JPH06216134A - 半導体集積回路用配線およびその抵抗値評価方法 - Google Patents
半導体集積回路用配線およびその抵抗値評価方法Info
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- JPH06216134A JPH06216134A JP2344493A JP2344493A JPH06216134A JP H06216134 A JPH06216134 A JP H06216134A JP 2344493 A JP2344493 A JP 2344493A JP 2344493 A JP2344493 A JP 2344493A JP H06216134 A JPH06216134 A JP H06216134A
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- Japan
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- wiring
- resistance
- resistance value
- same
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ストレスマイグレーションのみによる配線抵
抗の変動を高精度で測定できるようにする。 【構成】 アルミニウムまたはその合金を含む配線抵抗
Ｒ1 と、この配線抵抗Ｒ1 と同一の断面構造を有すると
ともにこの配線抵抗Ｒ1 よりも幅を広くした参照配線抵
抗Ｒ2 とを同一基板上に設け、配線抵抗Ｒ1 ，参照配線
抵抗Ｒ2 の抵抗値の比と同じ比を有する固定抵抗Ｒ3 ，
固定抵抗Ｒ4 を加えた４個の抵抗をホィートストンブリ
ッジ接続する。
抗の変動を高精度で測定できるようにする。 【構成】 アルミニウムまたはその合金を含む配線抵抗
Ｒ1 と、この配線抵抗Ｒ1 と同一の断面構造を有すると
ともにこの配線抵抗Ｒ1 よりも幅を広くした参照配線抵
抗Ｒ2 とを同一基板上に設け、配線抵抗Ｒ1 ，参照配線
抵抗Ｒ2 の抵抗値の比と同じ比を有する固定抵抗Ｒ3 ，
固定抵抗Ｒ4 を加えた４個の抵抗をホィートストンブリ
ッジ接続する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路用配線
の劣化による抵抗値の変動を高精度に評価する半導体集
積回路用配線およびその抵抗値評価方法に係わり、特に
抵抗素子構成およびその測定方法に関するものである。
の劣化による抵抗値の変動を高精度に評価する半導体集
積回路用配線およびその抵抗値評価方法に係わり、特に
抵抗素子構成およびその測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路が進歩するにつれて配線
の幅は、サブミクロン領域にまで微細化されるようにな
り、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションによる配線の信頼性が重要な要素になりつつあ
る。最近では、配線の信頼性を向上するためにアルミニ
ウム配線層の下層にＴｉなどの高融点金属層を敷いた積
層構造が採られるようになった。
の幅は、サブミクロン領域にまで微細化されるようにな
り、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレー
ションによる配線の信頼性が重要な要素になりつつあ
る。最近では、配線の信頼性を向上するためにアルミニ
ウム配線層の下層にＴｉなどの高融点金属層を敷いた積
層構造が採られるようになった。
【０００３】従来では、ストレスマイグレーションによ
る配線層の抵抗値変化は、配線層にエレクトロマイグレ
ーションが生じない程度の微小電流を流し、その両端に
発生する電圧を測定することにより、簡単なオームの法
則を使用して配線抵抗を評価していた。
る配線層の抵抗値変化は、配線層にエレクトロマイグレ
ーションが生じない程度の微小電流を流し、その両端に
発生する電圧を測定することにより、簡単なオームの法
則を使用して配線抵抗を評価していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ストレスマイグレーシ
ョンは、電流を流さなくてもアルミニウム配線層内に残
留する引っ張り応力の緩和によって断線が生ずる現象で
あり、エレクトロマイグレーションの評価では有効であ
った電流による加速が無効であるために評価に長時間を
要するという問題があった。
ョンは、電流を流さなくてもアルミニウム配線層内に残
留する引っ張り応力の緩和によって断線が生ずる現象で
あり、エレクトロマイグレーションの評価では有効であ
