JPH06151537A - 配線寿命の評価方法 - Google Patents
配線寿命の評価方法Info
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- JPH06151537A JPH06151537A JP29185092A JP29185092A JPH06151537A JP H06151537 A JPH06151537 A JP H06151537A JP 29185092 A JP29185092 A JP 29185092A JP 29185092 A JP29185092 A JP 29185092A JP H06151537 A JPH06151537 A JP H06151537A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は従来の欠点を改良し、発熱体
をウエハ上に作り込むことで、配線温度、試験電流に独
立に変え、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評価
を特別な装置を必要とすること無く実現するにある。 【構成】 半導体上に形成した金属配線のエレクトロマ
イグレーション寿命を評価するに際し、基板上に、両端
に電極を有する導電層と、前記導電層に近接して両端に
それぞれ少なくとも２個の電極を有する被評価配線とを
備えた評価パターンを形成する工程と、前記導電層に第
一の電源により通電しその発熱によって前記被評価配線
の温度制御を施す工程と、前記被評価配線に前記第一の
電源とは別接地の第二の電源により通電する工程とを含
み、前記被評価配線の電流密度および温度を測定し配線
寿命を推定することを特徴とする配線寿命の評価方法。
をウエハ上に作り込むことで、配線温度、試験電流に独
立に変え、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評価
を特別な装置を必要とすること無く実現するにある。 【構成】 半導体上に形成した金属配線のエレクトロマ
イグレーション寿命を評価するに際し、基板上に、両端
に電極を有する導電層と、前記導電層に近接して両端に
それぞれ少なくとも２個の電極を有する被評価配線とを
備えた評価パターンを形成する工程と、前記導電層に第
一の電源により通電しその発熱によって前記被評価配線
の温度制御を施す工程と、前記被評価配線に前記第一の
電源とは別接地の第二の電源により通電する工程とを含
み、前記被評価配線の電流密度および温度を測定し配線
寿命を推定することを特徴とする配線寿命の評価方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、配線寿命の評価方法に
係り、特に半導体基板上に形成した配線のエレクトロマ
イグレーション寿命を評価する方法に関する。
係り、特に半導体基板上に形成した配線のエレクトロマ
イグレーション寿命を評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にエレクトロマグレーション（以下
ＥＭと略称する）寿命は、次のようなブラックの式で表
現される。
ＥＭと略称する）寿命は、次のようなブラックの式で表
現される。
【０００３】 τ＝Ａ・Ｊ-n・ｅｘｐ（Ｅａ／ｋＴ） （１） ここで τ：配線寿命 Ａ：定数 Ｊ：電流密度 ｎ：
電流密度係数 Ｔ：配線温度 Ｅａ：活性化エネルギー である。
電流密度係数 Ｔ：配線温度 Ｅａ：活性化エネルギー である。
【０００４】ＥＭ寿命の推定・評価は配線温度と電流密
度を大きくしてＥＭを加速し、その時の配線寿命τから
（１）式を用い、ある条件でのＥＭ寿命を推定する。
度を大きくしてＥＭを加速し、その時の配線寿命τから
（１）式を用い、ある条件でのＥＭ寿命を推定する。
【０００５】以下、従来行われているＥＭ寿命の推定方
法の例を図３、４を参照して説明する。
法の例を図３、４を参照して説明する。
【０００６】図３（ａ）はパッケージにアセンブリした
状態でＥＭ寿命の推定を行う（以下従来例１）場合の評
価パターン、図３（ｂ）はその評価回路である。半導体
または絶縁性膜上に形成した配線パターン１０３は配線
用電極１０４（ａ）、１０４（ｂ）を通してパッケージ
の端子と電気的に接続されるようにアセンブリされてい
る。パッケージにアセンブリした被試験体１０９は図３
（ｂ）のようにオープン１１０などにより配線温度をそ
の雰囲気温度で制御しつつ、定電流源１０６により配線
に電流を流し、ＥＭにより配線の抵抗値がある一定の割
合（一般には初期値の数％）だけ増加した時点を配線寿
命τとする。このようにして求めた配線寿命τから
（１）式を用いてＥＭ寿命を推定する。この方法では、
ＥＭ寿命推定を行うためにパッケージにアセンブリする
必要がある。このため、評価試料を作成するための時間
がかかる。また、雰囲気温度で配線温度を制御するた
め、電流密度に制限があり（電流密度を大きくすると、
配線の自己発熱が無視できなくなり雰囲気温で配書温度
を制御できなくなる）故障時間τを求めるのに１０００
時間程度の長い時間を必要とする。このため、一つの試
