JPS6351654A - 薄膜導体をテストする方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、原子の物質移動を生じ易い導体の信頼性のテ
ストに関し、特に、通常マイクロ・エレクトロニク・デ
バイスに使用される型式の薄膜コネクタの信頼性を評価
するための方法に関する。

発明の背景 マイクロ回路やその他の集積回路に通常使用される型式
の薄膜導体は、時間の経過とともにエレクトロマイグレ
ーションと称されるプロセス（現象）により劣化する。

ある種の不利な条件下では、このプロセスは、回路の早
期故障につながることがある。このエレクトロマイグレ
ーションに起因する故障（以下、単に「エレクトロマイ
グレーション故障」と称すル）ハ、−般に、ドナー領域
からアクセプタ領域への原子の移動を伴う。

エレクトロマイグレーション故障Ｈ１一般Ｋ、２つの別
個の段階として発生する。エレクトロマイグレーション
損傷（ＥＭＤ）と称される、エレクトロマイグレーショ
ン故障の第１段階においては、原子が比較的明確な条件
下でドナー領域から移動し、物体内に空隙を残す。移動
した原子は、アクセプタ領域に沈積し、それによってヒ
ロック（丘）を創生ずる。破局故障プロセス（ＣＦ’Ｐ
）段階と称される、エレクトロマイグレーション故障の
第２段階は、その特徴として温度及び電流密度に複雑な
変動音生じ、その結果、デバイスの急激な、そして完全
な故障全惹起する。エレクトロマイグレーション起因故
障のこれらの２つの段階は、必らず、順次に発生し、Ｅ
ＭＤが最初に発生する。エレクトロマイグレーション故
障プロセス（現象）（以下、単に「故障プロセス」又は
「プロセス」とも称する）の初期段階で生じる損傷（Ｅ
ＭＤ）は、温度、温度分布及び電流密度の明確な条件の
結果として起る。これらの条件は、ＥＭＤ段諧中比較的
一定状態に留まり、導体のライフサイクル（寿命）全体
を通じて故障プロセスを大きく支配する。

故障プロセスの第２段階である、決定的な破局故障段階
（ＣＦＰ）においてはエレクトロマイグレーションは、
その導体が先に経験した温度及び電流密度の初期条件に
よって特徴づけられるのではなく、この時点ではすでに
高い応力を受けているドナー領域内に発生する局部的電
流密度と温度によって特徴づけられる。第２段階の故障
は、第１段階の故障の結果ではあるが、急激な動力学で
もって、かつ、早期段階中における条件より明確でない
条件下で発生する。ＥＭＤは、導体の寿命の過半期間に
亘って発生するのに対して、ＣＦＰはライフサイクルの
終シに比較的短期間の間に生じる。即ち、ＥＭＤは、故
障プロセス全体を支配し、従って、最終のＣＦＰ発生の
下地を作る。

過去何年かに亘って、活性化エネルギーを測定するため
のいろいろな技法が適用されてきた。

例えば、寿命テスト法は、同じサンプルのうちの個数に
して５０％がエレクトロマイグレーションにより故障し
たときその平均故障時間を記録する方法であり、最も一
般的な活性化エネルギー測定方法である。平均故障時間
は、活性化エネルギーＱとプレ指数Ａを評価する念めに
テスト温度の関数として測定される。

抵抗値法は最も簡単な技法である。この方法では、スト
ライプに一定の電流及び温度でストレスをかけ、ストラ
イブの抵抗値の経時増加量を記録する。活性化エネルギ
ー及びプレ指数は、単位時間当シの抵抗値変化の温度依
存性から求められる。

等温条件下で測定された電気抵抗及び抵抗率の測定値は
、エレクトロマイグレーションプロセスの動力学を研究
するのに従来から用いられておシ、この種のテストの詳
細な検討は、ハーガマム・プレス社発行の［固体物理及
び化学ジャーナルＪ　１９７６年、第３７巻、第７３〜
８０頁に掲載されたハンメル他の論文に発表されている
。

