JP2612210B2 - 半導体集積回路配線の評価方法 - Google Patents
半導体集積回路配線の評価方法Info
- Publication number
- JP2612210B2 JP2612210B2 JP2053230A JP5323090A JP2612210B2 JP 2612210 B2 JP2612210 B2 JP 2612210B2 JP 2053230 A JP2053230 A JP 2053230A JP 5323090 A JP5323090 A JP 5323090A JP 2612210 B2 JP2612210 B2 JP 2612210B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- integrated circuit
- failure
- wiring
- semiconductor integrated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Tests Of Electronic Circuits (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体集積回路の配線の評価に関し、特にエ
レクトロマイグレーション寿命を短期間に正確に評価す
る方法に関するものである。
レクトロマイグレーション寿命を短期間に正確に評価す
る方法に関するものである。
（従来の技術） 集積回路技術の進歩により内部回路は微細化され、内
部配線も微細に形成されるようになった。配線材料とし
ては、配線による信号伝搬遅延を抑制するためアルミニ
ウムが使われている。アルミ配線では、大きな電流密度
の下で電流の単体である電子とアルミニウム原子との運
動量交換が起こりアルミニウム原子が移動してヒロック
やボイドが発生し、配線の短絡もしくは断線故障が発生
することが広く知られている。この故障現象は、エレク
トロマイグレーション（以下EMと記す）と呼ばれてい
る。
部配線も微細に形成されるようになった。配線材料とし
ては、配線による信号伝搬遅延を抑制するためアルミニ
ウムが使われている。アルミ配線では、大きな電流密度
の下で電流の単体である電子とアルミニウム原子との運
動量交換が起こりアルミニウム原子が移動してヒロック
やボイドが発生し、配線の短絡もしくは断線故障が発生
することが広く知られている。この故障現象は、エレク
トロマイグレーション（以下EMと記す）と呼ばれてい
る。
（発明が解決しようとする課題） 従来のEM故障を評価する方法では、高温の一定温度の
もとで１×105A/cm2以上の電流密度の大電流を流して評
価していた。評価時間を短縮するために、電流密度を大
きくするか温度を上げていた。
もとで１×105A/cm2以上の電流密度の大電流を流して評
価していた。評価時間を短縮するために、電流密度を大
きくするか温度を上げていた。
しかしこの加速試験方法では、大電流を流すことで発
生するジュール発熱の影響もあり、配線温度が極めて
（200℃以上にも達することも多い）高くなる。そのた
め、実使用温度（80℃以下）で起きる故障と異なるメカ
ニズムの故障が発生し、正確な評価ができない。
生するジュール発熱の影響もあり、配線温度が極めて
（200℃以上にも達することも多い）高くなる。そのた
め、実使用温度（80℃以下）で起きる故障と異なるメカ
ニズムの故障が発生し、正確な評価ができない。
例えば、ジュール発熱のため配線中に温度勾配がで
き、温度勾配に起因するサーマルマイグレーション故障
がEM故障と同時に進行するため、EM寿命が見掛け上短く
測定されてしまうことがある。またEMはアルミの結晶性
と密接な関連を持っており、アルミの結晶性の変化する
200℃以上の高温域では、実使用状態を模擬した正確な
評価はできない。
き、温度勾配に起因するサーマルマイグレーション故障
がEM故障と同時に進行するため、EM寿命が見掛け上短く
測定されてしまうことがある。またEMはアルミの結晶性
と密接な関連を持っており、アルミの結晶性の変化する
200℃以上の高温域では、実使用状態を模擬した正確な
評価はできない。
本発明は上記の欠点を改善するために提案されたもの
で、その目的は、EM故障を短時間で正確に測定すること
で、高信頼なアルミニウム配線を安定的に提供するため
の半導体集積回路配線の評価方法を提供することにあ
る。
で、その目的は、EM故障を短時間で正確に測定すること
で、高信頼なアルミニウム配線を安定的に提供するため
の半導体集積回路配線の評価方法を提供することにあ
る。
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は周囲温度を一定
期間一定に保ち１×105A/cm2以上の電流密度の電流を流
して半導体集積回路のアルミニウム配線層の信頼性を評
価する方法において、周囲温度を高温域と低温域の間で
周期的に交互に変化させることを特徴とする半導体集積
回路配線の評価方法を発明の要旨とするものである。
期間一定に保ち１×105A/cm2以上の電流密度の電流を流
して半導体集積回路のアルミニウム配線層の信頼性を評
価する方法において、周囲温度を高温域と低温域の間で
周期的に交互に変化させることを特徴とする半導体集積
回路配線の評価方法を発明の要旨とするものである。
換言すれば、本発明は、半導体集積回路のアルミニウ
ム配線層に１×105A/cm2以上の電流密度の電流を流しな
がら、配線温度を125℃以上の高温域と０℃以下の低温
域の間で交互に変化させる（以下温度サイクルと記す）
ことを特徴とするものである。
ム配線層に１×105A/cm2以上の電流密度の電流を流しな
がら、配線温度を125℃以上の高温域と０℃以下の低温