料ＥＭ寿命を推定するまでに時間がかかるという大きな
欠点を有する。しかしながら、電流密度、配線温度を独
立に変えられるため、ｎ．Ｅａを求めることが可能であ
るという利点もある。
状態でＥＭ寿命の推定を行う（以下従来例１）場合の評
価パターン、図３（ｂ）はその評価回路である。半導体
または絶縁性膜上に形成した配線パターン１０３は配線
用電極１０４（ａ）、１０４（ｂ）を通してパッケージ
の端子と電気的に接続されるようにアセンブリされてい
る。パッケージにアセンブリした被試験体１０９は図３
（ｂ）のようにオープン１１０などにより配線温度をそ
の雰囲気温度で制御しつつ、定電流源１０６により配線
に電流を流し、ＥＭにより配線の抵抗値がある一定の割
合（一般には初期値の数％）だけ増加した時点を配線寿
命τとする。このようにして求めた配線寿命τから
（１）式を用いてＥＭ寿命を推定する。この方法では、
ＥＭ寿命推定を行うためにパッケージにアセンブリする
必要がある。このため、評価試料を作成するための時間
がかかる。また、雰囲気温度で配線温度を制御するた
め、電流密度に制限があり（電流密度を大きくすると、
配線の自己発熱が無視できなくなり雰囲気温で配書温度
を制御できなくなる）故障時間τを求めるのに１０００
時間程度の長い時間を必要とする。このため、一つの試
料ＥＭ寿命を推定するまでに時間がかかるという大きな
欠点を有する。しかしながら、電流密度、配線温度を独
立に変えられるため、ｎ．Ｅａを求めることが可能であ
るという利点もある。
【０００７】図４（ａ）はウエハ状態でＥＭ寿命推定を
行う（以下従来例２）場合の評価パターン、図４（ｂ）
はその評価回路である。半導体または絶縁性膜上に形成
した配線パターン２０３は配線用電極２０４（ａ）〜
（ｄ）が接続されている。このようなパターンをウエハ
上に形成し、外部からの加熱は行わず定電流源２０６に
より配線２０３に流す電流による配線の自己発明を利用
し、高い配線温度、電流密度により短時間で配線寿命τ
を求め、（１）式またはそれを変形した式によりＥＭ寿
命を推定する。この方法では配線が自己発熱するため、
一般に配線温度を何らかの方法（例えばＩＲ法や配線の
抵抗値変化から温度を測定する方法）によりモニタす
る。図４（ｂ）に示した評価回路では定電流源２０６、
電圧計２０７を用い４端子法により正確に配線抵抗を測
定し、その抵抗値変化から配線温度を算出している。こ
の方法では、常に配線温度をモニターしているため、従
来例１のような電流密度の制限はない。またパッケージ
に被試験体をアセンブリする必要がないため試料作成時
間も短縮できる。このため、従来例１に比べ試料作成時
間、評価時間は大幅に短縮できる。しかしながら配線温
度制御に配線に流す電流による配線の自己発明を利用す
るため、配線温度が試験電流の関数となり配線温度と試
験電流を独立に変えることができない。このため、
（１）式におけるｎ．Ｅａ（ＥＭ寿命推定には非常に重
要となる定数である）を求めることができないという欠
点がある。
行う（以下従来例２）場合の評価パターン、図４（ｂ）
はその評価回路である。半導体または絶縁性膜上に形成
した配線パターン２０３は配線用電極２０４（ａ）〜
（ｄ）が接続されている。このようなパターンをウエハ
上に形成し、外部からの加熱は行わず定電流源２０６に
より配線２０３に流す電流による配線の自己発明を利用
し、高い配線温度、電流密度により短時間で配線寿命τ
を求め、（１）式またはそれを変形した式によりＥＭ寿
命を推定する。この方法では配線が自己発熱するため、
一般に配線温度を何らかの方法（例えばＩＲ法や配線の
抵抗値変化から温度を測定する方法）によりモニタす
る。図４（ｂ）に示した評価回路では定電流源２０６、
電圧計２０７を用い４端子法により正確に配線抵抗を測
定し、その抵抗値変化から配線温度を算出している。こ
の方法では、常に配線温度をモニターしているため、従
来例１のような電流密度の制限はない。またパッケージ
に被試験体をアセンブリする必要がないため試料作成時
間も短縮できる。このため、従来例１に比べ試料作成時
間、評価時間は大幅に短縮できる。しかしながら配線温
度制御に配線に流す電流による配線の自己発明を利用す
るため、配線温度が試験電流の関数となり配線温度と試
験電流を独立に変えることができない。このため、
（１）式におけるｎ．Ｅａ（ＥＭ寿命推定には非常に重
要となる定数である）を求めることができないという欠
点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来例１では、電流密
度、配線温度を独立に変えられるため、ｎ．Ｅａを求め
ることが可能であるが、試料作成から評価結果がでるま
でに時間がかかるという大きな欠点を有する。
度、配線温度を独立に変えられるため、ｎ．Ｅａを求め
ることが可能であるが、試料作成から評価結果がでるま
でに時間がかかるという大きな欠点を有する。
【０００９】一方、ウエハ状態でＥＭ寿命推定を行う従
来例２では、試料作成時間、評価時間は従来例１に比べ
大幅に短縮できるが、配線温度制御に配線に流す電流に
よる配線の自己発熱を利用するため、配線温度が試験電
