JPH07286983A - 金属薄膜の膜質評価法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属薄膜に、直流電流を流し、それによって
金属薄膜の抵抗値が変化するのを測定し、その測定結果
を用いて、金属薄膜の膜質を評価する方法において、金
属薄膜の抵抗値の変化の測定時、金属薄膜からそれを構
成している金属の原子を外部にほとんど拡散させず且つ
これに伴う空孔を金属薄膜内にほとんど生ぜしめないよ
うにし、それによって、金属薄膜の膜質の評価を、より
正しく行うことができるようにする。 【構成】 金属薄膜に電流を流すため及び金属薄膜の抵
抗値が変化するのを測定するための電極として、金属薄
膜を構成している金属の原子に対して金属薄膜に比し低
い拡散性しか与えない電極を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の配線
を構成している金属薄膜の膜質を評価するのに適用し得
る金属薄膜の膜質評価法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属薄膜に、直流電流を流した場
合、金属薄膜内でそれを構成している金属の原子が移動
し且つそれに伴い空孔の移動が生じ、それにもとずき、
金属薄膜内にエレクトロマイグレーションが生じ、その
結果、金属薄膜の抵抗値が変化する、ということから、
金属薄膜に、直流電流を流し、それによって金属薄膜の
抵抗値が変化するのを測定し、その測定結果を用いて、
金属薄膜の膜質を評価する、という金属薄膜の膜質評価
法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の金属薄膜の膜質
評価法においては、金属薄膜内でのエレクトロマイグレ
ーションの生成、従って、金属薄膜内でのそれを構成し
ている金属の原子の移動及びそれに伴う金属薄膜内での
空孔の移動を、金属薄膜の抵抗値の変化の測定によって
測定しているが、この場合、金属薄膜内で移動する金属
薄膜を構成している金属の原子が金属薄膜に直流電流を
流すために用いている電極、リードなどの外部に拡散し
且つこれに伴う空孔が金属薄膜内に生ずるのを抑制乃至
阻止するための手段について、考慮がなされていなかっ
た。

【０００４】このため、従来の金属薄膜の膜質評価法の
場合、金属薄膜の抵抗値の変化の測定時、金属薄膜から
それを構成している金属の原子を外部に拡散させ且つこ
れに伴う空孔を金属薄膜内に生ぜしめていた。

【０００５】以上のことから、従来の金属薄膜の膜質評
価法の場合、金属薄膜の膜質の評価を、金属薄膜の抵抗
値の変化の測定時に、金属薄膜からそれを構成している
金属の原子を外部に拡散させ且つこれに伴う空孔を金属
薄膜内に生ぜしめている分、正しく行われていない、と
いう欠点を有していた。

【０００６】よって、本発明は、上述した欠点を有効に
回避し得る、新規な金属薄膜の膜質評価法を提案せんと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願第１番目の発明によ
る金属薄膜の膜質評価法は、（ｉ）金属薄膜に、その第
１及び第２の位置において、金属薄膜を構成している金
属の原子に対して金属薄膜に比し低い拡散性しか与えな
い第１及び第２の電極をそれぞれ付し、そして、（ｉ
ｉ）金属薄膜に、第１及び第２の位置間において、第１
及び第２の電極を用いて、直流電流を流し、（ｉｉｉ）
それによって第１及び第２の電極間でみた抵抗値が変化
するのを測定し、（ｉｖ）その測定結果を用いて、金属
薄膜の膜質を評価する。この場合、金属薄膜がＡｌでな
る場合、第１及び第２の電極として、高融点金属または
その窒化物でなる電極を用い得る。また、第１及び第２
の位置を、金属薄膜の両端位置とするのを可とする。