った電流による加速が無効であるために評価に長時間を
要するという問題があった。
【０００５】さらに積層構造であるためにアルミニウム
配線層に微小な断線が生じても下地の高融点金属層に電
流が流れるために完全にオープンとはならず、外部で抵
抗変化として観測し難いことも評価を難しくしていた。
配線層に微小な断線が生じても下地の高融点金属層に電
流が流れるために完全にオープンとはならず、外部で抵
抗変化として観測し難いことも評価を難しくしていた。
【０００６】一方、恒温槽中で配線層の抵抗値を直接測
定すると、金属の抵抗値は温度によって変化するために
恒温槽の温度の変化によって抵抗値が変動したり、高温
保管中に生ずるアルミニウムの再結晶や欠陥の緩和によ
って抵抗値が変化するためにストレスマイグレーション
による抵抗値変動を高精度に評価することが困難であっ
た。
定すると、金属の抵抗値は温度によって変化するために
恒温槽の温度の変化によって抵抗値が変動したり、高温
保管中に生ずるアルミニウムの再結晶や欠陥の緩和によ
って抵抗値が変化するためにストレスマイグレーション
による抵抗値変動を高精度に評価することが困難であっ
た。
【０００７】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものでありその目的は、スト
レスマイグレーションのみによる配線抵抗の変動を高精
度で測定できるようにした半導体集積回路用配線および
その抵抗値評価方法を提供することにある。
を解決するためになされたものでありその目的は、スト
レスマイグレーションのみによる配線抵抗の変動を高精
度で測定できるようにした半導体集積回路用配線および
その抵抗値評価方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による半導体集積回路用配線は、アルミ
ニウムまたはその合金を含む第１の配線要素と、この第
１の配線要素と同一の断面構造を有するとともに少なく
とも第１の配線要素よりも幅を広くした第２の配線要素
とを同一基板上に設け、第１の配線要素，第２の配線要
素の抵抗値の比と同じ比を有する第１の抵抗要素，第２
の抵抗要素を加えた４個の要素をホィートストンブリッ
ジ接続するものである。また、本発明による半導体集積
回路用配線の抵抗値評価方法は、アルミニウムまたはそ
の合金を含む第１の配線要素と、この第１の配線要素と
同一の断面構造を有するとともに少なくとも第１の配線
要素よりも幅が広く、かつストレートマイグレーション
による抵抗値変化が小さくなる幅の第２の配線要素とを
同一温度範囲に近接して配置し、これらの第１の配線要
素，第２の配線要素の抵抗値の比と同じ比を有する第１
の抵抗要素，第２の抵抗要素を加えた４個の要素をホィ
ートストンブリッジ接続し、このホィートストンブリッ
ジ接続された各対向要素の乗除により第１の配線要素の
抵抗値変動を測定するものである。
るために本発明による半導体集積回路用配線は、アルミ
ニウムまたはその合金を含む第１の配線要素と、この第
１の配線要素と同一の断面構造を有するとともに少なく
とも第１の配線要素よりも幅を広くした第２の配線要素
とを同一基板上に設け、第１の配線要素，第２の配線要
素の抵抗値の比と同じ比を有する第１の抵抗要素，第２
の抵抗要素を加えた４個の要素をホィートストンブリッ
ジ接続するものである。また、本発明による半導体集積
回路用配線の抵抗値評価方法は、アルミニウムまたはそ
の合金を含む第１の配線要素と、この第１の配線要素と
同一の断面構造を有するとともに少なくとも第１の配線
要素よりも幅が広く、かつストレートマイグレーション
による抵抗値変化が小さくなる幅の第２の配線要素とを
同一温度範囲に近接して配置し、これらの第１の配線要
素，第２の配線要素の抵抗値の比と同じ比を有する第１
の抵抗要素，第２の抵抗要素を加えた４個の要素をホィ
ートストンブリッジ接続し、このホィートストンブリッ
ジ接続された各対向要素の乗除により第１の配線要素の
抵抗値変動を測定するものである。
【０００９】
【作用】本発明においては、ストレスマイグレーション
を評価したい第１の配線要素と、同一断面構造をもつ幅
の広い第２の配線要素とを同一基板上または温度が同じ
と見なせる範囲内に近接して配置することにより、スト
レスマイグレーションによる抵抗値変動以外の抵抗変化
が相殺され、純粋な抵抗の経時変化が高精度で測定され
る。
を評価したい第１の配線要素と、同一断面構造をもつ幅
の広い第２の配線要素とを同一基板上または温度が同じ
と見なせる範囲内に近接して配置することにより、スト
レスマイグレーションによる抵抗値変動以外の抵抗変化
が相殺され、純粋な抵抗の経時変化が高精度で測定され
る。