域の間で交互に変化させる（以下温度サイクルと記す）
ことを特徴とするものである。
ここに高温域として125℃以上、低温域として０℃以
下と定めたものは、通常この種の半導体集積回路は125
℃未満、０℃を越えた範囲で用いられているので、本発
明においては加速試験を行うため、高温域として125℃
以上、低温域として０℃以下を用いることにしたもので
ある。しかしてこの試験において温度サイクル試験を、
集積回路の故障発生（例えば配線の短絡，断線など）す
るまでの回数を調べ、この回数により集積回路の品質の
判定を行うものである。
下と定めたものは、通常この種の半導体集積回路は125
℃未満、０℃を越えた範囲で用いられているので、本発
明においては加速試験を行うため、高温域として125℃
以上、低温域として０℃以下を用いることにしたもので
ある。しかしてこの試験において温度サイクル試験を、
集積回路の故障発生（例えば配線の短絡，断線など）す
るまでの回数を調べ、この回数により集積回路の品質の
判定を行うものである。
（作用） 本発明においては、集積回路に通電しながら、周囲温
度に温度サイクルを加えることで、短期間に正確なEM寿
命が測定できるものである。
度に温度サイクルを加えることで、短期間に正確なEM寿
命が測定できるものである。
高温域では、EM故障の原因となるアルミ原子の抜けた
穴（以下空孔と記す）が高密度に生成され、この空孔は
電流担体である電子と運動量交換により高速で移動し、
将来断線する場所（以下ボイドと記す）に蓄積されてい
く。空孔密度，移動速度は温度が高いほど大きい。した
がって、高温域では、多量の空孔がボイド周辺に蓄積さ
れる。
穴（以下空孔と記す）が高密度に生成され、この空孔は
電流担体である電子と運動量交換により高速で移動し、
将来断線する場所（以下ボイドと記す）に蓄積されてい
く。空孔密度，移動速度は温度が高いほど大きい。した
がって、高温域では、多量の空孔がボイド周辺に蓄積さ
れる。
一方低温域では、空孔の生成量は小さく移動は抑えら
れるが、高温域で蓄積されたボイド周辺の高い空孔密度
は保持されている。さらに低温域では、配線の上下にあ
る絶縁膜から配線に大きな引張り応力が働く。これは、
アルミ膜と絶縁膜の熱膨張係数の違いに起因する熱応力
であり、アルミ層の形成温度と試験温度の差の２乗以上
に比例する。従って、試験温度が低いほど応力が大きく
なる。ボイド部には周囲よりも大きな引張り応力が働
き、ボイドの成長によって、応力緩和が生じる。すなわ
ち応力によって、EM故障と同じような断線故障モードが
進行し、それは低温試験により加速される。
れるが、高温域で蓄積されたボイド周辺の高い空孔密度
は保持されている。さらに低温域では、配線の上下にあ
る絶縁膜から配線に大きな引張り応力が働く。これは、
アルミ膜と絶縁膜の熱膨張係数の違いに起因する熱応力
であり、アルミ層の形成温度と試験温度の差の２乗以上
に比例する。従って、試験温度が低いほど応力が大きく
なる。ボイド部には周囲よりも大きな引張り応力が働
き、ボイドの成長によって、応力緩和が生じる。すなわ
ち応力によって、EM故障と同じような断線故障モードが
進行し、それは低温試験により加速される。
本発明による通電しながら温度サイクルを加える評価
方法を、故障メカニズムの視点から説明すると、高温域
で空孔発生量と移動速度を大きくしてボイド周辺の空孔
密度を一定以上に大きくし、低温域で応力により故障メ
カニズムを加速している。ボイド周辺の空孔はボイドの
成長に使われるため、低温域の応力速度の期間では空孔
密度は徐々に減ってくる。そこで、一定時間ごとに高温
域に戻して空孔をボイド周辺に送り込んで補給・蓄積す
れば、低温域での加速は継続されることになる。
方法を、故障メカニズムの視点から説明すると、高温域
で空孔発生量と移動速度を大きくしてボイド周辺の空孔
密度を一定以上に大きくし、低温域で応力により故障メ
カニズムを加速している。ボイド周辺の空孔はボイドの
成長に使われるため、低温域の応力速度の期間では空孔
密度は徐々に減ってくる。そこで、一定時間ごとに高温
域に戻して空孔をボイド周辺に送り込んで補給・蓄積す
れば、低温域での加速は継続されることになる。
この方法により、従来よりも評価時間が短くなること
を、以下に説明する。
を、以下に説明する。
仮に、配線温度を高温域に保ったままで電流を流して
故障するまでの時間を、t1とする。これは、従来の評価
方法による故障時間と等しい。また仮に、ボイド周辺の
空孔密度が高温域と同じ状態として、試験温度を低温域
に保ったままで電流を流して故障するまでの時間を、t2
とする。さらに、本発明による方法での故障時間を、ｔ
とする。
故障するまでの時間を、t1とする。これは、従来の評価
方法による故障時間と等しい。また仮に、ボイド周辺の
空孔密度が高温域と同じ状態として、試験温度を低温域
に保ったままで電流を流して故障するまでの時間を、t2
とする。さらに、本発明による方法での故障時間を、ｔ
とする。
高温域と低温域の温度サイクルの１サイクル中で、高
温域の時間割合をr1、低温域の時間割合をr2とする。
温域の時間割合をr1、低温域の時間割合をr2とする。
r1＋r2＝１ （１） 本発明による評価方法での故障の進行速度は、高温域
での故障の進行速度と低温域での故障の進行速度の和で
ある。故障の進行速度は、故障時間の逆数に比例するか
ら 1/t＝（1/t1）×r1＋（1/t2）×r2 （２） となる。この式を変形して 1/t＝（1/t1）＋｛（1/t2）−（1/t1）｝×r2 （３） を得る。配線幅が狭くなると熱応力が大きくなることが
知られており、その場合 t1＞t2 （４） となる。したがって ｔ＜t1 （５） が成立する。本発明による評価方法の方が、従来の評価
