JPH04223355A - 集積回路エレクトロマイグレーションモニター - Google Patents
集積回路エレクトロマイグレーションモニターInfo
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- JPH04223355A JPH04223355A JP3056354A JP5635491A JPH04223355A JP H04223355 A JPH04223355 A JP H04223355A JP 3056354 A JP3056354 A JP 3056354A JP 5635491 A JP5635491 A JP 5635491A JP H04223355 A JPH04223355 A JP H04223355A
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- G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
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- G01R31/2858—Measuring of material aspects, e.g. electro-migration [EM], hot carrier injection
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/14—Integrated circuits
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は改善された試験用構造及び集積回
路のエレクトロマイグレーション特性を決定する方法に
係る。
路のエレクトロマイグレーション特性を決定する方法に
係る。
【０００２】
【発明の背景】集積回路の高信頼性は、それらの生産及
び使用上、非常に重要な要因である。生産プロセスのす
べての工程において、高い信頼性を保障するために、試
みがなされる。実行可能なら、必要に応じて修正ができ
るよう、生産の中間段階で試験が行われる。このプロセ
スの重要性は、最近のＩＣ生産は非常に注意深く制御さ
れた雰囲気条件下での、数百もの工程を必要とすること
を認識した時、理解できる。最終的なＩＣウエハがその
回路の電気的試験を行えるようになるまで、与えられた
ウエハの全ての工程を完了させるには、典型的な場合数
週間又は数カ月もかかる。従って、多量の非常に価値の
ある製品が、いつでも加工されている。もしあるプロセ
ス工程において問題が発生すると、最悪の場合それが解
決される前に、数週間かかる可能性があり、それによっ
てプロセス中のウエハに著しい経済的損失が生じる。
び使用上、非常に重要な要因である。生産プロセスのす
べての工程において、高い信頼性を保障するために、試
みがなされる。実行可能なら、必要に応じて修正ができ
るよう、生産の中間段階で試験が行われる。このプロセ
スの重要性は、最近のＩＣ生産は非常に注意深く制御さ
れた雰囲気条件下での、数百もの工程を必要とすること
を認識した時、理解できる。最終的なＩＣウエハがその
回路の電気的試験を行えるようになるまで、与えられた
ウエハの全ての工程を完了させるには、典型的な場合数
週間又は数カ月もかかる。従って、多量の非常に価値の
ある製品が、いつでも加工されている。もしあるプロセ
ス工程において問題が発生すると、最悪の場合それが解
決される前に、数週間かかる可能性があり、それによっ
てプロセス中のウエハに著しい経済的損失が生じる。
【０００３】従来から関心のもたれた領域の１つは、集
積回路中の金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム
合金、又は耐熱金属）のエレクトロマイグレーション特
性である。現在のＩＣに必要な非常に小さな線幅のため
、ランナ及び接触を含むこれら導電体中の電流密度は、
非常に高く、通常のデバイス動作中、しばしば１×１０
５ Ａ／ｃｍ２ を越える。従って、もしランナのある
部分が他の不適切に薄い（又は狭い）と、電流密度はそ
れらの位置において意図した値より幾分高くなる。エレ
クトロマイグレーションの問題により生じる故障は、電
流密度が増すともに急速に増すため、そのようにランナ
が意図せず薄くなると、ＩＣの信頼性は許容できなくな
る。ランナを形成する金属中の不純物の存在又は析出物
、金属の粒界及び各種の形状制限効果のような他の要因
が、エレクトロマイグレーション特性に悪影響を及ぼす
ことがある。
積回路中の金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム
合金、又は耐熱金属）のエレクトロマイグレーション特
性である。現在のＩＣに必要な非常に小さな線幅のため
、ランナ及び接触を含むこれら導電体中の電流密度は、
非常に高く、通常のデバイス動作中、しばしば１×１０
５ Ａ／ｃｍ２ を越える。従って、もしランナのある
部分が他の不適切に薄い（又は狭い）と、電流密度はそ
れらの位置において意図した値より幾分高くなる。エレ
クトロマイグレーションの問題により生じる故障は、電
流密度が増すともに急速に増すため、そのようにランナ
が意図せず薄くなると、ＩＣの信頼性は許容できなくな
る。ランナを形成する金属中の不純物の存在又は析出物
