KR20060018658A

KR20060018658A - 멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴 및 그제조 방법

Info

Publication number: KR20060018658A
Application number: KR1020040067145A
Authority: KR
Inventors: 이홍구
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2006-03-02

Abstract

본 발명은, 텅스텐으로 이루어지는 플러그를 이용하여 금속 패드로부터 테스트 라인으로 알루미늄 및 구리 소스가 공급되는 것을 차단하되, 테스트 라인의 양단을 복수의 브랜치로 형성해서 금속 패드와 테스트 라인을 접촉하는 플러그의 접촉 면적을 늘려, 플러그가 테스트 라인에 접촉되는 부분에서의 폭발적인 파괴(fail)의 발생을 억제하도록 함으로써, 고속의 EM 테스트를 실행할 수 있는 효과가 있다.

반도체, 일렉트로마이그레이션, 테스트, 플러그, 브랜치

Description

멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴 및 그 제조 방법{MULTI BRANCH TYPE ELECTRO MIGRATION TEST PATTERN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 종래의 EM 테스트 패턴의 평면도,

도 2는 종래의 다른 EM 테스트 패턴의 단면도,

도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 평면 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법 중 테스트 라인을 형성한 단계의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법 중 플러그를 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법의 최종 단계에서 금속 패드가 형성된 단계를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 알루미늄 패드 20 : 테스트 라인

30 : 플러그 40 : 브랜치(branch)

50 : 절연층 60 : 비아 홀

본 발명은 반도체 제조 공정 중 일렉트로마이그레이션(Electro Migaration ; 이하 'EM'이라 약칭함) 테스트 과정에 이용되는 EM 테스트 패턴 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 디바이스 개발 단계에서 신속히 피드백할 수 있도록 고속으로 EM 테스트를 수행할 수 있는 EM 테스트 패턴 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치의 고집적화가 점차 가속화되면서, 반도체 장치의 신뢰성 향상에 있어서, EM 신뢰성은 매우 중요한 항목으로 부각되고 있다. 예컨대, 최근 반도체 장치의 스케일이 미세화됨에 따라 4기가 비트급 메모리 장치의 제 1 금속 배선(M1)의 선폭이 0.24㎛까지 감소하고 있다. 또한 주문형 반도체 장치에서도 0.35㎛의 선폭을 갖는 내부 연결선(local interconnection)이 전체의 80%를 차지하고 있지만 앞으로는 점점 더 미세한 선폭을 가지는 장치가 주로 적용될 전망이다.

이와 같이 선폭이 점점 감소함에 따라 EM에 의한 내부 연결선의 단선도 증가하게 되는 바, 고집적화에 따른 배선의 EM에 대한 신뢰성은 그 중요도가 점차 커지고 있다.

이처럼 EM에 대한 신뢰성의 중요도가 높아지고 있기 때문에, 새로운 디바이 스를 개발하는 데 있어서, 여러 가지 상황에서의 EM에 대한 신뢰성 평가 데이터의 신속한 확보 및 그에 근거한 피드백은 대단히 중요한 문제로 대두되고 있다.

일반적으로, 종래에 금속 배선의 EM 테스트는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 테스트하고자 하는 금속 배선과 동일한 재료 및 선폭으로 이루어지는 테스트 라인(20)의 양단에 알루미늄 패드(10)를 직결한 EM 테스트 패턴을 이용하여, 테스트 라인(20)을 사이에 둔 양 측 알루미늄 패드(10)에 전압을 인가하여 전류를 흘린 후, 테스트 라인(20)이 단선될 때까지 걸리는 시간을 측정하였다.

그러나, 이와 같이 알루미늄 패드(10)와 테스트 라인(20)이 직결되는 구조를 가지고 있는 테스트 패턴에서는, 테스트 라인(20)에 비해서 매우 넓은 알루미늄 패드(10)로부터 알루미늄(Al)과 구리(Cu) 소스가 공급되어 단선 결과를 평가하는데 있어서 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.

따라서, 이와 같은 테스트 패턴은 테스트 시간이 길어, 디바이스 개발과 같이 신속한 평가 결과 및 그에 근거한 피드백이 요구되는 과정에서 이용하기에는 문제가 있었다.

이와 같은 문제점을 보완하기 위해서, 종래에 제안된 기술 중 하나는, 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄 패드(10)와 테스트 라인(20) 사이에 일렉트로마이크레이션이 발생되지 않는 텅스텐으로 플러그(plug)(30)를 형성하여, 알루미늄 패드(10)와 테스트 라인(20)을 블록킹시키는 방법이 이용되었다. 이때, 도 3은 도 2에서 A로 표시된 부분의 평면 개념도이다.

그러나, 이 방법에서는 텅스텐(W)으로 이루어지는 플러그(30)가, 알루미늄으로 이루어지는 좁은 테스트 라인(20)에 집중되기 때문에, 낮은 전류 밀도에서는 어느 정도 테스트가 가능하지만, 높은 전류 밀도에서는 테스트가 불가능하며, 특히, 플러그(30)가 랜딩되는 부분에서 집중적인 파괴(fail)가 발생되어 정확한 EM 테스트가 불가능하였다.