方法よりも短時間に故障が発生することが示せた。
での故障の進行速度と低温域での故障の進行速度の和で
ある。故障の進行速度は、故障時間の逆数に比例するか
ら 1/t＝（1/t1）×r1＋（1/t2）×r2 （２） となる。この式を変形して 1/t＝（1/t1）＋｛（1/t2）−（1/t1）｝×r2 （３） を得る。配線幅が狭くなると熱応力が大きくなることが
知られており、その場合 t1＞t2 （４） となる。したがって ｔ＜t1 （５） が成立する。本発明による評価方法の方が、従来の評価
方法よりも短時間に故障が発生することが示せた。
なお、1/t＝（1/t1）×r1＋（1/t2）×r2の式が成立
するのは、本発明の評価方法のように、周期的に繰返す
高温域での通電で空孔をボイド周辺に供給することで、
低温域でもボイド周辺に高い空孔密度が保持されている
場合だけである。
するのは、本発明の評価方法のように、周期的に繰返す
高温域での通電で空孔をボイド周辺に供給することで、
低温域でもボイド周辺に高い空孔密度が保持されている
場合だけである。
もし、高温域がなく低温域でのみ試験を実施したなら
ば、空孔の発生量は少なく空孔の移動速度も遅いため、
ボイド周辺の空孔密度は低いままである。この時大きな
応力が加わっても、ボイドの成長のもととなる空孔がな
いから、故障の進行速度は1/t2よりも格段に遅い。
ば、空孔の発生量は少なく空孔の移動速度も遅いため、
ボイド周辺の空孔密度は低いままである。この時大きな
応力が加わっても、ボイドの成長のもととなる空孔がな
いから、故障の進行速度は1/t2よりも格段に遅い。
（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例
は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲
で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまで
もない。
は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲
で、種々の変更あるいは改良を行い得ることは言うまで
もない。
第１図は本発明の評価方法に用いられる通電電流を示
すもので、横軸に時間、縦軸に電流の大きさを示してい
る。
すもので、横軸に時間、縦軸に電流の大きさを示してい
る。
第２図は温度T1,T2の変化を示すもので、高温域125℃
で約５分間、低温域０℃で約５分間とってある。
で約５分間、低温域０℃で約５分間とってある。
第３図は試験装置の構成を表し、図において、１は恒
温槽、２は測定系、３は電流源、４は制御装置、５は試
料、６は測定用の信号線、７は電流バイアス線、８は制
御線である。
温槽、２は測定系、３は電流源、４は制御装置、５は試
料、６は測定用の信号線、７は電流バイアス線、８は制
御線である。
これを動作するには、まず恒温槽を所定の高温に設定
し、次に試料に電流源から第１図に示す電流I0を流す。
試験開始後、制御装置にあらかじめ入力されたプログラ
ムに従い、恒温槽の温度をT1とT2の間を一定周期で変化
させ、試料が断線するまで続ける。試料が断線したこと
は、測定系の抵抗測定値より制御装置で判断する。
し、次に試料に電流源から第１図に示す電流I0を流す。
試験開始後、制御装置にあらかじめ入力されたプログラ
ムに従い、恒温槽の温度をT1とT2の間を一定周期で変化
させ、試料が断線するまで続ける。試料が断線したこと
は、測定系の抵抗測定値より制御装置で判断する。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、通電しながら
周囲温度に温度サイクルを加えることで、短期間に正確
なEM寿命が測定できる。
周囲温度に温度サイクルを加えることで、短期間に正確
なEM寿命が測定できる。
集積回路の高密度化に伴い配線の微細化が進むので、
過剰な信頼性マージンを排した正確な評価が必要とな
る。また、信頼性も含めた開発期間の短縮化も、従来に
増して重要になってきている。
過剰な信頼性マージンを排した正確な評価が必要とな
る。また、信頼性も含めた開発期間の短縮化も、従来に
増して重要になってきている。
このような状況の中で、本発明による短時間かつ正確
な評価方法は、極めて有効な方法である。
な評価方法は、極めて有効な方法である。
第１図は通電電流、第２図は温度Ｔの変化、第３図は試
験装置の構成を示す。 １……恒温槽 ２……測定系 ３……電流源 ４……制御装置 ５……試料 ６……測定用の信号線 ７……電流バイアス線 ８……制御線
験装置の構成を示す。 １……恒温槽 ２……測定系 ３……電流源 ４……制御装置 ５……試料 ６……測定用の信号線 ７……電流バイアス線 ８……制御線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｚ
Claims (1)
- 【請求項１】周囲温度を一定期間一定に保ち１×105A/c
m2以上の電流密度の電流を流して半導体集積回路のアル
ミニウム配線層の信頼性を評価する方法において、周囲
温度を高温域と低温域の間で周期的に交互に変化させる
ことを特徴とする半導体集積回路配線の評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053230A JP2612210B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体集積回路配線の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2053230A JP2612210B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体集積回路配線の評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03254126A JPH03254126A (ja) | 1991-11-13 |