、金属の粒界及び各種の形状制限効果のような他の要因
が、エレクトロマイグレーション特性に悪影響を及ぼす
ことがある。
【０００４】ライナのエレクトロマイグレーション特性
、従ってランナを決る従来の方法は、ＩＣウエハ上の試
験用構造を通して電流を流し、試験用構造が故障するま
でにかかる時間を決るものである。故障は例えば試験用
導電体が非導電性になったり、１つの試験用導電体がも
う１つの試験用導電体と短絡することにより起りうる。 国家標準局により採用されている伝統的な試験構造が、
図４に示されている。長く薄い試験用導電体４００はよ
り広い金属導電体４０１、４０２にその各端部で接続さ
れ、広い導電体は外部電力源から電流を供給するため、
ボンドパッド４０３、４０４に接続されている。試験用
導電体の長さＬは８００ミクロンで、より広い金属導電
体の幅（Ｗ３）は試験用導電体のそれ（Ｗ４）の２倍で
ある。電圧モニター点は導電体４０５、４０６により与
えられ、領域４０１、４０２の端部からＬｔ ＝２×Ｗ
３ 離れ、ボンドパッド４０７、４０８に接続されてい
る。 金属マイグレーションが試験用導電体に対し、横に起っ
てきるか否かを短絡回路試験により決るため、側部導電
体（図示されていない）を含むことも、当業者には知ら
れてい。
、従ってランナを決る従来の方法は、ＩＣウエハ上の試
験用構造を通して電流を流し、試験用構造が故障するま
でにかかる時間を決るものである。故障は例えば試験用
導電体が非導電性になったり、１つの試験用導電体がも
う１つの試験用導電体と短絡することにより起りうる。 国家標準局により採用されている伝統的な試験構造が、
図４に示されている。長く薄い試験用導電体４００はよ
り広い金属導電体４０１、４０２にその各端部で接続さ
れ、広い導電体は外部電力源から電流を供給するため、
ボンドパッド４０３、４０４に接続されている。試験用
導電体の長さＬは８００ミクロンで、より広い金属導電
体の幅（Ｗ３）は試験用導電体のそれ（Ｗ４）の２倍で
ある。電圧モニター点は導電体４０５、４０６により与
えられ、領域４０１、４０２の端部からＬｔ ＝２×Ｗ
３ 離れ、ボンドパッド４０７、４０８に接続されてい
る。 金属マイグレーションが試験用導電体に対し、横に起っ
てきるか否かを短絡回路試験により決るため、側部導電
体（図示されていない）を含むことも、当業者には知ら
れてい。
【０００５】長時間試験中の電流密度は、典型的な場合
約１ないし３×１０６ Ａ／ｃｍ２ である。加えて、
可能なだけ試験を加速するため、長時間試験ではウエハ
を約２００ないし３００℃に加熱する。しかし、これら
の条件下でも、伝統的な長時間試験は典型的な場合、１
週間かそれ以上の操作を必要とし、エレクトロマイグレ
ーション特が十分であることを実証しそこなう。
約１ないし３×１０６ Ａ／ｃｍ２ である。加えて、
可能なだけ試験を加速するため、長時間試験ではウエハ
を約２００ないし３００℃に加熱する。しかし、これら
の条件下でも、伝統的な長時間試験は典型的な場合、１
週間かそれ以上の操作を必要とし、エレクトロマイグレ
ーション特が十分であることを実証しそこなう。
【０００６】より最近のエレクトロマイグレーション試
験技術は“スウェット”（標準ウエハレベル・エレクト
ロマイグレーション加速試験）とよばれ、加速試験用に
最適化された試験構造を通す“長時間”試験用電流より
、はるかに大きな電流を使う。大きな電流により、試験
用導電体のみがジュール加熱され、ウエハ全体を加熱す
る必要はなくなる。スウェット試験に必要な時間は、ア
ルミニウムランナの場合、約１ないし２×１０７ Ａ／
ｃｍ２ の電流密度において、典型的な場合、約３０秒
だけである。従って、得られる情報は次のロットが与え
られたプロセス段階に到達する前に、プロセスパラメー
タが変えられるように十分にタクムリーという点で、実
時間でウエハロットをモニターするために使用できる可
能性をもつ。もし必要ならば、次のウエハの前に、適切
にプロセスを変え、各ウエハについて試験を行うことす
らできる。スウェット技術については、プロシーディン
グ・オブ・ザ・インターナショナル・リライアビリティ
・フィジックス・シンポジウム（Ｐｒｏｃｃｅｄｉｎｇ
ｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ） １００−１０７頁（
１９８５）中のビー・ジェイ・ルート（Ｂ． Ｊ． Ｒ
ｏｏｔ） らによる“生産モニター用ウエハレベルエレ
クトロマイグレーション試験”に述べられている。
験技術は“スウェット”（標準ウエハレベル・エレクト
ロマイグレーション加速試験）とよばれ、加速試験用に
最適化された試験構造を通す“長時間”試験用電流より
、はるかに大きな電流を使う。大きな電流により、試験
用導電体のみがジュール加熱され、ウエハ全体を加熱す
る必要はなくなる。スウェット試験に必要な時間は、ア
ルミニウムランナの場合、約１ないし２×１０７ Ａ／
ｃｍ２ の電流密度において、典型的な場合、約３０秒
だけである。従って、得られる情報は次のロットが与え
られたプロセス段階に到達する前に、プロセスパラメー
タが変えられるように十分にタクムリーという点で、実
時間でウエハロットをモニターするために使用できる可
能性をもつ。もし必要ならば、次のウエハの前に、適切
にプロセスを変え、各ウエハについて試験を行うことす
らできる。スウェット技術については、プロシーディン
