JP2009081268A - ヒロックの発生状況の評価パターン及びそれを備えた基板、並びに評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、ヒロックの発生状況をより効率的に把握することができる評価パターン及びそれを備えた半導体基板、並びに評価方法を提供することである。
【解決手段】本発明の評価パターン１１は、ヒロック４の発生状況を評価する評価パターン１１であって、絶縁膜１２の上層に形成された所定の配線幅Ｗ１の環状配線１３ａと、環状配線１３ａの対向する２点間を縦横に接続する多数の格子配線１３ｂとを有する格子状パターン１３と、格子間に、環状配線１３ａと所定の隙間寸法Ｌ１をあけて配置された孤立配線１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミ配線等に発生するヒロックの発生状況の評価パターン及びそれを備えた基板、並びに評価方法に関する。

アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる配線等には、その後の熱処理によるストレスでアルミニウム結晶が突起状に異常成長するヒロックが発生することが知られている。

とくに、基板面に水平方向に成長するラテラルヒロック（以降、単にヒロックと呼ぶ）は、太い配線幅の外縁に発生しやすく、大きいもので１μｍ以上に成長することもあり、隣接する配線間をショートさせるおそれがあった。

従来、このようなヒロックの発生に対して、図５に示すような配線パターンが提案されている。尚、図５は配線パターンの平面図である。

図５に示すように、従来の配線パターン１は、太い配線２（例えば１０μｍ以上）の両サイドに、ヒロックが生じにくい細い配線３（例えば１０μｍ未満）が太い配線２から分割して設けられている。

このような配線パターン1にすれば、万一、太い配線２の外縁からヒロック４が発生して細い配線３に接触しても両者は同電位であるため問題ない。

また、近接配線５に対しては、細い配線３が対向するため、ヒロック４は生じにくい。（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３１５３３５号広報

しかしながら、上記のような配線パターン１は、ヒロック４による配線間ショートは防止できるが、ヒロック４の発生状況を把握してプロセス評価を行うという観点では適しているとは言えなかった。

なぜなら、上記のような配線パターン１では、ヒロック４の発生を促す工夫が特に為されていないため、通常のヒロック４の発生頻度を考慮するとプロセス評価を行うための十分なヒロック４の発生個数が得られにくかった。

また、その数少ないヒロック４の発生状況を例えば光学顕微鏡などで観察して把握することは非常に時間がかかるため、その検出方法においても効率が悪かった。

このため、発明者は、ヒロックが比較的数多く発生している配線パターンを慎重に観察して次のような知見を得た。

その知見とは、
（１）図６（ａ）に示すように、太い配線２同士が他の配線３ａで相互接続された格好の配線パターンにヒロック４が発生しやすい。
（２）図６（ｂ）に示すように、折れ曲がった太い配線２のコーナ部近傍にヒロック４が発生しやすい。

この理由は、太い配線３同士が他の配線３ａで相互接続されていると、熱ストレスが加わった際に、その熱ストレスが相互接続によって助長されるためと推定される。

ただし、このメカニズムは推定メカニズムであり、これに限定されるものではない。

本発明は上記の知見に基づいてなされたもので、本発明の課題は、ヒロックの発生状況を、より効率的に把握することができる評価パターン及びそれを備えた基板、並びに評価方法を提供することである。

本発明の評価パターンは、
ヒロックの発生状況を評価する評価パターンであって、
環状配線と、環状配線で取り囲まれる領域を複数の領域に区画する縦横に交差して配置され環状配線より細い配線幅の格子配線と、
環状配線と格子配線の間または格子配線間に配置された孤立配線とを備えた評価パターンである。

本発明の基板は、
環状配線と、環状配線で取り囲まれる領域を複数の領域に区画する縦横に交差して配置され環状配線より細い配線幅の格子配線と、
環状配線と格子配線の間または格子配線間に配置された孤立配線とを備えたヒロックの発生状況の評価パターンが、基板の一部領域、または基板全面に設けられた基板である。基板としては半導体基板、ガラス基板、セラミック基板などが用いられる。

また、本発明の評価方法は、
環状配線と、環状配線で取り囲まれる領域を複数の領域に区画する縦横に交差して配置され環状配線より細い配線幅の格子配線と、
環状配線と格子配線の間または格子配線間に配置された孤立配線とを備えた評価パターンを用いた評価方法であって、環状配線と孤立配線との間に所定の電圧を印加し、電気的導通または非導通を検知してヒロックの発生を検出する評価方法である。