最近になって、［エレクトロマイグレーションの特徴全
明らかにするための温度−ランプ抵抗分析Ｊ　（ＴＲＡ
ＣＥ）と称される新しい技法が開発された。その主要な
利点は、活性化エネルギー及びプレ指数全、数時間です
む１つの実験から求めることができることである。この
方法によれば、所定の時間内で特定の与えられた温度範
囲に亘って実験を行うことができ、更に、定温実験では
通常無視される低温下でのプロセスの体系的研究全行う
ことができる。この方法は、米国特許第４，４８５．６
２９号に記載されている。

同特許の動的テスト法は、複合集積回路の導体のライフ
サイクル金子側するのに極めて好適であつ次が、この方
法を用いるには、ＩＣデバイス全完成品に仕上げなけれ
ばならず、即ち、パッケージ又はシェル内に入れてカプ
セル封じしなければならず、デバイスを密封室の制御さ
れた雰囲気内でテストしなければならない。

薄膜におけるエレクトロマイグレーション現象が、現在
、相当に注目を集めているが、それは、エレクトロマイ
グレーション損ｍ（ＥＭＤ）が超ＬＳＩ　（ＶＬＳＩ　
）デバイスの信頼性に影響を及ぼすと考えられているか
らである。

今日まで、上述した技法は、いずれも、パッケージ化さ
れたサングルのエレクトロマイグレーションプロセスの
動力学？研究するのに適用されてきた。寿命テスト法及
び抵抗値法は、ウェーハ段階で適用されているが、ＴＲ
ＡＣＥ実験はウェーハ段階では試みられていない。本発
明の目的は、ＴＲＡＣＢＩウェーハ段階で適用すること
にあるが、この目的は決して小さい目的ではない。なぜ
なら、ＴＲＡＣＥ法によって行われる迅速な分析により
、新規提案のメタライズや、ストライプのアーキテクチ
ャを直接評価選別することができ、費用と時間のかかる
パッケージ工程全排除することができるからである。

発明の目的及び概要 従って、本発明の目的は、薄膜導体、特：・こ、マイク
ロエレクトロニジＩＣデバイスに通常使用されるような
薄膜インターコネクタの＠頼性を評定するための改良さ
れた方法及び装置を提供することである。

本発明の他の目的は、上記の導体の信慴性全評定するの
に要する時間を短縮し、テスト工程全簡略化することで
ある。

本発明の更に他の目的は、導体の寿命予測の精度全向上
することである。

本発明の他の目的は、同一半導体ウニ−・・上の多数の
集積回路についてエレクトロマイグレーションプロセス
に関連した活性化エネルギーＱ及びプレ指数Ａの値請求
めるために薄膜導体全テストするための方法及び装置全
簡略化することである。

本発明の一側面によれば、高温下で高い電流密）Ｗ全通
される半導体上に集積回路の一部として形成された薄膜
導体におけるエレクトロマイグレーション故障の特質を
明らかにする活性化エネルギー及びプレ指数係数の運動
学的パラメータを求めるための方法を提供する。

本発明のｙ５法は、半導体ウェーハ全テストユニットの
テスト台上に載せて実施する。テストユニットは、複数
のブａ−プ′ｆ！：備えたものとし、それらのグローブ
は、集積回路上の所定の薄膜導体に接触する位置へ正確
に位置づけすることができるように位置調節自在とする
。テスト台上には、半導体ウェーハに近接して抵抗加熱
素子を配置する。

