JPH06177221A

JPH06177221A - 信頼性評価用半導体装置及び信頼性評価用の評価パターンを内蔵した製品ｌｓｉ、ウエハー

Info

Publication number: JPH06177221A
Application number: JP4326624A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Kuroki; 優一郎黒木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1992-12-07
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は信頼性評価用半導体装置に関し、半
導体装置内部の潜在的な欠陥を高加速、高精度で摘出し
て、ＬＳＩの信頼性評価が十分に出来るようにすること
を目的とする。【構成】：図１Ａにおいて、製品ＬＳＩの実総配線
長と同等、又はそれ以上の長さを有する配線を、ストレ
スマイグレーションに対する信頼性評価用の配線評価パ
ターン１４とし、この配線評価パターンを、製品ＬＳＩ
と同一配線層構造となるように、半導体チップ１３の各
配線層に設定した。：図１Ｂにおいて、製品ＬＳＩの
層間パターンクロス面積と、同等またはそれ以上の面積
を有する導体パターンを、層間絶縁膜に対する信頼性評
価用の層間評価パターン２５とし、この層間評価パター
ン２５を、製品ＬＳＩと同一配線層構造となるように、
半導体チップ１３の各配線層に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ（半導体集積回
路装置）の配線の信頼性、及び層間絶縁膜の信頼性を確
認するための信頼性評価用半導体装置及び信頼性評価用
の評価パターンを内蔵した製品ＬＳＩ、ウエハーに関す
る。

【０００２】近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、ＬＳＩの
内部構造は微細化され、配線の微細化、配線の多層化が
進んでいる。このため、下層配線への応力ストレスの増
大による障害が発生している。

【０００３】配線の応力ストレスが増大すると、ストレ
スマイグレーションによる配線の断線障害が発生する。
このストレスマイグレーションは、配線カバー膜（絶縁
膜）からの応力を緩和するために、経時的に配線の導体
（ＡＬ）が動いて断線する現象である。

【０００４】また、配線層間の絶縁膜も薄膜化され、そ
れに伴い、絶縁膜欠陥による層間ショート障害が発生し
ている。上記断線障害及び、層間ショート障害は、フィ
ールド稼働数年後に発生するため、従来の製品ＬＳＩを
用いた評価では、摘出困難である。なお、この障害は、
ＬＳＩの設計・プロセスの根幹に起因するため、障害が
発生するまでに製造したＬＳＩ（数年分）全てに障害が
発生する恐れがあり、装置品質へのインパクトが大き
い。

【０００５】従って、上記のようなＬＳＩ内部の潜在的
な欠陥を、高加速、高精度で摘出するための評価手段の
開発が望まれていた。

【０００６】

【従来の技術】図１０、図１１は従来例を示した図であ
り、図１０、図１１中、１はＬＳＩ（半導体集積回路装
置）、２は内部回路、３は入力回路、４は出力回路、５
は評価対象配線、６は内部配線、７は半断線部、８は断
線部を示す。

【０００７】：従来例１の説明・・・図１０参照図１０は従来例１の説明図であり、図１０ＡはＬＳＩの
説明図、図１０Ｂは障害発生状態１を示した図、図１０
Ｃは障害発生状態２を示した図である。

【０００８】従来、ＬＳＩに対する配線の信頼性を確認
するための評価方法としては、製品ＬＳＩを対象とし
て、評価試験を行っていた。図示のように、ＬＳＩ（製
品ＬＳＩ）１は、内部回路２と、入力回路３と、出力回
路４等で構成されている。そして、評価対象の内部配線
５は、入力回路３、出力回路４、及び内部回路２で囲ま
れている。

【０００９】このようなＬＳＩ１に対して、配線の信頼
性を確認するための評価試験を実施する。この試験で
は、入力回路３に、試験用の入力信号を印加し、ＬＳＩ
内部のトランジスタ等を動作させ、出力回路４から出力
した信号を基に、評価をおこなう。

【００１０】この場合、内部配線６の障害状態は、図１
０Ｂに示したような障害発生状態１と、図１０Ｃに示し
たような障害発生状態２とがある。障害発生状態１で
は、内部配線６の導体（ＡＬ）に半断線部７が発生した
状態（半断線状態）であり、障害発生状態２では、内部
配線６の導体（ＡＬ）に断線部８が発生した状態（配線
の断線状態）である。