本発明のヒロックの発生状況の評価パターン及びそれを備えた基板、並びに評価方法によると、ヒロックの発生状況を、より効率的に把握することができる。

以下に図面を参照して本発明の評価パターン及びそれを備えた半導体基板、並びに評価方法の実施例について説明する。

本発明の評価パターンの一例を図１，図２に示す。図１は斜視図、図２は各部の寸法を示す平面図である。

図１に示すように、評価パターン１１は、絶縁膜１２（図中、一点鎖線で示す）の上層に形成された所定の太い配線幅を有する矩形状または正方形状の環状配線１３ａと、環状配線１３ａで取り囲まれる領域を複数の領域に区画する縦横に交差して配置された細い配線幅の格子配線１３ｂとで構成する格子状パターン１３（図１，２中では５行×５列の格子配列）を備えている。

また、環状配線１３ａと対向する格子配線１３ｂ間には、環状配線１３ａと所定の隙間寸法をあけて配置された正方形状の孤立配線１４を備えている。

ここで、環状配線１３ａと孤立配線１４との対向領域Ａ（図２中に破線円で示す）がヒロック４の検出領域となる。

尚、格子状パターン１３および孤立配線１４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。

このような格子状パターン１３では、上述したように、「太い配線同士（環状配線１３ａ）が他の配線（格子配線１３ｂ）で相互接続された格好」となり、知見（１）を反映してヒロック４が発生しやすい。

また、環状配線１３ａは矩形状（正方形状）であるため、「折れ曲がった太い配線パターンのコーナ部」を４箇所、有しており、知見（２）を反映してヒロック４が発生しやすい。

また、矩形状（正方形状）の環状配線１３ａは、対向する２組の太い配線が直交配置された格好であるため、直交する２方向（図中、Ｘ，Ｙ方向）のいずれの向きに発生するヒロック４に対しても検出領域を有し好適である。

またさらに、正方形状の環状配線１３ａ内に、格子配列の行数，列数が同数となるようにして、評価パターン全体を上下左右対称なパターンとすると、直交する２方向（図中、Ｘ，Ｙ方向）において、環状配線１３ａと孤立配線１４との対向長の合計長さが同じとなり、同等の検出領域が得られて好適である。

環状配線１３ａは絶縁膜１２上の所定位置に形成された第１電極パッド１７に接続されている。

複数の孤立配線１４は、絶縁膜１２に設けられたビアを通してタングステンなどからなるコンタクトプラグ１５で絶縁膜１２の下層に形成された連結用のアルミニウムからなる導電配線１６にそれぞれ接続され末端で統合されている。

そして、導電配線１６は、絶縁膜１２上の所定位置に形成された第２電極パッド１８にコンタクトプラグ１５で接続されている。すなわち、絶縁膜１２を挟んで、絶縁膜１２の上層に環状配線１３ａ、格子配線１３ｂおよび孤立配線１４、第１，２電極パッド１７，１８が形成され、絶縁膜１２の下層に導電配線１６が形成されている。

評価パターン１１の各部の寸法としては、図２に示すように、環状配線１３ａの配線幅Ｗ１は、ヒロック４が発生しやすいように１０μｍ以上の太さとする。

また、環状配線１３ａと孤立配線１４との間の隙間寸法Ｌ１は、発生するヒロック４で両者がショートしやすい寸法として、０．１〜０．５μｍの範囲とする。

また、格子配線１３ｂの配線幅Ｗ２は、熱ストレスを助長するためにはできるだけ太い方がよいが、環状配線１３と孤立配線１４との対向長Ｌ２を、より長く確保することを考慮して、０．４〜１.０μｍの範囲とする。

このような評価パターン１１は、ヒロック４が発生しやすくプロセス評価に適している。

上記のような評価パターン１１を単位パターンとして、図３（ａ）に示すように、半導体基板１９の上に製品形成領域２０とは別に設けた一部の評価用領域２１に配置してもよいし、また、図３（ｂ）に示すように、基板１９全面に単位パターンを多数設けて評価用基板として用いてもよい。また基板としては半導体基板以外に、ガラス基板やセラミック基板などが用いられる。