따라서, 본 발명에서는 알루미늄 패드로부터 테스트 라인으로 공급되는 알루미늄, 구리 소스의 공급을 억제하면서도, 높은 전류 밀도에서도 EM 테스트가 가능한 EM 테스트 패턴 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지는, 텅스텐으로 이루어지는 플러그를 이용하여 금속 패드로부터 테스트 라인으로 알루미늄 및 구리 소스가 공급되는 것을 차단하되, 테스트 라인의 양단을 복수의 브랜치로 형성함으로써 금속 패드와 테스트 라인을 접촉하는 플러그의 접촉 면적을 늘려, 플러그가 테스트 라인에 접촉되는 부분에서의 폭발적인 파괴(fail)의 발생을 억제하도록 함으로써, 고속의 EM 테스트를 실행할 수 있다는 것이다.

예컨대, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴은, 금속 배선의 일렉트로마이그레이션을 테스트하기 위한 EM 테스트 패턴에 있어서, 테스트 대상인 테스트 라인과, 상기 테스트 라인의 양단에 테스트용 전원을 인 가하기위한 금속 패드와, 상기 테스트 라인과 상기 금속 패드를 전기적으로 절연하는 절연층과, 상기 테스트 라인의 양단에서 상기 절연층을 관통하여 상기 금속 패드와 상기 테스트 라인을 전기적으로 접속하는 플러그를 구비하되, 상기 테스트 라인의 양단에는 각기 복수 개의 브랜치(branch)가 형성되어 있고, 상기 플러그는 상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각에서 상기 금속 패드와 전기적으로 접속되어 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는 상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각이, 상기 테스트 라인과 동일한 선폭으로 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 EM 테스트 패턴은, 상기 플러그는, 텅스텐으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 일렉트로마이그레이션을 테스트하기 위한 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴을 제조하는 방법에 있어서, 테스트 대상과 동일한 재료의 금속층을 형성하는 공정과, 상기 금속층을 패터닝하여 양단에 복수의 브랜치를 갖는 테스트 라인을 형성하는 공정과, 상기 테스트 라인의 상부에 절연층을 도포하는 공정과, 상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각의 표면이 노출되는 비아홀을 형성하는 공정과, 상기 비아홀을 도전성 금속으로 충진하여 상기 복수의 브랜치 각각에 전기적으로 접속된 플러그를 형성하는 공정과, 상기 절연층 상에 잔류하는 플러그 형성 재료를 제거하는 공정과, 상기 절연층 및 상기 플러그 상에 금속 패드를 형성하는 공정을 포함한다.

이하, 첨부된 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 대해 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명한다. 이때, 본 발명의 기술적인 특징은 테스트 패턴 양단의 형상과 플러그의 형성 위치에 있으며, 나머지는 일반적인 테스트 패턴과 그 제조 공정이 동일하므로, 종래와 동일한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 발명의 특징부를 중심으로 설명한다. 또한, 도 2와 도 3의 관계로부터 본 발명과 관련된 도 4 내지 도 6의 단면 형상은 명확히 알 수 있는 바, 별도의 단면도는 도시 생략한다.

도 4는 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법 중 테스트 라인을 형성한 단계의 평면도, 도 5는 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법 중 플러그를 형성하는 단계를 설명하기 위한 도면, 도 6은 본 발명에 따른 멀티 브랜치형 EM 테스트 패턴의 제조 방법의 최종 단계에서 금속 패드가 형성된 단계를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 일반적인 기재 상에 알루미늄을 적층하여 금속층을 형성한다.

그 다음, 형성된 금속층을 포토리소그래피 공정 등에 의해서 패터닝하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 양 단에 복수의 브랜치(40)가 형성된 테스트 라인(10)을 형성한다. 이때, 설명의 편의상, 도 4에는 테스트 라인(10)의 일 단만이 도시되어 있으나, 도시 생략한 테스트 패턴(10)의 타 단에도 동일한 형상의 브랜치(40)가 형성되어 있다. 또한, 도 4에서는, 브랜치를 3개로 도시하였으나, 이는 일 예로서 플러그(30)와 테스트 라인(20)의 접촉 위치에서 집중적인 파괴가 발생되지 않는 범위 내에서 그 수는 제한되지 않는다.

이와 같이 형성된 테스트 라인(10) 상에 절연 재료를 적층하여 절연층(50)을 형성한다.

그 다음, 포토리소그래피 공정과 식각 공정 등을 거쳐 도 5에 도시된 바와 같이, 각 브랜치 상에 후속하는 플러그(30)를 형성하기 위한 비아 홀(60)을 형성한다. 이때, 도 5에서는 본 발명의 특징인 브랜치(40)의 형상과 비아 홀(60)의 형성 위치를 명확하게 표시하기 위해 점선으로 표시된 절연층(50)은 투명하게 도시하였다.