グ・オブ・ザ・インターナショナル・リライアビリティ
・フィジックス・シンポジウム（Ｐｒｏｃｃｅｄｉｎｇ
ｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ） １００−１０７頁（
１９８５）中のビー・ジェイ・ルート（Ｂ． Ｊ． Ｒ
ｏｏｔ） らによる“生産モニター用ウエハレベルエレ
クトロマイグレーション試験”に述べられている。
【０００７】スウェットに用いられる試験用構造が、図
３に示されている。電流は相対的に広い端部導電体３０
３及び３１０を通し、ボンドパッド３０１、３２０から
流される。複数の相対的に広い内部領域３０４、・・・
・３０９が相対的に狭い領域３１１、・・・・３１６と
交互になっている。狭い領域の幅は、典型的な場合試験
用構造として同じウエハ上にある集積回路の金属ランナ
の最も狭い線幅と同じである。広い領域を狭い領域と交
互にすることにより、加速試験に必要と考えられる急峻
な熱歪応力ができる。しかし、スウェットは半導体産業
では広く用いられていない。これはスウェットにより得
られる結果と、より伝統的な長時間試験により得られる
結果の間に相関がないためと考えられる。従って、伝統
的な長時間試験をより正確にシミュレートし、実際のデ
バイス動作におけるエレクトロマイグレーション特性を
正確に予測できるより大きな信頼性を与える加速試験技
術の必要性がある。
３に示されている。電流は相対的に広い端部導電体３０
３及び３１０を通し、ボンドパッド３０１、３２０から
流される。複数の相対的に広い内部領域３０４、・・・
・３０９が相対的に狭い領域３１１、・・・・３１６と
交互になっている。狭い領域の幅は、典型的な場合試験
用構造として同じウエハ上にある集積回路の金属ランナ
の最も狭い線幅と同じである。広い領域を狭い領域と交
互にすることにより、加速試験に必要と考えられる急峻
な熱歪応力ができる。しかし、スウェットは半導体産業
では広く用いられていない。これはスウェットにより得
られる結果と、より伝統的な長時間試験により得られる
結果の間に相関がないためと考えられる。従って、伝統
的な長時間試験をより正確にシミュレートし、実際のデ
バイス動作におけるエレクトロマイグレーション特性を
正確に予測できるより大きな信頼性を与える加速試験技
術の必要性がある。
【０００８】
【発明の概要】集積回路導電体のエレクトロマイグレー
ション特性を決るための改善された技術を発明した。試
験用電流は少くとも５０ミクロンの長さの細長い試験用
導電体を含む試験用構造中に流す。試験用導電体にはそ
の両端に試験用導電体より少くとも５倍広い導電体が接
続され、試験用導電体の幅への傾きは、３０乃至６０度
の範囲の傾斜角である。一実施例において、試験構造中
に高い電流密度（少くとも５×１０６ Ａ／ｃｍ２ ）
が作られ、エレクトロマイグレーション効果を短時間で
決定でき、それにより結果は必要なら与えられたウエハ
又はウエハロットに対するプロセス条件を変えるために
使うことができる。トポグラフィ形状の効果を決るため
、２つの試験用構造を用いた高感度の差分試験を行って
もよい。
ション特性を決るための改善された技術を発明した。試
験用電流は少くとも５０ミクロンの長さの細長い試験用
導電体を含む試験用構造中に流す。試験用導電体にはそ
の両端に試験用導電体より少くとも５倍広い導電体が接
続され、試験用導電体の幅への傾きは、３０乃至６０度
の範囲の傾斜角である。一実施例において、試験構造中
に高い電流密度（少くとも５×１０６ Ａ／ｃｍ２ ）
が作られ、エレクトロマイグレーション効果を短時間で
決定でき、それにより結果は必要なら与えられたウエハ
又はウエハロットに対するプロセス条件を変えるために
使うことができる。トポグラフィ形状の効果を決るため
、２つの試験用構造を用いた高感度の差分試験を行って
もよい。
【０００９】
【実施例の説明】この詳細な記述は、エレクトロマイグ
レーション試験を短時間で実行する改善された方法に関
してである。得られる結果は集積回路生産ラインのプロ
セス条件を変えるために用いてもよい。本発明は標準的
なスウェット構造（図３）により得られる結果より、長
時間試験の結果とより密接に相関のある結果を生じる試
験用構造の使用を含む。
レーション試験を短時間で実行する改善された方法に関
してである。得られる結果は集積回路生産ラインのプロ
セス条件を変えるために用いてもよい。本発明は標準的
なスウェット構造（図３）により得られる結果より、長
時間試験の結果とより密接に相関のある結果を生じる試
験用構造の使用を含む。
【００１０】図１を参照すると、本技術とともに用いら
れる試験用構造の実施例が、修正回路ウエハ上に形成さ
れているように示されており、端部領域の詳細な図が、
図２に示されている。試験用構造は細長い試験用導電体
１０１を含み、それにはその両端でより広い端部導電体
１０２及び１０３が接続され、それはボンドパッド１０
４、１０５から試験用導電体中に電流を流す。ボンドパ
ッドは試験用プローブを電気的に接触でき、それは試験
用構造が形成されている集積回路ウエハの外部の電流源
から、電流を流す。本技術の一実施例に従う試験中、少
くとも５×１０６ Ａ／ｃｍ２ 、典型的な場合１×１
０７ Ａ／ｃｍ２ 以上の電流が試験用導電体１０１に
流され、故障の時間が決められる。故障はこれらの電流
