JPH04324656A - 金属配線膜の性能評価方法 - Google Patents
金属配線膜の性能評価方法Info
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- JPH04324656A JPH04324656A JP3094353A JP9435391A JPH04324656A JP H04324656 A JPH04324656 A JP H04324656A JP 3094353 A JP3094353 A JP 3094353A JP 9435391 A JP9435391 A JP 9435391A JP H04324656 A JPH04324656 A JP H04324656A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G—PHYSICS
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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】
【産業上の利用分野】この発明は、主に集積回路素子に
おける金属配線膜の性能評価方法に関する。
おける金属配線膜の性能評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路素子における金属配線膜のスト
レスマイグレーションは金属配線膜の保護膜による応力
と配線膜の降伏応力の両者によって決定されるが、従来
の金属配線膜の性能評価方法においては、評価しようと
する金属配線膜上の保護膜を積層し、１５０℃程度の温
度で長時間エージングを行い、その後顕微鏡によってボ
イドを観察したり、配線膜の抵抗測定によって断線の有
無を確かめる方法がとられている。
レスマイグレーションは金属配線膜の保護膜による応力
と配線膜の降伏応力の両者によって決定されるが、従来
の金属配線膜の性能評価方法においては、評価しようと
する金属配線膜上の保護膜を積層し、１５０℃程度の温
度で長時間エージングを行い、その後顕微鏡によってボ
イドを観察したり、配線膜の抵抗測定によって断線の有
無を確かめる方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の評価方法は、非常に多数の評価サンプルと、
長い時間を必要とするという問題点があった。
うな従来の評価方法は、非常に多数の評価サンプルと、
長い時間を必要とするという問題点があった。
【０００４】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、比較的少数の評価サンプルと短い時間で
評価することが可能な金属配線膜の性能評価方法を提供
するものである。
されたもので、比較的少数の評価サンプルと短い時間で
評価することが可能な金属配線膜の性能評価方法を提供
するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は基準の金属膜
を所定厚さで基板上に形成し、評価する金属膜を前記基
準金属膜と同じ厚さで基板上に形成し、両金属膜の硬度
を硬度計で測定し、評価する金属膜の硬度が基準の金属
膜の硬度よりも大きい場合にのみ、評価する金属膜上に
保護膜を形成した後に、エージングを行うことを特徴と
する金属配線膜の性能評価方法を提供するものである。
を所定厚さで基板上に形成し、評価する金属膜を前記基
準金属膜と同じ厚さで基板上に形成し、両金属膜の硬度
を硬度計で測定し、評価する金属膜の硬度が基準の金属
膜の硬度よりも大きい場合にのみ、評価する金属膜上に
保護膜を形成した後に、エージングを行うことを特徴と
する金属配線膜の性能評価方法を提供するものである。
【０００６】
【作用】金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性と
金属配線膜の物性との間には次のような２つの関係が知
られている。 （１）金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は、
金属配線膜の粒径が小さいほど強い。 （２）金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は、
不純物の添加によって強くなる。 これに対して金属配線膜の粒径と硬度との関係は、Ｐｅ
ｔｃｈの関係式として既に知られており、それによれば
、硬度が粒径の平方根の逆数に比例して大きくなる。 従って、このＰｅｔｃｈの式と上記（１）との関係から
金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は金属膜の
硬度が大きいほど強いことになる。さらにまた、金属配
線膜の不純物添加と硬度との関係についても、不純物が
多いほど硬度が大きくなることが既に知られている。こ
の事実と上記（２）の関係からも耐ストレスマイグレー
ション性は硬度が大きいほど強いことになる。つまり、
金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性はその硬度
の測定によって評価することができ、硬度が大きいほど
耐ストレスマイグレーション性が優れていることになる
。従って、評価する金属膜の硬度が基準の金属膜の硬度
より小さい場合には、エージングによる評価を行うまで
もなく、その金属膜は耐ストレスマイグレーション性に
劣るものと評価されるので、評価の能率化が計られる。
金属配線膜の物性との間には次のような２つの関係が知
られている。 （１）金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は、
金属配線膜の粒径が小さいほど強い。 （２）金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は、
不純物の添加によって強くなる。 これに対して金属配線膜の粒径と硬度との関係は、Ｐｅ
