JPH0786362A - Wiring evaluating specimen and formation thereof - Google Patents
Wiring evaluating specimen and formation thereofInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、配線評価用試料に関
し、特には半導体装置において基板上に形成する配線の
エレクトロマイグレーションに対する信頼性試験を行う
ための配線評価用試料に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wiring evaluation sample, and more particularly to a wiring evaluation sample for conducting a reliability test against electromigration of wiring formed on a substrate in a semiconductor device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴う素子
の微細化によって、基板上に形成される配線は細く長く
なり、チップ面積に占める配線の割合が大きくなる傾向
にある。このため、半導体装置の信頼性の向上を図るた
めには、配線に関する故障の削減が重要になっている。2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of elements accompanying the high integration of semiconductor devices, the wiring formed on a substrate tends to be thin and long, and the proportion of the wiring in the chip area tends to increase. Therefore, in order to improve the reliability of the semiconductor device, it is important to reduce the failures related to the wiring.
【０００３】上記配線に関する主な故障原因の一つに、
エレクトロマイグレーションがある。エレクトロマイグ
レーションは、電流を流した配線中で金属イオンが移動
する現象であり、エレクトロマイグレーションの発生に
よって配線中には部分的な金属イオンの過不足が生じ
る。そして、金属イオンが不足する配線部分では、ボイ
ドが発生しこのボイドの成長によって配線の断線故障が
発生する。また、金属イオンが過剰となる配線部分で
は、ヒロックやホイスカが発生しこのヒロックあるいは
ホイスカの成長によって配線間の短絡故障が発生する。One of the main causes of failure related to the above wiring is
There is electromigration. Electromigration is a phenomenon in which metal ions move in a wiring to which a current is applied, and the occurrence of electromigration causes partial excess or shortage of metal ions in the wiring. Then, a void is generated in the wiring portion where the metal ions are insufficient, and the growth of the void causes a disconnection failure of the wiring. Further, hillocks or whiskers are generated in the wiring portion where the metal ions are excessive, and the growth of the hillocks or whiskers causes a short-circuit failure between the wirings.
【０００４】上記エレクトロマイグレーションの発生量
は、配線を形成する金属の結晶粒径、配線の形状、配線
温度及び配線に加える電流密度に依存している。そし
て、微細化が進んで線幅が狭くなった配線では電流密度
が増加するため、エレクトロマイグレーションに起因す
る故障が増加することが予想される。The amount of electromigration generated depends on the crystal grain size of the metal forming the wiring, the shape of the wiring, the wiring temperature, and the current density applied to the wiring. Then, since the current density increases in the wiring whose line width is narrowed due to the progress of miniaturization, it is expected that the failures due to electromigration will increase.
【０００５】半導体装置の製造に際しては、上記エレク
トロマイグレーションに対する配線の信頼性試験を以下
の様に行っている。先ず、上記信頼性試験に用いる配線
評価用試料を説明する。図２に示すように、配線評価用
試料２は、半導体基板２０１の上面に絶縁膜２０２を成
膜し、この絶縁膜２０２の上面に評価配線２０３を形成
したものを用いている。上記評価配線２０３は、例え
ば、その両端を二股の電極２０４，２０５，２０６，２
０７として形成されている。In manufacturing a semiconductor device, a wiring reliability test against the electromigration is conducted as follows. First, a wiring evaluation sample used in the reliability test will be described. As shown in FIG. 2, as the wiring evaluation sample 2, an insulating film 202 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 201, and the evaluation wiring 203 is formed on the upper surface of the insulating film 202. The evaluation wiring 203 has, for example, bifurcated electrodes 204, 205, 206, 2 at both ends.
It is formed as 07.
【０００６】この配線評価用試料２を用いて信頼性試験
を行う場合には先ず、評価配線２０３に形成した電極２
０４と電極２０６とを電源２０８を介して電気的に接続
し、電極２０５と電極２０７とを電圧計２０９を介して
電気的に接続する。その後、電圧計２０９で評価配線２
０３の電圧を測定しながら評価配線２０３にストレス電
流を流す。When performing a reliability test using this wiring evaluation sample 2, first, the electrode 2 formed on the evaluation wiring 203 is formed.
