KR100302602B1

KR100302602B1 - 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴

Info

Publication number: KR100302602B1
Application number: KR1019990001040A
Authority: KR
Inventors: 이강열; 강동만
Original assignee: 김영환; 현대반도체 주식회사
Priority date: 1999-01-15
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2001-09-26
Also published as: KR20000050893A

Abstract

본 발명은 온도 차이가 이엠(EM; electromigration) 특성에 미치는 영향을 상대적으로 평가하기 위해 정확한 온도차이를 측정하는 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴에 관한 것으로, 두 개의 테스트 라인에 걸쳐 넓은 폴리 히터를 두고, 주울히팅에 의한 온도 측정용 테스트 라인을 따로 두어, 테스트 라인과 폴리 히터 사이에 생기는 온도 차이를 상대적으로 구할 수 있게 한 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴이다.

Description

메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴{METAL WAFER LEVEL TEST PATTERN}

본 발명은 온도 차이가 배선의 이엠(EM;electromigration) 특성에 미치는 영향을 평가하기 위한 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴에 관한 것으로, 특히 메탈 웨이퍼 레벨에서의 정확한 온도 차이를 측정하기 위한 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴에 관한 것이다.

종래 기술의 제1 예인 웨이퍼 레벨에서의 스위트(SWAET; Standard Wafer Level Accelerated Electromigration Test)의 테스트 패턴은 도1에 도시된 바와같이, 측정하고자 하는 테스트 라인(2) 양단에 전압 측정용 라인(1)을 두어 테스트 라인(2)의 양단의 저항값을 측정한다.

이때, 테스트 라인(2) 양단에는 전류를 흐르게 하고, 테스트 라인(1) 위에 일정 간격으로 넓은 히트 싱크(3)를 형성하여 온도 차이 폭을 극대화 시키고, 이를 이용하여 이엠 발생을 측정시켜 평가 시간을 단축한다.

그러나, 이러한 방법으로는 정확한 온도 차이를 평가하기 어려운 문제점이 있다.

종래 기술의 제2 예인 패키지(PKG) 레벨 이엠(EM) 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴은 도2에 도시된 바와같이, 테스트 라인(2) 양단에 넓은 전류 공급 패드(4)를 형성하고, 그 앞에 전압 측정 라인(1)을 형성한 형태로 정확한 수명 평가를 목적으로 한다.

이와 같이 구성된 종래 기술에서 온도 차이는 주울히팅에 의해 발생하게 되는데, 이는 다음과 같은 함수에 의해 구해지게 된다.

여기서, TCR 은 저항값의 온도 상수이며, R은 낮은 전류 밀도에서의 저항값이고, RO는 스트레스 전류 밀도(stress current density)에서의 저항값이다.

그러나, 주울히팅(joulheating)이 발생할 때, 패드 영역(4)과 테스트 라인(2)의 경계면에서 온도 차이가 발생하게 되어 높은 전류 밀도에서 수명 평가를 행할 때, 오차가 발생하게 되는 문제점이 발생한다.

배선의 이엠(EM) 라이프 타임(life time)을 평가할 때, 적용되어지는 수식은 블랙 공식이다. 그러나, 이 수식에는 온도 차이, 또는 주울 차이(ΔJ) 성분이 포함되어 있지 않다. 따라서, 정확한 배선의 이엠(EM) 특성의 평가를 위해서는 상기의 두 항목이 발생하지 않는 평가 조건 및 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴의 사용이 반드시 필요하다.

실제로 반도체 제품이 동작할 때, 배선에는 온도의 차이나, 주울의 차이가 반드시 존재하기 때문에, 그 특성의 평가는 반드시 필요하다.

그러나, 종래 기술의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴들은 정확한 온도의 차이를 측정할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 온도 차이가 이엠(EM) 특성에 미치는 영향을 상대적으로 평가하기 위해 정확한 온도 차이를 측정할 수 있는 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술의 제1 예의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴상태도

도 2는 종래 기술의 제2 예의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴상태도

도 3은 본 발명의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴상태도

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 테스트 라인

20: 폴리 히터의 온도 측정용 라인

30: 주울히팅에 의한 온도 측정용 라인

40: 저항 측정용 단자

50: 폴리 히터

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴은 도 3에 도시된 바와 같이, 넓은 폴리 히터(50)를 형성하고, 그 위에 테스트 라인(10)과 온도 측정용 라인(20)을 형성하고, 주울히팅에 의한 온도 측정용 라인(30)을 따로 두어, 상기 온도 측정용 라인(20)과 폴리 히터(50) 사이에 생기는 온도 차이를 상대적으로 구할 수 있는 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴으로 그 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 폴리 히터(50)와 테스트 라인(10)의 경계면에서의 저항값의 차이를 측정하기 위해 테스트 라인(10) 양단에 전류를 공급하고, 폴리 히터(50)와 테스트 라인(10)의 경계면 양측에 전압측정용 라인(40)을 형성하여 측정한다.

두 번째로, 폴리 히터(50) 내에서의 온도 차이와 온도 측정용 라인(20) 내에서의 온도 차이를 측정하기 위해 폴리 히터(50) 양측과 두 개의 폴리 히터(50) 사이에 있는 온도측정용 라인(20) 양측에 전압 측정용 라인(40)을 두어 측정하게 된다.

마지막으로, 주울히팅에 의한 온도 측정용 라인(30) 양측에 전압측정용 라인(40)을 두어 저항값의 차이를 측정하게 된다.

이러한 방법으로 본 발명의 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴을 이용하여 측정한 테스트 라인(10)의 온도 차이는 폴리 히터(50)에서의 온도에서 폴리 히터(50)가 없는 온도측정용 라인(30)의 온도를 뺀 값이 된다.

여기서, 폴리 히터(50)에서의 온도는 주울히팅 온도, 즉 주울히팅에 의한 온도 측정용 라인(30)에서 측정한 저항 변화분에 의해 측정된 온도와 폴리 히터(50) 내에서의 온도 측정용 라인(20)에서의 저항 변화분에 의해 측정된 온도의 합이 되며, 폴리 히터(50)가 없는 테스트 라인(10)의 온도는 주울히팅에 의한 온도 측정용 라인(30)에서 측정한 저항 변화량에 의해 측정된 온도가 된다.

따라서, 본 발명의 메탈 웨이터 레벨의 테스트 패턴은 정확한 온도 차이의 평가를 통하여 정확한 이엠(EM) 특성을 평가할 수 있는 효과가 있다.

또한, 한 번의 평가로 여러 개의 온도 차이에 따른 이엠(EM) 특성을 동시에 평가할 수 있는 효과가 있다.

Claims

이엠(EM) 특성을 평가하기 위한 테스트 라인과,

폴리 히터 내의 온도를 측정하기 위한 제1 온도 측정용 라인 및 그 제1온도측정용 라인의 폴리히터내의 경계면 양측과 그 폴리히터 사이의 양측에 각기 연결된 저항 측정용 단자와,

테스트 라인에서의 온도를 측정하기 위해 독립적으로 형성된 제2 온도 측정용 라인 및 그 제2온도 측정용 라인의 양측에 연결된 저항 측정용 단자로 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 웨이퍼 레벨 테스트 패턴.