流の関数となり配線温度と試験電流を独立に変えること
ができない。このため、（１）式におけるｎ．Ｅａ（Ｅ
Ｍ寿命推定には非常に重要となる定数である）を求める
ことができないという欠点を有する。
来例２では、試料作成時間、評価時間は従来例１に比べ
大幅に短縮できるが、配線温度制御に配線に流す電流に
よる配線の自己発熱を利用するため、配線温度が試験電
流の関数となり配線温度と試験電流を独立に変えること
ができない。このため、（１）式におけるｎ．Ｅａ（Ｅ
Ｍ寿命推定には非常に重要となる定数である）を求める
ことができないという欠点を有する。
【００１０】本発明は上記従来例の欠点を改良し、発熱
体をウエハ上に作り込むことで、配線温度、試験電流を
独立に変え、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評
価を特別な装置を必要とすること無く実現することを目
的とする。
体をウエハ上に作り込むことで、配線温度、試験電流を
独立に変え、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評
価を特別な装置を必要とすること無く実現することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る配線寿命の
評価方法は、半導体上に形成した金属配線のエレクトロ
マイグレーション寿命を評価するに際し、基板上に、両
端に電極を有する導電層と、前記導電層に近接して両端
にそれぞれ少なくとも２個の電極を有する被評価配線と
を備えた評価パターンを形成する工程と、前記導電層に
第一の電源により通電しその発熱によって前記被評価配
線の温度制御を施す工程と、前記被評価配線に前記第一
の電源とは別接地の第二の電源により通電する工程とを
含み、前記被評価配線の電流密度および温度を測定し配
線寿命を推定することを特徴とする。
評価方法は、半導体上に形成した金属配線のエレクトロ
マイグレーション寿命を評価するに際し、基板上に、両
端に電極を有する導電層と、前記導電層に近接して両端
にそれぞれ少なくとも２個の電極を有する被評価配線と
を備えた評価パターンを形成する工程と、前記導電層に
第一の電源により通電しその発熱によって前記被評価配
線の温度制御を施す工程と、前記被評価配線に前記第一
の電源とは別接地の第二の電源により通電する工程とを
含み、前記被評価配線の電流密度および温度を測定し配
線寿命を推定することを特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明によるエレクトロマイグレーション寿命
評価方法は、半導体上に形成した導電層と、その導電層
に電流を供給する電極と、前記導電層上、または導電層
上に形成した絶縁層上に形成した被測定対象となる前記
配線と、前記配線に接続した２つ以上の電極を具備する
評価パターンを使用する。ＥＭ寿命評価に際しては第一
の電源により前記導電層に電流を流すことにより導電層
を発熱させ、これにより評価対象である配線温度を制御
する。一方で第２の電源により配線用電極を通して配線
に電流に流し、ＥＭを起こしその故障時間τから前記
（１）式を用いてＥＭ寿命推定を行う。
評価方法は、半導体上に形成した導電層と、その導電層
に電流を供給する電極と、前記導電層上、または導電層
上に形成した絶縁層上に形成した被測定対象となる前記
配線と、前記配線に接続した２つ以上の電極を具備する
評価パターンを使用する。ＥＭ寿命評価に際しては第一
の電源により前記導電層に電流を流すことにより導電層
を発熱させ、これにより評価対象である配線温度を制御
する。一方で第２の電源により配線用電極を通して配線
に電流に流し、ＥＭを起こしその故障時間τから前記
（１）式を用いてＥＭ寿命推定を行う。
【００１３】本発明の方法によれば、評価パターンにヒ
ータに相当する発熱部を作り込んでいるため、パッケー
ジにアセンブリすることなく配線温度、試験電流を独立
に制御できる。また、配線直下に発熱体があるため配線
と、発熱体が熱平衡に達するまで、時間も短く、再現性
も良い。また、評価する配線直下にのみ発熱部があるた
め、本評価パターンを素子生産マスクに作り込みインプ
ロセスＱＣに使用する際にも、同時に作り込まれた他の
素子への熱的影響を少なくすることもできる。
ータに相当する発熱部を作り込んでいるため、パッケー
ジにアセンブリすることなく配線温度、試験電流を独立
に制御できる。また、配線直下に発熱体があるため配線
と、発熱体が熱平衡に達するまで、時間も短く、再現性
も良い。また、評価する配線直下にのみ発熱部があるた
め、本評価パターンを素子生産マスクに作り込みインプ
ロセスＱＣに使用する際にも、同時に作り込まれた他の
素子への熱的影響を少なくすることもできる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
する。
【００１５】図１に、本発明による評価パターン例を示
す平面図（図１（ａ））と、断面図（図１（ｂ））を示
す。
す平面図（図１（ａ））と、断面図（図１（ｂ））を示
す。
【００１６】半導体基板に、例えばイオン注入法により
選択的に形成した導電層１１、その導電層１１上に絶縁
