JPH0288976A - 導体膜の膜質試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置における導体膜の膜質試験方法、
特にこの試験時間の大幅な短縮を図った導体膜の膜質試
験方法に関する。

（従来の技術） 一般に半導体装置は、トランジスタ等の能動素子間を電
気的に接続する導体配線を有し、特に低抵抗率の配線材
料としてアルミニウム或いはアルミニウムを主成分とす
るアルミニウム合金が使用されている。そして、このア
ルミニウム合金等の配線は、一般に蒸着法やスパッタリ
ング法等により、基板上にアルミニウム合金等からなる
導体膜が堆積され、しかる後に所望のパターンに加工さ
れることにより形成されている。

このアルミニウム合金等の配線の信頼性に関わる現象と
して、熱や電流等によるアルミニウム原子等の移動（マ
イグレーション）があり、特に電流によるものは、エレ
クトロマイグレーションと呼ばれ、半導体装置の動作中
に配線の断線による不良を引き起こす原因となる。この
エレクトロマイグレーションによる配線の寿命は、一般
にアルミニウム合金等の導体膜の膜質に依存し、この導
体膜の膜質は、一般にこれを堆積させる装置や条件に依
存するが、特に堆積時の装置内の汚染等によって悪化す
るため、この膜質を適当な頻度で試験して良い状態に管
理することが重要となる。

従来のこの種の導体膜の膜質の試験方法としては、簡便
に測定できるものとして、導体膜の抵抗率、導体膜表面
の鏡面反射率または導体膜の硬度を測定し、これらのａ
定値に基づき間接的に測定するするものが知られている
。

しかしながら、これら方法では、その測定値のいずれも
がエレクトロマイグレーションによる配線の寿命と一定
の相関関係があるものの、例えば下記の直接測定する方
法に比べて１０倍以上も悪く、十分な感度を有していな
い。

感度の良い方法は、直接にエレクトロマイグレーション
による配線の寿命を測定する方法である。

この実際のマイグレーションによる寿命の測定方法とし
ては、例えば第６図に示すように、シリコン等の絶縁体
の基板１の表面に一対の電極部２゜２（第２図参照）と
、この画電極２．２を結ぶ配線部３とを備えた、例えば
アルミニウム合金の導体膜からなる配線パターン４を作
り、この電極部２．２間に電流を流して配線部３が断線
するまでの時間を測定する方法がある。また、電極部を
作ることなく、配線部のみからなる配線パターンを作っ
て、この配線部の両端から電流を流すようにすることも
行われている。更に、第７図に示すように、実際の半導
体装置の構造と同じように、配線部３の表面を保護膜５
で覆い、この配線部３の両端の露出部からここに電流を
流すようにすることも一般に行われていた。

なお、ここに高温状態で大電流を流すことによりマイグ
レーションは加速されるため、試験条件によっては、実
使用時間で１０年以上の寿命を持つものであっても、分
単位でこの試験が可能である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来例のように、導体膜の膜質を試
験するためにのみ配線パターン４を作ることは、例え配
線部３のみからなる最も簡単な構造のものでも、この試
料を作るための目的で別の試料片を用意し、この試料片
の表面にスパッタリング法等によりアルミニウム等の導
体膜を堆積した後に、レジストの塗布、配線パターンの
露光と現像、エツチングによる加工及びレジストの、剥
離、更には結晶安定のための熱処理といっ゛た工程が必
要となり、導体膜の堆積から試験結果を出すまでにかな
りの時間、例えば８時間程度の作業時間が必要となって
しまう。

このため、この試験結果によっては、導体膜の膜質の不
良により、半導体装置として不良品となってしまう可能
性があるため、長時間この生産を停止せざる得ない場合
があるばかりでなく、試験時点の膜質の状態と現在の生
産状況における膜質の状態で微妙に変化してしまうとい
った問題点があった。

本発明は上記に鑑み、半導体装置の導体配線の配線形状
としての特性試験を、導体膜の堆積後直ちに行えるよう
にしたものを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係る導体膜の試験方
法は、側面の全周囲にアンダーカット部を設けた横断面
略Ｔ字状の試験用台を基板の表面に立設し、この基板の
表面に所定膜厚の導体膜を堆積して、基板の表面に堆積
した導体膜と電気的に分離した導体膜か°らなる配線パ
ターンを上記試験用台の上面に形成し、この配線パター
ンに電流を印加することによって基板の表面に堆積した
導体膜の膜質を試験するようにしたものである。

