JPH04298058A - 集積回路を製造するための方法 - 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】

【０００１】

【技術分野】本発明は、集積回路を製造するための方法
、より詳細には、集積回路内に含まれる金属膜の信頼性
テストを含む方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】電子移動（電子マイグレーション）は、
導体内の大きな電子流密度に帰着する、金属導体に沿っ
てのイオンの大量輸送であり、これは、一般的には、望
ましくない現象である。集積回路（ＩＣ）内の金属化ラ
インに対する電子移動損傷の典型的なメカニズムは、２
つのステージから成るプロセスであると信じられている
。第一のステージにおいて、導体原子の大量輸送の結果
として導体が幾つかの領域において薄くなり（例えば、
空虚が形成され）、他の領域において導体が厚くなる（
例えば、丘が形成される）。第二のステージにおいて、
空虚が電流の流れを妨害するのに十分な程に成長し、回
路が切れる原因となり、あるいは丘が隣接する金属化ラ
インに向かって成長し、回路が短絡する原因となる。こ
れらの結果、いずれのケースでも、ＩＣの損傷を引き起
こす。ＩＣの故障を引き起こすような電子移動損傷は、
通常は、金属化ライン内の電流密度を所定の値に制限す
る設計基準に従うことによって回避される。ただし、こ
のような設計基準は、少なくとも幾つかのケースにおい
ては、ＶＬＳＩ回路設計の要件と矛盾する。つまり、Ｖ
ＬＳＩ回路は、非常に小さな金属化断面を持つために、
ＶＬＳＩ回路の動作に典型的な比較的小さな電流の場合
でさえも、電子移動損傷に導くような大きな電流密度が
発生する。このために、電子移動は、ＩＣ、特にＶＬＳ
Ｉ回路の信頼性の評価における重大な関心事である。

【０００３】従来は、ＩＣ内の金属化ラインの信頼性は
、例えば、損傷までの中間時間（Ｍｅｄｉａｎ　Ｔｉｍ
ｅ　ｔｏ　Ｆａｉｌｕｒｅ、ＭＴＦ）テストによって評
価された。つまり、多数の同一方法にて準備された薄膜
金属化ラインが高い温度及び電流密度にて損傷するよう
に強いられた。サンプル内のラインの半分が損傷するま
での時間は、電子移動による損傷に対する類似するライ
ンの傾向の信頼できる指標となる。ただし、ＭＴＦテス
トは、数日、あるいは数週間のテスト期間を必要とする
。このテスト期間中も、通常、ＩＣの加工及びパッケー
ジングは進められる。このため、テストによって特定の
製造ラインに問題が発見された場合、そのライン内で既
に製造された在庫が失われることとなる。

【０００４】サンプルを比較的高いストレス下に置くＴ
ＲＡＣＥ（電子移動を特性化するための温度勾配抵抗分
析（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｒａｍｐ　Ｒｅｓｉｓｔ
ａｎｃｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏ　Ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｚｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ　）など
の加速テストも使用できるが、このようなテストでは、
ＩＣ金属化のために使用されるような薄い金属膜の長期
的な損傷特性をあまり良く知ることができない。