ｔｃｈの関係式として既に知られており、それによれば
、硬度が粒径の平方根の逆数に比例して大きくなる。 従って、このＰｅｔｃｈの式と上記（１）との関係から
金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性は金属膜の
硬度が大きいほど強いことになる。さらにまた、金属配
線膜の不純物添加と硬度との関係についても、不純物が
多いほど硬度が大きくなることが既に知られている。こ
の事実と上記（２）の関係からも耐ストレスマイグレー
ション性は硬度が大きいほど強いことになる。つまり、
金属配線膜の耐ストレスマイグレーション性はその硬度
の測定によって評価することができ、硬度が大きいほど
耐ストレスマイグレーション性が優れていることになる
。従って、評価する金属膜の硬度が基準の金属膜の硬度
より小さい場合には、エージングによる評価を行うまで
もなく、その金属膜は耐ストレスマイグレーション性に
劣るものと評価されるので、評価の能率化が計られる。
【０００７】
【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。まず、この発明の原理について実験結果を用い
て説明する。図１に示すように、シリコン基板（ベアＳ
ｉウェハー）１の上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈ
ｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜２をＣＶＤ法によ
って０．９μｍの厚さに積層し、その上に金属膜３とし
て、厚さ１．１μｍのＡｌ−Ｓｉ膜をスパッタ法によっ
て形成する。そしてＡｌ−Ｓｉ膜の成膜時の温度を、室
温としたもの、１５０℃としたもの、及び３００℃とし
たもの、つまり配線膜の粒径の異なるサンプルを作成す
る。次に、金属膜３として、上記Ａｌ−Ｓｉ膜の替わり
にＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜に置き換
えたサンプルを上記と同様にして作成する。
を詳述する。これによってこの発明が限定されるもので
はない。まず、この発明の原理について実験結果を用い
て説明する。図１に示すように、シリコン基板（ベアＳ
ｉウェハー）１の上にＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈ
ｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）膜２をＣＶＤ法によ
って０．９μｍの厚さに積層し、その上に金属膜３とし
て、厚さ１．１μｍのＡｌ−Ｓｉ膜をスパッタ法によっ
て形成する。そしてＡｌ−Ｓｉ膜の成膜時の温度を、室
温としたもの、１５０℃としたもの、及び３００℃とし
たもの、つまり配線膜の粒径の異なるサンプルを作成す
る。次に、金属膜３として、上記Ａｌ−Ｓｉ膜の替わり
にＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜に置き換
えたサンプルを上記と同様にして作成する。
【０００８】次に、これらのサンプルの金属膜について
、微小硬度計（カールツアイス社製ＭＨＰＩＢ）を用い
て硬度測定を行う。
、微小硬度計（カールツアイス社製ＭＨＰＩＢ）を用い
て硬度測定を行う。
【０００９】次に、粒界エッチングの手法（Ｅ．Ｇ．Ｓ
ｏｌｌｅｙ ｅｔ ａｌ．；Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（日本語版）Ｍａｒｃｈ １９９
０ Ｐ．３１参照）を用いて、各サンプルの金属膜の粒
子を浮き出させ、その粒径を走査型電子顕微鏡写真によ
って求める。このようにして求めた硬度と粒径との測定
結果の一例を図２に示す。図２は粒径が大きくなるにし
たがって硬度が小さくなることを示しており、Ｐｅｔｃ
ｈの関係式と矛盾しないことを示している。また、Ａｌ
−Ｓｉ膜に対してＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ膜の方が硬度が高く、不純物の添加によって硬度が
大きくなることがわかる。従って、これらの結果から金
属膜の耐ストレスマイグレーション性はＡｌ−Ｓｉ膜よ
りもＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜の
方が優れていることがわかる。
ｏｌｌｅｙ ｅｔ ａｌ．；Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（日本語版）Ｍａｒｃｈ １９９
０ Ｐ．３１参照）を用いて、各サンプルの金属膜の粒
子を浮き出させ、その粒径を走査型電子顕微鏡写真によ
って求める。このようにして求めた硬度と粒径との測定
結果の一例を図２に示す。図２は粒径が大きくなるにし
たがって硬度が小さくなることを示しており、Ｐｅｔｃ
ｈの関係式と矛盾しないことを示している。また、Ａｌ
−Ｓｉ膜に対してＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ−Ｓｉ−
Ｃｕ膜の方が硬度が高く、不純物の添加によって硬度が
大きくなることがわかる。従って、これらの結果から金
属膜の耐ストレスマイグレーション性はＡｌ−Ｓｉ膜よ
りもＡｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜あるいはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜の
方が優れていることがわかる。
【００１０】さらに上記のように形成した各金属膜３、
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ膜の上に、ＣＶＤ法によって厚さ３０００
ÅのＳｉＯ２膜を保護膜として形成したサンプルを作成
し、それらのサンプルを従来のエージングによる評価方
法によって、保護膜を有する時の金属膜の耐ストレスマ
イグレーション性を評価した。従来の評価方法によって