膜１５として例えば、ＳｉＯ2 膜が堆積されいる。この
絶縁性膜１５上に形成した配線パターン１３は配線用電
線１４（ａ）、１４（ｂ）に接続されている。また、導
電層１１はオーミック電極１２（ａ）、１２（ｂ）と接
続されている。
選択的に形成した導電層１１、その導電層１１上に絶縁
膜１５として例えば、ＳｉＯ2 膜が堆積されいる。この
絶縁性膜１５上に形成した配線パターン１３は配線用電
線１４（ａ）、１４（ｂ）に接続されている。また、導
電層１１はオーミック電極１２（ａ）、１２（ｂ）と接
続されている。
【００１７】また、本発明による評価パターンを使用し
た場合の評価回路の例を図２に示す。定電流源１６によ
り配線用電極１４（ａ）、１４（ｂ）を通して配線１３
にＥＭを起こさせる電流を流すとともに、定電流源１６
とは別接地の直流電源１８によりオーミック電極１２
（ａ）、１２（ｂ）を通して導電層１１に電流を流すこ
とで導電層１１を発熱させ、これにより配線温度を制御
しつつ、配線寿命τを求め、（１）式を用いてＥＭ寿命
を推定する。配線温度を測定するために定電流源２０
６、電圧計２０７を用い４端子法により正確に配線抵抗
を測定し、その変化から配線温度を算出する。
た場合の評価回路の例を図２に示す。定電流源１６によ
り配線用電極１４（ａ）、１４（ｂ）を通して配線１３
にＥＭを起こさせる電流を流すとともに、定電流源１６
とは別接地の直流電源１８によりオーミック電極１２
（ａ）、１２（ｂ）を通して導電層１１に電流を流すこ
とで導電層１１を発熱させ、これにより配線温度を制御
しつつ、配線寿命τを求め、（１）式を用いてＥＭ寿命
を推定する。配線温度を測定するために定電流源２０
６、電圧計２０７を用い４端子法により正確に配線抵抗
を測定し、その変化から配線温度を算出する。
【００１８】このように本発明によれば、評価パターン
にヒータに相当する発熱部を作り込んでいるため、アセ
ンブリをすること無く、配線温度と電流密度を独立に制
御することができる。また配線直下に発熱体が熱平衡に
達するまでの時間も短く再現性も良い。この結果、迅速
かつ高精度なＥＭ寿命評価を手軽に実現することができ
る。また評価パターンの作成は一般のＦＥＴ作成プロセ
ス等と全く、同一であるため、工程中のモニタリングと
しても容易に取り込める。
にヒータに相当する発熱部を作り込んでいるため、アセ
ンブリをすること無く、配線温度と電流密度を独立に制
御することができる。また配線直下に発熱体が熱平衡に
達するまでの時間も短く再現性も良い。この結果、迅速
かつ高精度なＥＭ寿命評価を手軽に実現することができ
る。また評価パターンの作成は一般のＦＥＴ作成プロセ
ス等と全く、同一であるため、工程中のモニタリングと
しても容易に取り込める。
【００１９】なお、上記実施例では配線の抵抗を高精度
に測定するため、４端子法のパターンについて説明した
が、精度を必要としなければ２端子のパターンでもよ
い。また、上記実施例では配線を絶縁膜上に形成した場
合について説明したが、導電層上に直接形成してもよ
く、また、配線上に保護膜を形成した場合でも本発明は
適用できる。また導電層の形成方法も上記実施例に限定
されるものではなく、例えばエピタキシャル法によって
も良いことは叙上の説明から明らかである。
に測定するため、４端子法のパターンについて説明した
が、精度を必要としなければ２端子のパターンでもよ
い。また、上記実施例では配線を絶縁膜上に形成した場
合について説明したが、導電層上に直接形成してもよ
く、また、配線上に保護膜を形成した場合でも本発明は
適用できる。また導電層の形成方法も上記実施例に限定
されるものではなく、例えばエピタキシャル法によって
も良いことは叙上の説明から明らかである。
【００２０】また、上記実施例では配線温度は配線抵抗
の変化から求める方法を用いたが、例えばＩＲによる方
法を用いても良い。
の変化から求める方法を用いたが、例えばＩＲによる方
法を用いても良い。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、配
線温度を制御するための発熱体をウエハ上に作り込んで
いるため、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評価
を特別な装置を必要とすること無く実現することができ
る。
線温度を制御するための発熱体をウエハ上に作り込んで
いるため、ウエハ状態での迅速、高精度なＥＭ寿命評価
を特別な装置を必要とすること無く実現することができ
る。
【図１】本発明の一実施例の評価パターンを示す（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ線に沿う断面図。
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ線に沿う断面図。
【図２】本発明による評価回路を説明するための模式
図。
図。
【図３】従来例の評価パターンを示す（ａ）は平面図、
（ｂ）は評価回路を説明するための模式図。
（ｂ）は評価回路を説明するための模式図。
【図４】従来例の評価パターンを示す（ａ）は平面図、