【０００５】これとは対象的に、少なくとも幾つかのケ
ースにおいては、電子移動と関連しての信頼性をノイズ
測定に基づくテストによって比較的迅速に非破壊的に評
価することができる。つまり、薄い金属膜内のノイズの
レベル及び特性とその膜の信頼性との間に強い相関が存
在することが知られている。これに関しては、例えば、
Ｊ．Ｌ．ボセン（Ｖｏｓｓｅｎ）、アプライド・フィジ
クス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ　）、Ｖｏｌ．２３、（１９７３）、ペー
ジ２８７−２８９、及びＤ．Ｍ．フルートウッド（Ｆｌ
ｅｅｔｗｏｏｄ　）及びＮ．ギオーダノ（Ｇｉｏｒｄａ
ｎｏ）、フィジカル・レビューＢ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　
Ｒｅｖｉｅｗ　Ｂ　）、Ｖｏｌ．３１、（１９８５）、
ページ１１５７−１１５９を参照すること。より具体的
には、高電流密度下に置かれた薄いアルミニウム膜内の
電子移動及びストレス空虚の発生と、１／ｆ２　の依存
を持つノイズ・パワー・スペクトル密度（通常、”ノイ
ズ・パワー・スペクトルと呼ばれる）との相関関係が示
される。ここで、ｆは周波数を表わす。有限の抵抗を持
つ金属膜を通じての電流と関連するノイズ電圧が測定さ
れ、Ｓ１／ｆ２が１／ｆ２　に起因するノイズ・スペク
トルの成分を表わすものと想定される。すると、Ｓ１／
ｆ２は、温度に式ｅｘｐ（−Ｅ２／ＫＴ）　の項を通じ
て依存することが示される。ここで、Ｅ２　は活性化エ
ネルギー、ｋはボルツマン定数、そしてＴは温度を表わ
す。同様に、ＭＴＦテスト内のサンプルの半分が損傷す
るまでの時間は、典型的には、ブラックの式として知ら
れている式によって記述される。これは、温度に、式ｅ
ｘｐ（−Ｅａ／ＫＴ）の項を通じて依存する。ここで、
Ｅａ　も活性化エネルギーを表わす。重要なことにノイ
ズ・パワー・スペクトル及びＭＴＦのそれぞれの活性化
エネルギーが純粋のアルミニウム膜に対して概ね同一で
あることである。この相関、及びＩＣ内の金属化ライン
の安定性を決定するためにノイズ測定が潜在的に有効で
あると言う事実が、例えば、Ｊ．Ｇ．コトル（Ｃｏｔｔ
ｌｅ）、Ｔ．Ｍ．チェン（Ｃｈｅｎ）、及びＫ．Ｐ．ロ
デル（Ｒｏｄｅｌｌ）によって、ＩＥＥＥ国際信頼性物
理シンポジュウム（ＩＥＥＥ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌ　Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｓｙ
ｍｐｏｓｉｕｍ）、（１９８８）、ページ２０３−２０
８において議論されている。ノイズ測定の潜在的な有効
性についての議論はさらに、Ａ．ペクザルスキー（Ｐｅ
ｃｚａｌｓｋｉ　）：ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓ
ｏｃｉｅｔｙ　Ｔｅｓｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ
ｍｍｉｔｔｅｅ　Ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ　ｆｏｒ　Ｔｅ
ｓｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｇ、（１９８３）、ページ３７−
４０、並びにＡ．ディリジェンティ（Ｄｉｌｉｇｅｎｔ
ｉ　）、Ｐ．Ｅ．バグノリ（Ｂａｇｎｏｌｉ　）、Ｂ．
ネリ（Ｎｅｒｉ）、Ｓ．ビー（Ｂｅａ　）、及びＬ．マ
ンテラシイ（Ｍａｎｔｅｌｌａｓｓｉ　）：ソリッド・
ステート・エレクトロニクス（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ
　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　）、Ｖｏｌ．３２、Ｎｏ．
１、（１９８９）、ページ１１−１６においても見られ
る。

【０００６】ただし、薄い金属膜内の電子移動を評価す
る目的での従来のノイズ測定技法の使用は、一般に、コ
ンタクト・ノイズ及び機械的振動に起因する測定エラー
を回避するために、低ノイズ・ボンド結合を使用するパ
ッケージ化されたＩＣ及びテスト構造に制限される。こ
れらテスト技法は、薄い金属膜内の電子移動の性質に関
しての有効な情報を提供する。ただし、これら技法は、
少なくとも一つのＩＣの製造が完結した後の、つまり、
ＩＣがパッケージ化された後の導体の信頼性についての
みテストするために、これらは集積回路製造環境内での
重要な助けとはならない。

【０００７】これとは対象的に、電気プローブをウエー
ハに直接に当てることによって製造環境内において遂行
される測定は、典型的には、コンタクト・ノイズ及び機
械的振動を含むバックグランド・ノイズに起因するエラ
ーを起こし易い。潜在的なバックグランド・ノイズのあ
る程度の低減が測定されるべき膜をホイートストーン・
ブリッジを構成する抵抗の一つとして組込むことによっ
て達成される。このような構成を使用する抵抗の測定は
、ソース電圧の変動に対して強いが、ただし、バックグ
ランド・ノイズに対するその他の寄与が低減しきれない
。直流ホイートストーン・ブリッジ法については、例え
ば、Ｂ．ネリ（Ｎｅｒｉ）らによって、ＩＥＥＥトラン
ザクション・オン・エレクトロン・デバイス（ＩＥＥＥ
　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ　ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄ
ｅｖｉｃｅｓ）、ＥＤ−３４、（１９８７）、ページ２
３１７−２３２１に掲載の論文『アルミニウム薄膜相互
接続内の電子移動及び低周波数抵抗変動（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｌｏｗ−Ｆｒｅｑｕｅ
ｎｃｙ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏ
ｎｓ　ｉｎ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ　
Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ　）』において説明
されている。ネリ（Ｎｅｒｉ）は、バックグランド・ノ
イズを排除するための追加の技法の使用について報告し
、これらには、測定システムを耐震ベンチ上に位置し、
これらを遮蔽された部屋内に包囲することが含まれが、
このような測定は、製造環境内で実現することは困難で
ある。