04 and the electrode 206 are electrically connected via the power supply 208, and the electrode 205 and the electrode 207 are electrically connected via the voltmeter 209. Then, use the voltmeter 209 to evaluate the wiring 2
A stress current is passed through the evaluation wiring 203 while measuring the voltage of 03.
【０００７】そして、例えば、評価配線２０３に加えた
電流密度と、エレクトロマイグレーションによって評価
配線２０３が断線した時間とから、評価配線２０３の寿
命を算出し、評価配線２０３のエレクトロマイグレーシ
ョンに対する信頼性を評価する。Then, for example, the life of the evaluation wiring 203 is calculated from the current density applied to the evaluation wiring 203 and the time when the evaluation wiring 203 is broken by electromigration, and the reliability of the evaluation wiring 203 against electromigration is evaluated. To do.
【０００８】尚、上記の信頼性試験は、評価配線２０３
に加える電流密度を大きくすることによって評価配線２
０３に発生するエレクトロマイグレーション量を大きく
し、評価配線２０３が断線に至る時間を短縮する加速試
験によって行われる。Note that the above-mentioned reliability test is performed by the evaluation wiring 203.
Evaluation wiring 2 by increasing the current density applied to
03, the amount of electromigration generated is increased, and the evaluation test is performed by an acceleration test that shortens the time required for breaking the evaluation wiring 203.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の配線評
価用試料２には以下のような課題があった。すなわち、
上記の配線評価試料２においては、絶縁膜２０２は熱酸
化法あるいはＣＶＤ法等によって半導体基板２０１上に
成膜したものである。このようにして成膜した絶縁膜２
０２は、非晶質であるために熱伝導率が低い。そして、
上記のような配線評価試料２に対して、上記の加速試験
を行うと、評価配線２０３に発生するジュール熱が放熱
されずにそのまま評価配線２０３に蓄積される。However, the above wiring evaluation sample 2 has the following problems. That is,
In the wiring evaluation sample 2 described above, the insulating film 202 is formed on the semiconductor substrate 201 by a thermal oxidation method, a CVD method, or the like. Insulating film 2 thus formed
No. 02 has a low thermal conductivity because it is amorphous. And
When the above-described acceleration test is performed on the wiring evaluation sample 2 as described above, the Joule heat generated in the evaluation wiring 203 is not radiated but is accumulated in the evaluation wiring 203 as it is.
【００１０】近年、様々な加速試験においては、評価時
間の短縮化を図る方向に進んでおり、上記エレクトロマ
イグレーションの評価においても、電流密度をさらに増
加させることによって評価時間の短縮化を図っている。
しかし、上記の配線評価試料２では、電流密度を規定値
以上に増加させると、上記ジュール熱の蓄積によって評
価配線２０３の温度が上昇するため、加速試験の精度が
低下するばかりではなく、評価配線２０３が溶融して断
線に至りエレクトロマイグレーションの評価ができなく
なる。In recent years, in various accelerated tests, the evaluation time is being shortened, and in the evaluation of the electromigration, the evaluation time is shortened by further increasing the current density. .
However, in the wiring evaluation sample 2 described above, when the current density is increased to a specified value or more, the temperature of the evaluation wiring 203 rises due to the accumulation of the Joule heat. When 203 is melted, the wire breaks and electromigration cannot be evaluated.