【００１０】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明による半導体集積回路用配線
およびその抵抗値評価方法を説明するためのホイートス
トンブリッジ回路図を示したものである。同図におい
て、Ｒ1 はストレスマイグレーションの評価に供する配
線抵抗、Ｒ2 は配線抵抗Ｒ1と同一基板上に形成された
参照配線抵抗であり、この参照配線抵抗Ｒ2 はストレス
マイグレーションが起こり難いように配線幅を約５倍以
上と十分に太くして形成されている。また、Ｒ3 ，Ｒ4
は相互に同一材料から形成された固定抵抗であり、これ
らの固定抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 は配線抵抗Ｒ1 および参照配線
抵抗Ｒ2 と同じ恒温槽内に置いても良いし、相互に同一
温度条件であれば配線抵抗Ｒ1 および参照配線抵抗Ｒ2
と異なった温度でも良い。
説明する。図１は、本発明による半導体集積回路用配線
およびその抵抗値評価方法を説明するためのホイートス
トンブリッジ回路図を示したものである。同図におい
て、Ｒ1 はストレスマイグレーションの評価に供する配
線抵抗、Ｒ2 は配線抵抗Ｒ1と同一基板上に形成された
参照配線抵抗であり、この参照配線抵抗Ｒ2 はストレス
マイグレーションが起こり難いように配線幅を約５倍以
上と十分に太くして形成されている。また、Ｒ3 ，Ｒ4
は相互に同一材料から形成された固定抵抗であり、これ
らの固定抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 は配線抵抗Ｒ1 および参照配線
抵抗Ｒ2 と同じ恒温槽内に置いても良いし、相互に同一
温度条件であれば配線抵抗Ｒ1 および参照配線抵抗Ｒ2
と異なった温度でも良い。
【００１１】また、配線抵抗Ｒ1 および参照配線抵抗Ｒ
2 は、断面構造および材料が同じであるために抵抗温度
係数や高温中での欠陥緩和によって生ずる抵抗変化の割
合が同じとなり、同一恒温槽内に入れることにより、ス
トレスマイグレーションによる抵抗値変動以外の抵抗変
化は相殺され、配線抵抗Ｒ1 の抵抗変化は端子Ａ，Ｂ間
の電圧変化として観測することができる。
2 は、断面構造および材料が同じであるために抵抗温度
係数や高温中での欠陥緩和によって生ずる抵抗変化の割
合が同じとなり、同一恒温槽内に入れることにより、ス
トレスマイグレーションによる抵抗値変動以外の抵抗変
化は相殺され、配線抵抗Ｒ1 の抵抗変化は端子Ａ，Ｂ間
の電圧変化として観測することができる。
【００１２】図１の回路において、配線抵抗Ｒ1 ，参照
配線抵抗Ｒ2 に流れ込む電流をＩとし、固定抵抗Ｒ3 ，
固定抵抗Ｒ4 とグランドとの間に発生する電圧の差をＶ
とすれば、 ｉ（Ｒ1＋Ｒ3）＝（Ｉ−ｉ）（Ｒ2＋Ｒ4） ・・・（１） Ｖ＝ｉＲ3−（Ｉ−ｉ）Ｒ4 ・・・（２） となる。
配線抵抗Ｒ2 に流れ込む電流をＩとし、固定抵抗Ｒ3 ，
固定抵抗Ｒ4 とグランドとの間に発生する電圧の差をＶ
とすれば、 ｉ（Ｒ1＋Ｒ3）＝（Ｉ−ｉ）（Ｒ2＋Ｒ4） ・・・（１） Ｖ＝ｉＲ3−（Ｉ−ｉ）Ｒ4 ・・・（２） となる。
【００１３】ここでＶ＝０となる条件は Ｒ1／Ｒ2＝Ｒ3／Ｒ4＝ｋ ・・・（３） （１）式，（２）式より Ｖ＝Ｉ×［Ｒ2−（Ｒ1＋Ｒ2）（Ｒ2＋Ｒ4）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3＋Ｒ4）］ ・・・（４）
【００１４】これを配線抵抗Ｒ1 で微分して ｄＶ／ｄＲ1＝−Ｉ（Ｒ2＋Ｒ4）（Ｒ3＋Ｒ4）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3＋Ｒ4）2 ・・・（５）
【００１５】Ｖ≒０付近では、（３）式が成り立つの
で、（５）式は ｄＶ／ｄＲ1＝−Ｉ／（ｋ＋１）（Ｒ2／Ｒ4＋１） ・・・（６）
で、（５）式は ｄＶ／ｄＲ1＝−Ｉ／（ｋ＋１）（Ｒ2／Ｒ4＋１） ・・・（６）
【００１６】すなわちΔを変化分とすれば、 ΔＲ1＝−（ｋ＋１）（Ｒ2／Ｒ4＋１）ΔＶ／Ｉ ・・・（７） となり、ΔＶを測定することにより、（７）式からΔＲ
1 を読み取ることができる。
1 を読み取ることができる。
【００１７】温度や材料の変化による抵抗変化は、配線
抵抗Ｒ1 と参照配線抵抗Ｒ2 とでは相互に打ち消し合う
ためにｋは一定となり、ΔＶにはこれらの影響は含まれ
てこない。したがってストレスマイグレーションによる
純粋な抵抗の経時変化のみを高精度に評価することがで
きる。
抵抗Ｒ1 と参照配線抵抗Ｒ2 とでは相互に打ち消し合う
ためにｋは一定となり、ΔＶにはこれらの影響は含まれ
てこない。したがってストレスマイグレーションによる
純粋な抵抗の経時変化のみを高精度に評価することがで
きる。