ウェーハをテストユニットのテスト台上を・こ位置づけ
し、プローブを集積回路に接触させた後、薄膜導体に定
電流全印加することによって電気的にストレス全かける
。それと同時併行的に、前記薄膜導体の温度を時間の経
過に対し直線的な比例関係で（即ち、−次間数的な昇温
速度で）増大させるように前記スト・レス全与えられた
導体全加熱するために前記抵抗加熱素子にランプ電流を
供給する。ストレスを与えられた導体が直線的な昇温速
度で加熱されるにつれて変化する該導体の抵抗の変化を
測定し、その抵抗変化の測定値を、温度依存成分（温度
に起因して変化した抵抗変化和）に対応する分だけ補償
する（差引く）。それによって得られた抵抗変化は、エ
レクトロマイグレーションプロセスにｇ　因−ｔる抵抗
変化ヲ表わす。次いで、エレクトロマイグレーションプ
ロセスによって生じた経時抵抗変化の前記測定値を第零
比率式１／Ｒｏ−（ｄＲ）／（ｄｔ）＝　Ａ　ｅｘｐ　
（−Ｑ／ｋｒ　）　（ここで、Ｒｏは前記薄膜導体の初
期抵抗値、ｄ）（、／ｄｔはエレクトロマイグレーショ
ンプロセスによって生じる導体の経時抵抗変化、ＱＨエ
レクトロマイグレーションプロセスのための活性化エネ
ルギー、人はエレクトロマイグレーションプロセスのプ
レ指数係数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である
）に関連させることによって前記活性化エネルギー及び
プレ指数係数を求める。

本発明の別の何面によれば、半導体ウェーハ上の集積回
路内に包含された薄膜導体をテストし、該導体のエレク
トロマイグレーション故障の原因となる活性化エネルギ
ー及びプレ指数係数の運動学的パラメータを求めるため
の装置を提供する。

好ましい実施例では、この装置は、半導体ウェーハを取
付けるためのチャックを備えたテスト台と、各々、該ウ
ェーハ上の薄膜導体に接触するように移動させることが
できる複数のグローブと、該ウェーハに対し熱伝達関係
に位置するように該テスト台上に配設された抵抗加熱素
子を有する。更に、この装置は、前記導体が加熱されて
いる間該導体に定電流全供給するために前記プローブの
うちの１対に接続されｆｃ電気回路と、前記ウェーハ及
び導体の温度を時間の経過とともに直線的に上昇させる
ために前記抵抗加熱素子にランプ電流を供給する加熱電
流供給回路と、前記導体の温度が所定の時間に亘って前
記直線的な速度で上昇するにつれて変化する該導体の抵
抗の変化を測定するために前記プローブのうちの他の１
対に接続された回路と、前記ウェーハの温度変化を前記
活性化エネルギー及びプレ指数係数に関連づけることに
よってエレクトロマイグレーション故障プロセスによる
導体の抵抗の変化を算出することができるように該ウェ
ーハの温度変化を測定するための測定回路を備えている
。これらの計算から前記所定時間に亘っての抵抗の変化
の記録をとることができる。

実施例の説明 エレクトロニクスにおける今日の趨勢は超ＬＳＩ回路の
使用に同っており、いわゆるサブミクロンデバイスの信
頼性の問題に関する研究、特に、短い拡散距離を有する
高拡散経路内に生じる高物質移動率の影響を研究するこ
とが必要とされる。先に述べたように、そのような物質
移動現象の１つは、ドナー領域からアクセプタ領域への
原子のエレクトロマイグレーションであり、この種の故
障は、導体の寿命（ライフサイクル）を極度に制限する
可能性がある。半導体業界において周知のように、又、
米国特許第４．４８３，６２９号に詳しく説明されてい
るように、エレクトロマイグレーション故障プロセスの
連動掌上のパラメータは、活性化エネルギーＱとプレ指
数係数Ａである。

エレクトロマイグレーション故障の基本的間型の考察、
及び、その現象の運動学的パラメータを測定するための
半導体デバイスの動的テストに関する説明は、上記米国
特許第４，４８３，６２９号に記載されているが、ここ
ではそのうちの留意すべき点の一部を再度記載すること
とする。

エレクトロマイグレーションの動力学は、平均故障時間
（ＭＴＦ）の試験を通して確認されており、下記の関係
式によって表わされる。

（ＭＴＦ　）　＝Ａ’　Ｊ　ｅｘｐ（−Ｑ／ｋＴ　）　
＝Ａ’　ｅｘｐ　（−Ｑ／ｋＴ）。

ここで、Ａはエレクトロマイグレーション故障プロセス
（以下、単に「プロセス」とも称する）のためのプレ指
数係数、ｎは通常１〜３の範囲の指数（ｅｘｐ）、Ｑは
プロセスのための活性化エネルギー、ｋはボルツマン定
数、Ｔは絶対プロセス温度である。上式と同様にして、
下式は導体の抵抗の僅かな変化のための条件を表わす。