密度では、夫々数分又は数秒で起る。“故障”は試験用
導電体１０１が開放（非導電体になる）になるか、隣接
した導電体と短絡した時に典型的に起ると考えられるが
、他の規定も可能である。例えば、導電体１０１の抵抗
が与えられた値（例えば、最初の抵抗値の２倍）を越え
た時、故障が起ったと言ってもよい。後者の定義は、金
属試験用導電体が開放になるか切断される前に電流を停
止させ、それによって金属片による集積回路の汚染が減
されるという利点をもつ。
れる試験用構造の実施例が、修正回路ウエハ上に形成さ
れているように示されており、端部領域の詳細な図が、
図２に示されている。試験用構造は細長い試験用導電体
１０１を含み、それにはその両端でより広い端部導電体
１０２及び１０３が接続され、それはボンドパッド１０
４、１０５から試験用導電体中に電流を流す。ボンドパ
ッドは試験用プローブを電気的に接触でき、それは試験
用構造が形成されている集積回路ウエハの外部の電流源
から、電流を流す。本技術の一実施例に従う試験中、少
くとも５×１０６ Ａ／ｃｍ２ 、典型的な場合１×１
０７ Ａ／ｃｍ２ 以上の電流が試験用導電体１０１に
流され、故障の時間が決められる。故障はこれらの電流
密度では、夫々数分又は数秒で起る。“故障”は試験用
導電体１０１が開放（非導電体になる）になるか、隣接
した導電体と短絡した時に典型的に起ると考えられるが
、他の規定も可能である。例えば、導電体１０１の抵抗
が与えられた値（例えば、最初の抵抗値の２倍）を越え
た時、故障が起ったと言ってもよい。後者の定義は、金
属試験用導電体が開放になるか切断される前に電流を停
止させ、それによって金属片による集積回路の汚染が減
されるという利点をもつ。
【００１１】試験用導電体に沿った電圧降下は、夫々導
電体１１１及び１１３を経て、広い方の端部導電体１０
２及び１０３に接続されたボンドパッド１１２及び１１
４から測定してもよい。試験用導電体１０１のいずれか
の側にも、必要に応じて設ける側部導電体１０６及び１
０７があり、それらは導電体１０８及び１１０を経て、
ボンドパッド１０９に接続されている。当業者には知ら
れているこれらの必要に応じて設ける側部導電体により
、試験用導電体からの金属のエレクトロマイグレーショ
ンによって生じうる側部導電体と試験用導電体間の短絡
の測定が可能になる。そのような短絡はもう１つの故障
機構と考えられ、ボンドパッド１０９及び１０４間又は
ボンドパッド１０９及び１０５間濃度抵抗を測定するこ
とにより、決めてもよい。必要に応じて設ける側部導電
体１０６及び１０７はまた、ＩＣの動作部分中に見出さ
れる最小間隔の隣接した線の模擬的な働きもし、試験用
導電体のパターン形成が規定に悪影響を及ぼす可能性も
ある。
電体１１１及び１１３を経て、広い方の端部導電体１０
２及び１０３に接続されたボンドパッド１１２及び１１
４から測定してもよい。試験用導電体１０１のいずれか
の側にも、必要に応じて設ける側部導電体１０６及び１
０７があり、それらは導電体１０８及び１１０を経て、
ボンドパッド１０９に接続されている。当業者には知ら
れているこれらの必要に応じて設ける側部導電体により
、試験用導電体からの金属のエレクトロマイグレーショ
ンによって生じうる側部導電体と試験用導電体間の短絡
の測定が可能になる。そのような短絡はもう１つの故障
機構と考えられ、ボンドパッド１０９及び１０４間又は
ボンドパッド１０９及び１０５間濃度抵抗を測定するこ
とにより、決めてもよい。必要に応じて設ける側部導電
体１０６及び１０７はまた、ＩＣの動作部分中に見出さ
れる最小間隔の隣接した線の模擬的な働きもし、試験用
導電体のパターン形成が規定に悪影響を及ぼす可能性も
ある。
【００１２】正しい試験結果を得るためには、試験用導
電体の長さＬは少くとも５０ミクロンあるべきであるこ
とを見出した。この比較的大きな長さにより、一様で比
較的ゆるやかな熱勾配ができる。それに対し、スウェッ
ト構造（図３）は不均一で、鋭いピークの熱勾配を生成
し、その場合バルク拡散が支配的なエレクトロマイグレ
ーション効果を発生させる可能性がある。当業者には驚
きであろうが、バルク的な拡散効果を減すゆるやかな熱
勾配は、長時間試験の結果とよく相関のとれる試験結果
を生む。本技術の大きな試験用導電体長により、“電子
風”がエレクトロマイグレーションを決る上で支配的な
効果となるという仮説をたてる。即ち、試験用電流によ
る負電荷の流れが、試験用導電体の金属原子を、それに
沿って引き寄せる傾向がある。しかし、本技術の改善さ
れた結果については、他の説明が可能である。試験用導
電体の幅Ｗ２ は、典型的な場合、集積回路の与えられ
たレベル上で用いられる金属ランナの最小設計幅に等し
い。商業的に実施する上では、これは１０ミクロンより
小さく、典型的な場合５ミクロンより小さい。
電体の長さＬは少くとも５０ミクロンあるべきであるこ
とを見出した。この比較的大きな長さにより、一様で比
較的ゆるやかな熱勾配ができる。それに対し、スウェッ
ト構造（図３）は不均一で、鋭いピークの熱勾配を生成
し、その場合バルク拡散が支配的なエレクトロマイグレ
ーション効果を発生させる可能性がある。当業者には驚
きであろうが、バルク的な拡散効果を減すゆるやかな熱
勾配は、長時間試験の結果とよく相関のとれる試験結果
を生む。本技術の大きな試験用導電体長により、“電子
風”がエレクトロマイグレーションを決る上で支配的な
