JPH07115118A

JPH07115118A - 配線評価装置

Info

Publication number: JPH07115118A
Application number: JP5259735A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Kuriyama; 宏子栗山
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-18
Filing date: 1993-10-18
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電流加速性を下げずにコンタクトチェーンの
エレクトロマイグレーション評価を行う。【構成】半導体基板６上において、配線となる導電体
１と半導体基板６上に島状に形成された不純物拡散層５
とを交互に、かつ、複数箇所接続し、さらに導電体の一
端７に電流源を接続し、もう一方の導電体の一端８に電
圧源を接続した。そして、電流源、または、電圧源を接
続した導電体の近傍で半導体基板６に電圧源を接続し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上の配線評
価に関し、特にコンタクトチェーン部のエレクトロマイ
グレーションを評価するための装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロマイグレーションについて、
簡単に説明する。

【０００３】配線中を流れる電子により、配線内の金属
原子が移動するために、金属原子が元あった所にはボイ
ドと呼ばれる空孔と、金属原子が移動した所にはヒロッ
クと呼ばれる配線膜上の突起物ができる。このような現
象をエレクトロマイグレーションという。さらに、エレ
クトロマイグレーションが進行し、ボイドが大きく成長
して、配線幅以上の大きさのボイドとなったときに、配
線が断線する。一方、近年、半導体デバイスの微細化に
おいて、デバイス内の配線幅および配線膜厚を縮小する
ことが進められている。しかし、このような配線を用い
てデバイスの性能の低下を伴わないように、配線に印加
する電圧あるいは電流を保持した場合、配線には今まで
以上の電流が流れてしまう。したがって、配線が微細化
されるとエレクトロマイグレーション現象による断線
は、発生しやすくなる。

【０００４】次にエレクトロマイグレーション評価方法
を以下に説明する。評価する試料の一端から定電流を印
加する。このとき、示したように電流ストレスによりボ
イドが発生する。これは、試料である抵抗間の電圧をモ
ニタすることにより、抵抗の変化として確認することが
できる。さらに、継続してストレス電流を印加すること
によって、ついには断線に至る。試料間の電圧が電圧計
の限界値に達することにより確認できる。

【０００５】エレクトロマイグレーションが発生しやす
い箇所として、配線幅が細くなり、電流密度が大きくな
る箇所と、段差のある配線など、垂直方向の配線膜厚が
薄くなり、電流密度が大きくなる箇所が上げられる。そ
こで、線幅の細い箇所および段差が大きく垂直方向の配
線膜厚が薄い箇所について、エレクトロマイグレーショ
ンの評価を重点的に行なう必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法では、段差が大きい配線、特に基板上の拡散層と配線
とのコンタクトチェーンのエレクトロマイグレーション
評価を行なう場合には、以下のような問題がある。コン
タクトチェーンは低抵抗の配線と拡散抵抗からなる。こ
のため、コンタクトチェーンの抵抗は、配線のみからで
きている抵抗と比べてかなり高い。したがって、電流印
加によるコンタクトチェーンの加速試験を行なう際、拡
散層間、もしくは拡散層と半導体基との板間にかかる電
圧は非常に高くなる。そのため、この電圧が基板と拡散
層との間の接合部に直接印加され、試験中に接合破壊が
発生してしまい、試験ができなくなるという問題があっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の配線評価装置は、半導体基板上に、配線とな
る導電体と、前記半導体基板に島状に形成された不純物
拡散層とが交互に、かつ複数箇所接続されており、前記
導電体の一端に電流源が接続され、前記導電体の他端に
電圧源が接続され、前記半導体基板に電圧源が接続され
ている。

【０００８】また、前記半導体基板に電位を加えた状態
で、前記導電体の一端から他端に電流を印加する。

【０００９】

【作用】本発明によれば、コンタクトチェーンのエレク
トロマイグレーション試験中に半導体基板に外部から、
コンタクトチェーンの拡散層と半導体基板間が逆バイア
ス状態となる電位を加えることにより、拡散層と半導体
基板間の接合部にかかる電圧を緩和することができ、安
定したエレクトロマイグレーション試験が可能となる。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の一実施例について説明する。

【００１１】一例としてｎ型拡散層に対する配線のコン
タクトチェーンについて説明する。本実施例のエレクト
ロマイグレーションの評価に用いる試料は、アルミニウ
ム（Ａｌ）配線１とコンタクト窓（対拡散層）２とコン
タクト窓（対基板）３と絶縁膜４とｎ型拡散層５とｐ型
半導体基板６とで構成されている。このように、コンタ
クトチェーンの一端から引き出された端子７、もう一方
のコンタクトチェーン端から引き出された端子８および
基板の一端で電位をとるための端子９、基板のもう一端
で電位をとるための端子１０に接続されている。コンタ
クトチェーン端の端子７には電流源を接続し、もう一方
のコンタクトチェーン端の端子８はグランドと接続され
ている。また、基板６の一端の電位をとるためのコンタ
クト窓（対基板）３から配線した端子９は電圧源と接続
し、もう一方の基板の一端の電位をとるためのコンタク
ト窓（対基板）３から配線した端子１０はグランドと接
続されている。

【００１２】まず初めに、本発明のエレクトロマイグレ
ーション評価装置における評価試料であるコンタクトチ
ェーンの形成方法について、図２から図４を用いて説明
する。