【０００８】本願第２番目の発明による金属薄膜の膜質
評価法は、（ｉ）金属薄膜に、その第１及び第２の位
置、及びそれら間の第３の位置において、金属薄膜を構
成している金属の原子に対して金属薄膜に比し低い拡散
性しか与えない第１及び第２の電極、及び第３の電極を
それぞれ付し、そして、（ｉｉ）金属薄膜に、第１及び
第２の位置間において、第１及び第２の電極を用いて、
直流電流を、第１の位置側から第２の位置側に向けて流
し、（ｉｉｉ）それによって第２及び第３の電極間でみ
た抵抗値が変化するのを測定し、（ｉｖ）その測定結果
を用いて、金属薄膜の膜質を評価する。この場合、金属
薄膜がＡｌでなる場合、第１、第２及び第３の電極とし
て、高融点金属またはその窒化物でなる電極を用い得
る。また、第１及び第２の位置を、金属薄膜の両端位置
とするのを可とする。

【０００９】

【作用・効果】本願第１番目の発明による金属薄膜の膜
質評価法は、前述した従来の金属薄膜の膜質評価法の場
合と同様に、金属薄膜に、直流電流を流した場合、金属
薄膜内でそれを構成している金属の原子が移動し且つそ
れに伴い空孔の移動が生じ、それにもとずき、金属薄膜
内にエレクトロマイグレーションが生じ、その結果、金
属薄膜の抵抗値が変化する、ということから、金属薄膜
に、直流電流を流し、それによって金属薄膜の抵抗値が
変化するのを測定し、その測定結果を用いて、金属薄膜
の膜質を評価する、というものである。

【００１０】また、本願第１番目の発明による金属薄膜
の膜質評価法においては、前述した従来の金属薄膜の膜
質評価法の場合と同様に、金属薄膜内でのエレクトロマ
イグレーションの生成、従って、金属薄膜内でのそれを
構成している金属の原子の移動及びそれに伴う金属薄膜
内での空孔の移動を、金属薄膜の抵抗値の変化の測定に
よって測定している。

【００１１】しかしながら、本願第１番目の発明による
金属薄膜の膜質評価法の場合、金属薄膜に直流電流を流
すため、及び金属薄膜の抵抗値の変化を測定するために
用いている第１及び第２の電極が、金属薄膜を構成して
いる金属の原子に対して金属薄膜に比し低い拡散性しか
与えない電極であるので、金属薄膜内で移動する金属薄
膜を構成している金属の原子が第１及び第２の電極の外
部に拡散し且つこれに伴う空孔が金属薄膜内に生ずるの
を抑制乃至阻止するための手段について、考慮がなされ
ている。

【００１２】このため、本願第１番目の発明による金属
薄膜の膜質評価法の場合、前述した従来の金属薄膜の膜
質評価法の場合とは異なり、金属薄膜の抵抗値の変化の
測定時、金属薄膜からそれを構成している金属の原子を
外部にほとんど拡散させず且つこれに伴う空孔を金属薄
膜内にほとんど生ぜしめない。

【００１３】以上のことから、本願第１番目の発明によ
る金属薄膜の膜質評価法の場合、金属薄膜の膜質の評価
を、前述した従来の金属薄膜の膜質評価法の場合に比
し、より正しく行うことができる。

【００１４】また、本願第２番目の発明による金属薄膜
の膜質評価法は、本願第１番目の発明による金属薄膜の
膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜に、直流電流を流
した場合、金属薄膜内でそれを構成している金属の原子
が移動し且つそれに伴い空孔の移動が生じ、それにもと
ずき、金属薄膜内にエレクトロマイグレーションが生
じ、その結果、金属薄膜の抵抗値が変化する、というこ
とから、金属薄膜に、直流電流を流し、それによって金
属薄膜の抵抗値が変化するのを測定し、その測定結果を
用いて、金属薄膜の膜質を評価する、というものであ
り、また、本願第２番目の発明による金属薄膜の膜質評
価法においては、本願第１番目の発明による金属薄膜の
膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜内でのエレクトロ
マイグレーションの生成、従って、金属薄膜内でのそれ
を構成している金属の原子の移動及びそれに伴う金属薄
膜内での空孔の移動を、金属薄膜の抵抗値の変化の測定
によって測定している。