効果となるという仮説をたてる。即ち、試験用電流によ
る負電荷の流れが、試験用導電体の金属原子を、それに
沿って引き寄せる傾向がある。しかし、本技術の改善さ
れた結果については、他の説明が可能である。試験用導
電体の幅Ｗ２ は、典型的な場合、集積回路の与えられ
たレベル上で用いられる金属ランナの最小設計幅に等し
い。商業的に実施する上では、これは１０ミクロンより
小さく、典型的な場合５ミクロンより小さい。
【００１３】必要に応じて、試験用導電体の下に、一般
に試験用導電体に対し横に走るトポグラフィ形状形状を
含めてもよい。当業者には違うように知られているこれ
らの形状（図３）は、典型的な場合試験用導電体より下
のレベルに形成され、それからは誘電体層により分離さ
れた導電体である。例えば、ランナ１１５・・・・１１
９はポリシリコン（又はシリサイド）ゲート導電体層又
は下の金属導電体レベルから形成されてもよい。試験用
導電体が上を通過しなければならない。極端な段差を生
成させるため、トポグラフィは積層させてもよい。これ
らのランナは堆積させた二酸化シリコン（又はドープト
ガラス）層により、試験用導電体から絶縁させてもよい
。トポグラフィ形状は図示されるように、典型的な場合
様々な間隔をもつ。それらは最悪の故障条件に対する情
報を与える。即ち、試験用導電体が与えられたトポグラ
フィ形状付近で故障した時、その位置はその形状上の金
属被膜の品質を決るため検査してもよい。典型的な場合
、金属が薄くなるか金属幅の変化が、与えられたトポグ
ラフィ形状に付随した段差被覆の問題又はリソグラフィ
の問題により、見出される可能性がある。（しかし、形
状付近の故障は、段差被覆の劣化からによってのみ起る
とは限らない。）
に試験用導電体に対し横に走るトポグラフィ形状形状を
含めてもよい。当業者には違うように知られているこれ
らの形状（図３）は、典型的な場合試験用導電体より下
のレベルに形成され、それからは誘電体層により分離さ
れた導電体である。例えば、ランナ１１５・・・・１１
９はポリシリコン（又はシリサイド）ゲート導電体層又
は下の金属導電体レベルから形成されてもよい。試験用
導電体が上を通過しなければならない。極端な段差を生
成させるため、トポグラフィは積層させてもよい。これ
らのランナは堆積させた二酸化シリコン（又はドープト
ガラス）層により、試験用導電体から絶縁させてもよい
。トポグラフィ形状は図示されるように、典型的な場合
様々な間隔をもつ。それらは最悪の故障条件に対する情
報を与える。即ち、試験用導電体が与えられたトポグラ
フィ形状付近で故障した時、その位置はその形状上の金
属被膜の品質を決るため検査してもよい。典型的な場合
、金属が薄くなるか金属幅の変化が、与えられたトポグ
ラフィ形状に付随した段差被覆の問題又はリソグラフィ
の問題により、見出される可能性がある。（しかし、形
状付近の故障は、段差被覆の劣化からによってのみ起る
とは限らない。）
【００１４】比較のため与えられた集積回路上に、２つ
の試験用構造を含めることがしばしば望ましい。即ち、
第１の試験用構造はその下に位置したトポグラフィ形状
をもつことができるが、第２の試験用構造は平坦な誘電
体表面上に配置される。すると、２つの試験用構造間の
差分測定により、下のトポグラフィ形状により影響を受
けたパラメータが、正確に決められる。そのようなパラ
メータには、抵抗、抵抗対温度、パワー対温度及び故障
までの時間が含まれる。トポグラフィ対理想的な平坦な
試験用構造の実際の回路中のランナの形状及び熱的効果
を決る直接の比較が可能である。例えば、差分測定の比
較的高い感度により、トポグラフィ上の導電体の抵抗の
増加を決ることが可能になる。このことは、抵抗比が特
定の値を越えた時、製品の寿命が縮ったと判断する場合
に、特に有用である。従って、抵抗比対導電体寿命の通
過／不合格の判定は、生産ラインのプロセス条件を制御
するために用いてもよい。試験用電流は順次流してもよ
く、或いは２つの試験構造に同時に流してもよい。差分
測定は順に或いは同時に、同様に行ってもよい。もし必
要ならば、電流は両方のブリッジ回路中に流してもよく
、その場合２つの構造は４つの腕のブリッジの腕である
。
の試験用構造を含めることがしばしば望ましい。即ち、
第１の試験用構造はその下に位置したトポグラフィ形状
をもつことができるが、第２の試験用構造は平坦な誘電
体表面上に配置される。すると、２つの試験用構造間の
差分測定により、下のトポグラフィ形状により影響を受
けたパラメータが、正確に決められる。そのようなパラ
メータには、抵抗、抵抗対温度、パワー対温度及び故障
までの時間が含まれる。トポグラフィ対理想的な平坦な
試験用構造の実際の回路中のランナの形状及び熱的効果
を決る直接の比較が可能である。例えば、差分測定の比
較的高い感度により、トポグラフィ上の導電体の抵抗の
増加を決ることが可能になる。このことは、抵抗比が特
定の値を越えた時、製品の寿命が縮ったと判断する場合
に、特に有用である。従って、抵抗比対導電体寿命の通
過／不合格の判定は、生産ラインのプロセス条件を制御
するために用いてもよい。試験用電流は順次流してもよ
く、或いは２つの試験構造に同時に流してもよい。差分
測定は順に或いは同時に、同様に行ってもよい。もし必
要ならば、電流は両方のブリッジ回路中に流してもよく
、その場合２つの構造は４つの腕のブリッジの腕である
。