１／ＲｏｄＢ／ｄｔ＝Ａ　　Ｊｎｅｘｐ（−Ｑ／ｋＴ）
＝Ａ　ｅｘｐ　（−Ｑ／ｋＴ） ここで、ｍは１〜３未満の範囲の抵抗変化測定値から求
めた電流密度指数、凡０は室温での導体の初期抵抗値、
ｄｉ（、／ｄｔはＢＭＤ　（エレクトロマイグレーショ
ン損傷）条件下での導体抵抗の変化である。この式は、
エレクトロマイグレーションの初期段階における抵抗率
変化の観測された線形（−次間数的）時間依存性を示す
。

一定の温度変化範囲に亘って測定することができる総抵
抗変化量から直線基線全差引けば、抵抗率の残りのエレ
クトロマイグレーション関連成分は、下式のように第零
動力学プロセスによって温度及び時間に関連づけられる
。

１７Ｒ（３−ｄＲ，、、／ｄｔ　＝　Ａ　ｅｘｐ　（−
Ｑ／　ｋＴ　）ここで、”ｅｍは抵抗変化のエレクトロ
マイグレーション関連成分である。

これは、米国特許第４．４８５，６２９号に詳細に説明
されているように、下式のように対数関数的に表わすこ
とができる。

１ｎ（Ｔ−２（ΔＲｅｍ／”０））＝　　Ｑ／ｋＴ＋１
ｎ（Ａｋ／βＱ）ここで、Ｉｎは示された項の自然対数
、βは加熱速度である。

温度が直線的に周知の郭様で高められている間に定電流
条件下で導体の両端の電圧を測定すれば、１　ｎ　（Ｔ
−２（Δ）’ｅｍ／Ｒｏ　）　）対１／Ｔの特性プロッ
トを作図することができる。このプロットは傾きＳ？有
する線となる。活性化エネルギーＱは、関係式Ｑ＝＝−
に５＜　ｋはボルツマン定数）から求めることができる
。同様にして、グレ指数係数Ａは、この傾きから関係式
Ａ　＝　−８ｅｘｐ　Ｉ（ここで、Ｉ＝１ｎ｛（Ａｋ）
−ｔ’ある）を用いることによって算出することができ
る。

いずれも半導体ウェーハ上のそれぞれの区域に形成され
た複数の稠密バック集積回路デバイスの薄膜導体をテス
トするための本発明の装置は、第１図に概略図で、第２
図に透視図で示されている。

第１図を参照して説明すると、テストサンプル１０は、
半導体ウェーハ１２上Ｋｌせられる。

ウェーハ１２は、集積回路１８内に配設されたアルミニ
ウム又はアルミニウム合金製薄膜半導体１６のための基
板１４全構成する。導体１６は、各ｖ！Ｌ極経路２０に
終端している。

定電流ＩＣが定電流源２２から１対のプローブ２０へ供
給される。これらのグローブ２４は、対向する２つの電
極経路２０に接触している。

従ってこの定電流は、薄いストライプ状の半導体１６全
通って流れる。

他の２つの対向する電極経路２０に接続された１対のプ
ローブ２８を有する電圧測定回路（「電圧測定器」とも
称する）２６により導体１６の両端間の電圧降下Ｖ、が
測定される。

抵抗加熱素子６０がウェーハ１２のための支持体上に配
置されて半導体１６に対し熱伝達関係におかれている。

−万、やはり導体１６に対し熱伝達関係−配置されてい
る感知器（以下、［センサ」と称する）３２がウェーハ
１２の温度を測定し、温度の高さに応じた出力信号全発
生するようになされている。抵抗加熱妻子３０を′こ通
される加熱電流ＩＨに、加熱電流回路３４から直線的（
−次間数的）に増大するランプ電流として供給される。