（ｂ）は評価回路を説明するための模式図。
（ｂ）は評価回路を説明するための模式図。
１１ 導電層 １２（ａ）、１２（ｂ） オーミック電極 １３ 配線（被評価対象） １４（ａ）〜（ｄ） 配線用電極 １５ 絶縁膜 １６ 定電流源 １７ 電圧計 １８ 直流電源
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体上に形成した金属配線のエレクト
ロマイグレーション寿命を評価するに際し、基板上に、
両端にオーム性電極を有する導電層と、前記導電層に近
接して両端にそれぞれ少なくとも２個の電極を有する被
評価配線とを備えた評価パターンを形成する工程と、前
記導電層に第一の電源により通電しその発熱によって前
記被評価配線の温度制御を施す工程と、前記被評価配線
に前記第一の電源とは別接地の第二の電源により通電す
る工程とを含み、前記被評価配線の電流密度および温度
を測定し配線寿命を推定することを特徴とする配線寿命
の評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29185092A JPH06151537A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 配線寿命の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29185092A JPH06151537A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 配線寿命の評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151537A true JPH06151537A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17774231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29185092A Pending JPH06151537A (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 配線寿命の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151537A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100272269B1 (ko) * | 1997-06-30 | 2000-12-01 | 김영환 | 반도체 테스트 패턴 |
| US6770847B2 (en) * | 2002-09-30 | 2004-08-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and system for Joule heating characterization |
| US7187002B2 (en) | 2004-02-02 | 2007-03-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wafer collective reliability evaluation device and wafer collective reliability evaluation method |
| CN108474812A (zh) * | 2015-10-29 | 2018-08-31 | 加利福尼亚大学董事会 | 老化传感器及假冒集成电路检测 |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP29185092A patent/JPH06151537A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100272269B1 (ko) * | 1997-06-30 | 2000-12-01 | 김영환 | 반도체 테스트 패턴 |
| US6770847B2 (en) * | 2002-09-30 | 2004-08-03 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and system for Joule heating characterization |
| US7187002B2 (en) | 2004-02-02 | 2007-03-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Wafer collective reliability evaluation device and wafer collective reliability evaluation method |
| CN108474812A (zh) * | 2015-10-29 | 2018-08-31 | 加利福尼亚大学董事会 | 老化传感器及假冒集成电路检测 |
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