【００１１】この場合、障害発生状態１では、内部の回
路は動作可能であるが、実際には、内部配線の断線の兆
候が現れた状態（潜在的な欠陥のある状態）である。ま
た、障害発生状態２のようになると、内部のトランジス
タが動作しなくなり、異常となる（障害発生状態）。

【００１２】しかし、上記のように、内部配線が入力回
路３、出力回路４、及び内部回路２で囲まれているた
め、内部配線６（最小配線幅）の劣化は、障害状態１で
は把握出来ず、障害発生状態２で、内部のトランジスタ
が動作しなくなってから把握可能となる。

【００１３】：従来例２の説明・・・図１１参照図１１は従来例２の説明図であり、図１１ＡはＬＳＩの
説明図、図１１Ｂは障害発生状態１を示した図、図１１
Ｃは障害発生状態２を示した図である。

【００１４】従来、ＬＳＩに対する層間絶縁膜の信頼性
を確認するための評価方法としては、製品ＬＳＩを対象
として、評価試験を行っていた。図示のように、ＬＳＩ
（製品ＬＳＩ）１は、内部回路２と、入力回路３と、出
力回路４等で構成されている。そして、評価対象の内部
配線６は、入力回路３、出力回路４、及び内部回路２で
囲まれている。

【００１５】このようなＬＳＩ１に対して、層間絶縁膜
の信頼性を確認するための評価試験を実施する。この試
験は、上記従来例と同様に、入力信号を印加して実施す
る。この場合、内部配線６の障害状態は、図１１Ｂに示
したような障害発生状態１と、図１１Ｃに示したような
障害発生状態２とがある。

【００１６】障害発生状態１では、評価対象配線層間の
クロス部分の配線９（Ｌ１層配線、Ｌ２層配線）の導体
（ＡＬ）間に、半ショート部（半短絡部）１０が発生し
た状態（半ショート状態）である。

【００１７】また、障害発生状態２では、評価対象配線
層間のクロス部分の配線９（Ｌ１層配線、Ｌ２層配線）
の導体（ＡＬ）間に、ショート部（短絡部）１１が発生
した状態（ショート状態）である。

【００１８】この場合、障害発生状態１では、絶縁層の
絶縁性が劣化しているが、ある程度、回路は動作可能で
ある。しかし実際には、配線間のショート障害の兆候が
現れた状態（潜在的な欠陥がある状態）である。

【００１９】また、障害発生状態２のようになると、配
線間がショート状態であるから、内部のトランジスタが
動作しなくなり、異常となる（障害発生状態）。ところ
で、内部配線は、入力回路３、出力回路４、及び内部回
路２で囲まれている。従って、評価対象配線層間のクロ
ス部分の配線９（Ｌ１層配線、Ｌ２層配線）の導体（Ａ
Ｌ）間に高電圧ストレスを印加出来ない。

【００２０】このため、層間絶縁膜の劣化は、障害状態
１では把握出来ず、障害発生状態２で、内部のトランジ
スタが動作しなくなってから把握可能となる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。：従来例１の評価方法では、配線の潜在的な欠陥（例
えば、半断線状態）の摘出が困難である。

【００２２】その原因は、内部配線が入出力回路及び内
部回路で囲まれているため、内部配線に断線兆候（半断
線状態等）が現れても、ＬＳＩの機能が不良（内部トラ
ンジスタが動作しない等）になるまで、劣化傾向を掴む
事が出来ないためである。

【００２３】従って、規定時間内で潜在する問題点の評
価が出来ず、評価の長期化を来していた。：上記従来例２の評価方法では、層間絶縁層の潜在的
な欠陥（例えば、半ショート状態）の摘出が困難であ
る。

【００２４】その原因は、内部配線層が入出力回路及び
内部回路で囲まれているため、内部配線層へのストレス
の印加（高電圧の印加）が出来ないためである。通常、
最大定額電圧Ｖ₀＝７（Ｖ）のＬＳＩでは、層間絶縁膜
への電圧印加は７（Ｖ）以下になる。また、層間絶縁膜
特性の劣化傾向も直接掴めないため、規定時間内で潜在
する問題点の評価が出来ず、評価の長期化を来してい
た。

