JPH07130816A - Method and apparatus for evaluating electromigration and body under test - Google Patents

Method and apparatus for evaluating electromigration and body under test

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JPH07130816A
JPH07130816A JP30235493A JP30235493A JPH07130816A JP H07130816 A JPH07130816 A JP H07130816A JP 30235493 A JP30235493 A JP 30235493A JP 30235493 A JP30235493 A JP 30235493A JP H07130816 A JPH07130816 A JP H07130816A
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JP
Japan
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evaluated
conductor
temperature
electromigration
evaluation
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JP30235493A
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Japanese (ja)
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Kazuhiro Tsurumaru
和弘 鶴丸
Hiroshi Ozaki
浩 尾崎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To prevent the deterioration of the reliability of evaluation caused by Joule heat of an aluminum wiring itself, which is the object to be measured, by maintaining the temperature of a conductor under evaluation constant, and suppressing the deterioration of workability and the change in circuit patterns and production process. CONSTITUTION:A conductor under evaluation 3 comprising an aluminum wiring, a monitor 4 and a heater 5 are formed at the neighboring positions one another in a test element group 2. A current is made to flow through the conductor under evaluation 3 at the specified current density. The electromigration life of the conductor under evaluation 3 is evaluated. Especially, the temperature change of the conductor under evaluation 3 is measured with the monitor 4 during the current conduction into the conductor under evaluation 3. The temperature of the conductor under evaluation 3 is kept constant with the heater 5 based on the measured temperature data. Only the electromigration phenomenon is made to occur in the conductor under evaluation 3 in this way. The current-density coefficient and the activated energy are obtained, and the evaluation can be performed accurately in a short time.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロマイグレー
ション評価技術、詳しくは、金属から成る被評価導体に
電流が所定の電流密度をもって流されて、この被評価導
体についてのエレクトロマイグレーション寿命が評価さ
れるエレクトロマイグレーション評価技術に関し、例え
ば、半導体装置におけるアルミニウム(Al)配線や合
金電極配線のエレクトロマイグレーション寿命を評価す
るのに利用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromigration evaluation technique, and more specifically, a current is passed through a conductor to be evaluated having a predetermined current density to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated. The present invention relates to an electromigration evaluation technique, for example, a technique effectively used to evaluate the electromigration life of aluminum (Al) wiring or alloy electrode wiring in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置の開発に際しては、
設計段階で耐用年数と故障率とを推定して設計が実行さ
れている。そして、半導体装置においては、アルミニウ
ム配線が広く使用されており、このアルミニウム配線の
耐用年数および故障率は半導体装置の耐用年数および故
障率に大きく影響する。ここで、アルミニウム配線の寿
命の推定について説明する。
2. Description of the Related Art Generally, when developing a semiconductor device,
The design is executed by estimating the service life and the failure rate at the design stage. Aluminum wiring is widely used in semiconductor devices, and the service life and failure rate of the aluminum wiring greatly affect the service life and failure rate of the semiconductor device. Here, the estimation of the life of the aluminum wiring will be described.

【0003】アルミニウム配線の寿命はJ.K.Bla
ckの式として、(1)式で表すことができる。 MTF=A×J-n×exp(Ea/k×T)・・・(1) ここで、MTFは平均故障時間、A、nは定数、Jは電
流密度、Eaは活性化エネルギー、kはボルツマン定
数、Tは絶対温度である。
The life of aluminum wiring is J. K. Bla
The equation of ck can be expressed by equation (1). MTF = A × J −n × exp (Ea / k × T) (1) where MTF is mean failure time, A and n are constants, J is current density, Ea is activation energy, and k is Boltzmann's constant, T is absolute temperature.

【0004】実際的には、アルミニウム配線のテストパ
ターンを用いて、温度および電流密度に対して評価を行
いA、nの定数を求めて、その値が半導体装置製品のア
ルミニウム配線の設計に反映されることになる。そし
て、製造された半導体装置は設計で推定された耐用年数
までは推定の故障率で動作するものとして使用されるこ
とになる。
Practically, an aluminum wiring test pattern is used to evaluate the temperature and current density to find the constants A and n, and the values are reflected in the design of the aluminum wiring of the semiconductor device product. Will be. Then, the manufactured semiconductor device will be used as one that operates at the estimated failure rate until the useful life estimated by the design.

【0005】しかしながら、製造段階において、半導体
装置が不測のないしは異常な作り方を実施された場合
は、推定された耐用年数に達する以前に高率で故障にな
る場合がある。このような故障が市場で発生した時は、
その異常な作り方をした対象製品を調査して、正常な製
品と交換することになる。そうすると莫大な費用が必要
になるばかりでなく、その半導体装置製品の信頼性の失
墜にもなりかねない。
However, if the semiconductor device is unexpectedly or abnormally manufactured in the manufacturing stage, it may fail at a high rate before the estimated useful life is reached. When such a failure occurs in the market,
The target product with the abnormal manufacturing method will be investigated and replaced with a normal product. Then, not only enormous cost is required, but also the reliability of the semiconductor device product may be deteriorated.

【0006】この製造段階で発生する信頼性低下製品を
完成品の段階で検出することは困難である。そのため、
不測のないしは異常な作り方を実施せず異常な製品を作
り込まない、作り込んだ場合は次の工程へ流さないとい
った工程管理手法で対応することにより、製造段階で発
生する信頼性低下製品の出荷が防止されている。
It is difficult to detect a reliability-reduced product generated in this manufacturing stage in the finished product stage. for that reason,
Shipment of reliability-reduced products that occur during the manufacturing stage by responding with a process control method that does not carry out unexpected or abnormal manufacturing, does not manufacture abnormal products, and if they do not flow to the next process Is prevented.

【0007】今日の半導体装置の製造工場においては、
PQC(Process Quality Contr
ol)手法や、SPC(Stastical Proc
ess Control)手法等の工程管理が、一般的
に実施されている。SPC法は各製造工程の工程能力
(Process Capability)を統計的に
算出して、製造工程を能力指数で管理する方法である。
この工程能力を高めることで品質の良い製品が製造され
ることになる。工程管理の項目は対象となる故障メカニ
ズムによって決めることになる。そして、半導体装置の
製造において、アルミニウム配線のエレクトロマイグレ
ーション評価方法は、工程管理の重要な項目となる。
In today's semiconductor device manufacturing plant,
PQC (Process Quality Controller)
ol) method and SPC (Static Proc)
Process control such as ess Control) method is generally performed. The SPC method is a method of statistically calculating the process capability of each manufacturing process and managing the manufacturing process with a capability index.
By improving this process capability, a high quality product will be manufactured. The items of process control will be decided according to the target failure mechanism. In manufacturing a semiconductor device, the method for evaluating electromigration of aluminum wiring is an important item for process control.

【0008】最近では、半導体ウエハ(以下、ウエハと
いう。)内にテストパターンを形成し、このテストパタ
ーンを用いてエレクトロマイグレーション評価方法を実
施することにより工程管理する方法も実施されている。
SWEAT(Standard Waferlevel
Electromigration Acceler
ation Test)パターン方式による工程管理方
法である。拡散抵抗とアルミニウム配線によってテスト
パターンが形成されている。このアルミニウム配線に電
流を流してエレクトロマイグレーションが評価される。
[0008] Recently, a method of controlling a process by forming a test pattern in a semiconductor wafer (hereinafter, referred to as a wafer) and performing an electromigration evaluation method using this test pattern has also been implemented.
SWEAT (Standard Waferlevel)
Electromigration Acceler
ation Test) is a process control method using a pattern method. A test pattern is formed by the diffusion resistance and aluminum wiring. Electromigration is evaluated by passing a current through the aluminum wiring.

【0009】そして、アルミニウム配線のエレクトロマ
イグレーション評価方法としては、アルミニウム配線に
室温でランプ電流を印加して破壊に至るまでのエネルギ
ー総量を評価するBEM(Breakdown Ene
rgy of Metal)法や、同じ方式のJram
p法が開発されている。
As a method for evaluating electromigration of aluminum wiring, a BEM (Breakdown Ene) for evaluating a total amount of energy until a breakdown is applied by applying a lamp current to the aluminum wiring at room temperature.
rgy of Metal) method or Jram of the same method
The p method has been developed.