【００１５】さらに、本願第２番目の発明による金属薄
膜の膜質評価法の場合、本願第１番目の発明による金属
薄膜の膜質評価法の場合に準じて、金属薄膜に直流電流
を流すため、及び第３の電極とともに金属薄膜の抵抗値
の変化を測定するために用いている第１及び第２の電
極、及び第１及び第２の電極とともに抵抗値の変化を測
定するために用いている第３の電極が、金属薄膜を構成
している金属の原子に対して金属薄膜に比し低い拡散性
しか与えない電極であるので、金属薄膜内で移動する金
属薄膜を構成している金属の原子が第１及び第２の電
極、及び第３の電極の外部に拡散し且つこれに伴う空孔
が金属薄膜内に生ずるのを抑制乃至阻止するための手段
について、考慮がなされている。

【００１６】このため、本願第２番目の発明による金属
薄膜の膜質評価法の場合も、本願第１番目の発明による
金属薄膜の膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜の抵抗
値の変化の測定時、金属薄膜からそれを構成している金
属の原子を外部にほとんど拡散させず且つこれに伴う空
孔を金属薄膜内にほとんど生ぜしめない。

【００１７】以上のことから、本願第２番目の発明によ
る金属薄膜の膜質評価法の場合も、本願第１番目の発明
による金属薄膜の膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜
の膜質の評価を、前述した従来の金属薄膜の膜質評価法
の場合に比し、より正しく行うことができる。

【００１８】また、本願第２番目の発明による金属薄膜
の膜質評価法の場合、金属薄膜に、電流を、第１の電極
の付されている第１の位置側から第２の電極の付されて
いる第２の位置側に向けて流すようにしているので、金
属薄膜内にそれを構成している金属の原子の移動に伴っ
て生ずる空孔が、第２の電極の付されている第２の位置
及びその周りに集まるので、金属薄膜の抵抗値の変化の
測定結果、その抵抗値の変化を、短時間で、高い感度に
測定することができ、よって、金属薄膜の膜質の評価
を、短時間に、高精度に行うことができる。

【００１９】

【実施例１】次に、図１を伴って、本発明による金属薄
膜の膜質評価法の第１の実施例を述べよう。

【００２０】図１に示す本発明による金属薄膜の膜質評
価法においては、例えばＡｌでなる金属薄膜１に、その
第１及び第２の位置Ｐ１及びＰ２において、金属薄膜１
を構成している金属（この場合、Ａｌ）の原子に対して
金属薄膜１に比し低い拡散性しか与えない第１及び第２
の電極Ｅ１及びＥ２をそれぞれ付す。この場合、第１及
び第２の電極Ｅ１及びＥ２は、金属薄膜１がＡｌでなる
場合、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属またはその窒化物でな
る。

【００２１】そして、金属薄膜１に、第１及び第２の位
置Ｐ１及びＰ２間において、第１及び第２の電極Ｅ１及
びＥ２を用いて、直流電流を、電源２（定電流源）から
金属薄膜１内にエレクトロマイグレーションが生ずるの
に十分な比較的高い電流密度（金属薄膜１がＡｌでなる
場合、１０⁶〜１０⁷Ａ／ｃｍ²程度）で流し、一方、そ
れによって第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２間でみた抵
抗値が変化するのを、抵抗計ＲＭを用いて測定し、その
測定結果を用いて、金属薄膜１の膜質を評価する。

【００２２】以上が、本発明による金属薄膜の膜質評価
法の第１の実施例である。

【００２３】このような本発明による金属薄膜の膜質評
価法は、前述した従来の金属薄膜の膜質評価法の場合と
同様に、金属薄膜１に、直流電流を流した場合、金属薄
膜１内でそれを構成している金属の原子が移動し且つそ
れに伴い空孔の移動が生じ、それにもとずき、金属薄膜
１内にエレクトロマイグレーションが生じ、その結果、
金属薄膜１の抵抗値が変化する、ということから、金属
薄膜１に、直流電流を流し、それによって金属薄膜１の
抵抗値が変化するのを測定し、その測定結果を用いて、
金属薄膜１の膜質を評価する、というものである。