【００１３】ｐ型基板６上にｎ型拡散層５を形成する。
このｎ型拡散層５は、リソグラフィ工程において、サイ
ズが６×４μｍ²となるようにレジスト膜のパターニン
グをし、それを注入マスクとして、砒素を５×１０¹⁵ｃ
ｍ^-2、加速電圧４０ｋｅＶの条件で注入し、洗浄工程で
レジストを除去することにより形成される（図２）。次
にｐ型半導体基板６上に気相成長により絶縁膜４を０.
８μｍの膜厚だけ形成する。絶縁膜４としてはたとえば
ボロン・燐系シリケートガラス（ＢＰＳＧ）などがよく
用いられる。

【００１４】次に、コンタクト窓（対拡散層）２および
コンタクト窓（対基板）３を形成する。コンタクト窓
（対拡散層）２は絶縁膜上にリソグラフィ工程において
１.０×１.０μｍ²のサイズにパターニングされる。こ
の拡散層とのコンタクト窓（対拡散層）２は先に示した
ｎ型拡散層５の上に位置するように、そして、各ｎ型拡
散層５ごとに２個のコンタクト窓２が配置されるように
する。さらに、ｐ型基板６と電位をとるためコンタクト
窓（対基板）３はｐ型基板６上にも１.０×１.０μｍ²
のサイズのパターニングをする。そして、エッチング工
程においてコンタクト窓の部分の絶縁膜を除去すること
によって、コンタクト窓（対拡散層）２およびコンタク
ト窓（対基板）３が形成される（図３）。

【００１５】次に図４に示すようにＡｌ配線１を形成す
る。まずＡｌ膜をスパッタ蒸着により０.５μｍ蒸着す
る。先に示したのと同様に、リソグラフィ工程において
一つのｎ型拡散層５と隣接したｎ型拡散層５が各々２個
コンタクト窓のうち１個のコンタクト窓を介してＡｌ配
線１で接続されている。さらに、同一ｎ型拡散層５には
Ａｌ配線１では接続されないようにパターニングする。
この後、基板６の電位をとるための配線パターニングを
行う。その後、エッチング工程を経ることによって必要
なＡｌ配線１のパターンが形成される（図４）。

【００１６】コンタクトチェーンの一端７から端子８の
方向に電流を流す場合、コンタクトチェーンの端子７に
電流源を接続し、もう一方のコンタクトチェーンの端子
８をグランド電位とする。さらに、基板６の電位をとる
ための端子９に電圧源を接続し、もう一方の基板の電位
をとるための端子１０はグランド電位とする。

【００１７】ここで、このときのエレクトロマイグレー
ション評価を行なうコンタクトチェーン部の抵抗は４０
０Ω以下にすることが望ましい。なぜなら、ストレス印
加時に測定装置の性能による印加電圧の制約を受けない
ようにするためである。たとえば、測定装置の出力限界
が１Ｗである場合、ストレス電流を５０ｍＡとしたと
き、印加できる電圧は２０Ｖとなり、ストレス印加時の
測定可能な抵抗は４００Ω以下となる。よって、電源の
出力電圧が２０Ｖで制限されている場合、４００Ω以上
の抵抗のものは測定できなくなるからである。

【００１８】抵抗が２００Ωのコンタクトチェーンにス
トレス電流として５０ｍＡの電流をコンタクトチェーン
端子７に接続してある電流源から印加した場合、ｎ型拡
散層５には１０Ｖの電圧がかかる。さらにストレス電流
を増やしてたとえば６５ｍＡとすると、ｎ型拡散層５に
かかる電圧も増大し１３Ｖとなる。このため、ｎ型拡散
層５とｐ型基板６間の接合層にかかる電圧は、アバラン
シェ降伏を引き起こす限界値に対してマージンが少なく
なる。この状態では、エレクトロマイグレーション試験
時に接合層が破壊してしまう可能性がある。しかし、こ
こで基板６の電位をとるための端子９に電圧源により５
Ｖを印加すると、ｎ型拡散層５とｐ型基板６との間の接
合層にかかる電圧は８Ｖとなる。このとき、基板中を流
れる電流による発熱を抑えるために、基板の電位をとる
ための端子９，１０間に流れる電流を５ｍＡ以下にする
ことが望ましい。これは、基板の線抵抗を１０００Ω以
上にしておくことになる。こうして、アバランシェ降伏
が起こり得ない状態でストレス電流の印加を行い、試験
中、コンタクトチェーン間の電圧をコンタクトチェーン
の端子間に接続した電圧計でモニターする。このストレ
ス電流の印加により、コンタクトチェーンにおけるＡｌ
配線にボイドが発生する。このボイドにより、コンタク
トチェーン間の電圧が変動し、ついには、電圧が限界値
になり、断線が生じたことが確認され、エレクトロマイ
グレーション耐性を求めることができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、コンタクトチェーンのエレク
トロマイグレーション試験において、拡散層と半導体基
板間の接合部にかかる電圧を小さくすることができ、試
験の電流加速性を下げることなく、安定した試験を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における配線評価装置を示す概
略図

【図２】本発明の実施例の配線評価装置を説明する工程
順断面図

【図３】本発明の実施例の配線評価装置を説明する工程
順断面図

【図４】本発明の実施例の配線評価装置を説明する工程
断面図

【符号の説明】

１アルミニウム配線２，３コンタクト窓４絶縁膜５拡散層６半導体基板７〜１０端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に、配線となる導電体と、
前記半導体基板に島状に形成された不純物拡散層とが交
互に、かつ複数箇所接続されており、前記導電体の一端
に電流源が接続され、前記導電体の他端に電圧源が接続
され、前記半導体基板に電圧源が接続されていることを
特徴とする配線評価装置。
【請求項２】前記半導体基板に、電位を加えた状態
で、前記導電体の一端から他端に電流を印加することを
特徴とする請求項１記載の配線評価装置。