【0010】これらの評価方法は配線のエレクトロマイ
グレーション寿命レベルの良い、悪いを評価する相対的
な評価方法が中心となっていた。しかし、これらの方法
を改善し、温度加速性まで評価できる方式も開発されて
いる。
These evaluation methods have been centered on relative evaluation methods for evaluating whether the electromigration life level of wiring is good or bad. However, methods that improve these methods and can evaluate temperature acceleration are also being developed.

【0011】以上説明したように、半導体装置の製造工
程においては、半導体装置に作り込まれた集積回路のア
ルミニウム配線についての信頼性を試験する手段とし
て、試験対象になるアルミニウム配線についてエレクト
ロマイグレーション寿命を評価する方法が、広く実施さ
れている。そして、半導体装置はその高集積化、微細化
に伴って、アルミニウム配線の幅が縮小されており、ア
ルミニウム配線の電流密度が増加する傾向にある。その
ため、アルミニウム配線のエレクトロマイグレーション
寿命が従来と比較して、信頼性評価や不良解析、研究開
発の重要な項目となって来ている。
As described above, in the manufacturing process of a semiconductor device, as a means for testing the reliability of the aluminum wiring of the integrated circuit built in the semiconductor device, the electromigration life of the aluminum wiring to be tested is determined. Evaluation methods are widely practiced. The width of the aluminum wiring in the semiconductor device has been reduced in accordance with the higher integration and miniaturization of the semiconductor device, and the current density of the aluminum wiring tends to increase. Therefore, the electromigration life of aluminum wiring has become an important item for reliability evaluation, failure analysis, and research and development, as compared with the past.

【0012】ところで、エレクトロマイグレーション寿
命は温度加速性があり、その活性化エネルギーは、Ea
=0.5〜1.2eV程度であることが知られている。
そこで、従来のエレクトロマイグレーション寿命の評価
方法においては、一定高温度の恒温槽内で半導体装置の
アルミニウム配線に一定の電流密度で通電して、エレク
トロマイグレーション故障(断線故障)が発生するまで
の寿命を評価している。その場合、恒温槽内の高温度は
一定に保たれているが、評価対象であるアルミニウム配
線の温度は不明である。
By the way, the electromigration life has a temperature acceleration property, and its activation energy is Ea.
= 0.5 to 1.2 eV is known.
Therefore, in the conventional method of evaluating the electromigration life, the life until the electromigration failure (disconnection failure) occurs by energizing the aluminum wiring of the semiconductor device at a constant current density in a constant-temperature constant temperature bath. I am evaluating. In that case, the high temperature in the constant temperature bath is kept constant, but the temperature of the aluminum wiring to be evaluated is unknown.

【0013】特に、エレクトロマイグレーション寿命の
加速評価方法の場合、通常で使用される電流密度(約1
5 A/cm2 )よりも過大な電流(106 A/cm2
以上)を流してエレクトロマイグレーション寿命を評価
するので、アルミニウム配線のジュール発熱で熱暴走が
発生し、正確な試験を確保することができない。
In particular, in the case of the accelerated evaluation method of the electromigration life, the current density (about 1
Current larger than 0 5 A / cm 2 (10 6 A / cm 2
Since the electromigration life is evaluated by flowing the above), thermal runaway occurs due to Joule heat generation of the aluminum wiring, and an accurate test cannot be secured.

【0014】そこで、従来、次のようなエレクトロマイ
グレーション評価方法が提案されている。
Therefore, conventionally, the following electromigration evaluation method has been proposed.

【0015】 特開平2−90646号公報において
は、被試験体である半導体装置の金属配線の近傍に温度
測定用素子を設けて、評価対象であるアルミニウム配線
の温度を測定する技術が提案されている。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-90646 proposes a technique of providing a temperature measuring element near a metal wiring of a semiconductor device as a device under test and measuring the temperature of an aluminum wiring to be evaluated. There is.

【0016】 特開昭64−86077号公報には、
評価対象であるアルミニウム配線に直接電流を印加する
電極を有し、さらに、この配線を加熱するヒーターと、
この配線の温度を一定に保持するためにヒーターに印加
する電力を調節する温度センサ(熱電対)とを内蔵した
治具が提案されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 64-86077 discloses that
It has an electrode for directly applying a current to the aluminum wiring to be evaluated, and further, a heater for heating this wiring,
A jig has been proposed that incorporates a temperature sensor (thermocouple) that adjusts the electric power applied to the heater in order to keep the temperature of the wiring constant.

【0017】 特開昭61−70472号公報には、
多結晶シリコン配線上に絶縁膜を設けたのち、この多結
晶シリコン配線に交差するように評価対象であるアルミ
ニウム配線を設け、多結晶シリコン配線に加熱用電流を
流して多結晶シリコン配線のジュール発熱により、それ
と交差する評価対象であるアルミニウム配線部分の温度
を上昇させて、エレクトロマイグレーション寿命を加速
評価する方法が提案されている。
Japanese Patent Laid-Open No. 61-70472 discloses that
After an insulating film is provided on the polycrystalline silicon wiring, an aluminum wiring to be evaluated is provided so as to intersect this polycrystalline silicon wiring, and a heating current is applied to the polycrystalline silicon wiring to generate Joule heat of the polycrystalline silicon wiring. Has proposed a method of accelerating the electromigration life by raising the temperature of an aluminum wiring portion which is an evaluation target and intersects with it.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の技
術には次のような解決すべき課題がある。
However, the above conventional techniques have the following problems to be solved.

【0019】 特開平2−90646号公報に提案さ
れている技術においては、測定されたアルミニウム配線
の温度を利用して評価対象としてのアルミニウム配線の
温度を所定の温度に保つ方法は、検討されていない。
In the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-90646, a method of using the measured temperature of the aluminum wiring to keep the temperature of the aluminum wiring to be evaluated at a predetermined temperature has been studied. Absent.

【0020】 特開昭64−86077号公報に提案
されている技術においては、治具を評価対象としての所
望のアルミニウム配線に直接接触させる必要があるた
め、評価方法の作業性が低い。
In the technique proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-86077, it is necessary to bring the jig into direct contact with the desired aluminum wiring to be evaluated, and therefore the workability of the evaluation method is low.

【0021】 特開昭61−70472号公報に提案
されている技術においては、評価対象であるアルミニウ
ム配線の真下に、加熱用の多結晶シリコン配線を予め敷
設しておく必要があるため、回路パターンや生産プロセ
ス等の変更が必要になる。また、配線の温度を所定の温
度に保つ方法は検討されていない。
In the technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-70472, a polycrystalline silicon wiring for heating needs to be laid in advance just under the aluminum wiring to be evaluated. It is necessary to change the production process, etc. Further, a method for keeping the temperature of the wiring at a predetermined temperature has not been studied.

【0022】本発明の第1の目的は、作業性の低下およ
び回路パターンや生産プロセスの変更を抑制しつつ、評
価対象であるアルミニウム配線自体のジュール発熱によ
る評価の信頼性の低下を防止することができるエレクト
ロマイグレーション評価方法および装置を提供すること
にある。
A first object of the present invention is to prevent deterioration of reliability of evaluation due to Joule heat generation of aluminum wiring itself which is an object of evaluation while suppressing deterioration of workability and change of circuit pattern and production process. An object of the present invention is to provide an electromigration evaluation method and device capable of performing the above.

【0023】ところで、アルミニウム配線のエレクトロ
マイグレーション寿命は前記した(1)式に示す通り、
電流密度および温度に影響を受ける。そこで、被評価導
体であるアルミニウム配線の電流密度加速係数nおよび
活性化エネルギーEaをテストパターンを用いて短時間
で求めることができれば、半導体装置製品のレイアウト
設計、完成品の寿命予測、工程管理等に活用することが
できる。これは、他の金属から成る導体についても同様
である。
By the way, the electromigration life of the aluminum wiring is as shown in the above equation (1).
Affected by current density and temperature. Therefore, if the current density acceleration coefficient n and the activation energy Ea of the aluminum wiring which is the conductor to be evaluated can be obtained in a short time using the test pattern, the layout design of the semiconductor device product, the life prediction of the finished product, the process control, etc. Can be used for. This also applies to conductors made of other metals.

