JPH05326850A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体集積回路のチップ保証のための信頼性
評価用半導体装置を提供すること。 【構成】 1Alと2Alが交差し構成された1Al-2Al層間絶
縁膜破壊チェツクパタ−ンと、前記1Al及び／又は2Alに
直列に抵抗素子を接続した構成を複数直列に接続又は並
列に接続し、１端を１対のアルミパッドで終端した構成
のチップ保証用半導体装置。例えば、図１に示すように
Ａ〜Ｅの各センサ−部を第１アルミ配線11間に順に配置
したア〜エの抵抗素子を介して接続した構成からなるも
の。 【効果】 センサ−とそれにつながる抵抗を対応ずけて
配設することにより、どのようなパッケ−ジに搭載して
も判定可能であり、テストパタ−ンの簡略化を図ること
ができ、不都合箇所の調査を迅速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チップ保証用半導体装
置に関し、詳細には、半導体集積回路のチップ保証のた
めの信頼性評価用半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術を説明する前に、まず集積回路
の品質保証について説明する。集積回路の品質保証と
は、(1) 装置に集積回路を搭載するときなどに発生する
物理的なストレスに対してのパッケ−ジを含めたデバイ
スとしての商品保証、(2) 集積回路の使用電源電圧、周
囲温度等による定格範囲内での電気的特性の保証、であ
る。

【０００３】上記(1)の「デバイスとしての商品保証」
は、製品全数に対し事前に商品としての出荷判定基準に
基づいてテストされる。また、上記(2)の「電気的特性
の保証」は、集積回路をＤＣ、ＡＣテスタ−及び実装治
具にて商品規格と対照させて行い、そして、製造工程で
の不良品及び製造バラツキによって発生する規格はずれ
品を取除き製品として出荷する。

【０００４】それらのテスト項目を下記に列記すると、 ・素子単体の経時変化を保証するテスト、 ・静電破壊に対し保証するテスト、 ・耐湿性に対し保証するテスト、 ・樹脂歪み等による第１のアルミニウム配線層と第２の
アルミニウム配線層の層間絶縁膜が破壊されないか保証
するテスト、 などである。そして、集積回路の品質保証は上記のテス
ト項目をすべて保証し、その上で出荷されている。

【０００５】本発明は、前記テスト項目のうち第１のア
ルミニウム配線層（以下１Ａｌと略記する。）と第２の
アルミニウム配線層（以下２Ａｌと略記する。）との間
の層間絶縁膜が物理的ストレスにより破壊されていない
かどうかのテストに関するものであり、そこで、この破
壊現象について図５(A)〜(C)を参照して説明する。図５
は、１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜の破壊現象を説明するた
めの図であって、このうち(A)は破壊前の断面図、(B)は
同正面図であり、また、(C)は破壊後の断面図である。

【０００６】図５(A)及び(B)に示すような第２アルミ配
線（２Ａｌ）51と第１アルミ配線（１Ａｌ）52とが交差
しているレイアウトパタ−ンにおいて、集積回路を装置
にセットするとき又はチップをモ−ルド封入するとき樹
脂ひずみが生じ、また、周囲条件の急激な変化により樹
脂、リ−ドフレ−ム、チップ等に応力差が生じ、その結
果、１Ａｌ−２Ａｌ間の層間絶縁膜58にクラックが発生
する（図５(C)の破壊箇所55参照）。そして、このクラ
ック（破壊箇所55）により第１アルミ配線（ １Ａｌ）5
2と第２アルミ配線（２Ａｌ）51がショ−トし、回路動
作上不具合いが発生する。この不具合いにより規格内電
気的特性が得られない、というものである。なお、図５
(A)〜(C)において、53はフイ−ルド酸化膜、54は半導体
基板である。

【０００７】従来技術では、製品ごとに前記テストを行
ない、問題がなければその製品ごとに合格判定を出して
いた。最近では、効率化の見地から「基準チップ」を用
いる方法が採用されはじめている。「基準チップ」と
は、製品と無関係の１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜破壊チェ
ックパタ−ンを配置したチップである。

【０００８】この「基準チップ」を用いる方法について
説明すると、「樹脂ひずみ」は、チップ、即ち、チップ
サイズ・チップ縦横比・１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜を構
成する手段及びパッケ−ジ、即ち、リ−ドフレ−ムの材
質・厚さ・樹脂の材質・パッケ−ジサイズ・使用ピン数
・パッケ−ジの形状等の組合せで決定されるのに着目
し、基準チップとそれが搭載可能なリ−ドフレ−ムでサ
ンプルを作製し、このサンプルで前記１Ａｌ−２Ａｌ層
間絶縁膜の破壊テストを行う。そして、そのテスト結果
が問題なければ、そのリ−ドフレ−ムと基準チップ相当
のチップサイズの製品（基準チップと同様のプロセスで
作製した製品）については、前記テストを除外して工数
低減を計かろうというものである。