次に、上記のような評価パターン１１を用いた評価方法は、図４に示すように、末端を直流電源２２および電流計２３に接続したプローブ針２４ａ，２４ｂをそれぞれ第１電極パッド１７、第２電極パッド１８に接触させて、環状 配線１３と孤立配線１４との間に所定の電圧を印加し、電流計２３の電流値を読み取ることで電気的導通／非導通を検知してヒロック４の発生を検出する。

すなわち、ヒロック４によるパターン間ショートが発生していなければ非導通となり、ヒロック４によるパターン間ショートが発生していれば導通する。

このようにすると、光学顕微鏡などで観察するよりも効率よくヒロック４の発生を検出できる。

尚、上記では、５行×５列の格子配列の例で説明したが、特にこれに限るわけではなく、適宜、変更してもよい。また孤立配線は正方形状としたが矩形形状でもよい。

また、コンタクトプラグ１５や導電配線１６の材料は特に限定するものではなく導電体であれば何でもよい。

本発明は、ヒロックの発生状況をより効率的に把握することができる評価パターン及びそれを備えた半導体基板、並びに評価方法に適用できる。

本発明の評価パターンの一例の斜視図 本発明の評価パターンの一例の各部の寸法を示す平面図 本発明の評価パターンを備えた半導体基板の平面図 本発明の評価パターンを用いた評価方法を説明する斜視図 従来の配線パターンの平面図 知見を説明する平面図

符号の説明

１ 従来の配線パターン
２ 太い配線
３ 細い配線
３ａ 他の配線
４ ヒロック
５ 近接配線
１１ 本発明の評価パターン
１２ 絶縁膜
１３ａ 環状配線
１３ｂ 格子配線
１３ 格子状パターン
１４ 孤立配線
１５ コンタクトプラグ
１６ 導電配線
１７ 第１電極パッド
１８ 第２電極パッド
１９ 半導体基板
２０ 製品形成領域
２１ 評価用領域
２２ 直流電源
２３ 電流計
２４ａ，２４ｂ プローブ針
Ａ 対向領域
Ｌ１ 環状配線１３ａと孤立配線１４との間の隙間寸法
Ｌ２ 環状配線１３ａと孤立配線１４との対向長
Ｗ１ 環状配線１３ａの配線幅
Ｗ２ 格子配線１３ｂの配線幅

Claims (13)

1. ヒロックの発生状況を評価する評価パターンであって、
   環状配線と、前記環状配線で取り囲まれる領域を複数の領域に区画する縦横に交差して配置され前記環状配線より細い配線幅の格子配線と、
   前記環状配線と前記格子配線の間または前記格子配線間に配置された孤立配線とを備えた評価パターン。
2. 前記孤立配線は、前記環状配線と所定の隙間寸法をあけて対向配置された請求項１に記載の評価パターン。
3. 前記孤立配線は、前記環状配線と対向するすべての前記格子配線間に配置された請求項１または２に記載の評価パターン。
4. 前記環状配線、前記格子配線および前記孤立配線は、絶縁膜の上層に形成され、前記孤立配線は、前記絶縁膜に設けられたビアを通して前記絶縁膜の下層に形成された導電配線に接続された請求項１から３のいずれかに記載の評価パターン。
5. 前記環状配線および前記孤立配線は、前記絶縁膜から露出した第１電極パッドおよび第２電極パッドに、それぞれ接続された請求項１から４のいずれかに記載の評価パターン。
6. 前記環状配線の配線幅は、１０μｍ以上である請求項１から５のいずれかに記載の評価パターン。
7. 前記格子配線の配線幅は、０．４〜１.０μｍの範囲である請求項１から６のいずれかに記載の評価パターン。
8. 前記環状配線と前記孤立配線との間の隙間寸法は、０．１〜０．５μｍの範囲である請求項１から７のいずれかに記載の評価パターン。
9. 前記環状配線は、正方形状である請求項１から８のいずれかに記載の評価パターン。
10. 前記格子配列を行数，列数を同数として、評価パターン全体を上下左右対称とした請求項１から９のいずれかに記載の評価パターン。
11. 前記環状配線、前記格子配線および前記孤立配線は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる請求項１から１０のいずれかに記載の評価パターン。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の評価パターンが、基板の一部領域、または基板全面に設けられた基板。
13. 請求項１から１１のいずれかに記載の評価パターンを用いた評価方法であって、前記環状配線と前記孤立配線との間に所定の電圧を印加し、電気的導通または非導通を検知してヒロックの発生を検出する評価方法。
    

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