【0024】本発明の第2の目的は、可及的に簡単なテ
ストパターンを用いて、高電流密度、かつ、高温の条件
でエレクトロマイグレーション評価を実行することがで
きるエレクトロマイグレーション評価技術を提供するこ
とにある。
A second object of the present invention is to provide an electromigration evaluation technique capable of performing electromigration evaluation under conditions of high current density and high temperature, using a test pattern as simple as possible. Especially.

【0025】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0026】[0026]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。
The typical ones of the inventions disclosed in the present application will be outlined below.

【0027】すなわち、金属から成る被評価導体に電流
が所定の電流密度をもって流されて、この被評価導体に
ついてのエレクトロマイグレーション寿命が評価される
エレクトロマイグレーション評価方法において、前記被
評価導体に電流が流されている際に、この被評価導体の
温度変化が測定されるとともに、この温度測定データー
に基づいて、この被評価導体の温度を一定に維持しよう
とする通電による温度制御が実行されることを特徴とす
る。
That is, in the electromigration evaluation method in which an electric current is applied to a conductor to be evaluated made of metal with a predetermined current density to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated, a current is applied to the conductor to be evaluated. The temperature change of the conductor to be evaluated is measured while the temperature of the conductor to be evaluated is controlled by energization to keep the temperature of the conductor to be evaluated constant based on the temperature measurement data. Characterize.

【0028】[0028]

【作用】前記した手段によれば、エレクトロマイグレー
ション寿命を評価すべき被評価導体の温度変化が試験中
に測定され、この測定データーに基づいて被評価導体の
温度が所定の試験温度に維持されることになる。つま
り、被評価導体はその温度を一定に維持された状態で、
エレクトロマイグレーション寿命の評価作業を実行され
ることになるため、エレクトロマイグレーション寿命の
評価は正確に実行されることになる。その結果、電流密
度を大きく設定することができるので、短時間でエレク
トロマイグレーション寿命を評価することが可能とな
る。
According to the above-mentioned means, the temperature change of the conductor to be evaluated whose electromigration life is to be evaluated is measured during the test, and the temperature of the conductor to be evaluated is maintained at the predetermined test temperature based on the measured data. It will be. In other words, the conductor under evaluation is maintained at a constant temperature,
Since the evaluation work of the electromigration life is executed, the evaluation of the electromigration life is accurately executed. As a result, the current density can be set to a large value, and the electromigration life can be evaluated in a short time.

【0029】そして、例えば、配線材料やウエハ製造工
程に異常が認められた場合に、その製品に対して短時間
でエレクトロマイグレーション寿命を判定することがで
きるため、異常ウエハが実際に使用された時に問題にな
るかどうか明確に判定することができる。その結果、異
常対策を逸早く講ずることができ、全体として生産性を
向上させることができる。
Then, for example, when an abnormality is found in the wiring material or the wafer manufacturing process, the electromigration life of the product can be determined in a short time. Therefore, when the abnormal wafer is actually used, It can be clearly determined whether it will be a problem. As a result, abnormal measures can be taken promptly, and the productivity as a whole can be improved.

【0030】[0030]

【実施例】図1は本発明の一実施例であるエレクトロマ
イグレーション評価装置を示す模式図である。図2は本
発明の一実施例である被験体を示しており、(a)は半
導体ウエハを示す平面図、(b)はそのTEGの拡大部
分平面図である。
EXAMPLE FIG. 1 is a schematic view showing an electromigration evaluation apparatus which is an example of the present invention. 2A and 2B show a test object that is an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a plan view showing a semiconductor wafer, and FIG. 2B is an enlarged partial plan view of a TEG thereof.

【0031】本実施例において、本発明に係るエレクト
ロマイグレーション評価装置は、半導体装置の製造工程
において、半導体ウエハ(以下、ウエハという。)のテ
スト・エレメント・グループ(TEG)に作り込まれた
アルミニウム配線についてのエレクトロマイグレーショ
ン寿命の評価をオン・ラインまたはオフ・ラインで実施
するように構成されている。
In this embodiment, the electromigration evaluation apparatus according to the present invention is an aluminum wiring formed in a test element group (TEG) of a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer) in a semiconductor device manufacturing process. Is configured to be performed on-line or off-line.

【0032】本実施例において、被験体としてのウエハ
1には図2に示されているように、テスト・エレメント
・グループ(TEG)2が適当な複数箇所に配されて作
り込まれている。このTEG2には被評価導体としての
アルミニウム配線(以下、被評価導体という。)3と、
温度測定用配線(以下、モニターという。)4と、加熱
用配線(以下、ヒーターという。)5とが互いに隣り合
わせにそれぞれ形成されている。被評価導体3はウエハ
1に作り込まれた評価すべきアルミニウム配線と均等に
なるように形成されている。また、モニター4は正温度
特性の良好な材料が用いられて、被評価導体3の温度変
化を精密に測定し得るように設定されている。ヒーター
5は抵抗加熱特性の良好な材料が用いられて、被評価導
体3の温度を精密に制御し得るように設定されている。
モニター4およびヒーター5は被評価導体3と同等のア
ルミニウム配線によって形成することができる。この場
合には、被評価導体3、モニター4およびヒーター5を
同時に形成することができる。また、被評価導体3、モ
ニター4およびヒーター5には後記する接触子が接触さ
れるパッド6が両端部にそれぞれ形成されている。
In the present embodiment, a test element group (TEG) 2 is formed in a suitable number of locations on a wafer 1 as a subject, as shown in FIG. Aluminum wiring (hereinafter referred to as the conductor to be evaluated) 3 as the conductor to be evaluated is provided in the TEG 2.
A temperature measurement wiring (hereinafter referred to as a monitor) 4 and a heating wiring (hereinafter referred to as a heater) 5 are formed adjacent to each other. The conductor 3 to be evaluated is formed so as to be equal to the aluminum wiring to be evaluated built in the wafer 1. The monitor 4 is made of a material having a good positive temperature characteristic, and is set so that the temperature change of the conductor 3 to be evaluated can be accurately measured. The heater 5 is made of a material having a good resistance heating characteristic, and is set so that the temperature of the conductor 3 to be evaluated can be precisely controlled.
The monitor 4 and the heater 5 can be formed by aluminum wiring equivalent to that of the conductor 3 to be evaluated. In this case, the evaluated conductor 3, the monitor 4, and the heater 5 can be formed at the same time. Further, the evaluated conductor 3, the monitor 4, and the heater 5 are provided with pads 6 on both ends thereof, which are brought into contact with contacts described later.

【0033】本実施例において、エレクトロマイグレー
ション評価装置10は、槽内を一定温度に維持すること
ができる恒温槽11を備えており、この恒温槽11には
出し入れ口12が、被験体としてのウエハ1を出し入れ
し得るように開設されている。恒温槽11内には第1接
触子14が配設されており、この第1接触子14はウエ
ハ1上の被評価導体3に接触し得るように構成されてい
る。第1接触子14には定電流源を備えているエレクト
ロマイグレーション測定装置13が接続されており、こ
の測定装置13の定電流源は通常で使用される電流密度
よりも数桁大きい大電流密度で通電し得るように構成さ
れている。
In this embodiment, the electromigration evaluation apparatus 10 is equipped with a thermostatic chamber 11 capable of maintaining a constant temperature inside the chamber, and the thermostatic chamber 11 has a loading / unloading port 12 and a wafer as a test object. It is opened so that 1 can be put in and taken out. A first contactor 14 is arranged in the constant temperature bath 11, and the first contactor 14 is configured so as to be able to contact the conductor 3 to be evaluated on the wafer 1. An electromigration measuring device 13 having a constant current source is connected to the first contactor 14, and the constant current source of the measuring device 13 has a large current density several orders of magnitude higher than the current density normally used. It is configured so that it can be energized.