【０００９】また、基準チップのレイアウトパタ−ン
は、製品の判断基準となるため、あらゆる製品に対して
“よりきびしい条件となるレイアウトパタ−ン”である
必要がある。１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜破壊チェックレ
イアウトパタ−ンについて、図６(A)及び(B)を参照して
説明する。図６(A)は該パタ−ンの１例を示す正面図で
あり、図６(B)は図６(A)のＸ−Ｙ線断面図である。

【００１０】図６(A)及び(B)には、第１アルミ配線（１
Ａｌ）62と第２アルミ配線（２Ａｌ）61がそれぞれなみ
状にして交差するものを示し、そして、これに１Ａｌ−
２Ａｌの層間絶縁膜68に対する破壊チェック用第２アル
ミパット66を配置した例を示す。なお、図６(A)におい
て、67は第１アルミ、第２アルミ接続用スル−ホ−ルで
あり、69 は第１アルミ、第２アルミ層間絶縁膜破壊チ
ェックパタ−ン部（センサ−部）である。また、図６
(B)において、63はフイ−ルド酸化膜、64は半導体基板
である。

【００１１】一般に、上記図６(A)及び(B)に示すよう
に、１Ａｌ、２Ａｌをそれぞれなみ状にして交差し、オ
−バ−ラップの面積、交差箇所を多くするのが、“きび
しいレイアウトパタ−ン”とされている。これは、１Ａ
ｌ−２Ａｌ層間絶縁膜の段差が多く、１Ａｌと２Ａｌの
オ−バ−ラップ面積も大きく、１Ａｌ−２Ａｌショ−ト
時の検出感度が高く設定されるからである。

【００１２】テスト方法は、製品の使用状況、寿命から
判断し、加速テストを行なう。そして、ストレスを集積
回路に加えた後、１Ａｌと２Ａｌ間に電圧を印加し、電
流が流れるか否かをチェツクする。このチェツクにより
「オ−プン状態」なら問題なし、「ショ−ト状態」なら
１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜に亀裂が入り、不具合を生じ
たことを示している。なお、便宜上前記１Ａｌ−２Ａｌ
層間絶縁膜破壊チェックパタ−ン部を以下“センサ−
部”という。

【００１３】一般に、センサ−部をチップ上どれだけの
面積にするかは、実製品での１Ａｌと２Ａｌのオ−バ−
ラップ面積に適当なマ−ジンを加えて決められている。
また、どこで破壊されたかのチップ上での検出箇所は、
最も破壊されやすいチップの周辺部及び中心部に配置し
ている。

【００１４】従来技術では、不具合が発生したとき、ど
こでどのような状態で１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜の破壊
が生じたかを即座に調査できるように、それぞれのセン
サ−部に端子を用いてテストしている。そして、従来技
術では、製品ごとにテストを行なうか又はそれぞれ端子
をもったセンサ−を基準チップ上に配置した構成の装置
によるテストであった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よって１Ａｌ−２Ａｌの層間絶縁膜破壊を即座に検知す
るためのセンサ−を多数配置しようとすると、センサ−
端子も配置したセンサ−数に比例した数だけ必要とな
り、このため、センサ−端子も多数配置しなければなら
ない。これは、基準チップを多ピンパッケ−ジから小ピ
ンパッケ−ジまで搭載する際、不具合が生じる。即ち、
センサ−端子を多数有する基準チップを小ピンパッケ−
ジに搭載してテストする場合、端子数が足りない場合が
生じる。

【００１６】この回避策として、基準チップをそのパッ
ケ−ジ使用ピンに合わせ、いくつかのセンサ−ごとに分
け、組立ててテストする方法が従来より採用されてい
る。しかしながら、この方法では、組立て工数、テスト
工数の増大といった問題点を有し、また、テスト自体煩
雑であるのみならず、テストミスの原因等の不具合いが
あった。