| JP2612210B2 true JP2612210B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=12937021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2053230A Expired - Fee Related JP2612210B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 半導体集積回路配線の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2612210B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05235135A (ja) * | 1992-02-18 | 1993-09-10 | Nec Corp | 金属結晶粒の連続的移動の観察方法 |
| JP3655901B2 (ja) | 2002-08-19 | 2005-06-02 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| CN102053219B (zh) * | 2010-11-08 | 2015-02-25 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 金属电迁移测试设备及方法 |
| CN106653635B (zh) * | 2016-10-24 | 2019-06-28 | 上海华力微电子有限公司 | 自校准式恒温电迁移测试中的金属活化能评估方法 |
-
1990
- 1990-03-05 JP JP2053230A patent/JP2612210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03254126A (ja) | 1991-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6603321B2 (en) | Method and apparatus for accelerated determination of electromigration characteristics of semiconductor wiring | |
| JP2005249798A (ja) | 電子機械的アセンブリ、および電子装置を熱交換部材に熱結合する方法 | |
| JP2612210B2 (ja) | 半導体集積回路配線の評価方法 | |
| US5532600A (en) | Method of and apparatus for evaluating reliability of metal interconnect | |
| JPH03196206A (ja) | 熱処理方法および熱処理装置 | |
| Schafft et al. | Electromigration and the current density dependence | |
| US8959001B2 (en) | Test pattern generation for semiconductor integrated circuit | |
| JPH09246342A (ja) | エレクトロマイグレーション評価方法及び装置 | |
| JP3776257B2 (ja) | 金属配線のエレクトロマイグレーション評価方法及び評価装置 | |
| JPH04223355A (ja) | 集積回路エレクトロマイグレーションモニター | |
| JP3443127B2 (ja) | エレクトロマイグレーション評価方法 | |
| US1476762A (en) | Apparatus for measuring the flow of fluids | |
| JP2006170923A (ja) | 半導体装置評価装置、半導体装置の評価方法および半導体評価デバイスのシミュレータ | |
| JP2000088912A (ja) | ジャンクショントランジスタの熱特性測定方法 | |
| JP2930766B2 (ja) | メタル配線寿命の評価方法 | |
| Davis | Electromigration in aluminium thin films under pulsed-current conditions | |
| JPH04191684A (ja) | 半導体集積回路の信頼性評価方法 | |
| JPH0328779A (ja) | 半導体装置の信頼性試験方法 | |
| JPH0427138A (ja) | 半導体装置の試験方法 | |
| JPH1167861A (ja) | 集積回路における金属配線の評価方法及び評価装置 | |
| JP2003083871A (ja) | 電子部品の接合部の信頼性試験方法 | |
| JP2000035462A (ja) | 半導体試験装置 | |
| JPH0727831A (ja) | 配線特性評価法及びそれに用いる装置 | |
| JPS5932875A (ja) | 半導体熱抵抗測定装置 | |
| JPH07326647A (ja) | 配線特性の試験装置および試験方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |