KR20030002080A - Method of realizing test pattern of semiconductor device - Google Patents

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KR20030002080A
KR20030002080A KR1020010038818A KR20010038818A KR20030002080A KR 20030002080 A KR20030002080 A KR 20030002080A KR 1020010038818 A KR1020010038818 A KR 1020010038818A KR 20010038818 A KR20010038818 A KR 20010038818A KR 20030002080 A KR20030002080 A KR 20030002080A
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김정주
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주식회사 하이닉스반도체
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
    • H01L22/34Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line

Abstract

PURPOSE: A test pattern embodiment method semiconductor devices is provided to estimate an SM(Stress Migration) of metallization by entirely eliminating an EM(ElectroMigration) using a current-tab. CONSTITUTION: A current-tab composed of a slot via(10) or contact array is provided with a via array. A metal interconnection(20) is formed on upper part of the current-tab so as to connect with the current-tab, thereby forming a test pattern of a stress migration. At this time, the length of the metal interconnection(20) is defined to a very short critical length without generating an EM(Elecromigration). Preferably, the length of the metal interconnection(20) is used of a bleach length. Also, the slot via(10) has a different aspect ratio between a width(X) and a length(Y).

Description

반도체장치의 테스트패턴 구현방법{Method of realizing test pattern of semiconductor device}Method of realizing test pattern of semiconductor device

본 발명은 반도체장치의 테스트패턴 구현방법에 관한 것으로, 특히 스트레스 마이그레이션 테스트패턴을 비아 어레이를 이용한 2레벨 금속배선 공정을 이용하여 구성하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method of implementing a test pattern of a semiconductor device, and more particularly, to a technique of constructing a stress migration test pattern using a two-level metallization process using a via array.

금속배선공정(Metallization)에 있어서, 텅스텐(W) 플러그 형성공정은 매우 유용한 공정으로 많은 반도체 제조회사에서 이를 채용하여 제품에 이용하고 있다. 그러나 Al배선과 W의 물성적 차이에 기인한 계면으로부터 발생하는 결함(defect) 및 실패(failure)를 검증할 수 있는 평가도구는 일렉트로마이그레이션 (Electromigration;EM) 평가에 의하여 간접적으로 측정하는 것 밖에는 존재하지 않았다.In the metallization process, the tungsten (W) plug forming process is a very useful process, and many semiconductor manufacturers employ it in their products. However, an evaluation tool capable of verifying defects and failures resulting from the interface due to the difference between the Al wiring and the W property exists only by indirect measurement by an electromigration (EM) evaluation. Did not do it.

종래의 기술을 설명하면 다음과 같다. 일반적으로 콘택 또는 비아(via)의 텅스텐 플러그와 알루미늄 배선의 접촉 계면을 따로 분리하여 그 스트레스 마이그레이션(stress migration;SM)을 평가하는 패턴은 없다. 또한 알루미늄 배선에 대한 SM의 경우에도 특별한 방법없이 도1에 나타낸 바와 같은 직선의 배선상에 계속적으로 열 사이클(thermal cycle)을 부여하거나 고온에서 매우 낮은 전류를 흘려주어 저항을 모티터링함으로써 그 SM에 의한 페일(fail)을 감지한다.The prior art is described as follows. In general, there is no pattern to evaluate the stress migration (SM) by separating the contact interface of the tungsten plug of the contact or via and the aluminum wiring separately. In the case of SM for aluminum wiring, the SM can be applied to the SM by continuously applying a thermal cycle on a straight line as shown in FIG. 1 or by flowing a very low current at high temperature to monitor the resistance. Detects a failure

그러나 이러한 방법들은 시간이 매우 오래 걸리고, SM 효과외에 EM 효과가 첨가됨으로써 그 정확한 SM을 확인하기 어렵다. 따라서 아직까지 빠른 시간내에 SM 효과를 추출하는 패턴이 거의 전무한 상태이다. 결국, 대부분의 경우, SM에 대한 정확한 추출보다는 EM평가 패턴을 이용하여 EM평가에 SM 효과가 함께 포함되어 나오도록 EM 평가를 진행하고 있다. 그러나 통상적인 EM 평가 패턴은 그 끝이 알루미늄 패드로 연결되어 있어 이 알루미늄 패드가 알루미늄의 무한 공급처가 되어 SM 효과가 발생되는 것을 지연시키는 문제점이 있다.However, these methods are very time consuming and it is difficult to identify the correct SM by adding the EM effect in addition to the SM effect. Therefore, there are almost no patterns for extracting SM effects in a short time. As a result, in most cases, EM evaluation is performed to include SM effects in EM evaluation using EM evaluation patterns rather than accurate extraction of SM. However, the conventional EM evaluation pattern has a problem that the end of the aluminum pad is connected to the aluminum pad, so that the aluminum pad becomes an infinite supply source of aluminum to delay the generation of the SM effect.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 슬롯 비아(slot via) 또는 콘택 어레이(contact array)로 구성된 전류탭(current-tab)을 이용하여 2개 이상의 비아 또는 콘택 체인을 구성하고 그 전류탭과 연결되는 금속배선을 EM이 발생하지 않는 매우 짧은 임계 길이(critical length)로 정의하여 EM 효과를 완전히 배제시킴으로써 텅스텐/알루미늄 계면에 의한 SM과 알루미늄 또는 구리 배선 자체의 SM특성을 추출할 수 있도록 하는 테스트패턴 구현방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, to configure the two or more vias or contact chains using a current-tab consisting of a slot via or a contact array (contact array) and the current tap By defining the metal wire connected to the wire as a very short critical length that does not generate EM, it completely excludes the effect of EM so that SM characteristics of tungsten / aluminium interface and aluminum or copper wire itself can be extracted. The purpose is to provide a test pattern implementation method.

도1은 종래의 테스트패턴을 나타낸 평면도,1 is a plan view showing a conventional test pattern,

도2는 본 발명에 의한 SM 테스트패턴의 구성을 나타낸 도면,2 is a view showing the configuration of an SM test pattern according to the present invention;

도3은 본 발명에 의한 슬롯 비아로 이루어진 전류탭을 나타낸 평면도,3 is a plan view showing a current tap formed of a slot via according to the present invention;

도4는 종래의 비아로 이루어진 전류탭을 나타낸 평면도.4 is a plan view showing a current tap made of a conventional via;

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 슬롯 비아 20 : 금속배선10: slot via 20: metal wiring

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비아 어레이로 전류탭을 구성하고, 소정길이의 금속배선을 상기 전류탭과 연결되도록 전류탭 상부에 형성하여 스트레스 마이그레이션 테스트패턴을 구성하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is characterized in that the current tab is configured as a via array, and a metal wire of a predetermined length is formed on the current tab so as to be connected to the current tab to form a stress migration test pattern.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도2에 본 발명에 의한 SM 테스트패턴의 구성을 나타내었다. 도시된 바와 같이 본 발명은 슬롯 비아(10)(또는 콘택 어레이)로 구성된 전류탭을 이용하여 2개 이상의 비아(또는 콘택 체인)를 구성하고, 상기 전류탭과 연결되는 금속배선(구리, 알루미늄)(20)을 EM이 발생하지 않도록 매우 짧게 임계길이로 정의하여 EM 효과를완전히 배제시킨다. 예컨대, 상기 금속배선은 길이는 블리치(Blech) 길이를 이용하여 10㎛ 로 정의하는 것이 바람직하다.2 shows a configuration of an SM test pattern according to the present invention. As shown, the present invention configures two or more vias (or contact chains) using current taps formed of slot vias 10 (or contact arrays), and connects the metal taps (copper and aluminum) to the current taps. (20) is defined as a very short critical length so that EM does not occur to completely exclude the EM effect. For example, the length of the metal wiring is preferably defined as 10㎛ using the length of the bleach (Blech).

이와 같이 EM의 블리치 이론(Blech theory)를 이용하여 테스트패턴을 구성하면, EM 현상을 배제한 비아와 금속배선의 계면의 특성차이에 의한 SM과 금속배선 자체에 의한 SM을 EM영향을 배제하고 검증할 수 있다.In this way, if the test pattern is constructed using the EM's Blech theory, the SM due to the difference in the characteristics of the interface between the via and the metal wiring, which excludes the EM phenomenon, and the SM due to the metal wiring itself can be verified without the EM effect. Can be.

상기 각각의 슬롯 비아(10)는 폭(X)과 길이(Y)의 종횡비를 다르게 구성한다. 이와 같이 X,Y의 종횡비가 다른 슬롯 비아의 어레이를 이용하여 전류탭을 구성하는 이유는 기존의 일반적인 비아를 이용할 때에 다음과 같은 패터닝 문제가 발생하기 때문이다.Each of the slot vias 10 configures an aspect ratio of width X and length Y differently. The reason for configuring the current tap using an array of slot vias having different aspect ratios of X and Y is that the following patterning problem occurs when using a conventional general via.

1) 칩크기가 작아지고 디자인룰이 매우 작아지면서 리소그래피 공정에 이용되는 마스크가 기존의 바이너리방식에서 PSM(phase shift mask)를 이용하는 방식으로 변화되고 있다. 이런 경우에는 여러 비아 어레이를 구성할 때 비아간 간격을 비아 CD의 2배이상 정의해 주어야만 정상적인 패터닝이 가능하다. 따라서 촘촘한 비아어레이 구성이 어려워진다(도4의 B참조).1) As chip size becomes smaller and design rules become smaller, the mask used in the lithography process is changing from the conventional binary method to using PSM (phase shift mask). In this case, when configuring multiple via arrays, the pattern between vias should be defined more than twice the via CD. Therefore, it becomes difficult to construct a dense via array (see FIG. 4B).