【0034】また、恒温槽11には槽内へ温度媒体を供
給するための温度媒体供給装置15が流体的に接続され
ており、この供給装置15には高温度のエアまたは窒素
ガスを吹き出す高温槽16と、低温度のエアまたは液体
窒素を吹き出す低温槽17とが設けられている。この高
温槽16と低温槽17とは連通して設けられており、そ
の連通部にはエアダクト18が接続して恒温槽11内の
ウエハ1の収納位置へ延びている。そして、エアダクト
18を通じて恒温槽11内に吹き出されるガスは、連通
部に設置されたダンパ19によって、高温槽16側の高
温ガスと低温槽17側の低温ガスとの流量を制御される
ように構成されている。そして、恒温槽11内にはウエ
ハが載せられるウエハステージ25が設備されている。
ウエハステージ25内にはヒーター(図示せず)が内蔵
されており、このヒーターは温度コントローラー26に
よって温度を制御されるようになっている。そして、通
常はこのウエハステージ25の温度コントロールによっ
て後述する評価を実行し得るようになっている。
Further, a temperature medium supply device 15 for supplying a temperature medium to the inside of the constant temperature bath 11 is fluidly connected to the constant temperature bath 11, and the supply device 15 has a high temperature for blowing out high temperature air or nitrogen gas. A tank 16 and a low temperature tank 17 that blows out low-temperature air or liquid nitrogen are provided. The high temperature tank 16 and the low temperature tank 17 are provided so as to communicate with each other, and an air duct 18 is connected to the communication portion and extends to the storage position of the wafer 1 in the constant temperature tank 11. Then, the gas blown into the constant temperature chamber 11 through the air duct 18 is controlled by the damper 19 installed in the communication part so that the flow rates of the high temperature gas on the high temperature chamber 16 side and the low temperature gas on the low temperature chamber 17 side are controlled. It is configured. A wafer stage 25 on which a wafer is placed is installed in the constant temperature bath 11.
A heater (not shown) is built in the wafer stage 25, and the temperature of the heater is controlled by a temperature controller 26. Then, normally, the temperature control of the wafer stage 25 enables the evaluation described later to be executed.

【0035】また、恒温槽11内には第2接触子20が
配設されており、第2接触子20はウエハ1上のモニタ
ー4に接触し得るように構成されている。第2接触子2
0には温度測定装置21が接続されており、この温度測
定装置21はモニター4の抵抗値を計測することによ
り、モニター4の周囲温度、すなわち、被評価導体3の
温度を測定するようになっている。温度測定装置21に
はコンピューター等から構築されているコントローラー
22が接続されている。
A second contact 20 is arranged in the constant temperature bath 11 so that the second contact 20 can contact the monitor 4 on the wafer 1. Second contactor 2
A temperature measuring device 21 is connected to 0, and the temperature measuring device 21 measures the resistance value of the monitor 4 to measure the ambient temperature of the monitor 4, that is, the temperature of the conductor 3 to be evaluated. ing. A controller 22 constructed from a computer or the like is connected to the temperature measuring device 21.

【0036】さらに、恒温槽11内には第3接触子23
が配設されており、第3接触子23はウエハ1上のヒー
ター5に接触し得るように構成されている。第3接触子
23には温度制御装置24が接続されており、この温度
制御装置24はヒーター5への供給電力を制御すること
により、ヒーター5の周囲温度、すなわち、被評価導体
3の温度を制御するようになっている。この温度制御装
置24はコントローラー22の出力端に接続されてい
る。コントローラー22は温度測定装置21からの温度
測定データーに基づいて温度制御装置24を制御するこ
とにより、被評価導体3の温度が所定の一定値(目標
値)になるように制御するように構成されている。
Furthermore, the third contact 23 is provided in the constant temperature bath 11.
Is provided, and the third contact 23 is configured to be able to contact the heater 5 on the wafer 1. A temperature controller 24 is connected to the third contact 23, and the temperature controller 24 controls the power supplied to the heater 5 to control the ambient temperature of the heater 5, that is, the temperature of the conductor 3 to be evaluated. It is designed to be controlled. The temperature control device 24 is connected to the output end of the controller 22. The controller 22 is configured to control the temperature of the conductor 3 to be evaluated to a predetermined constant value (target value) by controlling the temperature control device 24 based on the temperature measurement data from the temperature measurement device 21. ing.

【0037】次に、前記構成に係るエレクトロマイグレ
ーション評価装置の作用を説明することにより、本発明
の一実施例であるエレクトロマイグレーション評価方法
を説明する。
Next, the operation of the electromigration evaluation apparatus having the above-described structure will be described to explain an electromigration evaluation method which is an embodiment of the present invention.

【0038】前記のように構成された被験体としてのウ
エハ1が恒温槽11内のウエハステージ25に載置され
ると、ウエハステージ25の温度が所定の温度に一定に
維持される。その後、温度媒体供給装置を利用して槽内
温度を一定にすることもある。続いて、ウエハ1のTE
G2に形成されたヒーター5に第3接触子23を介して
電力が供給され、ヒーター5によってこのヒーター5の
近傍に配線された被評価導体3が所定の温度(目標値)
に加熱されるとともに、後述するフィードバック制御に
よって一定の温度(評価温度)に維持される。
When the wafer 1 as a test object constructed as described above is placed on the wafer stage 25 in the constant temperature bath 11, the temperature of the wafer stage 25 is kept constant at a predetermined temperature. After that, the temperature inside the bath may be kept constant by using the temperature medium supply device. Then, the TE of the wafer 1
Electric power is supplied to the heater 5 formed in G2 via the third contact 23, and the conductor 5 to be evaluated wired near the heater 5 by the heater 5 has a predetermined temperature (target value).
The temperature is maintained at a constant temperature (evaluation temperature) by feedback control described later.

【0039】これと同時に、ウエハ1上の被評価導体3
にはテスト電流がエレクトロマイグレーション測定装置
13の定電流源から大電流密度をもって通電される。こ
のエレクトロマイグレーション測定装置13は所定の大
電流密度のテスト電流をウエハ1上の被評価導体3に流
すとともに、被評価導体3が断線または抵抗値が所定値
(例えば、初期値の50%)に至るまでの時間を測定す
る。この被評価導体3の通電開始から断線または所定値
に至るまでの時間に基づいてエレクトロマイグレーショ
ン寿命の評価が実行される。
At the same time, the conductor 3 to be evaluated on the wafer 1
A test current is supplied from the constant current source of the electromigration measuring device 13 with a large current density. The electromigration measuring device 13 passes a test current having a predetermined large current density to the conductor 3 to be evaluated on the wafer 1, and the conductor 3 to be evaluated is disconnected or the resistance value becomes a predetermined value (for example, 50% of the initial value). Measure the time to reach. The electromigration life is evaluated based on the time from the start of energization of the conductor 3 to be evaluated to the break or a predetermined value.

【0040】この際、被評価導体3の温度変化がこの被
評価導体3の近傍に配置されたモニター4によって測定
される。例えば、被評価導体3の温度が上昇すると、そ
の近傍に配置されたモニター4の温度も上昇するため、
モニター4の抵抗値が上昇する。温度測定装置21はこ
のモニター4の抵抗値の変化に基づいて、モニター4、
すなわち、被評価導体3の現在の実際の温度を求めると
ともに、その結果を、コントローラー22に送信する。
At this time, the temperature change of the conductor 3 to be evaluated is measured by the monitor 4 arranged near the conductor 3 to be evaluated. For example, when the temperature of the conductor 3 to be evaluated rises, the temperature of the monitor 4 arranged in the vicinity thereof also rises.
The resistance value of the monitor 4 increases. The temperature measuring device 21 uses the monitor 4, based on the change in the resistance value of the monitor 4,
That is, the present actual temperature of the conductor 3 to be evaluated is obtained and the result is transmitted to the controller 22.