【００１８】図２は、図１で説明した配線抵抗Ｒ1 およ
び参照配線抵抗Ｒ2 の一実施例による構成を示す図であ
る。同図において、１はストレスマイグレーション評価
対象である配線抵抗Ｒ1 を有する配線、２は配線１と同
一基板上に作製された参照配線抵抗Ｒ2 を有する参照配
線である。また、３はパッケージに封じるときに使用す
るボンディングパッドであり、点線の位置で配線１と参
照配線２とを切り離して別々のパッケージに組み立てる
場合である。
び参照配線抵抗Ｒ2 の一実施例による構成を示す図であ
る。同図において、１はストレスマイグレーション評価
対象である配線抵抗Ｒ1 を有する配線、２は配線１と同
一基板上に作製された参照配線抵抗Ｒ2 を有する参照配
線である。また、３はパッケージに封じるときに使用す
るボンディングパッドであり、点線の位置で配線１と参
照配線２とを切り離して別々のパッケージに組み立てる
場合である。
【００１９】また、図３は、配線１および参照配線２を
同一のパッケージに収容する場合の例を示したものであ
り、電流導入用のボンディングパッド３は共通にでき
る。
同一のパッケージに収容する場合の例を示したものであ
り、電流導入用のボンディングパッド３は共通にでき
る。
【００２０】図４は、配線１および参照配線２の配線構
造を示す断面図である。同図において、４は基板、５は
高融点金属層、６はアルミニウムまたはアルミニウム合
金の配線層、７は表面保護膜層である。
造を示す断面図である。同図において、４は基板、５は
高融点金属層、６はアルミニウムまたはアルミニウム合
金の配線層、７は表面保護膜層である。
【００２１】図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ配線１お
よび参照配線２の配線パターンの要部拡大図であり、同
図において、配線幅８は例えば配線１では約０．５μ
ｍ，参照配線２では約３μｍ程度である。
よび参照配線２の配線パターンの要部拡大図であり、同
図において、配線幅８は例えば配線１では約０．５μ
ｍ，参照配線２では約３μｍ程度である。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
目的とする抵抗値変動以外の温度や材料による抵抗変化
の外乱要因を除去できるため、信頼性に係わる純粋な抵
抗の経時変化を高精度に測定できる。これにより、従来
長時間を要した積層配線のストレスマイグレーション評
価を短時間に効果的に実施することができ、プロセス開
発のターンアラウンドタイムを短縮できる。また、この
方法は積層配線のみならず、従来からあるアルミニウム
またはアルミニウム合金からなる単層配線のストレスマ
イグレーション評価にも応用することができ、完全断線
に至る以前の断然の兆候を早期に検出できるなどの極め
て優れた効果が得られる。
目的とする抵抗値変動以外の温度や材料による抵抗変化
の外乱要因を除去できるため、信頼性に係わる純粋な抵
抗の経時変化を高精度に測定できる。これにより、従来
長時間を要した積層配線のストレスマイグレーション評
価を短時間に効果的に実施することができ、プロセス開
発のターンアラウンドタイムを短縮できる。また、この
方法は積層配線のみならず、従来からあるアルミニウム
またはアルミニウム合金からなる単層配線のストレスマ
イグレーション評価にも応用することができ、完全断線
に至る以前の断然の兆候を早期に検出できるなどの極め
て優れた効果が得られる。
【図１】本発明による半導体集積回路用配線およびその
抵抗値評価方法の一実施例を説明する測定原理の回路図
である。
抵抗値評価方法の一実施例を説明する測定原理の回路図
である。
【図２】配線および参照配線の一実施例による構成を示
す平面図である。
す平面図である。
【図３】配線および参照配線の他の実施例による構成を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図４】配線および参照配線の要部拡大断面図である。
【図５】（ａ）は配線の抵抗パターンの拡大平面図、
（ｂ）は参照配線の抵抗パターンの拡大平面図である。
（ｂ）は参照配線の抵抗パターンの拡大平面図である。
【符号の説明】 １ 配線 ２ 参照配線 ３ ボンディングパッド ４ 基板 ５ 高融点金属層 ６ アルミニウムまたはアルミニウム合金の配線層 ７ 保護膜層 ８ 配線幅
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウムまたはその合金を含む第１
の配線要素と、前記第１の配線要素と同一の断面構造を
有するとともに少なくとも前記第１の配線要素よりも幅
を広くした第２の配線要素とを同一基板上に設け、前記
第１の配線要素，第２の配線要素の抵抗値の比と同じ比