もＡ１−Ｓｉ膜よりもＡ１−Ｓｉ−Ｐｄ膜あるいはＡ１
−Ｓｉ−Ｃｕ膜の方が耐ストレスマイグレーション性が
優れていることが確認された。
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ−Ｓｉ−Ｐｄ膜及びＡｌ
−Ｓｉ−Ｃｕ膜の上に、ＣＶＤ法によって厚さ３０００
ÅのＳｉＯ２膜を保護膜として形成したサンプルを作成
し、それらのサンプルを従来のエージングによる評価方
法によって、保護膜を有する時の金属膜の耐ストレスマ
イグレーション性を評価した。従来の評価方法によって
もＡ１−Ｓｉ膜よりもＡ１−Ｓｉ−Ｐｄ膜あるいはＡ１
−Ｓｉ−Ｃｕ膜の方が耐ストレスマイグレーション性が
優れていることが確認された。
【００１１】次に、具体的な金属配線膜の性能の評価手
順について説明する。まず、評価したい膜を、Ｓｉ基板
上または、Ｓｉ基板上にＢＰＳＧ膜等を１μｍ程度堆積
させた基板上に形成させる。このとき基準の膜として既
にメタル配線材料として使用されているＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ等をスバッタ法により堆積させた基板も同様にして用
意する。次に両基板を硬度測定を行い、評価したい膜の
方が基準の膜よりも硬度が大きい場合（例えばヌープ硬
度で、硬度２００（図２参照）よりも大きい場合）、評
価したい膜に保護膜を形成し、従来のエージングによる
評価を行う。そして、この硬度測定により基準の膜より
硬度の小さいものはストレスマイグレーション耐性が悪
いと見なしてエージングによる評価を行わない。このよ
うに、エージング処理の前工程で、評価したい膜の選別
が行われるので、評価の能率化が計られる。なお、保護
膜の金属膜に対する耐ストレスマイグレーション性につ
いての影響の程度が既知の場合やその影響が微小である
場合には、硬度比較のみによって金属膜の耐ストレスマ
イグレーション性を評価し、保護膜形成工程やエージン
グ工程を省略することができるので、評価に要する時間
がさらに短縮される。
順について説明する。まず、評価したい膜を、Ｓｉ基板
上または、Ｓｉ基板上にＢＰＳＧ膜等を１μｍ程度堆積
させた基板上に形成させる。このとき基準の膜として既
にメタル配線材料として使用されているＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ等をスバッタ法により堆積させた基板も同様にして用
意する。次に両基板を硬度測定を行い、評価したい膜の
方が基準の膜よりも硬度が大きい場合（例えばヌープ硬
度で、硬度２００（図２参照）よりも大きい場合）、評
価したい膜に保護膜を形成し、従来のエージングによる
評価を行う。そして、この硬度測定により基準の膜より
硬度の小さいものはストレスマイグレーション耐性が悪
いと見なしてエージングによる評価を行わない。このよ
うに、エージング処理の前工程で、評価したい膜の選別
が行われるので、評価の能率化が計られる。なお、保護
膜の金属膜に対する耐ストレスマイグレーション性につ
いての影響の程度が既知の場合やその影響が微小である
場合には、硬度比較のみによって金属膜の耐ストレスマ
イグレーション性を評価し、保護膜形成工程やエージン
グ工程を省略することができるので、評価に要する時間
がさらに短縮される。
【００１２】
【発明の効果】この発明によれば、少ないサンプル数で
短時間に金属配線膜の性能を評価することが可能となる
。
短時間に金属配線膜の性能を評価することが可能となる
。
【図１】この発明の原理を説明する金属膜を積層した基
板の説明図である。
板の説明図である。
【図２】この発明の原理を説明するための金属膜の粒径
と硬度との関係を示すグラフである。
と硬度との関係を示すグラフである。
１ シリコン基板
２ ＢＰＳＧ膜
３ 金属膜
Claims (1)
- 【請求項１】基準の金属膜を所定厚さで基板上に形成し
、評価する金属膜を前記基準金属膜と同じ厚さで基板上
に形成し、両金属膜の硬度を硬度計で測定し、評価する
金属膜の硬度が基準の金属膜の硬度よりも大きい場合に
のみ、評価する金属膜上に保護膜を形成した後に、エー
ジングを行うことを特徴とする金属配線膜の性能評価方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094353A JP2672197B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 金属配線膜の性能評価方法 |
| US07/871,757 US5299450A (en) | 1991-04-24 | 1992-04-21 | Method for evaluating performance of aluminum alloy wiring film |
| KR1019920006771A KR960012576B1 (ko) | 1991-04-24 | 1992-04-22 | 알루미늄 합금배선막의 성능평가 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3094353A JP2672197B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 金属配線膜の性能評価方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04324656A true JPH04324656A (ja) | 1992-11-13 |
| JP2672197B2 JP2672197B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=14107924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3094353A Expired - Fee Related JP2672197B2 (ja) | 1991-04-24 | 1991-04-24 | 金属配線膜の性能評価方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5299450A (ja) |