センナ３２からの信号は、温度制御器３６の入力へ印加
され、制御器３６は、その信号に応じて加熱電流回路３
４全制御する。

簿膜導体（単に、「ストライプ」とも称する）１６の両
端間の電圧降下ｖ、全全表す信号と、ストライプの温度
Ｔ全表わす信号が、それぞれ電圧測定器２６及び温度制
＠器３６からデータ処理回路（「データ処理器」とも称
する）３８へ供給される。データ処理器６８￥ｉ、温度
Ｔ及び抵抗Ｒ，＝Ｖ、／Ｉｏに対応する値？記録又は記
憶し、これらの値を用いて両者の関係を算出する。この
関係は、Ｘ−Ｙプロッタ４０によってプロットされ、上
述した傾きＳ及びインタセブ）Ｉｋ求める。これらのデ
ータから活性化エネルギーＱ及びプレ指数係数へ全導出
することができる。

このテスト全実施するための製電は、第２図に概略的に
示されるような構成であり、図示の型式のエレクトロマ
イグレーション故障分析テストユニット４２を用いる。

好ましい実施形態では、テストユニット４２は、米国ア
レツシイ・インコーホレーテッド社製の故障分析テスト
装置ＲＥＬ−４１００Ａ型であるが、それに類する他の
テストユニットも、同様に用いることができる。ユニッ
ト４２は、水平平面及び垂直平面において移動自在のプ
ラテン４４′ｊｔ宥し、プラテン４４上にチャック４６
が設けられている。チャック４６は、ウェーハ１２を真
空作用によって該チャック上の所定位置に保持する。チ
ャック４６は、この実施例では、抵抗加熱器３ｏ及び電
流供給源３４を組入れた、プログラム可能なホットチャ
ックである。このホットチャックとして、例えば米国テ
ンプトロニクス・コーポレーション社製の「サーマルチ
ャックシステム」ＴＰ３６型を用いることができる。こ
の装置には、又、いろいろな倍率の対物レンズと、接眼
鏡５２を含むタレット５０を有するスコープ光学系４８
が設けられている。テスト装置４２の後側には、ビデオ
ディスプレーモニタ５４−が配置されている。この実施
例では、テスト装置４２Ｆｉ、集積回路１８のビデオイ
メージを送るビデオ撮像機即ちカメラ（図示せず）を備
えており、ビデオイメージがディスプレーモニタ５４上
にビデオイメージ５６として表示されるようになされて
いる。プラテン４４の位置を調節するためのレバー６０
、及び、プラテン４４並びにチャック４６の位ｔを調節
するための複数のシリンダ型回転つまみ付親ねじ６２が
設けられ、又、４つのグローブ２４．２８をｘ、ｙ、ｚ
平面において位置調節するための複数のシリンダ型回転
つまみ付親ねじも設けられている。あるいは別法として
プラテン４４及びチャック４６の移動及びグローブ２４
．２８の位置ぎめは、動力によって行い、遠隔制御によ
って制御するようにしてもよい。

これらのプローブ２４．２Ｂ、並びに集積回路１日の電
極経路２０及び導体１６は、第２図では、モニタ５４に
映し出されるビデオイメージ５６上に図示されている。

温度制御器（「温度制御回路」とも称する）３６は、こ
の実施例では米国オメガ・エンジニアリング・インコー
ホレーテッド社製のＣＮ−２０１０型でちゃ、プログラ
ム可能温度制御器である。この制御器は、テスト中温度
及び残シ時間を表示するだけでなく、プログラム作成中
ディスプレーのサブルーチンを示す制御及びディスプレ
ーパネル６６を有する。パネル６６は、テストルーチン
を始動及び停止するためのキー、及び、温度制御器をプ
ログラムするために、あるいは所望のディスプレーを呼
出すために使用するためのいろいろなエントリーキーを
備えている。この種のプログラム可能制御器３６Ｆｉ、
ウェーハ１２の特定の集積回路１８を例えば数分から最
大１００時間にも及ぶ所定の時間に亘って正確な、直線
的な昇温速度で加熱するようにプログラムされた温度ラ
ンプ（漸進的に昇温する加熱）を与える。