を有する第１の抵抗要素，第２の抵抗要素を加えた４個
の要素をホィートストンブリッジ接続することを特徴と
する半導体集積回路用配線。 - 【請求項２】 アルミニウムまたはその合金を含む第１
の配線要素と、前記第１の配線要素と同一の断面構造を
有するとともに少なくとも前記第１の配線要素よりも幅
が広く、かつストレートマイグレーションによる抵抗値
変化が小さくなる幅の第２の配線要素とを同一温度範囲
に近接して配置し、前記第１の配線要素，第２の配線要
素の抵抗値の比と同じ比を有する第１の抵抗要素，第２
の抵抗要素を加えた４個の要素をホィートストンブリッ
ジ接続し、前記ホィートストンブリッジ接続された各対
向要素の乗除により前記第１の配線要素の抵抗値変動を
測定することを特徴とする半導体集積回路用配線の抵抗
値評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2344493A JPH06216134A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体集積回路用配線およびその抵抗値評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2344493A JPH06216134A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体集積回路用配線およびその抵抗値評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216134A true JPH06216134A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=12110679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2344493A Pending JPH06216134A (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体集積回路用配線およびその抵抗値評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06216134A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001080305A2 (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-25 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electromigration early failure distribution in submicron interconnects |
| EP1215720A2 (en) * | 2000-12-13 | 2002-06-19 | Zarlink Semiconductor Limited | Integrated circuit test structure |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP2344493A patent/JPH06216134A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001080305A2 (en) * | 2000-04-17 | 2001-10-25 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Electromigration early failure distribution in submicron interconnects |
| WO2001080305A3 (en) * | 2000-04-17 | 2002-03-21 | Univ Texas | Electromigration early failure distribution in submicron interconnects |
| EP1215720A2 (en) * | 2000-12-13 | 2002-06-19 | Zarlink Semiconductor Limited | Integrated circuit test structure |
| US6809540B2 (en) | 2000-12-13 | 2004-10-26 | Zarlink Semiconductor Limited | Integrated circuit test structure |
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