【０００８】特に有効なホイートストーン・ブリッジ法
がＪ．Ｈ．スコフィールド（Ｓｃｏｆｉｅｌｄ）によっ
て、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．、Ｖｏｌ．５８
、（１９８７）、ページ９８５−９９３に掲載の論文『
低周波数抵抗変動スペクトルを測定するためのＡＣ法（
ＡＣ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｌ
ｏｗ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＦｌ
ｕｃｔｕａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒａ）』において説明
されている。スコフィールド法は、サンプルにコンタク
トするために一つの中心にタップを持つ４ポイント・プ
ローブを使用する。つまり、サンプル抵抗がこのプロー
ブの中央タップによって二つの等しい部分に分割される
。こうして、このサンプルは、ホイートストーン・ブリ
ッジの一つではなく二つのアームを含む。従来のブリッ
ジの場合と同様に、二つあるいはそれ以上の抵抗体（こ
れらは、少なくとも一つのバラスト抵抗体及び少なくと
も一つの測定抵抗体から成る）がサンプルと直列に接続
され、ａｃ成分を持つ電圧信号を加える電圧源が中央タ
ップと二つのバラスト抵抗体の中間のポイントとの間に
接続される。サンプルの部分を横断して現われるブリッ
ジ不均衡信号のａｃ成分が位相センシティブ増幅器によ
って増幅及び復調される。他のブリッジ技法と同様に、
この測定技法は、ソース電圧の変動に対して比較的イン
センシティブである。さらに、この測定技法は、ａｃ技
法であるために、増幅器がその最適周波数付近にて使用
でき、位相センシィティブ検出の使用はバックグランド
・ノイズを排除するために非常に有効である。

【０００９】スコフィールドはこの技法を金属膜内の抵
抗の変動を測定するために使用することについて述べる
。スコフィールドはまたある目的のためにはａｃ及びｄ
ｃの両成分を持つソース電圧を加えることが有効である
ことを示唆する。ただし、スコフィールドは、この技法
を電子移動と関連する現象を調査するために応用するこ
とについては議論せず、特に彼は、電子移動を刺激する
ためにｄｃ成分を使用することについては述べない。 さらに、スコフィールドによって議論される金属膜サン
プルは、測定の前に２４ピンＩＣパッケージにワイヤー
結合され、ワイヤー結合に関与するステップは、膜の準
備とそれらの測定との間に大きな時間遅延を導入する。 この大きな遅延は、ＩＣ製造ライン上のプロセスの診断
のためにこの測定技法を応用するためには望ましくない
。

【００１０】従って、機械的及びコンタクト・ノイズに
起因する測定誤差が回避でき、従って、集積回路製造ラ
イン上に実現することが可能なノイズ測定技法に基づく
迅速で正確な信頼性テストはいまだに当業者によって達
成されておらず、達成された場合、このようなテスト法
は、製造時間及びコストを低減することが理解できる。 本発明は、このようなテスト方法を開示する。

【００１１】

【本件発明の要約】本発明は、加工されるべき一つある
いは複数の半導体基板（ここでは、”ウエーハ”と呼ば
れる）を提供し、これらを加工するステップを含む集積
回路を製造するための方法に関する。加工の際に、少な
くとも一つのストリップ状のテスト部分を含むパターン
化された金属膜が少なくとも幾つかのこれら基板の個々
の上に形成される。テスト部分がＩＣ内に組込まれるこ
とを意図する金属化領域に加えて、あるいはこれらの代
わりに（選択されたウエーハ上に）形成される。この方
法はさらにこれら基板の少なくとも一つの上の膜テスト
部分を所定の基準に対して評価するステップを含む。こ
の評価の結果がそのように示す場合、本方法はさらに一
つあるいは複数の加工パラメータを結果として加工され
た基板がこの所定の基準を満たす膜テスト部分を含むよ
うに調節するステップを含む。この方法はさらに、随意
的に、集積回路の形成に向けての一つあるいは複数のス
テップを遂行するステップを含む。この評価ステップは
、組み合わせられた電流がテスト部分内に１／ｆ２　の
ノイズを刺激するのに十分な規模となるように、テスト
部分内に直流及び交流を流すステップ、この交流と関連
するノイズ・スペクトルを決定するステップ、及び一つ
あるいは複数の事前に選択された周波数においてこのス
ペクトルの勾配及び規模を所定の値に対して比較するス
テップを含む。

【００１２】一つの好ましい実施態様においては、個々
のテスト部分は、例えば、上に引用されたスコフィール
ドの論文において説明されているように、中央にタップ
を持つ４ポイント・プローブ装置を介してホイートスト
ーン・ブリッジ内に組込まれるように適当にパターン化
される。このようなケースにおいては、組込まれるべき
個々のテスト部分は５つのコンタクト領域（しばしば、
コンタクト・パッドと呼ばれる）を含む。対応して、５
つのポイント・コンタクトがプローブ上に提供され、こ
れらの各々は、５つのコンタクト・パッドの一つに当て
られる。