【００１１】そこで、本発明は放熱性の良い配線評価用
試料を提供することによって、エレクトロマイグレーシ
ョンに対する配線の信頼性試験の精度を向上させると共
に、評価時間の短縮化を図ることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to improve the accuracy of the reliability test of the wiring against electromigration and to shorten the evaluation time by providing a wiring evaluation sample having good heat dissipation.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、評価配線にストレス電流を流すことによ
って行う配線の信頼性試験に用いる配線評価用試料であ
る。この配線評価用試料は、高熱伝導率でかつ絶縁抵抗
の高い材料よりなる基板と、この基板の上面に形成され
る評価配線とによって構成される。そして、上記高熱伝
導率でかつ絶縁抵抗の高い材料には、酸化アルミニウム
（Ａｌ2 Ｏ3 ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベ
リリウム（ＢｅＯ），ガリウム砒素（ＧａＡｓ），ダイ
アモンド（Ｃ），四窒化三シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ），結
晶質の二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ），炭化シリコン（Ｓ
ｉＣ）のうちのいづれかを用いる。また、上記の配線評
価用試料の形成方法は以下の様にする。先ず、高熱伝導
率でかつ絶縁抵抗の高い材料を用いて基板を形成し、こ
の基板の上面に配線形成層を成膜する。そして、この配
線形成層をパターニングすることによって前記基板上に
評価配線を形成する。Means for Solving the Problems The present invention for achieving the above object is a wiring evaluation sample used for a reliability test of a wiring by applying a stress current to the evaluation wiring. This wiring evaluation sample is composed of a substrate made of a material having high thermal conductivity and high insulation resistance, and an evaluation wiring formed on the upper surface of the substrate. The materials having high thermal conductivity and high insulation resistance include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), beryllium oxide (BeO), gallium arsenide (GaAs), diamond (C), and tetranitride. Trisilicon (Si 3 N 4 ), crystalline silicon dioxide (SiO 2 ), silicon carbide (S
iC) is used. The method for forming the above wiring evaluation sample is as follows. First, a substrate is formed using a material having high thermal conductivity and high insulation resistance, and a wiring forming layer is formed on the upper surface of the substrate. Then, by patterning this wiring forming layer, an evaluation wiring is formed on the substrate.
【００１３】[0013]
【作用】ストレス電流を流すことによって評価配線には
ジュール熱が発生する。しかし、上記の配線評価用試料
では、評価配線が高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高い材料
よりなる基板の上面に直接形成されているため、評価配
線に発生したジュール熱は評価配線に蓄積されることな
く基板より放熱される。したがって、ジュール熱の発生
による評価配線の温度上昇が防止される。そして、基板
を形成する材料になる酸化アルミニウム，窒化アルミニ
ウム，酸化ベリリウム，ガリウム砒素，ダイアモンド，
四窒化三シリコン，結晶質の二酸化シリコンあるいは炭
化シリコンは、いづれも高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高
い材料であり、評価配線に発生した熱を直ちに吸収して
放熱させる。また、上記の配線評価用試料の形成方法で
は、基板の上面に直接評価配線が形成される。[Operation] Joule heat is generated in the evaluation wiring by applying a stress current. However, in the above wiring evaluation sample, since the evaluation wiring is directly formed on the upper surface of the substrate made of a material having high thermal conductivity and high insulation resistance, Joule heat generated in the evaluation wiring is accumulated in the evaluation wiring. The heat is radiated from the substrate without any. Therefore, the temperature rise of the evaluation wiring due to the generation of Joule heat is prevented. Then, aluminum oxide, aluminum nitride, beryllium oxide, gallium arsenide, diamond, which are materials for forming the substrate,
Trisilicon tetranitride, crystalline silicon dioxide, or silicon carbide is a material having a high thermal conductivity and a high insulation resistance, and immediately absorbs the heat generated in the evaluation wiring and radiates it. Further, in the above method for forming a wiring evaluation sample, the evaluation wiring is directly formed on the upper surface of the substrate.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の配線評価用試料の一実施例を示
す要部斜視図である。図１に示すように、配線評価用試
料１は、基板１１と評価配線１２とで形成されている。
上記基板１１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ
3 ）のような高熱伝導率の絶縁性材料で形成されてい
る。また、評価配線１２は、評価を行いたい配線材料で
形成され、例えば、アルミニウムと１％のシリコンとの
合金（Ａｌ−１％Ｓｉ）で形成されている。また、評価
配線１２の両端は、二股の電極１３，１４，１５，１６
として形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an essential part showing an embodiment of a wiring evaluation sample of the present invention. As shown in FIG. 1, the wiring evaluation sample 1 is formed of a substrate 11 and evaluation wirings 12.
The substrate 11 is made of, for example, aluminum oxide (Al 2 O
It is made of an insulating material with high thermal conductivity such as 3 ). The evaluation wiring 12 is formed of a wiring material to be evaluated, and is formed of, for example, an alloy of aluminum and 1% silicon (Al-1% Si). In addition, both ends of the evaluation wiring 12 have bifurcated electrodes 13, 14, 15, 16
Is formed as.