温度制御器３６のハウジング円に、上述したようにプロ
ットすべき対数値を算出するためのデータ処理回路３８
が収容されている。テスト装置４２と温度制御器３６と
は多重導線ケーブル６８によって接萩されており、制御
器３６とＸ−Ｙプロッタ４０は別のケーブル７０によっ
て接謄されている。

以下に、実際の例に基いて本発明を更に詳しく説明する
。

例　　１ 第１及び２図に例示された装置を用いて、米国標準規格
局から提供された幾つかのサンプルをテストした。これ
らの実験では、昇温加熱する（温度ランプ？設定する）
ためにＬＥＦコーポレーション社製の２（ＮＩ　Ｐ２−
２５３型温度プログラマを用いた。

サンプルは、シリコン基板上に付層された純粋アルミニ
ウムストライプであった。これらのストライプの供給メ
ーカーの公称寸法は、厚さ０．８９μ、幅３μであり、
この数値音用いてストライプの断面積を算出した。

ストライプの実際の温度を求めるに当っては、温度の測
定値をジュール熱に鑑みて修正して求めた。この計算の
ために測定したストライプの抵抗の温度係数は、０．０
００４０ＨＭ／ｋに等しがった。低電流下でのストライ
プの抵抗Ｒｊ。いとテスト電流下でのストライプの抵抗
”　ｔｅｓ　ｔを測定することにより、温度修正値（Δ
Ｔ）ｃｏｒｒｉ下式から計算することができた。

（ΔＴ）ＣＯｒｒ＝１／α　〔Ｒｔｅ、ｔ／Ｒｊｏｗ　
−１〕ここで、Ｒｌｅｓｔはテスト電流（ｔ＝０　）ｋ
用いて測定した抵抗、ＲｔＯｗは低１騎用いて測足し比
抵抗である。ストライプの実際の温度は、測定された湿
度に（Δｔ　）　ｅｏｒｒを加算することによって求め
られた。この温度修正法は、ここでの実験過程全体に亘
って用いられた。絶対温度５００ｋにおいて得られ（Δ
Ｔ　）ｅｏｒｒの値が、実験温度範囲全体に亘っての温
度修正に適用された。

これが正しい仮定であることは、別に行った補助実験に
よって実証された。

実験は、長さ８００μのストライプと長さ１２００μの
ストライプについて行われた。加熱速度は、０．７に／
ｍｉｎ、で一定とした。ウェーハとプローブとの熱膨張
係数の相異により、０．７に／ｍｉｎ、　　より高い加
熱速度では、グローブが接触パッド全引掻いて切開いて
しまい、短絡の原因となることが認められたからでる６
゜従って、ＴＰ−３６ｅ−ｖプロット「サーモチャック
システム」ではなく、上述したように、温度プログラマ
を使用した。

「サーモチャックシステム」は、３０に／ｍｉｎ、もの
高い加熱速度でしか昇温加熱することができないからで
ある。これらのストライプに２．５ＭＡ／ｃ１ｎ２の電
流密度でストレス全かけたところ、すべてのストライプ
が３００℃未満の温度で故障した。

第５図は、２．５　ＭＡ／ａｒ？■電流密度でストレス
ｋかけられたストライプの抵抗対温度のプロット（グラ
フ）を示す。第４図は、上記条件下においてストライプ
の温度の関数としてエレクトロマイグレーションに起因
する抵抗値の増大上水す。上述したように、加熱速度は
０．７に／ｍｉｎ、で一定とした。第４図の実線は、プ
レ指数の特性プロットと算出数値全分析することにより
活性化エネルギーに基いて引かれたものである。第５図
は、活性化エネルギー（Ｑ−０，５７６ｅＶ）’に求め
るデータとして用いられた特性プロット上水す。

例　　２ 例１と同じ平頂を用いて、６個の個別導体全それぞれ別
々の実験でテストした。表Ｉは、ウェーハ段階での実験
から得られ之Ｑ及びＡの結果をまとめたものである。