【００２５】本発明は、このような従来の課題を解決
し、半導体装置内部の潜在的な欠陥を、高加速、高精度
で摘出して、ＬＳＩの信頼性評価が十分に出来るように
することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり、図１Ａはその１、図１Ｂはその２である。図
１中、図１０、図１１と同じものは、同一符号で示して
ある。また、１３は半導体チップ、１４は信頼性評価用
の配線評価パターン、１５は測定端子（外部ピン）、２
５は層間評価パターンを示す。

【００２７】本発明は上記の課題を解決するため、次の
ように構成した。（１）：製品ＬＳＩ（集積回路装置）の実総配線長と同
等、又はそれ以上の長さを有する配線（超ロング配線）
を、ストレスマイグレーションに対する信頼性評価用の
配線評価パターン１４とし、この配線評価パターンを、
製品ＬＳＩと同一配線層構造となるように、半導体チッ
プ１３の各配線層に設定し、上記配線評価パターン１４
のストレスマイグレーション発生確率を、製品ＬＳＩの
配線パターンよりも高めた信頼性評価用半導体装置。

【００２８】（２）：構成（１）記載の信頼性評価用半
導体装置における配線評価パターン１４を、配線長の異
なる複数の配線評価パターンで構成し、製品ＬＳＩの実
総配線長に対するストレスマイグレーションの発生確率
が求められるようにした信頼性評価用半導体装置。

【００２９】（３）：構成（１）又は（２）記載の信頼
性評価用半導体装置における配線評価パターン１４の途
中に、配線への応力ストレスによる断線箇所をチェック
するためのチェック用パターンを接続し、ストレスマイ
グレーションの発生時に、障害箇所の絞り込みを容易に
した信頼性評価用半導体装置。

【００３０】（４）：構成（１）乃至（３）のいずれか
に記載の信頼性評価用半導体装置における配線評価パタ
ーン１４を、製品ＬＳＩのチップに内蔵し、製品ＬＳＩ
単位毎に、ストレスマイグレーションに対するスクリー
ニングを可能にした製品ＬＳＩ。

【００３１】（５）：構成（１）乃至（３）のいずれか
に記載の信頼性評価用半導体装置における配線評価パタ
ーン１４を、ウエハーの一部に内蔵し、製品ＬＳＩのウ
エハー単位毎に、ストレスマイグレーションに対するス
クリーニングを可能にした信頼性評価用の配線評価パタ
ーンを内蔵したウエハー。

【００３２】（６）：製品ＬＳＩ（半導体集積回路装
置）の層間パターンクロス面積と、同等またはそれ以上
の面積を有する導体パターンを、層間絶縁膜に対する信
頼性評価用の層間評価パターン（大面積層間評価パター
ン）２５とし、この層間評価パターン２５を、製品ＬＳ
Ｉと同一配線層構造となるように、半導体チップ１３の
各配線層に設定し、層間絶縁膜に対する調査を加速可能
にした信頼性評価用半導体装置。

【００３３】（７）：面積の異なる複数の導体パターン
を、層間絶縁膜に対する信頼性評価用の層間評価パター
ンとし、この層間評価パターンを、製品ＬＳＩと同一配
線層構造となるように、半導体チップの各配線層に設定
し、製品ＬＳＩの実配線層クロス面積に対する絶縁膜障
害の発生確率の把握を可能とした信頼性評価用半導体装
置。

【００３４】（８）：絶縁膜厚の異なる層間絶縁膜を挟
んで設定した複数の導体パターンを、層間絶縁膜に対す
る信頼性評価用の層間評価パターンとし、この層間評価
パターン２５を、製品ＬＳＩと同一配線層構造となるよ
うに、半導体チップ１３の各配線層に設定し、層間絶縁
膜厚の異なる製品ＬＳＩに対する、絶縁膜障害の発生確
率の把握を可能とした信頼性評価用半導体装置。

【００３５】（９）：構成（６）乃至（８）のいずれか
に記載の信頼性評価用半導体装置における層間評価パタ
ーン２５を、製品ＬＳＩのチップに内蔵し、製品ＬＳＩ
単位毎に、層間絶縁膜特性に対するスクリーニングを可
能とした信頼性評価用の層間評価パターンを内蔵した製
品ＬＳＩ。