【００１５】以下に、上記配線評価用試料１の形成方法
を説明する。先ず、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）の
ような高熱伝導率の絶縁性材料を用いて基板１１を形成
する。そして、例えば、マグネトロンスッパッタリング
装置によって、基板１１の上面にＡｌ−１％Ｓｉよりな
る配線形成層を８μｍの膜厚で成膜する。その後、フォ
トリソグラフィーによって配線形成層をパターニング
し、基板１１の上面に直接評価配線１２を形成する。A method of forming the wiring evaluation sample 1 will be described below. First, the substrate 11 is formed using an insulating material having a high thermal conductivity such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Then, for example, a wiring forming layer made of Al-1% Si is formed on the upper surface of the substrate 11 with a film thickness of 8 μm by a magnetron spattering device. After that, the wiring forming layer is patterned by photolithography to form the evaluation wiring 12 directly on the upper surface of the substrate 11.
【００１６】次に、上記のようにして形成された評価用
試料１を用いて評価配線１２のエレクトロマイグレーシ
ョンに対する信頼性試験を行う場合を説明する。先ず、
評価配線１２の両端に形成された端子１３と端子１５と
を電源１７を介して電気的に接続し、端子１４と端子１
６とを電圧計１８を介して電気的に接続する。その後、
電源１７から所定の電流密度で評価配線１２にストレス
電流を流しながら、電圧計１８で評価配線１２の電圧を
測定する。Next, a case will be described in which a reliability test for electromigration of the evaluation wiring 12 is performed using the evaluation sample 1 formed as described above. First,
The terminals 13 and 15 formed at both ends of the evaluation wiring 12 are electrically connected via the power supply 17, and the terminals 14 and 1 are connected.
6 and 6 are electrically connected via a voltmeter 18. afterwards,
The voltmeter 18 measures the voltage of the evaluation wiring 12 while applying a stress current from the power supply 17 to the evaluation wiring 12 at a predetermined current density.
【００１７】そして、例えば、評価配線１２に加えた電
流密度と、複数用意した評価配線１２の半数がエレクト
ロマイグレーションによって断線に至るまでの時間とか
ら、評価配線１２の寿命を算出する。Then, for example, the life of the evaluation wiring 12 is calculated from the current density applied to the evaluation wiring 12 and the time until half of the plurality of prepared evaluation wirings 12 are broken due to electromigration.
【００１８】上記のようにしてエレクトロマイグレーシ
ョンに対する評価配線１２の信頼性試験を行った場合、
評価配線１２にはストレス電流を流すことによってジュ
ール熱が発生する。しかし、評価配線１２は高熱伝導率
でかつ絶縁抵抗の高い材料よりなる基板１１の上面に直
接形成されているため、上記のジュール熱は評価配線１
２に蓄積されることなく基板１１より放熱される。した
がって、ジュール熱の発生による評価配線１２の温度上
昇と、この温度上昇による評価配線１２の溶融が防止さ
れる。When the reliability test of the evaluation wiring 12 against electromigration is performed as described above,
Joule heat is generated by applying a stress current to the evaluation wiring 12. However, since the evaluation wiring 12 is directly formed on the upper surface of the substrate 11 made of a material having a high thermal conductivity and a high insulation resistance, the Joule heat described above is applied to the evaluation wiring 1.
The heat is radiated from the substrate 11 without being accumulated in 2. Therefore, the temperature rise of the evaluation wiring 12 due to the generation of Joule heat and the melting of the evaluation wiring 12 due to the temperature rise are prevented.
【００１９】尚、上記実施例においては、基板１１を酸
化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）で形成した。しかし、本
発明はこれに限るものではなく、基板１１は、例えば、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ），酸化ベリリウム（Ｂｅ
Ｏ），ガリウム砒素（ＧａＡｓ），ダイアモンド
（Ｃ），四窒化三シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ），結晶質の二
酸化シリコン（ＳｉＯ2 ），炭化シリコン（ＳｉＣ）
等、高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高い材料によって形成
される。In the above embodiment, the substrate 11 is made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). However, the present invention is not limited to this, and the substrate 11 is, for example,
Aluminum nitride (AlN), beryllium oxide (Be)
O), gallium arsenide (GaAs), diamond (C), trisilicon tetranitride (Si 3 N 4 ), crystalline silicon dioxide (SiO 2 ), silicon carbide (SiC)
Etc., and is formed of a material having high thermal conductivity and high insulation resistance.