【００２４】また、図１に示す本発明による金属薄膜の
膜質評価法においては、前述した従来の金属薄膜の膜質
評価法の場合と同様に、金属薄膜１内でのエレクトロマ
イグレーションの生成、従って、金属薄膜１内でのそれ
を構成している金属の原子の移動及びそれに伴う金属薄
膜内での空孔の移動を、金属薄膜１の抵抗値の変化の測
定によって測定している。

【００２５】しかしながら、図１に示す本発明による金
属薄膜の膜質評価法の場合、金属薄膜１に直流電流を流
すため、及び金属薄膜１の抵抗値の変化を測定するため
に用いている第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２が、金属
薄膜１を構成している金属（本例の場合、Ａｌ）の原子
に対して金属薄膜１に比し低い拡散性しか与えない電極
であり、よって、金属薄膜１内で移動する金属薄膜１を
構成している金属（本例の場合、Ａｌ）の原子が第１及
び第２の電極Ｅ１及びＥ２の外部に拡散し且つこれに伴
う空孔が金属薄膜１内に生ずるのを抑制乃至阻止するた
めの手段について、考慮がなされている。

【００２６】このため、図１に示す本発明による金属薄
膜の膜質評価法の場合、前述した従来の金属薄膜の膜質
評価法の場合とは異なり、金属薄膜１の抵抗値の変化の
測定時、金属薄膜１からそれを構成している金属（本例
の場合、Ａｌ）の原子を外部にほとんど拡散させず且つ
これに伴う空孔を金属薄膜１内にほとんど生ぜしめな
い。

【００２７】以上のことから、図１に示す本発明による
金属薄膜の膜質評価法の場合、金属薄膜１の膜質の評価
を、金属薄膜１と同じ金属薄膜についての、前述した従
来の金属薄膜の膜質評価法の場合に比し、より正しく行
うことができる。

【００２８】また、このことは、第１及び第２の電極Ｅ
１及びＥ２がそれぞれ付される金属薄膜１の第１及び第
２の位置Ｐ１及びＰ２を、金属薄膜１の両端とすれば、
なおさらである。それは、第１及び第２の位置Ｐ１及び
Ｐ２を金属薄膜１の両端からそれぞれ内側に入った位置
とした場合、金属薄膜１の両端からそれらにそれぞれ対
応するこの場合の第１及び第２の位置までとった間の金
属薄膜１の領域には直流電流が流れず、そして、そのよ
うな直流電流の流れていない領域から、この場合の第１
及び第２の位置間の直流電流が流れる領域に、空孔が移
動し、それが、抵抗値の変化の測定結果に悪影響を及ぼ
すというおそれを有するが、第１及び第２の電極Ｅ１及
びＥ２がそれぞれ付される金属薄膜１の第１及び第２の
位置Ｐ１及びＰ２を、金属薄膜１の両端とすれば、その
ようなおそれを有効に回避することができるからであ
る。

【００２９】

【実施例２】次に、図２を伴って、本発明による金属薄
膜の膜質評価法の第２の実施例を述べよう。

【００３０】図２において、図１との対応部分には同一
符号を付して示す。

【００３１】図１に示す本発明による金属薄膜の膜質評
価法においては、例えばＡｌでなる金属薄膜１に、その
第１及び第２の位置Ｐ１及びＰ２、及びそれら間の第３
の位置Ｐ３において、金属薄膜１を構成している金属
（この場合、Ａｌ）の原子に対して金属薄膜１に比し低
い拡散性しか与えない第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ
２、及び第３の電極Ｅ３をそれぞれ付す。この場合、第
１、第２及び第３の電極Ｅ１、Ｅ２及びＥ３は、金属薄
膜１がＡｌでなる場合、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属また
はその窒化物でなる。また、第１及び第２の電極Ｅ１及
びＥ２がそれぞれ付される金属薄膜１の第１及び第２の
位置Ｐ１及びＰ２を、それぞれ金属薄膜１の両端として
いる。