【００１３】評価ステップの際に、典型的には、比較的
大きなレベルのｄｃ電流成分から成る一つの信号がブリ
ッジに加えられ、同時に比較的小さな振幅のａｃ電流成
分が加えられる。このｄｃ成分は、サンプル内に電子移
動が起こることを刺激し、一方、ａｃ成分は、好ましく
は、電子移動に殆ど効果を与えないほどに十分に小さく
される。サンプル膜を横断しての電圧効果のａｃ成分が
サンプル内の抵抗の変動によって変調される。この変調
は、ブリッジの出力端子を横断しての不均衡信号内に現
われる。この不均衡信号が、ロック・イン増幅器のよう
な位相センシティブ増幅器を使用して増幅、復調、及び
検出される。位相センシティブ増幅器の出力は、ノイズ
信号を表わす。このノイズ信号をスペクトル分析器によ
って処理することによってノイズ・パワー・スペクトル
が生成される。

【００１４】

【詳細な記述】本発明による方法の一つの好ましい実施
態様によると、少なくとも一つのＩＣが一つあるいは複
数のウエーハ、典型的には、半導体ウエーハ、あるいは
半導体をベースとする電子要素用の他の適当な基板材料
のウエーハの各々の上に従来の方法によって製造される
。この少なくとも一つのＩＣに加えて、これらウエーハ
の少なくとも一つの上に少なくとも一つのテスト構造が
形成される。典型的なＩＣ製造プロセスにおいては、複
数のＩＣがウエーハの表面上に規則正しい格子パターン
にて形成される。これら一つあるいは複数のテスト構造
は、ＩＣによって占拠されないウエーハの一部分の上に
形成される。好ましくは、これらの格子パターン内のＩ
Ｃ間のスペース（つまり、”切口（ｋｅｒｆ）”領域）
内にテスト構造が形成される。個々のテスト構造は、コ
ンタクト・ポイントとテスト構造との間に圧力を加える
ことによってテスト構造との電気的コンタクトを作るプ
ロービング装置を収容する金属膜パターンを含む。典型
的には、サンプル上の個々のコンタクト・ポイントの所
に（”フットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ　）”と呼
ばれる）マークを残すためにこのプローブとサンプル（
つまり、金属膜）との間に十分な圧力が加えられる。好
ましくは、このテスト構造は、中心タップを持つ４ポイ
ント・プローブとコンタクトするための５つのパッドを
提供するようにパターン化される。個々のパッドは、一
例として、７５−１００μｍのエッジ長を持つ正方形と
される。

【００１５】製造プロセスの所定のポイント、典型的に
は、少なくとも一つの金属の層をウエーハの個々のバッ
チ上にリソグラフィーにてパターン化した後の、そして
これらウエーハを個々のＩＣを形成するためにダイスす
る前の所定のポイントにおいて、一つあるいは複数のウ
エーハが信頼性テストのために選択される。これらテス
トの結果は対応する製造ライン内で遂行される金属化プ
ロセス（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ
　）のパラメータを設定するために使用される。

【００１６】信頼性に影響を与える能力を持つ金属化プ
ロセスの一つのパラメータは堆積温度である。これは、
例えば、当分野において周知のごとく、堆積温度が粒子
のサイズに影響を与えるためである。信頼性に影響を与
えるもう一つのパラメータは、堆積チャンバー内の残留
ガス圧であるが、これは、例えば、存在する可能性があ
る残留酸素は、粒子の境界内に侵入し、これらを弱める
傾向を持つためである。さらにもう一つのパラメータは
、堆積される金属のソースである金属ターゲットの純度
である。これに加えて、金属層をパターン化するために
使用されるリソグラフィック・プロセスの幾つかの特性
も信頼性に影響を与える能力を持つ。例えば、塩素が反
応性イオン・エッチング剤として使用された場合、残留
する塩素が金属膜を腐食する恐れがある。従って、例え
ば、信頼性テストの結果に応答して腐敗性残留物質を低
減あるいは除去するための手段が設計される。