【００３６】（１０）：構成（６）乃至（８）のいずれ
かに記載の信頼性評価用半導体装置における層間評価パ
ターン２５を、製品ＬＳＩのウエハーの一部に内蔵し、
製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、層間絶縁膜特性のスク
リーニングを可能とした信頼性評価用の層間評価パター
ンを内蔵したウエハー。

【００３７】（１１）：構成（１）、（２）、（３）、
（６）、（７）、（８）のいずれかに記載の半導体装置
における評価パターンを、２種類以上組み合わせて、１
つの半導体チップに設定した信頼性評価用半導体装置。

【００３８】

【作用】上記構成に基づく本発明の作用を、図１に基づ
いて説明する。（１）：構成１の作用図１Ａにおいて、配線抵抗の測定時には、測定端子１５
に電源を接続して電圧を印加すると共に、該測定端子１
５に測定器を接続して、信頼性評価用の配線評価パター
ン１４の抵抗値を測定し、この測定した抵抗値を基に信
頼性の評価を行う。

【００３９】このように配線抵抗を測定すれば、配線の
劣化傾向が直接、かつ早期に把握出来る。（２）：構成２の作用構成（２）では、構成（１）と同様にして、配線抵抗の
測定を行う。この場合、配線当たりの発生確率の把握が
可能となるため、製品ＬＳＩの実総配線長に対するスト
レスマイグレーションの発生確率が容易に把握出来る。

【００４０】（３）：構成３の作用例えば、ストレスマイグレーション発生時に、配線評価
パターンが断線した場合、チェック用パターンを使用し
て各部の抵抗値を測定する。このようにすれば、障害箇
所の絞り込みが容易に出来る。

【００４１】（４）：構成４の作用製品ＬＳＩ単位毎に、ストレスマイグレーションの発生
要因を持つ製品ＬＳＩのスクリーニングが、上記配線評
価パターンを使用することにより可能となる。

【００４２】（５）：構成５の作用製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、ストレスマイグレーシ
ョンの発生要因を持つウエハーのスクリーニングが出来
る。

【００４３】（６）：構成６の作用図１Ｂにおいて、層間絶縁膜の評価を行う時には、例え
ば、Ｌ１層ＰＩＮと、Ｌ２層ＰＩＮとの間に高電圧を印
加する。これにより、層間評価パターン２５を介して、
層間絶縁膜に高電圧を印加し、ストレスを加える。その
後上記各ＰＩＮを用いて、層間の容量特性、絶縁特性等
を測定する。

【００４４】このようにすれば、高電圧の印加が可能な
ため、層間絶縁膜の評価時に、高加速が得られ、かつ、
少数サンプルで絶縁膜特性の評価が可能となる。（７）：構成７の作用層間絶縁膜の評価を行う時には、構成（６）の場合と同
様にして行う。この場合には、高電圧の印加が可能なた
め、高加速が得られるだけでなく、配線層間面積当たり
の障害発生確率が把握可能となるため、製品ＬＳＩの層
間クロス面積の絶縁膜障害の発生確率が把握可能とな
る。

【００４５】（８）：構成８の作用この場合には、絶縁膜厚の異なる製品ＬＳＩの絶縁膜の
寿命が把握可能となる。

【００４６】（９）：構成９の作用製品ＬＳＩ毎に、層間絶縁膜障害の発生要因を持つＬＳ
Ｉのスクリーニングを、層間評価パターンを使用するこ
とで、製品ＬＳＩにストレスを印加することなく可能に
なる。

【００４７】（１０）：構成１０の作用製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、層間絶縁膜障害の発生
要因を持つウエハーのスクリーニングを、製品ＬＳＩに
ストレスを印加することなく、可能になる。

【００４８】（１１）：構成１１の作用１つの半導体装置を開発するだけで、各種の評価が可能
となり、また、開発の費用の削減と、開発の効率化が達
成可能となる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２〜図９は本発明の実施例を示した図であり、
図２〜図９中、１６はチェック用パターン、１７はチェ
ック用端子、１９は製品ＬＳＩのチップ、２０は製品Ｌ
ＳＩ回路部、２１はウエハー、２２は製品ＬＳＩ用のチ
ップ領域、２３は評価用チップ領域、２５、２５−１、
２５−２、２５−３、・・・は層間評価パターン、２６
は層間絶縁膜、２７は拡散層を示す。