| JP (1) | JP2672197B2 (ja) |
| KR (1) | KR960012576B1 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5517860A (en) * | 1995-02-03 | 1996-05-21 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Film testing |
| JP2005228819A (ja) | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| US7395722B2 (en) * | 2005-11-21 | 2008-07-08 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Mechanical property measurement of thin films by micro plane-strain compression |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2735304A (en) * | 1956-02-21 | toppfb haw | ||
| US2564519A (en) * | 1944-03-08 | 1951-08-14 | Bergsman Enar Borje | Micro-hardness tester |
| US2568713A (en) * | 1949-04-06 | 1951-09-25 | Brenner Abner | Instrument for use in determining the stress in an electrodeposit |
| US3003352A (en) * | 1957-08-12 | 1961-10-10 | Ziegler Rolf | Testing method for ascertaining the saturation value of grey cast iron |
| DE2735340C2 (de) * | 1977-08-05 | 1982-06-03 | W.C. Heraeus Gmbh, 6450 Hanau | Verfahren zur Messung der Härte (Mischhärte) von dünnen Schichten |
| US4419885A (en) * | 1982-05-18 | 1983-12-13 | Rockwell International Corporation | Method of verifying the stress rolling of a metallic rim |
| JPS6091237A (ja) * | 1983-10-26 | 1985-05-22 | Hitachi Ltd | 薄膜の硬度試験方法および装置 |
| JPS62132145A (ja) * | 1985-12-04 | 1987-06-15 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 電線被覆の劣化判定方法 |
| SU1359715A1 (ru) * | 1986-06-11 | 1987-12-15 | Одесский государственный университет им.И.И.Мечникова | Способ контрол качества резисторов |
| US4791807A (en) * | 1986-11-04 | 1988-12-20 | Oechsle S John | Apparatus for determining the relative hardness and abrasion resistance of industrial film coatings and linings |
| JPS63311734A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-20 | Matsushita Electronics Corp | 金属配線膜の評価方法 |
| JP2675411B2 (ja) * | 1989-02-16 | 1997-11-12 | 三洋電機株式会社 | 半導体集積回路の製造方法 |
| US5175115A (en) * | 1990-02-15 | 1992-12-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of controlling metal thin film formation conditions |
-
1991
- 1991-04-24 JP JP3094353A patent/JP2672197B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-04-21 US US07/871,757 patent/US5299450A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-04-22 KR KR1019920006771A patent/KR960012576B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960012576B1 (ko) | 1996-09-23 |
| US5299450A (en) | 1994-04-05 |
| JP2672197B2 (ja) | 1997-11-05 |
| KR920020669A (ko) | 1992-11-21 |
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