【００１７】図１には、本発明に従って信頼性テストを
遂行するための現時点における一つの好ましい実施態様
が簡略的に示される。テストされるべき金属膜２０が加
工されたウエーハ（図示無し）上に形成されるが、この
ウエーハは、典型的にはまたこの上に形成された一つあ
るいは複数のＩＣを持つ。膜２０は、典型的には、一例
として、０．２−１．５μｍの厚さ、０．３−３．０μ
ｍの幅、及び１０−１０００μｍの長さを持つアルミニ
ウム膜であり、典型的には、（０．５μｍの厚さの場合
）約０．０４Ω／平方の抵抗率、及び５−５０Ωの総抵
抗を持つ。中心にタップを持つ４ポイント・プローブが
この膜とプローブのポイント・コンタクト１、２、３、
４、及び５の間に圧力を加えることによってこの膜と電
気的に接続される。これらポイント・コンタクトは、一
例として、チップの所で２０−４０μｍの直径にとがれ
、そして、一例として、コンタクト・パッドのエッジ長
の二倍のピッチ間隔を持つ。ポイント・コンタクト５は
膜に対して外側の接続を介してアースに電気的に接続さ
れる。膜の両端に位置するポイント・コンタクト１及び
２は、膜を抵抗体９、１０、及び１１から成る抵抗性網
を介して定電流増幅器８の出力端子に接続する。 つまり、膜は、図面に示されるように、ポイント・コン
タクト５によって左半分及び右半分に分割される。電流
は、増幅器８から抵抗体９を通って、ポイント・コンタ
クト１を介して膜２０の左半分へと流れ、次に、ポイン
ト・コンタクト５を介してアースを通って増幅器８へ戻
る。また、電流は、増幅器８から抵抗体１０及び１１を
通ってポイント・コンタクト２を介して膜２０の右半分
へと流れ、そして、ポイント・コンタクト５を介してア
ースを通って増幅器８へ戻る。膜は、抵抗体９、１０、
及び１１と一体となって、こうして増幅器８の出力端子
とアース端子を横断して接続されたホイートストーン・
ブリッジを形成する。図面に示されるように、このブリ
ッジの左腕は抵抗体９及び膜の左半分から構成される。 そして、このブリッジの右腕は、抵抗体１０及び１１、
並びにこの膜の右半分から構成される。

【００１８】一例として、抵抗体９及び１０は、各々が
約２００Ωの抵抗を持つバラスト抵抗体である。これら
を一定の温度に保つために、これらは、好ましくは、熱
シンク及び水冷される。抵抗体１１は、一例として、約
１００Ωの最大抵抗を持つワイヤーを巻いた可変抵抗体
である。このブリッジ内を流れる最大ａｃ電流は、典型
的には、約１００ｍＡである。

【００１９】増幅器８の出力は、アースと増幅器の入力
端子の間に加えられた電圧信号に比例する電流から成る
。この電圧信号は、直列にて動作するｄｃ電圧源６及び
ａｃ電圧源７によって供給される。入力電圧信号、及び
出力電流は、安定した波形を持ち、測定システムに大き
なバックグランド・ノイズ（つまり、テストされるべき
膜内に固有の電子移動あるいは他のプロセスと関連しな
いノイズ）を与えることはない。ａｃ電圧信号の周波数
は、前置増幅器１４による増幅に対する最適周波数レン
ジ内にあり、製造環境内での機械的振動の特性を示す周
波数とは比較的かけ離れた値に選択される。これに加え
て、ノイズが最も良く排除されるようにするために、こ
のａｃ周波数は、電子移動と関連するノイズ・パワー・
スペクトルに大きく貢献することが予期される最も高い
周波数の少なくとも約１０倍の周波数であることが望ま
しい。周波数の有効レンジは、１０Ｈｚ−１０３　Ｈｚ
である。ａｃ周波数に対する一つの好ましい値は約２０
０Ｈｚであるが、これは、後に説明されるノイズ・スペ
クトル内の対象となる最も高い周波数の約２０倍の値で
ある。

【００２０】対象となる製造環境内の機械的ノイズと関
連する周波数は、典型的には、約１Ｈｚから約１０Ｈｚ
のレンジを占拠する。本発明によって得られるノイズ・
パワー・スペクトル内の興味ある周波数も概ね１−１０
Ｈｚのレンジ内にある。つまり、スペクトル分析器１６
によって約１Ｈｚ以下の周波数と関連するノイズ・パワ
ーを計算するためには不当に長い時間が掛かり、このス
ペクトルをこのレンジに拡張しても追加の価値は期待で
きない。従って、約１Ｈｚ以下のノイズ・パワーは、典
型的には分析されない。実際問題としては、約１０Ｈｚ
以上の周波数においては、電子移動に起因するノイズ・
パワーの成分が、一般に、熱ノイズ成分内に埋もれる傾
向を持つ。従って、約１０Ｈｚ以上のノイズ・パワーも
、典型的には分析されない。

【００２１】ポイント・コンタクト３は、ポイント・コ
ンタクト１と５の中間ポイントにおいて膜の左半分に電
気的に接続される。ポイント・コンタクト４はポイント
・コンタクト２と５の中間ポイントにおいて、膜の右半
分に電気的に接続される。抵抗性網内の電流はａｃ及び
ｄｃ成分の両方を持つため、ポイント・コンタクト３と
４の間の電圧差も通常ａｃ及びｄｃ成分を持つ。この電
圧差のａｃ成分は、絶縁変圧器１３を介して前置増幅器
１４に誘導的に結合される。直流は変圧器一次回路から
コンデンサー１２によって排除される。前置増幅された
信号は、ロック・イン増幅器１５に供給されるが、この
増幅器は、この信号に周波数及び位相ロックされる。ロ
ック・イン増幅器は、ａｃ信号を増幅及び復調し、ａｃ
周波数とともに緩やかに変動する出力信号を供給する。 この出力信号は、スペクトル分析器１６に供給されるが
、これは、一例として、この信号に関して高速フーリエ
変換を遂行し、そのスペクトル・パワー密度を決定し、
これは、例えば、適当な出力デバイス上に周波数の関数
として表示される。これら全ての要素は従来のものを使
用できる。