表　Ｉ Ｑ及びＡの値 例　　　　　　　　Ｑ　ｅＶ　　　　　　　　　　　Ａ
　　５ｅｅ−１２ａ　　　　　　　　　　Ｏ，４３９０
，９４２ｂ　　　　　　　　　　Ｏ，５４１１１，４４
２ｃ　　　　　　　　　　Ｏ，５２２２３，８３２ｄ　
　　　　　Ｏ，５９８３８，９０２ｅ　　　　　　　　
　　　Ｏ，７８１３６２９゜２ｆ　　　　　　Ｏ，７８
２４４００，４平　　　均　　　　　　　Ｑ＝０．５７
５　　ｅＶ。

標準偏差　　　　　＝０．０２９ｅＶ、米国標準規格局
の報告によれば、活性化エネルギーＱの信頼しうる値は
ｏ６ｅＶであるとでれている。当業者は、この実験によ
って得られた上記値は、半導体供給メーカーが提示して
いるＱの数値と一致していることが分るでおろう。Ｑノ
変化Ｈ１Ｊ、Ａ、シュワルツ、Ｌ、Ｅ、フェルトン編［
エレクトロマイグレーション動力学における補償と影響
」ソリッドステートエレクトロニクス第２８巻、Ａ７第
６６９〜６７５頁（１９８５年）に詳しく説明されてい
る。