한편, 본 발명에서는 플러그(30)와 테스트 라인(20)의 접촉 면적을 증대시키는 것이 바람직하므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 길이가 다른 브랜치(40)를 형성하게 되는 경우, 각 브랜치의 길이에 대응하여 플러그(30)의 수를 증감할 수 있다.

이후, 상술한 바와 같이 비아 홀(60)이 형성된 전면에 텅스텐을 적층하여, 비아 홀(60) 내에 텅스텐을 충진함으로써 플러그(30)를 형성한다. 그리고 나서, 플러그(30)를 제외한 절연층(50) 상의 잔여 텅스텐을 예를 들어 에치 백 등을 통해 제거한다. 이때, 플러그(30)를 복수의 브랜치(40) 각각에 분산해서 형성하여 플러그(30)의 넓이를 증가시킴으로써, 플러그(30)와 테스트 라인(20)이 접촉되는 부분에서 집중적인 EM 파괴가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 높은 전류 밀도에서도 테스트가 가능하게 된다.

그 다음, 다시 플러그(30)가 형성된 절연층(50) 상에 알루미늄 등을 적층한 후, 적층된 알루미늄을 패터닝하여 도 6에 도시된 바와 같이, 알루미늄 패드(10)를 형성한다.

도 6을 참조하면, 비록, 테스트 라인(20)의 일단만 도시되었지만, 상술한 바 와 같이 타단에서도 동일하게 형성되는 바, 상술한 과정에 의해서 형성된 본 발명의 바람직한 EM 테스트 패턴은, 테스트 대상인 테스트 라인(20)과, 테스트 라인(20)의 양단에 테스트용 전원을 인가하기 위한 알루미늄 패드(10)와, 테스트 라인(10)과 알루미늄 패드(20)를 전기적으로 절연하는 절연층(50)과, 테스트 라인(20)의 양단에서 절연층을 관통하여 알루미늄 패드(10)와 테스트 라인(20)을 전기적으로 접속하는 플러그(30)를 구비하되, 테스트 라인(20)의 양단에는 각기 복수 개의 브랜치(40)가 형성되어 있고, 플러그(30)는 테스트 라인(20)의 복수의 브랜치(40) 각각에서 금속 패드(10)와 전기적으로 접속됨을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예의 기재로 한정하는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위에 의해서 한정되며, 그 기술 사상의 범주 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.

본 발명에 따르면, 테스트 패턴의 양 단을 복수의 브랜치로 형성함으로써, 기존 알루미늄 패드에서보다 테스트 라인으로의 알루미늄 및 구리 소스의 공급을 감소시킬 수 있어 테스트 속도를 빠르게 할 수 있으며, 또한, 복수의 브랜치 각각에서 플러그를 형성함으로써, 고 전류 밀도에 의한 테스트가 가능하여 보다 빠른 EM 파괴를 유발시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 보다 빠르게 EM 테스트와 관련된 데이터를 확보하여, 고속화되는 디바이스 개발 단계에 피드백시킬 수 있다.

Claims

금속 배선의 일렉트로마이그레이션을 테스트하기 위한 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴에 있어서,

테스트 대상인 테스트 라인;

상기 테스트 라인의 양단에 테스트용 전원을 인가하기 위한 금속 패드;

상기 테스트 라인과 상기 금속 패드를 전기적으로 절연하는 절연층;

상기 테스트 라인의 양단에서 상기 절연층을 관통하여 상기 금속 패드와 상기 테스트 라인을 전기적으로 접속하는 플러그를 구비하되,

상기 테스트 라인의 양단에는 각기 복수 개의 브랜치(branch)가 형성되어 있고,

상기 플러그는 상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각에서 상기 금속 패드와 전기적으로 접속되는

멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴.
제 1 항에 있어서,

상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각은, 상기 테스트 라인과 동일한 선폭으로 형성되는 멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴.
제 1 항에 있어서,

상기 플러그는, 텅스텐으로 형성되는 멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴.
금속 배선의 일렉트로마이그레이션을 테스트하기 위한 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴을 제조하는 방법에 있어서,

테스트 대상과 동일한 재료의 금속층을 형성하는 공정;

상기 금속층을 패터닝하여 양단에 복수의 브랜치를 갖는 테스트 라인을 형성하는 공정;

상기 테스트 라인의 상부에 절연층을 도포하는 공정;

상기 테스트 라인의 복수의 브랜치 각각의 표면이 노출되는 비아홀을 형성하는 공정;

상기 비아홀을 도전성 금속으로 충진하여 상기 복수의 브랜치 각각에 전기적으로 접속된 플러그를 형성하는 공정;

상기 절연층 상에 잔류하는 플러그 형성 재료를 제거하는 공정;

상기 절연층 및 상기 플러그 상에 금속 패드를 형성하는 공정

을 포함하는 멀티 브랜치형 일렉트로마이그레이션 테스트 패턴의 제조 방법.