【００２２】随意的に、例えば、２０Ｈｚの所にカット
・オフを持つ従来のロー・パス・フィルター（図示無し
）がこの測定回路内のロック・イン増幅器１５とスペク
トル分析器１６の間のポイントの所に含まれる。

【００２３】前述のごとく、この抵抗性網は、ホイート
ストーン・ブリッジを形成する。抵抗体９、１０、及び
１１の一つあるいは複数を変動させることによって（例
えば、図面に示されるように抵抗体１１を変動させるこ
とによって）、このブリッジは加えられたａｃ信号に対
してゼロとなるようにすることができる。つまり、増幅
器８からブリッジの二つのサイドを通って流れ出る電流
を変化させることによって、ポイント・コンタクト３と
４の間の電圧降下の振幅が（後に説明される比較的低い
振幅のノイズを除いて）本質的にゼロにされる。

【００２４】好ましくは、このブリッジは、自動的にゼ
ロにされる。つまり、ａｃブリッジ不平衡電圧が、例え
ば、前置増幅器１４によって増幅され、ロック・イン増
幅器１５によって増幅及び復調され、結果としてのｄｃ
信号がロック・イン増幅器の出力の所で検出される。適
当にプログラムされたマイクロプロセッサの制御下にお
いて、抵抗体１１の抵抗が変動され、ロック・イン増幅
器１５の位相が不平衡電圧を最小にするように調節され
る。この手順がサンプルが変えられる度に、及び測定変
数（例えば、温度及びブリッジ電流）が変えられる度に
反復される。

【００２５】ブリッジがゼロにされ、適当に大きなｄｃ
電流が流れているとき、ポイント・コンタクト３と４の
間に表われるノイズ電圧の殆どは、膜の左及び右サイド
内の電子移動に関連する抵抗の変動に起因する。流れて
いる電流がａｃ成分並びにｄｃ成分を持つ場合、ポイト
ン・コンタクト３と４の間の電圧降下ｖ３４は、同一の
抵抗変動によって変調されたａｃ成分を含む（前述のご
とく、この交流電流は、これが電子移動・プロセスに対
して本質的に無視できる程度の影響のみを与えるように
比較的小さな振幅を持つ。）。電子移動に関する情報は
、上に述べたように、ｖ３４のａｃ成分を増幅し、復調
し、そしてスペクトル分析を行なうことによって得られ
る。

【００２６】これとの関連で、膜の両サイドの直流は、
ポイント・コンタクトに対して同一方向に流れることに
注意する。つまり、これは、両サイドにおいてコンタク
トに向かう方向に、あるいはこれから遠ざかる方向に流
れる。このために、電子移動に起因するイオンの流れも
、両サイドにおいて同一方向を持つ（イオンの流れは、
電子移動が抗力（ｄｒａｇ）と関連するために電子の流
れと同一方向である。）。

【００２７】この測定技術の特に二つの面が膜の外部の
ソースから発生するバックグランド・ノイズ（例えば、
電子移動・ノイズとは区別される）を排除するために有
効であるが、これらは、ブリッジ幾何及び位相センシィ
ティブ検出の使用である。つまり、ロック・イン増幅器
は、機械的振動の結果として発生するノイズを排除する
ために有効であるが、これは、信号周波数が製造環境内
における機械的振動の周波数特性とは非常に離れた値に
選択できるためである。ブリッジは、コンタクト・ノイ
ズと関連するコンタクト抵抗変動よりもかなり大きな外
部抵抗体（つまり、抵抗体９、１０、及び１１）の値を
選択することによってコンタクト・ノイズに対して比較
的インセンシティブにできる。この選択は、膜内を流れ
る電流がポイント・コンタクト１及び２の所における比
較的小さな抵抗の変動に対して比較的インセンシィティ
ブであることを保証する。さらに、ノイズ電圧ｖ３４は
、ポイント・コンタクト５の所でコンタクト・ノイズに
対してインセンシティブであるが、これは、このポイン
トにおけるコンタクト・ノイズがコンタクト３及び４の
所の電圧がこれらの差に本質的に影響が無いようにステ
ップにて変化するためである。