【００１５】図２を参照すると、更に試験構造の詳細が
示されている。伝統的な長時間試験構造の結果と最も相
関があり便利な結果を得るためには、典型的な場合長さ
Ｌは約８００ミクロンである。より広い端部導電体の幅
Ｗ１ は試験用導電体の幅Ｗ２ の少くとも５倍、典型
的な場合約１０倍である。この寸法比により、端部領域
中で最小の電圧降下で、最小のエレクトロマイグレーシ
ョンが起る。加えて、各低温端と試験用導電体間の傾斜
領域で、制御された熱勾配ができ、それによって試験用
導電体中の熱歪は最小になる。傾斜角θは広い方の端部
領域から試験用導電体領域１０１に狭くなる傾斜領域の
側部で定義される。この角は３０乃至６０度の範囲で、
約４５度が望ましい。傾斜領域により、また電流の混合
効果を最小にしながら、電流が供給される。加えて、電
圧試験用導電体１１１が傾斜が始る点１１３において、
広い方の端部導電体に接続されていることに注意された
い。 これによって電圧試験用導電体が傾斜領域から離して配
置された従来技術に比べ、精度が改善される。
示されている。伝統的な長時間試験構造の結果と最も相
関があり便利な結果を得るためには、典型的な場合長さ
Ｌは約８００ミクロンである。より広い端部導電体の幅
Ｗ１ は試験用導電体の幅Ｗ２ の少くとも５倍、典型
的な場合約１０倍である。この寸法比により、端部領域
中で最小の電圧降下で、最小のエレクトロマイグレーシ
ョンが起る。加えて、各低温端と試験用導電体間の傾斜
領域で、制御された熱勾配ができ、それによって試験用
導電体中の熱歪は最小になる。傾斜角θは広い方の端部
領域から試験用導電体領域１０１に狭くなる傾斜領域の
側部で定義される。この角は３０乃至６０度の範囲で、
約４５度が望ましい。傾斜領域により、また電流の混合
効果を最小にしながら、電流が供給される。加えて、電
圧試験用導電体１１１が傾斜が始る点１１３において、
広い方の端部導電体に接続されていることに注意された
い。 これによって電圧試験用導電体が傾斜領域から離して配
置された従来技術に比べ、精度が改善される。
【００１６】本発明の試験で得られる情報は、上で述べ
たように、プロセス条件を調整するために用いてもよい
。影響を受ける可能性のある典型的なプロセスには、試
験用導電体をその上に形成する誘電体の堆積工程が含ま
れる。より一般的には、導電体形成プロセスそれ自身は
、故障と密接に関連していることがわかっており、従っ
て、調整する必要がある。導電体の厚さ、その線幅（例
えばリソグラフィ又はエッチングプロセスの一方又は両
方で決る）及びその組成はすべて調整してもよい。 たとえば、導電体がアルミニウムの時、それは少量のシ
リコン又は銅を含んでもよく、その量は増加又は減少さ
せる必要がある可能性がある。同様に、導電体堆積プロ
セスに用いられる気体成分（例えば窒素）の量は、変え
る必要がある可能性があり、汚染が発見され、その後除
去する必要があるかもしれない。例えばＴｉ 又はＴｉ
Ｗ上のアルミニウムのように、導電体が積層金属導電
体ならば、なお他の条件を変えてもよい。
たように、プロセス条件を調整するために用いてもよい
。影響を受ける可能性のある典型的なプロセスには、試
験用導電体をその上に形成する誘電体の堆積工程が含ま
れる。より一般的には、導電体形成プロセスそれ自身は
、故障と密接に関連していることがわかっており、従っ
て、調整する必要がある。導電体の厚さ、その線幅（例
えばリソグラフィ又はエッチングプロセスの一方又は両
方で決る）及びその組成はすべて調整してもよい。 たとえば、導電体がアルミニウムの時、それは少量のシ
リコン又は銅を含んでもよく、その量は増加又は減少さ
せる必要がある可能性がある。同様に、導電体堆積プロ
セスに用いられる気体成分（例えば窒素）の量は、変え
る必要がある可能性があり、汚染が発見され、その後除
去する必要があるかもしれない。例えばＴｉ 又はＴｉ
Ｗ上のアルミニウムのように、導電体が積層金属導電
体ならば、なお他の条件を変えてもよい。
【００１７】上で述べたプロセスの変化は、ウエハロッ
ト（典型的な場合約２５ないし５０ウエハ）に対して行
ってもよく、ロットの中の単一のウエハのみを試験して
もよい。或いは、各ウエハを試験してもよく、プロセス
の調整は短時間でできる試験の性質に従って行ってもよ
い。いずれの場合も、本発明の技術により得られる情報
は、生産プロセス全体及びその中のＩＣチップの生産プ
ロセスに対して有益であり得る。即ち、本発明は集積回
路の生産性及びＩＣの信頼性の両方を高める。従って、
経済的な利益が各集積回路生産に得られ、それ自身を試
験しないウエハからの場合ですら利益が得られる。
ト（典型的な場合約２５ないし５０ウエハ）に対して行
ってもよく、ロットの中の単一のウエハのみを試験して
もよい。或いは、各ウエハを試験してもよく、プロセス
の調整は短時間でできる試験の性質に従って行ってもよ
い。いずれの場合も、本発明の技術により得られる情報
は、生産プロセス全体及びその中のＩＣチップの生産プ
ロセスに対して有益であり得る。即ち、本発明は集積回
路の生産性及びＩＣの信頼性の両方を高める。従って、
経済的な利益が各集積回路生産に得られ、それ自身を試
験しないウエハからの場合ですら利益が得られる。
【００１８】本発明の試験構造について、高電流密度に
おける急速試験の場合の利益を例に述べたが、それは低
電流密度におけるより伝統的な長時間型試験に用いても