【0041】コントローラー22はこの現在の実際の温
度と、温度制御装置24に設定された目標温度との差を
演算し、この差を埋める制御値を求めて、温度制御装置
24を制御することにより、被評価導体3の温度を一定
に維持するようにフィードバック制御を実行する。例え
ば、所定の試験温度(例えば、300℃)よりも高い場
合には、温度制御装置24の電力を減少させる。反対
に、所定の試験温度よりも低い場合は、温度制御装置2
4の電力を増強させる。以上のフィードバック制御によ
って、ウエハ1上の被評価導体3の温度は、一定(例え
ば300℃)に維持されることになる。したがって、前
記したエレクトロマイグレーション評価方法に際して、
被評価導体3は常に一定に保たれることになる。
The controller 22 calculates the difference between the present actual temperature and the target temperature set in the temperature control device 24, obtains a control value to fill this difference, and controls the temperature control device 24. The feedback control is executed so as to keep the temperature of the conductor 3 to be evaluated constant. For example, when the temperature is higher than the predetermined test temperature (for example, 300 ° C.), the power of the temperature control device 24 is reduced. On the contrary, when the temperature is lower than the predetermined test temperature, the temperature control device 2
4 power up. By the above feedback control, the temperature of the conductor 3 to be evaluated on the wafer 1 is maintained constant (for example, 300 ° C.). Therefore, in the electromigration evaluation method described above,
The conductor 3 to be evaluated is always kept constant.

【0042】以上のエレクトロマイグレーション評価方
法の実施に際して、被評価導体3、モニター4、ヒータ
ー5の温度特性は次の式によって取得することができ
る。 被評価導体:RE =αE +βE ×T・・・(2) モニター :RM =αM +βM ×T・・・(3) ヒーター :RH =αH +βH ×T・・・(4) ここで、RE 、RM 、RH は抵抗値であり、αE
αM 、αH は定数(初期値)、βE 、βM 、βH は温度
係数、Tは温度である。そして、各配線の定数(αE
αM 、αH )と、温度係数(βE 、βM 、βH)を求め
る。既知の場合には、既知の値を用いることができる。
In carrying out the above electromigration evaluation method, the temperature characteristics of the conductor 3, the monitor 4, and the heater 5 to be evaluated can be obtained by the following equation. Evaluated conductor: R E = α E + β E × T (2) Monitor: R M = α M + β M × T (3) Heater: R H = α H + β H × T ... (4) Here, R E , R M , and R H are resistance values, and α E ,
α M and α H are constants (initial values), β E , β M and β H are temperature coefficients, and T is temperature. Then, the constant of each wiring (α E ,
α M , α H ) and temperature coefficient (β E , β M , β H ). If known, known values can be used.

【0043】エレクトロマイグレーション評価の条件
は、次の式によって設定される。 電流密度:J=IE /WE ×tE ・・・(5) ここで、IE は被評価導体3に流す電流値、WE は被評
価導体3の線幅、tEは被評価導体3の厚さである。 評価温度:TE =Ta+θja×IE 2 ×RE +θjE H ×IH 2 ×RH +θjM E ×IM 2 ×RM ・・・(6) ここで、θja、θjE H 、θjM E は熱抵抗値、IH
はヒーターに流す電流値、IM はモニターに流す電流
値、Taは恒温槽内の温度である。
The conditions for evaluating electromigration are set by the following equation. Current density: J = I E / W E × t E (5) where I E is the value of current flowing in the conductor 3 to be evaluated, W E is the line width of the conductor 3 to be evaluated, and t E is the target to be evaluated. The thickness of the conductor 3. Evaluation Temperature: T E = Ta + θja × I E 2 × R E + θj EH × I H 2 × R H + θj ME × I M 2 × R M ··· (6) where, θja, θj EH, θj ME thermal Resistance value, I H
Is the value of the current passed through the heater, I M is the value of the current passed through the monitor, and Ta is the temperature in the constant temperature bath.

【0044】前式(6)において、Ta(本実施例にお
いては、温度媒体供給装置によって一定に維持され
る。)と、θjE H ×IH 2 ×RH とが制御されること
により、評価温度TE が一定に維持されながら、前述し
たエレクトロマイグレーション評価方法が実施される。
ちなみに、θjM E ×IM 2 ×RM は、モニター4の消
費電力および電流が殆ど零であるから、無視することが
できる。そして、被評価導体3の抵抗値RE が所定値
(例えば、初期値の50%以上、)に達した時点が故障
と判定される。つまり、次の式によって、故障が判定さ
れる。 RE ’≧ RE +γRE ・・・(7) ここで、RE ’は故障と判定される被評価導体の抵抗
値、RE は被評価導体の初期抵抗値、γは故障判定係数
である。
In the above expression (6), Ta (in this embodiment, it is kept constant by the temperature medium supply device) and θj EH × I H 2 × RH are controlled to evaluate. While the temperature T E is maintained constant, the electromigration evaluation method described above is performed.
Incidentally, θj ME × I M 2 × R M can be ignored because the power consumption and current of the monitor 4 are almost zero. Then, the time point when the resistance value R E of the evaluated conductor 3 reaches a predetermined value (for example, 50% or more of the initial value) is determined to be a failure. That is, the failure is determined by the following formula. R E '≧ R E + γR E (7) Here, R E ' is the resistance value of the conductor to be evaluated that is determined to be a failure, R E is the initial resistance value of the conductor to be evaluated, and γ is a failure determination coefficient. is there.

【0045】以上説明した前記実施例によれば、次の効
果が得られる。 (1) 被評価導体の温度を一定に維持することによ
り、被評価導体自体の通電に伴う抵抗発熱による断線や
焼損等の所謂暴走の発生を未然に回避することができる
ため、被評価導体においてエレクトロマイグレーション
現象のみを引き起こすことができ、その結果、電流密度
係数nおよび活性化エネルギーEaを短時間で、かつ、
正確に求めることができ、エレクトロマイグレーション
寿命の評価を短時間で、かつ、正確に行うことができ
る。
According to the above-mentioned embodiment, the following effects can be obtained. (1) By maintaining the temperature of the conductor to be evaluated constant, it is possible to prevent occurrence of so-called runaway such as disconnection or burnout due to resistance heat generation due to energization of the conductor to be evaluated. Only the electromigration phenomenon can be caused, and as a result, the current density coefficient n and the activation energy Ea can be reduced in a short time, and
It can be accurately determined, and the electromigration lifetime can be accurately evaluated in a short time.

【0046】(2) 被評価導体の自己発熱による暴走
を防止することにより、電流密度を大きく設定すること
ができるので、エレクトロマイグレーション評価に要す
る時間をより一層短縮することができる。
(2) Since the current density can be set large by preventing runaway due to self-heating of the conductor to be evaluated, the time required for electromigration evaluation can be further shortened.

【0047】(3) ウエハに被評価導体を作り込み、
この被評価導体についてエレクトロマイグレーション評
価方法を実施することにより、被験体であるウエハに作
り込まれた半導体装置(製品)についてのエレクトロマ
イグレーション評価を実行することができるため、ウエ
ハの工程管理を実行することができるとともに、ウエハ
のロット保証、しいては半導体装置の品質保証を確保す
ることができる。
(3) A conductor to be evaluated is formed on the wafer,
By performing the electromigration evaluation method on the conductor to be evaluated, the electromigration evaluation can be performed on the semiconductor device (product) built into the wafer as the test object, so that the process control of the wafer is executed. At the same time, it is possible to ensure the lot guarantee of the wafer and thus the quality guarantee of the semiconductor device.

【0048】(4) 例えば、ウエハの工程管理に使用
された場合において、被評価導体について不合格の評価
ないしは低い評価が下された際には、その被験体である
ウエハのロットに対してプロセス管理やその他の異常対
策を逸早く講ずることができるため、製品としての半導
体装置についての品質の低下を未然に防止することがで
きる。また、不合格の評価が下されたウエハの後工程へ
の投入を停止することができるため、エレクトロマイグ
レーション寿命が短くて信頼性の低い半導体装置の市場
への出荷を未然に防止することができる。
(4) For example, in the case of being used for process control of a wafer, when a rejected evaluation or a low evaluation is given to a conductor to be evaluated, the process is performed on the lot of the wafer as the test object. Since management and other countermeasures against abnormalities can be taken promptly, it is possible to prevent deterioration of the quality of the semiconductor device as a product. In addition, since the wafer that has been evaluated as rejected can be stopped from being put into the post-process, it is possible to prevent the shipment of the semiconductor device having a short electromigration life and low reliability to the market. .