2) 비아의 CD와 거의 비슷하거나 작은 폭을 가진 배선의 경우, 오버레이 마진이 부족하여 비아 영역을 벗어날 가능성이 높다(도4의 A참조). 그렇다고 비아의 CD를 늘려주게 되면 X,Y가 모두 커지면서 자체 크기가 커지므로 텅스텐 에치백 공정시 이러한 넓은 비아 안의 텅스텐이 모두 없어질 가능성이 많아 공정상 문제가 많다. 또한, 상기 테스트패턴은 가능한 한 비아와 금속배선 간의 오버랩 마진이 작아야 하는데 기존의 비아의 경우에는 위와 같은 문제로 인하여 패터닝이 어렵다.2) In the case of a wiring having a width substantially similar to or smaller than the CD of the via, there is a high possibility of leaving the via area due to lack of overlay margin (see FIG. 4A). However, if the CD of the via is increased, the X and Y both become larger and increase in size. Therefore, during the tungsten etchback process, there is a high possibility that all the tungsten in the wide via is lost. In addition, the test pattern should have a small overlap margin between the via and the metal wiring as much as possible. However, in the case of the conventional via, patterning is difficult due to the above problem.

그러나 본 발명에서와 같이 X,Y의 종횡비가 다른 슬롯 비아의 어레이를 이용하는 경우, 상기한 1)과 2)의 문제점을 동시에 해결할 수 있다. 슬롯 비아간의 간격은 도3에 나타낸 바와 같이 슬롯 비아의 폭방향 CD(X CD)만큼만 확보되면 되기 때문에 그 만큼 촘촘한 비아 어레이를 구성할 수 있다(도3의 D참조). 또한, 금속배선의 폭도 슬롯 비아의 길이방향 CD(Y CD)가 금속 배선의 폭에 비해 훨씬 크므로(도3의 C참조) 오버랩이나 얼라인 마진의 문제도 해결할 수 있다.However, when using an array of slot vias having different aspect ratios of X and Y as in the present invention, the above-described problems 1) and 2) can be solved simultaneously. As shown in Fig. 3, the spacing between the slot vias needs to be secured only by the width direction CD (X CD) of the slot via, so that a tight via array can be configured as much (see D in Fig. 3). In addition, since the width of the metal wiring is also much larger than the width of the metal wiring in the longitudinal CD (Y CD) of the slot via (see C of FIG. 3), the problem of overlap or alignment margin can also be solved.

상기와 같이 구성된 SM 테스트패턴을 이용한 SM 측정방법은 EM 평가방법과 유사한 바, 일정한 DC전류와 온도를 지속적으로 인가하고 전압측정 탭을 이용하여 배선의 저항 변화를 관찰하여 일정 비율 이상의 저항 변화가 발생한 시점을 파괴시점(failure time)으로 간주한다.The SM measurement method using the SM test pattern configured as described above is similar to the EM evaluation method, which continuously applies a constant DC current and temperature and observes a resistance change of the wiring by using a voltage measuring tap to generate a resistance change over a certain ratio. View the point of view as a failure time.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

본 발명에 의하면, 고전류 밀도를 인가하여도 배선의 SM, 비아의 위와 아래 계면의 디라미네이션(delarmination) 등에 의한 SM효과만을 모니터링할 수 있으며, 1년여 이상 걸릴 수 있는 SM 평가를 단시간내에 완료할 수 있다. 또한, 전류밀도에 의하여 야기되는 주울 히팅(Joule heating)을 이용하여 시편에 일정 온도를 가하지않더라도 주울 히팅 자체에 의한 온도 인가까지도 가능하다. 그리고, 지속적인 온도인가 뿐만 아니라, 전류 자체를 주기적으로 인가함으로써 주기적인 주울 히팅에 의한 주기적인 열처리에 의한 SM 평가도 가능하게 된다.According to the present invention, even when a high current density is applied, only the SM effect due to the SM of the wiring and the delamination of the upper and lower interfaces of the via and the like can be monitored, and the SM evaluation that can take more than a year can be completed in a short time. have. In addition, by using Joule heating caused by the current density, it is possible to apply the temperature by Joule heating itself without applying a certain temperature to the specimen. In addition to the continuous temperature application, by periodically applying the current itself, SM evaluation by periodic heat treatment by periodic joule heating becomes possible.

Claims (5)

비아 어레이로 전류탭을 구성하고, 소정길이의 금속배선을 상기 전류탭과 연결되도록 전류탭 상부에 형성하여 스트레스 마이그레이션 테스트패턴을 구성하는 반도체장치의 테스트패턴 구현방법.And forming a stress migration test pattern by forming a current tab in a via array and forming a metal wire having a predetermined length on the current tab so as to be connected to the current tab. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전류탭은 슬롯 비아 또는 콘택 어레이로 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 테스트패턴 구현방법.And wherein the current tap is formed of a slot via or a contact array. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 슬롯 비아는 그 폭과 길이의 종횡비를 다르게 구성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 테스트패턴 구현방법.And the slot vias have different width and length aspect ratios. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속배선은 EM이 발생하지 않는 임계 길이(critical length)로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 테스트패턴 구현방법.And the metal wiring is formed to have a critical length at which EM does not occur. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 금속배선의 길이는 블리치 길이를 이용하여 10㎛ 로 정의하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 테스트패턴 구현방법.The length of the metal wiring is a test pattern implementation method of a semiconductor device characterized in that it is defined as 10㎛ using the bleach length.
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