（作　用） 上記のように構成した本発明によれば、予め試験用台を
形成した基板の表面に、スパッタリング等の手段により
導体膜を堆積すれば、試験用台の上面にはこの時に堆積
した導体膜によって、基板の上面に堆積した導体膜と電
気的に分離された配線パターンが形成され、この配線パ
ターンに電流を流すことによって基板の表面に堆積した
導体膜の、例えばエレクトロマイグレーションによる配
線の寿命といった膜質の試験を直ちに行うことができる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図乃至第３図は実施例１を示すもので、第１図及び
第２図に示すように、シリコン等の絶縁体の基板１の表
面には、一対の電極部２，２とこの画電極部２，２を接
続する配線部３とから構成された、例えばアルミニウム
合金の導体膜からなる配線パターン４が形成されている
。

この配線部３の形状は、直線、曲線、屈曲、折り返し、
幅の変化及び長さ等、試験の目的に応じて任意である。

また、電極部２は、例えば−辺の長さが１００μｍの正
方形状で、外部機器と電気的に連結するために、探針と
の接触やワイヤボンディングを行うためのものである。

この配線部３の断面形状を第１図に示す。

基板１の表面には、シリコン酸化膜からなる脚部６と、
シリコン窒化膜からなる傘部７とから構成された横断面
Ｔ字状の試験用台８が立設され、これによりこの試験用
台８の側面には、その全周囲に亙って傘部７の下面と脚
部６との間にアンダーカット部９が形成されている。

そして、この基板１の表面及び試験用台８の上面には、
アルミニウム合金膜等からなる導体膜が、例えばスパッ
タリング法により堆積されて、試験用台８の上面に堆積
された導体膜１０ａと基板１上に堆積された導体膜１０
ｂが、上記アンダーカット部９により電気的に分離され
、これにより試験用台８の上面に堆積された導体膜１０
ａによって、基板１上に堆積された導体膜１０ｂから電
気的に分離された配線パターン４が形成されている。

なお、この場合、シリコン酸化膜からなる脚部６の高さ
Ｈｌを０．８μｍ１シリコン窒化膜からなる傘部７の高
さｈｌを０．２μｍ１配線部３の幅Ｗ１を２μｍ１アン
ダ一カツト部９の長さＬｌを０．５μｍとして試験用台
８をバターニングし、この上に０．８μｍの厚さｔの導
体膜としてのアルミニウム膜をスパッタリング法により
堆積した時に、配線パターン４　（１０ａ）が基板１上
の導体膜１０ｂから電気的に独立していることが確認さ
れている。

上記試験用台８の形成工程の一例を第３図に示す。

先ず、基板１の上面にシリコン酸化膜６ａ及びシリコン
窒化膜７ａを順次堆積しく同図（ａ））、この上面に通
常のりソゲラフイエ程によって、レジスト１１による配
線パターンを形成する（同図（ｂ））。しかる後に、異
方性エツチング（ＲＩＥ法）によって、シリコン酸化膜
６ａ及びシリコン窒化膜７ａをレジスト１１の配線形状
に加工して（同図（Ｃ））　、レジスト１１を剥離する
（同図（ｄ））。そして、等方性エツチングによって、
シリコン酸化膜６ａの幅のみを縮小させることによって
アンダーカット部９を形成し、上記試験用台８を得るす
るのである（同図（ｅ））。

ここに、上記傘部７の材料は、シリコン窒化物でなくて
も絶縁体であれば良く、また脚部６の材料はシリコン酸
化物でなくても、傘部７の材料に対して選択的に等方性
エツチングができる材料であれば良い。更に、脚部６の
エツチングは異方性エツチングを含んでも含まなくても
良い。

そして、配線パターン４の電極部２．２から配線部３に
電流を流すことにより、この試験用台８の上面に堆積さ
れた導体膜１０ａの膜質、ひいては基板１の上面に堆積
した導体膜１０ｂの膜質を試験するのである。

第４図は実施例２の断面形状を示すもので、シリコン基
板１で脚部６′を形成するとともに、この脚部６′の上
面にシリコン酸化膜よりなる傘部７′を形成して試験用
台８′を構成したものである。

即ち、例えば第５図に示すように、シリコン基板１の上
面にシリコン酸化膜７’　ａを堆積しく同図（ａ））　
、通常のりソゲラフイエ程によってレジスト１１による
配線パターンを形成する（同図（ｂ））。次に、シリコ
ン酸化膜７’　　ａをエツチングして配線パターンの形
状としく同図（Ｃ））、レジスト１１を剥離して基板１
のシリコンに対して異方性エツチングを行う（同図（ｄ
））。しかる後に、基板１を選択的に等方性エツチング
することにより、アンダーカット部９を形成して上記試
験用台８′を得る（同図（ｅ））のである、。

そして、この基板１の上面及び試験用台８′の上面に、
例えばスパッタリング法等によりアルミニウム合金等の
導体膜を堆積することにより、試験用台８′の上面に堆
積された導体膜１０ａと基板１上に堆積された導体膜１
０ｂとを、上記アンダーカット部９により電気的に分離
させ、これにより試験用台８′の上面に堆積された導体
膜１０ａによって、基板１上に堆積された導２体膜１０
ｂから電気的に分離された配線パターン４を形成するの
である。