以上の説明から明らかなように、上述した装置によれば
、エレクトロマイグレーション故障の運動学的パラメー
タは、多重ＩＣウェーハ上の多数の集積回路１８の各々
について迅速に、しかも、正確に測定することができ、
そのテスト法は、各集積回路１８の各々について順次に
実施することができる。しかも、このエレクトロマイグ
レーション故障テスト法は、清浄な部屋環境内で行うこ
とが望ましいが、密封室内で行う必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のテスト方法を実施するための装置と
テストサンプルの概略図、第２図は、本発明の一実施例
によるテスト装置の透視図、第３図はストライプの抵抗
′！ｆ−温度に対してプロットしたグラフ、第４図はエ
レクトロマイグレーションに起因する抵抗の増大をスト
ライプの温度の関数として示したグラフ、第５図は活性
化エネルギー及びプレ指数を導出する特性プロットであ
る。 図中、１２はウェーハ、１６は薄膜導体（ストライプ）
、２２は定電流源、２４．２８Ｆｉプローブ、２６は電
圧測定器、３０は加熱素子、３２はセ／す、３６は温度
制御器、３Ｂはデータ処理器、４０はプロッタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高温下で高い電流密度を通される半導体上に集積回
   路の一部として形成された薄膜導体におけるエレクトロ
   マイグレーション故障の特質を明らかにする活性化エネ
   ルギー及びプレ指数係数の運動学的パラメータを求める
   ための方法であつて、 前記薄膜導体に対し電気的に接触する位置へ移動させる
   ことができる複数のプローブを有し、前記半導体ウェー
   ハを加熱するためにウェーハに対し熱伝達関係におかれ
   る抵抗加熱素子を備えたテスト台を用意して、該テスト
   台上に半導体ウェーハを載せ、 前記薄膜導体に定電流を印加することによつて電気的に
   ストレスを与え、 前記導体の温度を時間の経過に対し直線的な比例関係で
   上昇させるように前記ストレスを与えられた導体を加熱
   するために前記抵抗加熱素子にランプ電流を供給し、 前記ストレスを与えられた導体が直線的な昇温速度で加
   熱されるにつれて変化する該導体の抵抗の変化を測定し
   、 エレクトロマイグレーションプロセスによつて生じた経
   時抵抗変化の前記測定値を関連させることによつて前記
   活性化エネルギー及びプレ指数係数を算出することから
   成る方法。 ２）前記活性化エネルギー及びプレ指数係数は、第零比
   率式１／Ｒ＿０・（ｄＲ）／（ｄｔ）＝Ａｅｘｐ｛（−
   Ｑ）／（ｋＴ）｝（ここで、Ｒ＿０は前記薄膜導体の初
   期抵抗値、（ｄＲ）／（ｄｔ）はエレクトロマイグレー
   ションプロセスによつて生じる導体の抵抗変化、Ｑはエ
   レクトロマイグレーションプロセスのための活性化エネ
   ルギー、Ａはエレクトロマイグレーションプロセスのプ
   レ指数係数、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である
   ）を用いて算出することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３）エレクトロマイグレーションプロセスの結果として
   生じた抵抗の変化を求めるために、抵抗変化の前記測定
   値を温度依存成分に対応する分だけ補償する工程を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４）前記半導体ウェーハは、各々複数の薄膜導体を備え
   た複数の同じ集積回路を有するものであり、該ウェーハ
   を前記テスト台上に載せたまま該薄膜導体の複数個につ
   いて順次に前記方法を実施することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５）前記ランプ電流は、温度制御器から供給することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６）エレクトロマイグレーションプロセスのための活性
   化エネルギーを、１ｎ〔Ｔ＾−＾２（ΔＲ＿ｅ＿ｍ／Ｒ
   ＿０）〕ｖ＿５１／Ｔ（ここで、ΔＲ＿ｅ＿ｍはエレク
   トロマイグレーションプロセスによつて生じる前記導体
   の抵抗変化）をプロットすることによつて求める工程を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ７）エレクトロマイグレーションの活性化エネルギーは
   、前記プロットから関係式Ｑ＝−ＫＳ（ここで、Ｓはプ
   ロットされた線の傾き）に従つて求めることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８）前記プレ指数係数を関係式Ｉ＝１ｎ｛（Ａｋ）／（
   βＱ）｝ｓｏＡ＝−ＳｅｘｐＩ（ここで、βは加熱速度
   ）から求める工程を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第６項記載の方法。 ９）半導体ウェーハ上の集積回路内に包含された薄膜導
   体をテストし、該導体のエレクトロマイグレーション故
   障の原因となる活性化エネルギー及びプレ指数係数の運
   動学的パラメータを求めるための装置であつて、 前記ウェーハを取付けるためのテスト台と、該ウェーハ
   上の薄膜導体に接触するように移動させることができる
   複数のプローブと、該ウェーハに対し熱伝達関係に位置
   するように該テスト台上に配設された抵抗加熱素子とを
   含む半導体ウェーハテストユニットと、 前記導体が加熱されている間該導体に定電流を供給する
   ために前記プローブのうちの１対に接続された電気手段
   と、 前記ウェーハ及び導体の温度を時間の経過とともに直線
   的に上昇させるために前記抵抗加熱素子にランプ電流を
   供給する加熱電流供給手段と、 前記導体の温度が所定の時間に亘つて前記直線的な速度
   で上昇するにつれて変化する該導体の抵抗の変化を測定
   するために前記プローブのうちの他の１対に接続された
   第１手段と、 前記ウェーハの温度変化を前記活性化エネルギー及びプ
   レ指数係数に関連づけることによつてエレクトロマイグ
   レーション故障プロセスによる導体の抵抗の変化を算出
   することができるように該ウェーハの温度変化を測定す
   るためのものであり、前記所定時間に亘つての抵抗の変
   化の記録をとるようにした第２手段とから成る装置。 １０）前記所定時間に亘つての抵抗の変化及び温度変化
   の記録を記録するための記録手段を備えていることを特
   徴とする特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１）温度の変化に対する抵抗の変化のプロットを作成
   するために前記記録手段に接続されたプロッタを備えて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の装
   置。 １２）前記加熱電流供給手段は、前記ウェーハに所望の
   温度上昇を与えるために前記加熱素子への電流を自動的
   に増大させるためのプログラム可能な温度制御器を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の装置。 １３）前記テストユニットは、前記ウェーハ上の複数の
   集積回路の複数の同様な薄膜を順次にテストし、各導体
   について活性化エネルギー及びプレ指数係数を求めるこ
   とができるように、前記ウェーハを前記テスト台上に位
   置づけしたまま前記各プローブの位置を調節するための
   調節手段を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の装置。