【００２８】スペクトル分析器１６の出力は、上で述べ
たように、典型的には、約１Ｈｚから約１０Ｈｚまでに
及ぶノイズ・パワー密度スペクトルである。図２に示さ
れるように、ある与えられた温度及び電流において、こ
のスペクトルは、典型的には、二つの部分、つまり、低
周波数部分Ａ及び高周波数部分Ｂを示し、これらは、遷
移領域によって分離される。電子移動がノイズの主な発
生源である周波数レンジに対応する部分Ａは、周波数に
対して逆平方の関係を持つ。（つまり、ｆが周波数を表
わすものとすると、ノイズ・パワー・スペクトル密度は
、ｆ−ａに比例し、ここで、ａは概ね２に等しい。部分
Ｂは、主に熱ノイズから成るが（少なくともある周波数
レンジにおいて）、これは、典型的には、周波数に対し
て比較的フラットなノイズ・パワー密度スペクトルを生
成する。部分Ｂはまた、１／ｆノイズ（少なくともある
周波数レンジにおいて）、あるいは１／ｆと熱ノイズの
組み合わせが優勢となることもある。（これに関して、
図２のスペクトルは、上に説明されたように測定回路内
に含まれる２０Ｈｚの所にカット・オフを持つロー・パ
ス・フィルターの影響を含むことに注意する。このロー
・パス・フィルターのために、２０Ｈｚと３０Ｈｚの間
のスペクトル内に鋭いカット・オフが現われる。）

【０
０２９】ここで、図２に示されるように、ノイズ・パワ
ー・スペクトルが、ログ・ログ・プロット（ｌｏｇ−ｌ
ｏｇ　ｐｌｏｔ）にて表示され、部分Ａは（及び恐らく
部分Ｂも）、概ね直線として現われる。部分Ａの傾斜は
−ａ（ここで、ａは概ね２に等しい）、（あるいは図２
の軸の呼び方に従えば）概ね２０ｄＢ／ｄｅｃ．に等し
い。

【００３０】このノイズ・スペクトルは所定の基準と簡
単に金属膜の信頼性を評価する目的で比較することがで
きる（また、これから、実質的に同一の条件の下で形成
された他の金属膜の信頼性を類推することができる）。 この情報は、形成されつつある金属膜、例えば、ＩＣに
組み込まれるべき金属膜の信頼性を向上させるための加
工パラメータの調節のための基礎となる。これに加えて
、単一の製造ライン内で製造された複数のウエーハ上に
形成された膜から取られたスペクトル間の比較は、膜製
造プロセスの一貫性を評価するために有効である。

【００３１】これに関して、金属化の信頼性を決定する
ための基準は、少なくとも一部、製造ラインに依存する
ことに注意する。つまり、信頼性は、なかでも特に、金
属膜の組成及びその粒子の構造に依存する。例えば、Ｉ
Ｃ金属化は、通常は、アルミニウムをベースとして実現
されるが、アルミニウムの様々な合金を使用することも
できる。ある製造ラインでは、純粋のアルミニウムが使
用され、他の製造ラインでは、少ないパーセントの銅及
び／あるいはシリコンを含む合金が使用され、さらに別
のラインにおいては、少なくともＩＣ金属化パターンの
一部を形成するためにチタンあるいはパラジウムを含む
アルミニウム合金が使用される。さらに、膜の粒子の構
造自体も加工パラメータに依存する。例えば、比較的小
さな粒子を形成するプロセスによって製造された膜は、
比較的大きな粒子を形成するプロセスによって製造され
た同一組成の膜と比べて電子移動による損傷を受け易い
。

【００３２】一般に、ノイズ・スペクトルは、任意の温
度において、以下の三つの特性との関連で評価される。 つまり、電流密度Ｊ、選択された周波数レンジ内での勾
配−ａ、及び指定された周波数ｆにおけるノイズ・パワ
ー・スペクトル密度の規模Ｓｆ　（例えば、ｆ＝１Ｈｚ
の場合、Ｓ１Ｈｚ　は、従って、そのスペクトルの１−
Ｈｚインターセプト）の三つの特性との関連で評価され
る。

【００３３】

【外１】

【００３４】

【外２】

【００３５】本発明によるテスト方法は、金属テスト・
パターンが形成され、プローブが接近できる（つまり、
これが除去されたり、カバーされて無い）と言う前提の
下でＩＣ製造中の任意のポイントにおいて簡単に適用す
ることができる。本方法は、好ましくは、金属化層（適
当なテスト・パターンを含むパターン化された層）のパ
ターン化の直後に適用される。ＩＣが複数の金属化層を
含むときは、本発明が個々の金属化層に対して反復され
る。

【００３６】ＩＣ製造の他のステップは従来のものであ
り、当業者においては周知である。一例として、これら
ステップには、基板ウエーハを提供した後に、このウエ
ーハ上に少なくとも一つの酸化物層を成長するステップ
、少なくとも一つの酸化物層をパターン化するステップ
、及び基板の選択された部分をドーピングするステップ
が含まれる。前述のように、一つあるいは複数の金属化
層が形成及びパターン化される。これら様々な層の形成
及びパターン化の後に、ウエーハが各々が個別のＩＣに
対応する部分に分割され、これら部分に電気リードが接
続され、個々の部分がパッケージ化されたＩＣを形成す
るためにカプセルにて包囲される。