【００１７】そこで、本発明は、上記のような問題点、
不具合を解消するチップ保証用半導体装置を提供するこ
とを目的とし、詳細には、どのようなパッケ−ジに搭載
しても判定可能となり、また、テストパタ−ンの簡略化
を図ることができるチップ保証用半導体装置を提供する
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そして、本発明は、１Ａ
ｌ−２Ａｌ層間絶縁膜破壊テストのレイアウトパタ−ン
即ちセンサ−と、それにつながる抵抗を対応ずけて配置
することを特徴とし、詳細には、１Ａｌと２Ａｌが交差
し構成された１Ａｌ−２Ａｌ層間絶縁膜破壊チェツクパ
タ−ンと、前記１Ａｌ及び／又は２Ａｌに直列に抵抗素
子を接続した構成を複数直列に接続又は並列に接続し、
１端を１対のアルミパッドで終端した構成とすることを
特徴とし、これによって上記目的とするチップ保証用半
導体装置を提供するものである。

【００１９】即ち、本発明は、「半導体基板上に絶縁膜
層により絶縁された第１のアルミニウム配線層と第２の
アルミニウム配線層とが交差し構成された第１のアルミ
ニウム配線層及び第２のアルミニウム配線層破壊チェツ
クパタ−ンと、前記第１のアルミニウム配線層又は第２
のアルミニウム配線層もしくは第１のアルミニウム配線
層と第２のアルミニウム配線層に直列に抵抗素子を接続
した構成を複数直列もしくは並列接続し、１端を１対の
アルミパッドで終端してなることを特徴とするチップ保
証用半導体装置。」を要旨とするものである。

【００２０】

【実施例】次に、本発明の実施例１〜３を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。

【００２１】（実施例１）図１は、本発明の実施例１を
説明するための図であって、半導体チップの正面図であ
る。図１中のＡ〜Ｅは、第１アルミ、第２アルミ層間絶
縁膜破壊チェック部（以下“センサ−部”という。）で
あり、該Ａ〜Ｅの各センサ−部は、第１アルミ配線11間
に順にア〜エという抵抗素子を介して接続した構成より
なる。なお、図１中の12は第２アルミ配線、16はチェッ
ク用第２アルミパッド、17は第１アルミ、第２アルミ接
続用スル−ホ−ルである。

【００２２】ここで、第１アルミ配線（１Ａｌ）11と第
２アルミ配線（２Ａｌ）12の層間絶縁膜に破壊が発生し
たとする。まず、Ａのセンサ−部で破壊が生じた場合、
各端子に電圧を印加すると、Ａのどの部分で発生したか
によるが、ほぼ配線抵抗で決まる大電流が流れる。ま
た、センサ−Ｂ部で第１アルミ配線（１Ａｌ）11−第２
アルミ配線（２Ａｌ）12の層間絶縁膜破壊が発生した場
合は、センサ−Ａ部の１Ａｌ、２Ａｌの配線抵抗とセン
サ−Ｂ部の１部１Ａｌ、２Ａｌの配線抵抗及び抵抗素子
アで決定される電流が流れる。この場合、配線抵抗に対
して抵抗素子アを大きな値とすれば、ほぼ抵抗素子アで
決まる電流が流れる。

【００２３】以下、センサ−Ｃ部で破壊が生じた場合
は、抵抗素子アとイを合わせた抵抗値で決定される電流
が流れる。また、センサ−Ｄ部での場合は、抵抗素子
ア、イ及びウを合わせた抵抗値で決まる電流が流れ、セ
ンサ−Ｅ部での場合は、抵抗素子ア、イ、ウ及びエを合
わせた抵抗値で決定される電流が流れる。

【００２４】本来各端子に電圧を印加しても、第１アル
ミ配線（１Ａｌ）11と第２アルミ配線（２Ａｌ）12間は
絶縁膜があり、流入電流はほぼリ−ク電流で決まる値
（ほぼオ−プン状態）となっている。しかしながら、図
１に示す半導体チップ（実施例１）において、ストレス
で層間絶縁膜が破壊されれば、チップのどこで発生した
かはそのセンサ−の場所、即ち、流入電流値で即座にわ
かり、迅速な不具合箇所調査が可能となる。また、従来
技術のごとくセンサ−ごとに端子を引き出すことがない
ので、小ピンパッケ−ジで複数サンプルを製作して信頼
性評価をする必要もない利点を有する。

【００２５】（実施例２）図２は、本発明の実施例２を
説明するための図であって、半導体チップの正面図であ
る。この実施例２は、図２に示すように、抵抗素子ア〜
エを第１アルミ配線21側及び第２アルミ配線22側にそれ
ぞれ交互に挿入し、センサ−部Ａ〜Ｅを接続した例であ
る。なお、図１中の26はチェック用第２アルミパッド、
27は第１アルミ、第２アルミ接続用スル−ホ−ルであ
る。