【0049】(5) 被評価導体に近接してモニターお
よびヒーターを配設することにより、被評価導体の温度
変化を正確にモニタリングすることができるとともに、
その測定結果に基づくヒーターの加熱作動によって被評
価導体の温度を一定にフィードバック制御することがで
きるため、エレクトロマイグレーション評価を正確に実
行することができるとともに、その評価に要する時間を
より一層短縮することができる。
(5) By disposing a monitor and a heater in the vicinity of the conductor to be evaluated, it is possible to accurately monitor the temperature change of the conductor to be evaluated, and
Since the temperature of the conductor to be evaluated can be feedback-controlled constantly by the heating operation of the heater based on the measurement result, the electromigration evaluation can be performed accurately and the time required for the evaluation can be further shortened. You can

【0050】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

【0051】例えば、被評価導体、モニターおよびヒー
ターは、図3(a)、(b)のように配線してもよい。
図3(a)において、被評価導体3A、モニター4Aお
よびヒーター5Aは、その全長が長くなるように凹字形
状に蛇行されて形成されている。これらの全長が長くな
ると、温度コントロールの範囲が広くなるため、評価精
度をより一層高めることができる。図3(b)において
は、ヒーター5Bが直線状にそれぞれ配線された被評価
導体3およびモニター4の下層または上層においてジグ
ザグ形状に蛇行されて形成されている。ヒーター5Bが
長くなると、加熱効率を高めることができる。
For example, the conductor to be evaluated, the monitor and the heater may be wired as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
In FIG. 3A, the conductor 3A to be evaluated, the monitor 4A, and the heater 5A are formed to meander in a concave shape so that the entire length thereof becomes long. As the total length of these components becomes longer, the temperature control range becomes wider, so that the evaluation accuracy can be further improved. In FIG. 3B, the heater 5B is formed in a zigzag shape in a lower layer or an upper layer of the conductor 3 to be evaluated and the monitor 4 which are linearly wired. When the heater 5B becomes long, the heating efficiency can be improved.

【0052】図4に示されているように、ウエハに作り
込む配線を2本にして、一方を被評価導体とモニターと
に兼用的に使用し、他方をヒーターとして使用するよう
にしてもよい。また、一方を被評価導体として使用し、
他方をモニターとヒーターとに兼用的に使用するように
してもよい。2本の配線を使用した場合において、被評
価導体とモニターとは、同じような配線としてヒーター
は被評価導体よりも抵抗値と断面積とを大きくし、コン
トロールし得る温度範囲を広く取れるように構成するこ
とが望ましい。図4(a)においては、2本の配線が直
線状に形成され、第1の配線3Cが被評価導体およびモ
ニターに兼用され、第2の配線5Cがヒーターに使用さ
れるようになっている。図4(b)においては、2本の
配線が凹字形状に蛇行されて形成され、第1の配線3D
が被評価導体およびモニターに兼用され、第2の配線5
Dがヒーターに使用されるようになっている。図4
(c)においては、第1の配線3Eが直線状に形成され
て、被評価導体およびモニターに兼用され、第2の配線
5Eが第1の配線3Eの下層または上層においてジクザ
グ形状に蛇行されて形成され、ヒーターに使用されるよ
うになっている。なお、(a)、(b)および(c)の
いずれの場合も、第1配線が被評価導体として使用さ
れ、第2配線をモニターとヒーターとに兼用的に使用さ
れるように構成してもよい。
As shown in FIG. 4, two wirings may be formed on the wafer, one of which may be used as a conductor to be evaluated and a monitor, and the other of which may be used as a heater. . Also, using one as the conductor to be evaluated,
The other may be used for both the monitor and the heater. When two wirings are used, the conductor to be evaluated and the monitor are the same wiring so that the heater has a larger resistance value and cross-sectional area than the conductor to be evaluated so that the controllable temperature range can be widened. It is desirable to configure. In FIG. 4A, two wirings are formed in a straight line, the first wiring 3C is used as a conductor to be evaluated and a monitor, and the second wiring 5C is used as a heater. . In FIG. 4B, the two wirings are formed by meandering in a concave shape, and the first wiring 3D is formed.
Is also used as the conductor to be evaluated and the monitor, and the second wiring 5
D is used for the heater. Figure 4
In (c), the first wiring 3E is formed in a linear shape and is also used as a conductor to be evaluated and a monitor, and the second wiring 5E is meandered in a zigzag shape in a lower layer or an upper layer of the first wiring 3E. Formed and ready to be used for heaters. In each of the cases (a), (b) and (c), the first wiring is used as the conductor to be evaluated, and the second wiring is used as both a monitor and a heater. Good.

【0053】ちなみに、配線が2本の場合の温度特性は
次の式によって取得することができる。 被評価導体:RE =αE +βE ×T・・・(8) モニター :RM =αM +βM ×T、または、 ヒーター :RH =αH +βH ×T・・・(9) エレクトロマイグレーション評価の条件である評価温度
は、次の式によって設定される。 評価温度:TE =Ta+θja×IE 2 ×RE +θjM E ×IM 2 ×RM または、 評価温度:TE =Ta+θja×IE 2 ×RE +θjE H ×IH 2 ×RH ・・・(10) ここで、jE >jM 、または、jE >jH ・・・(11)
Incidentally, the temperature characteristic in the case of two wirings can be obtained by the following equation. Evaluated conductor: R E = α E + β E × T (8) Monitor: R M = α M + β M × T or heater: R H = α H + β H × T (9) The evaluation temperature, which is a condition for electromigration evaluation, is set by the following formula. Evaluation Temperature: T E = Ta + θja × I E 2 × R E + θj ME × I M 2 × R M or evaluation temperature: T E = Ta + θja × I E 2 × R E + θj EH × I H 2 × R H ·· · (10) where j E > j M or j E > j H (11)

【0054】図5に示されているように、ウエハに作り
込む配線を1本にして、被評価導体とモニターとヒータ
ーとに兼用するようにしてもよい。図5(a)において
は、1本の配線3Fが直線状に形成され、この配線3F
が被評価導体、モニターおよびヒーターに兼用されるよ
うになっている。図5(b)においては、1本の配線3
Gが蛇行されて形成され、この配線3Gが被評価導体、
モニターおよびヒーターに兼用されるようになってい
る。図5(c)はウエハ1の内部に実際に形成されてい
る配線3Hが被評価導体、モニターおよびヒーターに使
用される場合を示している。この配線3Hに接触子14
が接触されるに際しては、ウエハ1の表面に被着された
パッシベーション膜7に接触子14を挿入して配線3H
に接触させるための孔8が開設される。
As shown in FIG. 5, one wiring may be formed on the wafer, and the wiring may be used for the conductor to be evaluated, the monitor and the heater. In FIG. 5A, one wiring 3F is formed in a linear shape.
Is also used for the conductor to be evaluated, monitor and heater. In FIG. 5B, one wiring 3
G is formed by meandering, and this wiring 3G is a conductor to be evaluated,
It is designed to be used as both a monitor and a heater. FIG. 5C shows a case where the wiring 3H actually formed inside the wafer 1 is used for the conductor to be evaluated, the monitor and the heater. Contact 14 is attached to this wiring 3H.
When contacting the wiring 3H, the contactor 14 is inserted into the passivation film 7 deposited on the surface of the wafer 1.
A hole 8 for making contact with is opened.

【0055】配線が1本の場合には、1本の配線で3つ
の役割を果たすことになる。この場合には、自己発熱だ
けで評価温度が決定されるので、温度を一定に制御する
ために評価電流密度が僅かに変化されることになる。
When the number of wirings is one, one wiring serves three roles. In this case, the evaluation temperature is determined only by self-heating, so the evaluation current density is slightly changed in order to control the temperature constant.

【0056】ちなみに、配線が1本の場合の温度特性は
次の式によって取得することができる。 被評価導体:RE =αE +βE ×T・・・(12) すなわち、モニター:RM =αM +βM ×T エレクトロマイグレーション評価の条件である評価温度
は、次の式によって設定される。 評価温度:TE =Ta+θja×(IE ±aIE 2 ×RE ・・・(13) ここで、aは評価電流を制御する範囲(例えば、10%
程度)であり、この制御範囲aを増減調整することによ
り、被評価導体としての1本の配線の温度が一定に維持
される。
Incidentally, the temperature characteristic when there is one wiring can be obtained by the following equation. Evaluated conductor: R E = α E + β E × T (12) That is, monitor: R M = α M + β M × T The evaluation temperature, which is the condition for electromigration evaluation, is set by the following formula. . Evaluation temperature: T E = Ta + θja × (I E ± aI E ) 2 × R E (13) Here, a is a range for controlling the evaluation current (for example, 10%).
By increasing or decreasing the control range a, the temperature of one wiring as the conductor to be evaluated is maintained constant.

【0057】このように、3本の配線から1本の配線ま
で評価することができるが、配線の本数が多い程、多種
多様の評価条件でエレクトロマイグレーション評価を実
行することができる。また、3本以上の近接する配線が
あれば、外部で直列、並列に接続して使用することがで
きる。
As described above, it is possible to evaluate from three wirings to one wiring. However, as the number of wirings increases, the electromigration evaluation can be executed under various evaluation conditions. Further, if there are three or more adjacent wirings, they can be connected in series or in parallel outside and used.

【0058】被評価導体、モニターおよびヒーターはT
EGに作り込むに限らず、図6(a)に示されているよ
うに、ウエハ1のペレット部2Aに直接的に作り込んで
もよい。この場合には、工程管理および完成品での寿命
予測、ロット保証等として使用することができる。ま
た、図6(b)に示されているように、ウエハ1のスク
ライブライン9に作り込んでもよい。この場合には、T
EGに作り込む場合と同様に工程管理に使用することが
できる。
The conductor to be evaluated, the monitor and the heater are T
Not limited to the EG, it may be directly formed in the pellet portion 2A of the wafer 1 as shown in FIG. In this case, it can be used for process control, life prediction of finished products, lot guarantee, and the like. Further, as shown in FIG. 6B, it may be formed in the scribe line 9 of the wafer 1. In this case, T
It can be used for process control in the same way as when it is built in EG.

【0059】また、被評価導体、モニターおよびヒータ
ーは実際のウエハに作り込むに限らず、実際のウエハと
共に製造プロセスを経る所謂ダミーウエハに作り込んで
もよい。さらには、オフラインで評価する場合には、ウ
エハ以外の被験体に作り込んでもよい。
The conductor to be evaluated, the monitor and the heater are not limited to being formed on the actual wafer, but may be formed on a so-called dummy wafer which undergoes a manufacturing process together with the actual wafer. Furthermore, in the case of off-line evaluation, it may be built in a subject other than the wafer.

【0060】被評価導体、モニターおよびヒーターの配
置は同一層を基本とするが、多層配線構造の場合はこれ
らを異なる層や同一層に適宜に配置することができる。
但し、被評価導体とモニターとは可及的に近い方が望ま
しい。ウエハ内に形成されている配線を利用する場合
も、図5(c)に限らず全ての層の配線を使うことがで
きる。
The conductors to be evaluated, the monitor and the heater are basically arranged in the same layer, but in the case of a multi-layer wiring structure, these can be appropriately arranged in different layers or the same layer.
However, it is desirable that the conductor to be evaluated and the monitor are as close as possible. Even when the wiring formed in the wafer is used, not only the wiring shown in FIG. 5C but also the wiring of all layers can be used.

【0061】また、スルーホール導体が被評価導体であ
る場合には、スルーホールを形成して評価することがで
きる。
When the through-hole conductor is the conductor to be evaluated, the through-hole can be formed and evaluated.

【0062】さらに、被評価導体を構成する材料は、ア
ルミニウムに限らず、他の金属であってもよい。また、
被評価導体は線状に形成されたものに限らず、薄膜形状
に形成されたものであってもよい。要するに、エレクト
ロマイグレーション現象が発生する金属から成る導体に
よって、エレクトロマイグレーション現象が発生し易い
状態に形成されている導体がエレクトロマイグレーショ
ン評価の対象物であることになる。
Further, the material forming the conductor to be evaluated is not limited to aluminum, but may be another metal. Also,
The conductor to be evaluated is not limited to one formed in a linear shape, and may be one formed in a thin film shape. In short, a conductor formed of a metal that causes an electromigration phenomenon in a state where the electromigration phenomenon is likely to occur is an object for electromigration evaluation.

【0063】また、温度媒体供給装置、恒温槽、接触子
等の具体的構成は、オン・ラインまたはオフ・ラインに
よる使用等、使用状況や条件等に応じて適宜選定するこ
とが望ましい。さらに、温度媒体供給装置、恒温槽は省
略してもよい。
Further, it is desirable that the specific constitution of the temperature medium supply device, the constant temperature bath, the contactor, etc. is appropriately selected according to the usage situation and conditions such as on-line or off-line use. Further, the temperature medium supply device and the constant temperature bath may be omitted.

【0064】[0064]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0065】被評価導体の温度を一定に維持することに
より、被評価導体自体の通電に伴う抵抗発熱による断線
や焼損等の所謂熱暴走の発生を未然に回避することがで
きるため、被評価導体においてエレクトロマイグレーシ
ョン現象のみを引き起こすことができ、その結果、電流
密度係数nおよび活性化エネルギーEaを短時間で、か
つ、正確に求めることができ、エレクトロマイグレーシ
ョン寿命の評価を短時間で、かつ、正確に行うことがで
きる。
By maintaining the temperature of the conductor to be evaluated constant, it is possible to avoid occurrence of so-called thermal runaway such as disconnection or burnout due to resistance heat generation due to energization of the conductor to be evaluated. In the above, only the electromigration phenomenon can be caused, and as a result, the current density coefficient n and the activation energy Ea can be obtained accurately in a short time, and the electromigration life can be evaluated in a short time and accurately. Can be done.

【0066】被評価導体の自己発熱による暴走を防止す
ることにより、電流密度を大きく設定することができる
ので、エレクトロマイグレーション評価に要する時間を
より一層短縮することができる。
By preventing runaway due to self-heating of the conductor to be evaluated, the current density can be set large, and therefore the time required for electromigration evaluation can be further shortened.

【0067】ウエハに被評価導体を作り込み、この被評
価導体についてエレクトロマイグレーション評価方法を
実施することにより、被験体であるウエハに作り込まれ
た半導体装置(製品)についてのエレクトロマイグレー
ション評価を実行することができるため、ウエハの工程
管理を実行することができるとともに、ウエハのロット
保証、しいては半導体装置の品質保証を確保することが
できる。また、新材料を採用する際には設計データを短
時間に取得することが可能となる。
A conductor to be evaluated is formed on a wafer, and an electromigration evaluation method is performed on the conductor to be evaluated, thereby performing electromigration evaluation on a semiconductor device (product) formed on a wafer as a test object. Therefore, the process control of the wafer can be executed, and the lot guarantee of the wafer and the quality guarantee of the semiconductor device can be ensured. Further, when adopting a new material, it becomes possible to acquire design data in a short time.

【0068】例えば、ウエハの工程管理に使用された場
合において、被評価導体について不合格の評価ないしは
低い評価が下された際には、その被験体であるウエハの
ロットに対してプロセス管理やその他の異常対策を逸早
く講ずることができるため、製品としての半導体装置に
ついての品質の低下を防止することができる。また、不
合格の評価が下されたウエハの後工程への投入を停止す
ることができるため、エレクトロマイグレーション寿命
が短くて信頼性の低い半導体装置の市場への出荷を未然
に防止することができる。
For example, in the case of being used for wafer process control, when the conductor to be evaluated is evaluated as rejected or low, process control or other Since it is possible to promptly take measures against the abnormal condition, it is possible to prevent the deterioration of the quality of the semiconductor device as a product. In addition, since the wafer that has been evaluated as rejected can be stopped from being put into the post-process, it is possible to prevent the shipment of the semiconductor device having a short electromigration life and low reliability to the market. .

【0069】被評価導体に近接してモニターおよびヒー
ターを配設することにより、被評価導体の温度変化を正
確にモニタリングすることができるとともに、その測定
結果に基づくヒーターの加熱作動によって被評価導体の
温度を一定にフィードバック制御することができるた
め、エレクトロマイグレーション評価を正確に実行する
ことができるとともに、その評価に要する時間をより一
層短縮することができる。
By disposing the monitor and the heater close to the conductor to be evaluated, the temperature change of the conductor to be evaluated can be accurately monitored, and the heating operation of the heater based on the measurement result allows the conductor to be evaluated to be heated. Since the temperature can be feedback-controlled to be constant, the electromigration evaluation can be accurately executed, and the time required for the evaluation can be further shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例であるエレクトロマイグレー
ション評価装置を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electromigration evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例である被験体を示しており、
(a)は半導体ウエハを示す平面図、(b)はそのTE
Gの拡大部分平面図である。
FIG. 2 shows a subject that is an example of the present invention,
(A) is a plan view showing a semiconductor wafer, (b) is its TE
It is an enlarged partial top view of G.

【図3】(a)、(b)は被評価導体、モニターおよび
ヒーターの他の実施例を示す各拡大部分平面図である。
3 (a) and 3 (b) are enlarged partial plan views showing another embodiment of a conductor to be evaluated, a monitor and a heater.

【図4】(a)、(b)、(c)はウエハに作り込む配
線が2本に設定された実施例を示す各拡大部分平面図で
ある。
4 (a), (b), and (c) are enlarged partial plan views showing an embodiment in which two wirings are formed on the wafer.

【図5】(a)、(b)、(c)はウエハに作り込む配
線が1本に設定された実施例を示す各拡大部分平面図で
ある。
5 (a), (b), and (c) are enlarged partial plan views showing an embodiment in which one wiring is formed on the wafer.

【図6】(a)は被評価導体、モニターおよびヒーター
がウエハのペレット部に作り込まれた実施例を示す平面
図、(b)は被評価導体、モニターおよびヒーターがウ
エハのスクライブラインに作り込まれた実施例を示す平
面図である。
FIG. 6A is a plan view showing an embodiment in which a conductor to be evaluated, a monitor and a heater are built in a pellet portion of a wafer, and FIG. 6B is a conductor, a monitor and a heater to be evaluated are formed in a scribe line of a wafer. It is a top view showing the inserted example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウエハ(被験体)、2…TEG、3…アルミニウム
配線(被評価導体)、4…モニター、5…ヒーター、6
…パッド、10…エレクトロマイグレーション評価装
置、11…恒温槽、12…半導体ウエハ出し入れ口、1
3…エレクトロマイグレーション測定装置、14…第1
接触子、15…温度媒体供給装置、16…高温槽、17
…低温槽、18…エアダクト、19…ダンパ、20…第
2接触子、21…温度測定装置、22…コントローラ
ー、23…第3接触子、24…温度制御装置、25…ウ
エハステージ、26…ウエハステージ温度コントローラ
ー。
1 ... Wafer (subject), 2 ... TEG, 3 ... Aluminum wiring (conductor to be evaluated), 4 ... Monitor, 5 ... Heater, 6
... pad, 10 ... electromigration evaluation device, 11 ... thermostat, 12 ... semiconductor wafer loading / unloading port, 1
3 ... Electromigration measuring device, 14 ... 1st
Contactor, 15 ... Temperature medium supply device, 16 ... High temperature tank, 17
... low temperature tank, 18 ... air duct, 19 ... damper, 20 ... second contactor, 21 ... temperature measuring device, 22 ... controller, 23 ... third contactor, 24 ... temperature control device, 25 ... wafer stage, 26 ... wafer Stage temperature controller.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属から成る被評価導体に電流が所定の
電流密度をもって流されて、この被評価導体についての
エレクトロマイグレーション寿命が評価されるエレクト
ロマイグレーション評価方法において、 前記被評価導体に電流が流されている際に、この被評価
導体の温度変化が測定されるとともに、この温度測定デ
ーターに基づいて、この被評価導体の温度を一定に維持
しようとする通電による温度制御が実行されることを特
徴とするエレクトロマイグレーション評価方法。
1. An electromigration evaluation method in which an electric current is caused to flow through a conductor to be evaluated made of metal with a predetermined current density to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated. The temperature change of the conductor to be evaluated is measured while the temperature of the conductor to be evaluated is controlled by energization to keep the temperature of the conductor to be evaluated constant based on the temperature measurement data. Characteristic electromigration evaluation method.
【請求項2】 被評価導体自体の抵抗値の変化が測定さ
れることにより、被評価導体自体の温度変化が測定され
るとともに、その測定データーに基づいて被評価導体自
体への通電が制御されることにより、被評価導体自体の
温度制御が実行されることを特徴とする請求項1に記載
のエレクトロマイグレーション評価方法。
2. The change in the resistance value of the evaluated conductor itself is measured to measure the temperature change of the evaluated conductor itself, and the energization to the evaluated conductor itself is controlled based on the measured data. The electromigration evaluation method according to claim 1, wherein the temperature control of the conductor to be evaluated is performed by the above.
【請求項3】 金属から成る被評価導体に電流を所定の
電流密度をもって流し、この被評価導体についてのエレ
クトロマイグレーション寿命を評価するエレクトロマイ
グレーション評価装置において、 前記被評価導体に電流が流されている際に、この被評価
導体の温度変化を測定する温度測定装置と、この測定デ
ーターに基づいて通電を制御することによってこの被評
価導体の温度を一定に維持する温度制御装置とを備えて
いることを特徴とするエレクトロマイグレーション評価
装置。
3. An electromigration evaluation apparatus for applying a current with a predetermined current density to a conductor to be evaluated made of metal to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated, wherein current is passed through the conductor to be evaluated. At this time, a temperature measuring device for measuring the temperature change of the conductor to be evaluated, and a temperature control device for maintaining a constant temperature of the conductor to be evaluated by controlling energization based on the measurement data An electromigration evaluation device characterized by.
【請求項4】 温度測定装置が抵抗値の変化を測定する
ことにより、温度変化を測定するように構成されてお
り、温度制御装置が供給電力を変化させることにより温
度を制御するように構成されていることを特徴とする請
求項3に記載のエレクトロマイグレーション評価装置。
4. The temperature measuring device is configured to measure the temperature change by measuring the change in resistance value, and the temperature control device is configured to control the temperature by changing the supply power. The electromigration evaluation apparatus according to claim 3, wherein:
【請求項5】 金属から成る被評価導体が形成された本
体を備えており、この被評価導体に電流が所定の電流密
度をもって流されて、この被評価導体についてのエレク
トロマイグレーション寿命が評価されるエレクトロマイ
グレーション評価被験体において、 前記本体に前記被評価導体の温度変化を間接的に測定す
る温度測定用の導体が、前記被評価導体に近接され、か
つ、電気的に絶縁されて敷設されていることを特徴とす
るエレクトロマイグレーション評価被験体。
5. A body having a conductor to be evaluated formed of a metal is provided, and a current is caused to flow through the conductor to be evaluated at a predetermined current density to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated. In an electromigration evaluation subject, a conductor for temperature measurement that indirectly measures a temperature change of the conductor to be evaluated is laid in the main body close to the conductor to be evaluated and electrically insulated. An electromigration evaluation subject characterized by the above.
【請求項6】 金属から成る被評価導体が形成された本
体を備えており、この被評価導体に電流が所定の電流密
度をもって流されて、この被評価導体についてのエレク
トロマイグレーション寿命が評価されるエレクトロマイ
グレーション評価被験体において、 前記本体に通電によって前記被評価導体を間接的に加熱
する加熱用の抵抗体が、前記被評価導体に近接され、か
つ、電気的に絶縁されて敷設されていることを特徴とす
るエレクトロマイグレーション評価被験体。
6. A body having a conductor to be evaluated formed of a metal is provided, and a current is caused to flow through the conductor to be evaluated with a predetermined current density to evaluate the electromigration life of the conductor to be evaluated. In the electromigration evaluation subject, a heating resistor that indirectly heats the conductor to be evaluated by energizing the main body is placed close to the conductor to be evaluated and electrically insulated. An electromigration evaluation subject characterized by.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100282430B1 (en) * 1997-12-30 2001-03-02 김영환 METALLINE PACKAGELEVEL TEST PATTERN AND METHOD FOR SEMIC ONDUCTOR DEVICE
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