【００２０】さらに、上記実施例では、評価配線１２を
Ａｌ−１％Ｓｉ合金の単層で形成した。しかし、本発明
はこれに限るものではなく、例えば、評価配線１２を高
融点金属からなる配線層を少なくとも一層含む多層構造
で形成したものにも適応が可能である。Further, in the above embodiment, the evaluation wiring 12 is formed of a single layer of Al-1% Si alloy. However, the present invention is not limited to this, and it is also applicable to, for example, the evaluation wiring 12 having a multilayer structure including at least one wiring layer made of a refractory metal.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上実施例で説明したように、本発明の
配線評価用試料及びその形成方法によれば、高熱伝導率
でかつ絶縁抵抗の高い材料よりなる基板の上面に評価配
線を直接形成することによって、評価配線の放熱性を高
めた。したがって、ジュール熱の蓄積による評価配線の
温度上昇が防止され、エレクトロマイグレーションに対
する配線の信頼性試験の精度が向上すると共に評価時間
の短縮化が図られる。As described in the above embodiments, according to the wiring evaluation sample and the method for forming the same of the present invention, the evaluation wiring is directly formed on the upper surface of the substrate made of a material having high thermal conductivity and high insulation resistance. By doing so, the heat dissipation of the evaluation wiring was improved. Therefore, the temperature rise of the evaluation wiring due to the accumulation of Joule heat is prevented, the accuracy of the reliability test of the wiring against electromigration is improved, and the evaluation time is shortened.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】実施例を説明する要部斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an essential part for explaining an embodiment.
【図２】従来例を説明する要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a main part for explaining a conventional example.
【符号の説明】 １ 配線評価用試料 １１ 基板 １２ 評価配線[Explanation of reference symbols] 1 wiring evaluation sample 11 substrate 12 evaluation wiring
Claims (3)
って行う配線の信頼性試験に用いる配線評価用試料であ
って、 高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高い材料よりなる基板と、 前記基板の上面に形成される評価配線とからなることを
特徴とする配線評価用試料。1. A wiring evaluation sample used for a reliability test of a wiring, which is performed by applying a stress current to the evaluation wiring, comprising a substrate made of a material having high thermal conductivity and high insulation resistance, and an upper surface of the substrate. A wiring evaluation sample comprising a formed evaluation wiring.
いて、 前記高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高い材料は、酸化アル
ミニウム，窒化アルミニウム，酸化ベリリウム，ガリウ
ム砒素，ダイアモンド，四窒化三シリコン，結晶質の二
酸化シリコン，炭化シリコンのうちのいづれかであるこ
とを特徴とする配線評価用試料。2. The wiring evaluation sample according to claim 1, wherein the material having high thermal conductivity and high insulation resistance is aluminum oxide, aluminum nitride, beryllium oxide, gallium arsenide, diamond, trisilicon tetranitride, crystal. A wiring evaluation sample characterized by being one of high-quality silicon dioxide and silicon carbide.
試料の形成方法であって、 高熱伝導率でかつ絶縁抵抗の高い材料を用いて基板を形
成し、 前記基板の上面に配線形成層を成膜し、 前記配線形成層をパターニングすることによって前記基
板上に評価配線を形成することを特徴とする配線評価用
試料の形成方法。3. The method for forming a wiring evaluation sample according to claim 1, wherein the substrate is formed using a material having high thermal conductivity and high insulation resistance, and a wiring forming layer is formed on an upper surface of the substrate. And forming an evaluation wiring on the substrate by patterning the wiring formation layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25471393A JPH0786362A (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Wiring evaluating specimen and formation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25471393A JPH0786362A (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Wiring evaluating specimen and formation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786362A true JPH0786362A (en) | 1995-03-31 |
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ID=17268818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25471393A Pending JPH0786362A (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Wiring evaluating specimen and formation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786362A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011090154A (en) * | 2009-10-22 | 2011-05-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength locker |
| CN103809062A (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Electromigration test structure |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP25471393A patent/JPH0786362A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011090154A (en) * | 2009-10-22 | 2011-05-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Wavelength locker |
| CN103809062A (en) * | 2012-11-07 | 2014-05-21 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Electromigration test structure |
| CN103809062B (en) * | 2012-11-07 | 2016-07-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Electro-migration testing structure |
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