【００２６】この実施例２においても、前記実施例１と
同様、図２のように流入電流の値が破壊されたセンサ−
部箇所と対応がつくよう、各センサ−部Ａ〜Ｅを結ぶ配
線間に抵抗素子ア〜エを配置したものであり、これによ
っても前記実施例１と同様不具合箇所の調査を迅速に行
うことができる。

【００２７】（実施例３）図３は、本発明の実施例３を
説明するための図であって、半導体チップの正面図であ
る。この実施例３は、図３に示すように、各センサ−部
Ａ〜Ｅを並列接続した例であって、各センサ−部Ａ〜Ｅ
ごとに抵抗素子ア〜オを第１アルミ配線31と第２アルミ
配線32のどちらかの配線間に配置した例である。なお、
図３中の36はチェック用第２アルミパッド、37は第１ア
ルミ、第２アルミ接続用スル−ホ−ルである。

【００２８】この実施例３においても、どのセンサ−部
で層間絶縁膜が破壊されたかは、ア〜オの抵抗値をそれ
ぞれ異なった値に設定しておけば、第１アルミ配線31側
及び第２アルミ配線32側の２端子で判定でき、不具合箇
所の調査を迅速に行うことができる。

【００２９】上記した実施例１〜３では、センサ−部Ａ
〜Ｅをチップ中央とチップ周辺の５個設置した場合につ
いて説明したが、本発明は、これに限定されるものでは
なく、より精度を上げるため、より多くのセンサ−部を
用いることもできる。また、第１アルミ配線側及び第２
アルミ配線側の双方に抵抗を入れて上述した構成とする
ことも本発明の適用範囲内であることは言うまでもな
い。更に、実施例１〜３では、センサ−部の第１アルミ
配線−第２アルミ配線レイアウトパタ−ンをなみ状パタ
−ンとしたが、第１アルミ−第２アルミ層間膜破壊が検
知できるものであれば、どのようなパタ−ンでも良く、
本発明は、当然のことながらこのようななみ状パタ−ン
に限定されるものではない。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、以上詳記したとおり、第１ア
ルミ−第２アルミ層間絶縁膜破壊テストのレイアウトパ
タ−ン即ちセンサ−と、それにつながる抵抗を対応ずけ
て配置することを特徴とするものであり、チェック端子
を２端子でどのようなパッケ−ジに搭載しても判定可能
である効果が生ずる。また、本発明のチップ保証用半導
体装置を用いることにより、テストパタ−ンの簡略化を
図ることができ、不具合箇所の調査を迅速に行うことが
できる効果が生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す半導体チップの正面
図。

【図２】本発明の実施例２を示す半導体チップの正面
図。

【図３】本発明の実施例３を示す半導体チップの正面
図。

【図４】従来例を示す半導体チップの正面図。

【図５】第１アルミ、第２アルミ層間絶縁膜破壊現象を
説明するための図であって、（Ａ）は破壊前の断面図、
（Ｂ）は同正面図、（Ｃ）は破壊後の断面図。

【図６】第１アルミ、第２アルミ層間絶縁膜破壊チェッ
クレイアウトパタ−ンの１例を示す図であって、（Ａ）
はその正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｙ線断面図。

【符号の説明】

11、21、31、41 第１アルミ配線 12、22、32、42 第２アルミ配線 16、26、36、46 チェック用第２アルミパッド 17、27、37、47 第１アルミ、第２アルミ接続用スル−
ホ−ル Ａ〜Ｅ 第１アルミ、第２アルミ層間絶縁膜破壊チェッ
ク部（センサ−部） ア〜エ、オ 抵抗素子 51、61 第２アルミ配線 52、62 第１アルミ配線 53、63 フイ−ルド酸化膜 54、64 半導体基板 55 破壊箇所 58、68 層間絶縁膜 67 第１アルミ、第２アルミ接続用スル−ホ−ル 66 チェック用第２アルミパッド 69 第１アルミ、第２アルミ層間絶縁膜破壊チェック部
（センサ−部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜層により絶縁され
   た第１のアルミニウム配線層と第２のアルミニウム配線
   層とが交差し構成された第１のアルミニウム配線層と第
   ２のアルミニウム配線層破壊チェツクパタ−ンと、前記
   第１のアルミニウム配線層又は第２のアルミニウム配線
   層もしくは第１のアルミニウム配線層と第２のアルミニ
   ウム配線層に直列に抵抗素子を接続した構成を複数直列
   もしくは並列接続し、１端を１対のアルミパッドで終端
   してなることを特徴とするチップ保証用半導体装置。