この実施例２の場合、シリコン酸化膜からなる傘部７′
の高さｈ２を０，２μｍ１配線部３の幅Ｗ　を２μｍｓ
Ｍ板１のエツチング深さＤ２を０．８μｍ、アンダーカ
ット部９の長さＬ２を０．５μｍとして試験用台８′を
パターニングし、その上に０．８μｍの厚さｔの導体膜
としてのアルミニウム膜をスパッタリング法により堆積
した時に、配線パターン４（１０ａ）が基板１上の導体
膜１０ｂから電気的に独立していることが確認されてい
る。

また、この実施例２の場合、熱伝導が良く、電流を多量
に流すようにすることができる。

上記実施例１及び実施例２により作成した配線パターン
と従来法に°より作成した配線パターンによるエレクト
ロマイグレーションの寿命試験を行った時の結果を次頁
に示す。

なお、導電膜としてアルミニウム合金膜を使用するとと
もに、この堆積をスパッタリング法により行った。また
、この時、スパッタリング終了時から試験開始までに要
する時間は、従来法では、レジスト塗布、パターンの露
光と現像、エツチングによる加工、レジストの塗布及び
結晶安定化のための熱処理まで約８時間であった。一方
、実施例１及び２においては、結晶安定化のための熱処
理を行うのみで、従来法と電気的に同一の配線構造で、
かつ同等の結晶性を有する試料が得られ、所要時間は１
時間以内であった。

エレクトロマイグレーション寿命試験結果堆積条件　Ａ
ニスバッタガスとして高純度アルゴンガスを使用Ｂニス
バッタガスとして低純度アルゴンガスを使用この試験に
おいて、スパッタリングによる堆積条件をして、通常用
いられる高純度のアルゴンガスを使用したものと、膜質
を低下させるために低純度のアルゴンガスを使用したも
のについて評価した。電流の印加方法としては、基板上
に探針を当てつつ行っており、同一基板上の複数の配線
パターンを一組の探針を操作して順次試験している。

通電時には、配線から自己発熱によって加熱され、電流
密度に応じて配線温度が決まるので、ここでは、配線温
度を３００℃と規定して、電流を制御する方式とした。

その結果、上表に示すように、実施例によって電流密度
が異なって゛いるが、これは構造の違いによる放熱効率
の差に起因するもので、放熱経路にシリコン窒化膜のあ
る実施例１よりも、熱伝導率の高いシリコンがある実施
例２の方が、大きな電流を流すことができ、従来例と実
施例２とでは、はぼ近い値となっている。

エレクトロマイグレーションの寿命の結果は、はぼ電流
密度に応じた傾向を示し、通電試験の所要時間のみで比
べれば従来例が最も早く、実施例１が最も遅いが、前述
のように、アルミニウムスパッタリングからの試料作成
時間の差に比べれば全く問題がない。また、アルミニウ
ム等の導電膜の膜質の変化に対しては、いずれも寿命低
下することで検知している。

以上の結果より、本実施例１及び２によれば、いずれの
場合も従来の試験方法よりも非常に短い作業時間で、従
来とほぼ同じ精度の試験結果が得られることが解る。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、アルミニウムま
たはアルミニウム合金等の導体膜のスパッタリング等に
よる堆積後、例えばエレクトロマイグレーションによる
配線の寿命等の膜質の試験試験を直ちに行うことができ
る。

従って、導体膜の膜質の評価結果を得るまでの時間を大
幅に短縮して、稼動率の向上を図ることができるばかり
でなく、試験時点の膜質の状態と現在の生産状況におけ
る膜質の状態をほぼ同じとして導体膜の管理に役立たせ
ることができるといった効果がある。

ンの断面図（第２図のＡ−Ａ線拡大断面図）、第２図は
平面図、第３図は試験用台の作成を工程順に示す断面図
、第４図は実施例２における第１図相当図、第５図は同
じく第３図相当図、第６図及び第７図は夫々光なる従来
例を示す第１図相当図である。

１・・・基板、２・・・電極部、３・・・配線部、４・
・・配線パターン、５・・・保護膜、８，８′・・・試
験用台、９・・・アンダーカット部、１０ａ、１０ｂ・
・・導体膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 側面の全周囲にアンダーカット部を設けた横断面略Ｔ字
   状の試験用台を基板の表面に立設し、この基板の表面に
   所定膜厚の導体膜を堆積して、基板の表面に堆積した導
   体膜と電気的に分離した導体膜からなる配線パターンを
   上記試験用台の上面に形成し、この配線パターンに電流
   を印加することによって基板の表面に堆積した導体膜の
   膜質を試験する導体膜の膜質試験方法。