【００３２】そして、金属薄膜１に、第１及び第２の位
置Ｐ１及びＰ２間において、第１及び第２の電極Ｅ１及
びＥ２を用いて、直流電流を、電源２（定電流源）から
金属薄膜１内にエレクトロマイグレーションが生ずるの
に十分な比較的高い電流密度（金属薄膜１がＡｌでなる
場合、１０⁶〜１０⁷Ａ／ｃｍ²程度）で第１の位置Ｐ１
側から第２の位置Ｐ２側に向けて流し、一方、それによ
って第１及び第３の電極Ｅ１及びＥ３間でみた抵抗値が
変化するのを、抵抗計ＲＭ１を用いて測定するととも
に、第２及び第３の電極Ｅ２及びＥ３間でみた抵抗値が
変化するのを、抵抗計ＲＭ２を用いて測定し、その測定
結果を用いて、金属薄膜１の膜質を評価する。

【００３３】以上が、本発明による金属薄膜の膜質評価
法の第２の実施例である。

【００３４】このような本発明による金属薄膜の膜質評
価法は、図１に示す本発明による金属薄膜の膜質評価法
の場合と同様に、金属薄膜１に、直流電流を流した場
合、金属薄膜１内でそれを構成している金属の原子が移
動し且つそれに伴い空孔の移動が生じ、それにもとず
き、金属薄膜１内にエレクトロマイグレーションが生
じ、その結果、金属薄膜１の抵抗値が変化する、という
ことから、金属薄膜１に、直流電流を流し、それによっ
て金属薄膜１の抵抗値が変化するのを測定し、その測定
結果を用いて、金属薄膜１の膜質を評価する、というも
のであり、また、図２に示す本発明による金属薄膜の膜
質評価法においては、図１に示す本発明による金属薄膜
の膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜１内でのエレク
トロマイグレーションの生成、従って、金属薄膜１内で
のそれを構成している金属の原子の移動及びそれに伴う
金属薄膜１内での空孔の移動を、金属薄膜１の抵抗値の
変化の測定によって測定している。

【００３５】さらに、図２に示す本発明による金属薄膜
の膜質評価法の場合、図１に示す本発明による金属薄膜
の膜質評価法の場合に準じて、金属薄膜１に直流電流を
流すため、及び第３の電極Ｅ３とともに金属薄膜１の抵
抗値の変化を測定するために用いている第１及び第２の
電極Ｅ１及びＥ２、及び第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ
２とともに抵抗値の変化を測定するために用いている第
３の電極Ｅ３が、金属薄膜１を構成している金属（本例
の場合、Ａｌ）の原子に対して金属薄膜１に比し低い拡
散性しか与えない電極であるので、金属薄膜１内で移動
する金属薄膜１を構成している金属（本例の場合、Ａ
ｌ）の原子が第１及び第２の電極Ｅ１及びＥ２、及び第
３の電極Ｅ３の外部に拡散し且つこれに伴う空孔が金属
薄膜１内に生ずるのを抑制乃至阻止するための手段につ
いて、考慮がなされている。

【００３６】このため、図２に示す本発明による金属薄
膜の膜質評価法の場合も、図１に示す本発明による金属
薄膜の膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜１の抵抗値
の変化の測定時、金属薄膜１からそれを構成している金
属（本例の場合、Ａｌ）の原子を外部にほとんど拡散さ
せず且つこれに伴う空孔を金属薄膜１内にほとんど生ぜ
しめない。

【００３７】以上のことから、図２に示す本発明による
金属薄膜の膜質評価法の場合も、図１に示す本発明によ
る金属薄膜の膜質評価法の場合と同様に、金属薄膜１の
膜質の評価を、前述した従来の金属薄膜の膜質評価法の
場合に比し、より正しく行うことができる。

【００３８】また、図２に示す本発明による金属薄膜の
膜質評価法の場合、金属薄膜１に電流を、第１の電極Ｅ
１の付されている第１の位置Ｐ１側から第２の電極Ｅ２
の付されている第２の位置Ｐ２側に向けて流すようにし
ているので、金属薄膜１内にそれを構成している金属
（本例の場合、Ａｌ）の原子の移動に伴って生ずる空孔
が第２の電極Ｅ２の付されている第２の位置Ｐ２側に集
まるので、図３及び図４に示すように、第１及び第３の
電極Ｅ１及びＥ３間でみた抵抗値の変化率（％）は大き
くないが、第２及び第３の電極Ｅ２及びＥ３間でみた抵
抗値の変化率（％）は大きいので、金属薄膜１の抵抗値
の変化の測定時、その抵抗値の変化を、短時間で、高い
感度に測定することができ、よって、金属薄膜１の膜質
の評価を、短時間に、高精度に行うことができる。な
お、図３及び図４は、金属薄膜１が、第１及び第２の電
極Ｅ１及びＥ２間でみて、１．１４Ω及び１．１６Ωの
初期抵抗値をそれぞれ有する場合の、金属薄膜１の抵抗
値の変化率を示している。

【００３９】なお、上述においては、本発明の２つの実
施例を示したに留まり、例えば図２に示す本発明による
金属薄膜の膜質評価法において、第１及び第３の電極Ｅ
１及びＥ３間でみた抵抗値が変化するのを測定するのを
省略し、第２及び第３の電極Ｅ２及びＥ３間でみた抵抗
値が変化するのを測定するだけとし、そして、その測定
結果を用いて、金属薄膜１の膜質の評価を行うこともで
き、その他、本発明の精神を脱することなしに種々の変
型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による金属薄膜の膜質評価法の第１の実
施例を示す接続図である。

【図２】本発明による金属薄膜の膜質評価法の第２の実
施例を示す接続図である。

【図３】本発明による金属薄膜の膜質評価法の第２の実
施例の説明に供する、金属薄膜の抵抗値が第１及び第２
の電極間、及び第２及び第３の電極間でそれぞれ変化す
るのを測定した結果を示す図である。

【図４】本発明による金属薄膜の膜質評価法の第２の実
施例の説明に供する、金属薄膜の抵抗値が第１及び第２
の電極間、及び第２及び第３の電極間でそれぞれ変化す
るのを測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

１ 金属薄膜 ２ 電源 Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３ 電極 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 位置 ＲＭ、ＲＭ１、ＲＭ、ＲＭ３ 抵抗計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属薄膜に、その第１及び第２の位置に
   おいて、上記金属薄膜を構成している金属の原子に対し
   て上記金属薄膜に比し低い拡散性しか与えない第１及び
   第２の電極をそれぞれ付し、 上記金属薄膜に、上記第１及び第２の位置間において、
   上記第１及び第２の電極を用いて、直流電流を流し、 それによって上記第１及び第２の電極間でみた抵抗値が
   変化するのを測定し、 その測定結果を用いて、上記金属薄膜の膜質を評価する
   ことを特徴とする金属薄膜の膜質評価法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の金属薄膜の膜質評価法に
   おいて、 上記金属薄膜がＡｌでなる場合、上記第１及び第２の電
   極として、高融点金属またはその窒化物でなる電極を用
   いることを特徴とする金属薄膜の膜質評価法。
3. 【請求項３】 金属薄膜に、その第１及び第２の位置、
   及びそれら間の第３の位置において、上記金属薄膜を構
   成している金属の原子に対して上記金属薄膜に比し低い
   拡散性しか与えない第１及び第２の電極、及び第３の電
   極をそれぞれ付し、 上記金属薄膜に、上記第１及び第２の位置間において、
   上記第１及び第２の電極を用いて、直流電流を、上記第
   １の位置側から上記第２の位置側に向けて流し、 それによって上記第２及び第３の電極間でみた抵抗値が
   変化するのを測定し、 その測定結果を用いて、上記金属薄膜の膜質を評価する
   ことを特徴とする金属薄膜の膜質評価法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の金属薄膜の膜質評価法に
   おいて、 上記金属薄膜がＡｌでなる場合、上記第１、第２及び第
   ３の電極として、高融点金属またはその窒化物でなる電
   極を用いることを特徴とする金属薄膜の膜質評価法。
5. 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３または請
   求項４記載の金属薄膜の膜質評価法において、 上記第１及び第２の位置を、上記金属薄膜の両端位置と
   することを特徴とする金属薄膜の膜質評価法。