼性測定方法を説明する。なお、半導体装置の製
造方法は、前述のＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路の製
造方法を例として説明する。

【０１０９】（１）まず最初に、半導体集積回路のデザ
イン設計が行われ、このデザイン設計に基づき具体的な
半導体集積回路の製造プロセスが開発される。そして、
この開発された製造プロセスに基づき、実際に半導体集
積回路（製品）を製造する＜ステップ２０。以下、「ス
テップ」は省略し、符号のみを記載する。＞。

【０１１０】半導体集積回路の製造プロセスにおいて
は、トランジスタ、抵抗素子、容量素子等の半導体素子
間や、この半導体素子を集積化して構築された回路間を
接続する金属配線（例えば、Ａｌ合金配線）が単結晶シ
リコン基板１（図２及び図３等参照。）上に形成され
る。特に、マイクロプロセッサ機能、ロジック機能、メ
モリ機能等を備えた半導体集積回路においては、クロッ
ク信号配線等の信号配線の信号伝達速度（抵抗値）が動
作性能（動作速度）を大幅に左右する。このような信号
配線が本発明に係る「測定対象の金属配線」であり、こ
の「測定対象の金属配線」と同一製造工程でかつ同一製
造プロセス条件において、前述の図２及び図３（又は図
４及び図５、若しくは図６及び図７、若しくは図８）に
示す、測定対象の金属配線の一部の配線長を有する「測
定用単位配線５」が形成される。測定対象の金属配線の
配線長が例えば１ｍ〜１０ｍの場合、３０μｍ〜３ｍｍ
の配線長の範囲内において、例えば４００μｍ、８００
μｍ、１２００μｍ等の複数種類の基準配線長を有する
複数本の測定用単位配線５が準備され配設される。

【０１１１】なお、ここでの測定用単位配線５を形成す
る工程は、本発明に係る「測定対象の金属配線の一部の
配線長を有する測定用単位配線を形成する工程」の一具
体例に対応するものである。

【０１１２】（２）図１３に示す半導体製造システム１
０のステージ１２上に単結晶シリコン基板１（半導体ウ
ェハ）が載置され保持される。このステージ１２上にお
いて、単結晶シリコン基板１上の測定用単位配線５の初
期抵抗値が抵抗測定器１５により測定される＜２１＞。
測定用単位配線５の初期抵抗値は、前述の図２に示す測
定端子８Ｐ１〜８Ｐ４のそれぞれに図１３に示す抵抗測
定器１５のプローバ１５Ｐを接触させ、測定端子８Ｐ１
と８Ｐ２との間の電流変化、測定端子８Ｐ３と８Ｐ４と
の間の電圧変化をテスタ１５Ｔにより測定することによ
り得ることができる。この初期抵抗値は電子データとし
てコンピュータ１３のメモリに格納される。

【０１１３】（３）初期抵抗値が測定された測定用単位
配線５を有する単結晶シリコン基板１は図１３に示す半
導体製造システム１０のオーブン１１に収納され、スト
レスボイドの高温加速試験が行われる＜２２＞。この加
速試験において、オーブン１１は例えば１５０℃〜３０
０℃の高温度に保持される。

【０１１４】（４）予め定められた一定時間の経過後
に、単結晶シリコン基板１がオーブン１１から取り出さ
れ、この単結晶シリコン基板１は半導体製造システム１
０の高温ステージ１４上に載置され保持される。初期抵
抗値の測定の手順と同様に、この高温ステージ１４上に
おいて、単結晶シリコン基板１上の測定用単位配線５の
高温保持後（加速試験後）の抵抗値が抵抗測定器１６に
より測定される＜２３＞。測定用単位配線５の抵抗値
は、前述の図２に示す測定端子８Ｐ１〜８Ｐ４のそれぞ
れに図１３に示す抵抗測定器１６のプローバ１６Ｐを接
触させ、測定端子８Ｐ１と８Ｐ２との間の電流変化、測
定端子８Ｐ３と８Ｐ４との電圧変化をテスタ１６Ｔによ
り測定することにより得ることができる。この高温保持
後の抵抗値は電子データとしてコンピュータ１３のメモ
リに格納される。

【０１１５】（５）ここで、高温保持後の抵抗上昇率
（抵抗変化率）がストレスボイド不良に達するまで高温
保持（加速試験）が持続される＜２４＞。高温ステージ
１４上において測定用単位配線５が載置され保持されて
いるので、測定用単位配線５は高温保持状態において抵
抗値の測定を実施することができる。ストレスボイド不
良基準は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造
方法において、例えば１０％の抵抗上昇率に設定されて
いる。

【０１１６】なお、高温保持後の抵抗値の測定、又は前
述の初期抵抗値の測定及び高温保持後の抵抗値の測定は
ストレスボイドを検出する工程であり、このストレスボ
イドを検出する工程は、本発明に係る「測定用単位配線
において、ストレスボイドを検出する工程」の一具体例
に対応するものである。

【０１１７】（６）測定用単位配線５の抵抗上昇率がス
トレスボイド不良基準（抵抗上昇率１０％以上）に達し
た時点において＜２４＞、ストレスボイド不良が発生し
た測定用単位配線５を特定し、この測定用単位配線５の
配線長を「基準配線長」に決定することができる＜２５
Ａ＞。

【０１１８】さらに、測定用単位配線５の基準配線長が
決定されると、この測定用単位配線５のストレスボイド
試験結果から、実際の半導体集積回路の測定対象の金属
配線の配線長に匹敵するように、統計的手法に基づき、
金属配線のすべての配線長において検出されたストレス
ボイドとして規模換算を行うことができる＜２５Ｂ＞。
この規模換算は、半導体製造システム１０のコンピュー
タ１３において、予め格納された抵抗上昇率の電子デー
タをソフトウエアにより処理することで簡易に行うこと
ができる。

【０１１９】なお、この規模換算を行う工程は、本発明
に係る「測定用単位配線において検出されたストレスボ
イドを、統計的手法に基づき、金属配線のすべての配線
長において検出されたストレスボイドとして規模換算す
る工程」の一具体例に対応するものである。

【０１２０】また、実際の半導体集積回路の測定対象の
金属配線のストレスボイドとして規模換算された結果に
基づき、半導体集積回路の測定対象の金属配線の実使用
時間（加速試験結果）を求めることができる＜２５Ｃ
＞。

【０１２１】（７）上記測定対象の金属配線の実使用時
間から、この半導体集積回路の寿命が予測される＜２６
＞。ここで、半導体集積回路の製品としての耐用年数を
満足できる場合には、半導体集積回路は製品として出荷
される＜２７＞。また、耐用年数を満足できない半導体
集積回路は不良品として廃棄される＜２８＞。

【０１２２】さらに、半導体集積回路の寿命が予測され
た時点において＜２６＞、或いは耐用年数を満足できな
い場合には、半導体集積回路の開発が見直される＜２９
＞。この改善項目には、例えば製造プロセスの改善、金
属配線の配線構造の改善等がある。具体的には以下のよ
うな改善項目が少なくとも含まれる。

【０１２３】（ａ）成膜温度、膜厚等の金属配線の成膜
条件の改善（ｂ）金属配線の膜積層構造の改善（ｃ）添加物、添加物量、ライナー膜種類等の金属配線
の材料の改善（ｄ）堆積温度、膜種等の層間絶縁膜の改善（ｅ）金属配線、層間絶縁膜等の加工条件の改善このような本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造
方法においては、測定対象の金属配線の一部の配線長を
有する測定用単位配線５を使用してストレスボイドの検
出を行い、配線抵抗成分を減少することにより、ストレ
スボイドの存在で生じる抵抗変化率を高め、ストレスボ
イドの検出感度を高めることができるので、金属配線の
信頼性測定精度を向上することができる。さらに、本発
明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法において
は、測定用単位配線５において検出されたストレスボイ
ドを統計的手法に基づき金属配線のすべての配線長にお
いて検出されたストレスボイドとして規模換算している
ので、実際の半導体装置の金属配線の配線長に対応した
規模のストレスボイドの測定を行うことができる。従っ
て、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法に
おいては、ストレスボイド不良に至らない電気的信頼性
に優れた半導体装置を容易かつ確実に製造することがで
きる。さらに、本発明の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法においては、ストレスボイド試験結果に基づ
き、製造プロセスの改善、金属配線の配線構造の改善が
図られるので、製造上の歩留まりを向上することができ
る。

【０１２４】（その他の実施の形態）本発明は上記実施
の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述
及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべき
ではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形
態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

【０１２５】例えば、前述の実施の形態は２層配線構造
を備えた半導体集積回路に適用した場合を説明したが、
本発明は、１層配線構造又は３層以上の多層配線構造を
備えた半導体集積回路に適用することができる。勿論、
本発明は、このような配線構造は、必ずしもＡｌ合金配
線により構築される場合に限定されるのではなく、Ａｌ
配線、Ｃｕ配線、Ｃｕ合金配線等の配線により構築され
ていてもよい。

【０１２６】このように、本発明はここでは記載してい
ない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。した
がって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特
許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められ
るものである。

【０１２７】

【発明の効果】本発明は、測定対象の金属配線のストレ
スボイドの測定規模を維持しつつ、測定対象の金属配線
のストレスボイドの測定精度を向上することができる配
線の信頼性測定方法を提供することができる。

【０１２８】さらに、本発明は、上記効果を得ることが
できる好適な測定用単位配線を使用した配線の信頼性測
定方法を提供することができる。

【０１２９】さらに、本発明は、測定対象の金属配線の
ストレスボイドの測定規模を維持しつつ、測定対象の金
属配線のストレスボイドの測定精度を向上することがで
き、製造上の歩留まりを向上することができる半導体装
置の製造方法を提供することができる。

【０１３０】さらに、本発明は、上記半導体装置の製造
方法に好適な半導体製造システムを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法並びに半導体装置の製造方法を説明する製造プロセス
のフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法において使用される第１の構造の測定用単位配線の平
面図である。

【図３】図２に示す第１の構造の測定用単位配線の断面
図（Ｆ３−Ｆ３切断線で切った断面図）である。

【図４】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法において使用される第２の構造の測定用単位配線の平
面図である。

【図５】図４に示す第２の構造の測定用単位配線の断面
図（Ｆ５−Ｆ５切断線で切った断面図）である。

【図６】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法において使用される第３の構造の測定用単位配線の平
面図である。

【図７】図６に示す第３の構造の測定用単位配線の断面
図（Ｆ７−Ｆ７切断線で切った断面図）である。

【図８】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法において使用される第４の構造の測定用単位配線の平
面図である。

【図９】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定方
法において、複数種類の配線長の測定用単位配線を用い
た場合のストレスボイドの累積不良率を示す分布図であ
る。

【図１０】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定
方法において、ストレスボイド試験の前後にエレクトロ
マイグレーション試験を行った場合のエレクトロマイグ
レーションの累積不良率を示す分布図である。

【図１１】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定
方法において、ストレスボイド試験の前後にエレクトロ
マイグレーション試験を行った場合のエレクトロマイグ
レーションの累積不良率を示す分布図である。

【図１２】本発明の実施の形態に係る配線の信頼性測定
方法において、加速試験の寿命と実使用条件の寿命と加
速ファクタとの関係を示す図である。

【図１３】本発明の実施の形態に係る半導体製造システ
ムの概略構成図である。

【図１４】（Ａ）は本発明の先行技術に係るストレスボ
イド試験において配線長が４００μｍの試験パターンの
抵抗上昇挙動の配線長依存性を示す図、（Ｂ）は配線長
が１２００μｍの試験パターンの抵抗上昇挙動の配線長
依存性を示す図、（Ｃ）配線長が３ｍの試験パターンの
抵抗上昇挙動の配線長依存性を示す図である。

【図１５】本発明の先行技術に係るストレスボイド試験
における試験パターンの配線長とストレスボイド不良基
準との関係を示す図である。

【符号の説明】

１単結晶シリコン基板３，６層間絶縁膜５測定用単位配線５Ｄダミー測定用単位配線３Ｈ，６Ｈ接続孔７Ａ〜７Ｆ接続孔配線６ＤＨダミー接続孔８Ａ〜８Ｄ，４Ａ〜４Ｄ測定用引出配線８Ｐ１〜８Ｐ４測定端子８Ｔ，８Ｔ１〜８Ｔ３電圧モニター用タップ８ＭＤダミー金属配線１０半導体製造システム１１オーブン１２ステージ１３コンピュータ１４高温ステージ１５，１６抵抗測定器１５Ｐ，１６Ｐプローバ１５Ｔ，１６Ｔテスタ

フロントページの続きＦターム(参考） 2G028 AA01 BC02 CG02 DH00 HN11 MS03 2G060 AA09 AE01 AE28 AF07 EA07 EB07 EB09 HC13 KA15 4M106 AA01 AA07 AA11 AB15 AC05 BA14 BA20 CA10 CA56 CA60 DH16 DH46 DH51 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 JJ17 JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 KK08 KK09 KK11 KK12 VV01 VV12 XX06 XX37

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも以下の工程を備えたことを特
徴とする配線の信頼性測定方法。（１）測定対象の金属配線の一部の配線長を有する測定
用単位配線を形成する工程（２）前記測定用単位配線においてストレスボイドを検
出する工程（３）前記測定用単位配線において検出されたストレス
ボイドを、統計的手法に基づき、前記金属配線のすべて
の配線長において検出されたストレスボイドとして規模
換算する工程
【請求項２】前記測定用単位配線を形成する工程は、少なくとも４端子測定可能な測定用単位配線を形成する
工程であることを特徴とする請求項１に記載の配線の信
頼性測定方法。
【請求項３】前記測定用単位配線を形成する工程は、主組成金属の供給を遮断する物質により一端及び他端が
終端された測定用単位配線を形成する工程であることを
特徴とする請求項１に記載の配線の信頼性測定方法。
【請求項４】前記測定用単位配線を形成する工程は、３０μｍ〜３０００μｍの範囲の間隔において配線長方
向に複数個の電圧モニター用タップが配設された測定用
単位配線を形成する工程であることを特徴とする請求項
３に記載の配線の信頼性測定方法。
【請求項５】前記測定用単位配線を形成する工程は、下層又は上層に配設された少なくとも１つのダミー接続
孔と、このダミー接続孔を通して電気的に接続され、電
気的にフローティングのダミー金属配線とをさらに備え
た測定用単位配線を形成する工程であることを特徴とす
る請求項３又は請求項４に記載の配線の信頼性測定方
法。
【請求項６】前記測定用単位配線においてストレスボ
イドを検出する工程は、少なくとも下記工程を備えたこ
とを特徴とする請求項１に記載の配線の信頼性測定方
法。（１）前記測定用単位配線の抵抗値を測定する工程（２）前記測定用単位配線を少なくとも高温度に保持す
る工程（３）前記高温保持後において前記測定用単位配線の抵
抗値を測定し、高温保持前後の抵抗変化率を算出する工
程。
【請求項７】前記工程（３）の抵抗変化率を算出する
工程の後に、前記測定用単位配線の抵抗変化率とストレスボイド不良
基準とが比較され、前記測定対象の金属配線がストレス
ボイド不良であるか否かの判定を行う工程をさらに備え
たことを特徴とする請求項６に記載の配線の信頼性測定
方法。
【請求項８】少なくとも以下の工程を備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。（１）半導体基板上において、測定対象の金属配線の一
部の配線長を有する測定用単位配線を形成する工程（２）前記測定用単位配線においてストレスボイドを検
出する工程（３）前記測定用単位配線において検出されたストレス
ボイドを、統計的手法に基づき、前記金属配線のすべて
の配線長において検出されたストレスボイドとして規模
換算する工程（４）前記規模換算されたストレスボイドとストレスボ
イド不良基準とが比較され、前記測定対象の金属配線が
ストレスボイド不良であるか否かを判定する工程
【請求項９】測定対象の金属配線及びこの金属配線の
一部の配線長を有する測定用単位配線が配設された半導
体基板を載置保持するステージと、前記ステージ上に載置保持された半導体基板の測定用単
位配線の抵抗値を測定する抵抗測定器と、前記半導体基板を高温保持するオーブンと、前記ステージを高温保持する加熱器又は高温保持可能な
高温ステージと、前記抵抗測定器において測定された抵抗値に基づき測定
用単位配線のストレスボイドを測定し、さらに統計的手
法に基づき前記金属配線のすべての配線長において測定
されたストレスボイドとして規模換算するコンピュータ
とを少なくとも備えたことを特徴とする半導体製造シス
テム。