よい。その場合、広い方の金属端部領域を細長い試験用
導電体に接続する傾斜により、エレクトロマイグレーシ
ョンによる故障が減ることが含まれる。加えて、傾斜が
始る点における電圧降下の位置は、端部領域中の電圧降
下による測定誤差を減し、一方試験用導電体の加熱によ
り過度の熱的効果が避けられる。更に、本発明の試験用
構造は集積回路上の任意の金属レベルに形成してもよい
。その場合、異なるレベルの異なる最小線幅のために望
ましいように、試験用導電体の幅は、異なるレベルで違
ってもよい。それは相互接続即ち１つの金属レベルを別
のレベルに接続する接続窓の長い列、“ステッチパター
ン”と当業者が呼ぶものの試験をするために用いてもよ
い。そのような用途すべてがここに含まれる。
おける急速試験の場合の利益を例に述べたが、それは低
電流密度におけるより伝統的な長時間型試験に用いても
よい。その場合、広い方の金属端部領域を細長い試験用
導電体に接続する傾斜により、エレクトロマイグレーシ
ョンによる故障が減ることが含まれる。加えて、傾斜が
始る点における電圧降下の位置は、端部領域中の電圧降
下による測定誤差を減し、一方試験用導電体の加熱によ
り過度の熱的効果が避けられる。更に、本発明の試験用
構造は集積回路上の任意の金属レベルに形成してもよい
。その場合、異なるレベルの異なる最小線幅のために望
ましいように、試験用導電体の幅は、異なるレベルで違
ってもよい。それは相互接続即ち１つの金属レベルを別
のレベルに接続する接続窓の長い列、“ステッチパター
ン”と当業者が呼ぶものの試験をするために用いてもよ
い。そのような用途すべてがここに含まれる。
【図１】本発明の実施例を示す図である。
【図２】図１の構造の詳細を示す図である。
【図３】スウェット試験を実施するための従来技術の試
験構造を示す図である。
験構造を示す図である。
【図４】長時間試験を実施するための従来技術の試験構
造を示す図である。
造を示す図である。
１０１ 試験用導電体、導電体、試験用導電体領域１
０２、１０３ より広い端部導電体１０４、１０５
ボンドパッド １０６、１０７ 側部導電体 １０８ 導電体 １０９ ボンドパッド １１０ 導電体 １１１ 導電体、電圧試験用導電体 １１２ ボンドパッド １１３ 導電体、点 １１４ ボンドパッド １１５〜１１９ ランナ、トポグラフィ形状３０１、
３０２ ボンドパッド ３０３、３０４ 広い端部導電体、広い内部領域３０
５〜３０９ 広い内部領域 ３１０ 広い端部導電体 ３１１〜３１６ 狭い領域 ４００ 試験用導電体 ４０１、４０２ より広い金属導電体、領域４０３、
４０４ ボンドパッド ４０５、４０６ 導電体 ４０７、４０８ ボンドパッド
０２、１０３ より広い端部導電体１０４、１０５
ボンドパッド １０６、１０７ 側部導電体 １０８ 導電体 １０９ ボンドパッド １１０ 導電体 １１１ 導電体、電圧試験用導電体 １１２ ボンドパッド １１３ 導電体、点 １１４ ボンドパッド １１５〜１１９ ランナ、トポグラフィ形状３０１、
３０２ ボンドパッド ３０３、３０４ 広い端部導電体、広い内部領域３０
５〜３０９ 広い内部領域 ３１０ 広い端部導電体 ３１１〜３１６ 狭い領域 ４００ 試験用導電体 ４０１、４０２ より広い金属導電体、領域４０３、
４０４ ボンドパッド ４０５、４０６ 導電体 ４０７、４０８ ボンドパッド
Claims (27)
- 【請求項１】 試験用構造に電流を流し、故障が起る
時間を決ることを含む工程により、集積回路導電体のエ
レクトロマイグレーション特性を決る工程を含む集積回
路の作製方法において、前記電流の密度は５×１０６
Ａ／ｃｍ２ で、前記試験用構造は少くとも５０ミクロ
ンの長さの細長い試験用導電体を含み、前記細長い導電
体はその端部において、前記細長い試験用導電体の幅（
Ｗ２）の少くとも５倍の幅（Ｗ１）を有するより広い金
属導電体（１０２、１０３）が接続され、前記より広い
金属導電体は前記試験用導電体の幅まで傾斜して狭くな
り、傾斜角（θ）は３０ないし６０度の範囲であること
を特徴とする方法。 - 【請求項２】 より広い金属導電体（１０２、１０３
）の幅（Ｗ１）は前記細長い試験用導電体（１０１）の
幅（Ｗ２）の約１０倍である請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 傾斜角（θ）は約４５度である請求項
１記載の方法。 - 【請求項４】 前記電流の密度は少くとも１×１０７
Ａ／ｃｍ２ である請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記試験用導電体は約８００ミクロン
の長さである請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記試験用構造は更に、前記より広い
金属導電体が前記試験用導電体の幅まで傾斜して狭くな
る点（１１３）において、より広い金属導電体（１０２
、１０３）の夫々に接続された電圧タップ導電体（１１
１、１１３）を含む請求項１記載の方法。 - 【請求項７】 前記試験用構造は更に、前記試験用導
電体（１０１）の両側に配置され、ボンドパッド（１０
９）が接続された細長い前記導電体（１０６、１０７）
を含む請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記試験用構造は更に、前記試験用導