【００３７】例 ０．５％の銅を含むアルミニウム膜がシリコン基板上に
堆積された。この膜の厚さは、０．５μｍとされ、この
膜が０．７５μｍ幅のストリップにパターン化された。 この膜が前述のように中心にタップを持つ４ポイント・
プローブによってホイートストーン・ブリッジ内に組み
込まれた。３．４ｘ１０７　Ａ／ｃｍ２　の電流密度が
この膜を通じて流された。膜の温度は制御されず、電流
が流れることによって、膜の温度は最大約４５度Ｃまで
上昇した。前述のように、ロック・イン増幅に、ブリッ
ジ不平衡信号の復調及びこれに続く高速フーリエ変換ス
ペクトル分析によってノイズ・スペクトルが測定された
。ａの測定された値は２．０８であった。ａが約１から
約２に変化する閾値電流密度は、約１．５ｘ１０７　Ａ
／ｃｍ２　であることが観察された。１Ｈｚにおけるｒ
ｍｓノイズ電圧は、約４．６ｘ１０−８Ｖであることが
観察された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を実施するための一例として
のテスト構成の略ブロック図である。

【図２】電子移動を刺激するためにａｃ電流が加えられ
た金属膜の典型的なノイズ・パワー・スペクトルを示す
。

【図３】金属膜の損傷までの時間とこれら膜内のノイズ
との間の相関関係を示す先行技術から取られた一例とし
てのグラフである。

【符号の説明】

８　　　　　　　　　定電流増幅器 １４　　　　　　　前置増幅器 １５　　　　　　　ロック・イン増幅器１６　　　　　
　　スペクトル分析器 ２０　　　　　　　金属膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　加工されるべき一つあるいは複数の半
   導体基板を提供するステップ、及び該基板を加工するス
   テップを含み、該加工ステップが該基板の各々の上にパ
   ターン化された金属膜を形成するステップを含み、該加
   工ステップと関連する複数の加工パラメータが存在し、
   該基板の少なくとも一つの上の膜部分を所定の基準に対
   して評価し、該評価の結果によって示される場合、一つ
   あるいは複数の加工パラメータをその後加工された基板
   が所定の基準に準拠する膜部分を含むように調節するス
   テップ；及び集積回路の形成に向けての一つあるいは複
   数の追加のステップを随意に遂行するステップを含む集
   積回路を製造するための方法において、該方法は、ａ）
   該膜部分がストリップ状のテスト部分を含み；ｂ）該評
   価ステップが： ｉ）該テスト部分に、直流及び交流を、該組み合わせら
   れた電流の量が該テスト部分内に１／ｆ２　のノイズを
   刺激するのに十分な大きさとなるように流すステップ；
   及び ｉｉ）該交流と関連するノイズ・スペクトルを決定する
   ステップを含み、 ｃ）該評価ステップがさらに該スペクトルの勾配及び規
   模を一つあるいは複数の選択された周波数において所定
   の値と比較するステップを含むことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の方法において、該方
   法はさらに、 ａ）少なくとも一つの基板を複数の小分けにこれら小分
   けの少なくとも一つが一つのＩＣを組み込むような方法
   にて分割するステップ；及び ｂ）少なくとも一つのＩＣを組み込む小分けをパッケー
   ジ化するステップであって、該評価ステップが該分割及
   びパッケージ化ステップの前に遂行されることを特徴と
   する集積回路を製造するための方法。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の方法において、該方
   法はさらに、該交流が該刺激された１／ｆ２　ノイズの
   本質的に全てが直流に起因するように十分に弱いことを
   特徴とする集積回路の製造方法。
4. 【請求項４】　　請求項１に記載の方法において、該方
   法はさらに、該テスト部分をホイートストーン・ブリッ
   ジに、該電流を流すステップの少なくとも一部の際に、
   該テスト部分の所定のペアのポイント間でａｃブリッジ
   不均衡電圧が検出できるように組み込むステップがさら
   に含まれ、該ノイズ・スペクトル決定ステップが該ａｃ
   不均衡電圧を位相センシィティブ検出器にて復調された
   電圧信号が生成されるよう検出するステップ、及び該復
   調された電圧信号をスペクトル分析器にて処理するステ
   ップを含むことを特徴とする集積回路の製造方法。
5. 【請求項５】　　請求項４に記載の方法において、該テ
   スト部分をホイートストーン・ブリッジに組込むステッ
   プが： ａ）５つのポイント・コンタクトを持つホイートストー
   ン・ブリッジの二つの腕に電気的に接続された一つの中
   心にタップを持つ４ポイント・プローブを提供するステ
   ップ；及び ｂ）該５つのポイント・コンタクトを該テスト部分に対
   して各々のポイント・コンタクトが該テスト部分に電気
   的に接続するように押すステップを含むことを特徴とす
   る集積回路の製造方法。