電体（１０１）の下に配置され、それに対して一般に横
方向を向いた細長いトポグラフィ形状（１１５−１１９
）を含み、前記細長いトポグラフィ形状は前記試験用導
電体から絶縁された導電性材料で形成される請求項１記
載の方法。 - 【請求項９】 集積回路導電体のエレクトロマイグレ
ーション特性の前記決定工程から導かれた情報に応答し
て、前記集積回路の作製で用いられるプロセス工程のパ
ラメータを調整する工程を更に含む請求項１記載の方法
。 - 【請求項１０】 前記プロセス工程は誘電体堆積プロ
セスである請求項９記載の方法。 - 【請求項１１】 前記パラメータは前記誘電体の厚さ
である請求項１０記載の方法。 - 【請求項１２】 前記プロセス工程は導電体形成プロ
セス工程である請求項９記載の方法。 - 【請求項１３】 前記導電体形成プロセス工程は、導
電体堆積工程である請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記導電体形成プロセス工程は、導
電体エッチング工程である請求項１２記載の方法。 - 【請求項１５】 前記パラメータは前記導電体の厚さ
である請求項１２記載の方法。 - 【請求項１６】 前記パラメータは前記導電体の幅で
ある請求項１２記載の方法。 - 【請求項１７】 前記パラメータは前記導電体の組成
である請求項１２記載の方法。 - 【請求項１８】 集積回路導電体のエレクトロマイグ
レーション特性を決定する工程を含む集積回路の作製方
法において第１及び第２の試験用構造に電流を流し、構
造に対する電流の効果を比較すること含み、前記第１の
試験用構造は前記試験用構造の下に配置され、それに対
し一般に横方向を向いた細長いトポグラフィ形状を含み
、前記第２の試験用構造は一般に平坦な表面上に配置さ
れることを特徴とし、更に、前記試験用構造の夫々は少
くとも５０ミクロンの長さの細長い試験用導電体（１０
１）を含み、前記細長い試験用導電体にはその端部にお
いて、前記細長い試験用導電体の幅（Ｗ２）の少くとも
５倍の幅（Ｗ１）を有するより広い金属導電体（１０２
、１０３）が接続され、前記より広い金属導電体は前記
試験用導電体の幅まで傾斜して狭くなり、傾斜角（θ）
は３０乃至６０度の範囲であることを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 前記電流は少くとも５×１０６ Ａ
／ｃｍ２の密度である請求項１８記載の方法。 - 【請求項２０】 前記細長いトポグラフィ形状は前記
試験用導電体から絶縁された導電性材料で形成される請
求項１８記載される方法。 - 【請求項２１】 前記比較工程は前記電流を流す間に
、前記第１の試験用構造の試験用導電体の抵抗を、前記
第２の試験用構造の試験用導電体の抵抗に比較すること
を含む請求項１８記載の方法。 - 【請求項２２】 前記比較工程は前記第１の試験用構
造の試験用導電体の故障時間を前記第２の試験用構造の
試験用導電体の故障時間と比較することを含む請求項１
８記載の方法。 - 【請求項２３】 エレクトロマイグレーション試験構
造を含む集積回路において、前記試験用構造は少くとも
５０ミクロンの長さで、１０ミクロン以下の幅（Ｗ２）
を有する細長い試験用導電体（１０１）を含み、前記細
長い試験用導電体はその端部で前記細長い試験用導電体
の幅の少くとも５倍の幅（Ｗ１）を有するより広い金属
導電体（１０２、１０３）が接続され、前記より広い金
属導電体体は前記試験用導電体の幅まで傾斜して狭くな
り、傾斜角（θ）は３０乃至乃至６０度の範囲で、前記
より広い金属導電体はボンドパッド（１０４、１０５）
に接続されることを特徴とする集積回路。 - 【請求項２４】 前記より広い金属導電体（１０２、
１０３）の幅（Ｗ１）は前記細長い試験用導電体（１０
１）の幅（Ｗ２）の約１０倍である請求項２３記載の集
積回路。 - 【請求項２５】 前記試験用構造はより広い金属導電
体が前記導電体の幅まで傾斜して狭くなる点（１１３）
において、前記より広い金属導電体（１０２、１０３）
の夫々と接続された電圧タップ導電体（１１１、１１３
）を更に含む請求項２３記載の集積回路。 - 【請求項２６】 前記試験用構造は更に、前記試験用
導電体（１０１）の両側に配置され、ボンドパッド（１
０９）が接続された細長い側部導電体（１０６、１０７
）を含む請求項２３記載の集積回路。 - 【請求項２７】 前記試験用構造は更に、前記試験用
導電体（１０１）の下に配置され、それに対し一般に横
方向を向いた細長いトポグラフィ形状（１１５−１１９
）を含み、前記細長いトポグラフィ形状は前記試験用導
電体から絶縁された導電性材料で形成される請求項２３
記載の集積回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US49746790A | 1990-03-21 | 1990-03-21 | |
| US497,467 | 1990-03-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223355A true JPH04223355A (ja) | 1992-08-13 |
Family
ID=23977004
Family Applications (1)
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