【００５０】（１）：第１実施例（超ロング配線を有す
る半導体装置）の説明・・・図２参照図２は第１実施例の説明図であり、図２Ａは第１実施例
の半導体装置を示した図、図２Ｂは配線の測定方法を示
した図である。

【００５１】第１実施例は、信頼性評価用配線パターン
として、超ロング配線を有する半導体装置の例であり、
配線の多層化により、下層配線への応力ストレスを検出
し、評価する例である。

【００５２】：超ロング配線を有する半導体装置の説
明この例では、半導体チップ１３内に、製品ＬＳＩの配線
ルールから定まっている配線長以上の長さを有する配
線、又は、製品ＬＳＩの実総配線長と同等、若しくはそ
れ以上の配線長を有する超ロング配線を、信頼性評価用
の配線評価パターン１４として具備した半導体装置（信
頼性評価専用のＬＳＩ）である。

【００５３】半導体チップ１３への配線は、製品ＬＳＩ
と同一配線層構造となるように、各配線層に各々配線す
る。例えば、３層配線層構造の半導体チップで、１層目
と２層目が信号配線層、３層目がＶ／Ｇ（Ｖ：電圧印加
用、Ｇ：ＧＮＤ用）配線層であれば、１、２層目に各配
線（信頼性評価用の配線評価パターン１４の配線）を行
う。

【００５４】この場合、３層目は下層配線へストレスを
与えるため、製品ＬＳＩと同一の配線を行う。なお、配
線は、製品ＬＳＩと同じチップを使用して、熱膨張によ
る影響が、製品ＬＳＩと同一となるようにする。

【００５５】また、配線は、製品ＬＳＩに使用されてい
る最小配線ルール（配線幅）のみで作成されており、各
配線は、直接ＬＳＩの測定端子（外部ピン）１５に接続
してある。

【００５６】なお、上記信頼性評価用の配線評価パター
ン１４を設定する場合は、半導体チップ１３の同一配線
層内に、１つのパターンを設定しても良いが、同一配線
長のパターンを、複数パターン設定してもよい。

【００５７】：測定方法の説明試験は、上記半導体装置を高温状態にして、配線へ応力
ストレスを与えるが、配線の経時変化を、配線抵抗の抵
抗値を測定することにより、早期に障害の検出が可能と
なる。

【００５８】配線抵抗の測定時には、図２Ｂに示したよ
うに、測定端子１５に、電源を接続して、電圧Ｖを印加
（例えば、４点法で、電圧を印加）する。そして、測定
端子１５に測定器を接続して、信頼性評価用の配線評価
パターン１４の抵抗値を測定し、この測定した抵抗値を
基に、信頼性の評価を行う。

【００５９】（２）：第２実施例（長さの異なる超ロン
グ配線を有する半導体装置）の説明・・・図３Ａ参照図３Ａは第２実施例の半導体装置を示した図である。第
２実施例は、信頼性評価用の配線評価パターン１４とし
て、長さの異なる複数の超ロング配線を有する半導体装
置（信頼性評価専用のＬＳＩ）の例である。

【００６０】図示のように、半導体チップ１３には、長
さの異なる複数の信頼性評価用の配線評価パターン１４
が設定されている。これらの各配線評価パターン１４
は、それぞれ測定端子１５に接続されていて、この測定
端子１５を使用して信頼性評価時の測定が出来るように
構成してある。

【００６１】例えば、各配線評価パターン１４の配線長
は、図示のように、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・（但しＬ
１、Ｌ２、Ｌ３・・・は、全て異なる長さである）に設
定し、各配線評価パターン毎に、測定端子１５に接続し
てある。

【００６２】上記配線評価パターン１４を具備した半導
体装置を用いて評価を行うことにより、配線の単位長さ
当たりの障害発生確率が得られる。その結果、製品ＬＳ
Ｉの実配線長における障害発生率の予測が簡易に可能と
なる。

【００６３】（３）：第３実施例（配線断線箇所チェッ
クパターンを有する半導体装置）の説明・・・図３Ｂ参
照図３Ｂは第３実施例の半導体装置を示した図である。こ
の実施例は、配線への応力ストレスによる断線箇所をチ
ェックするために、上記第１、第２実施例における配線
評価パターン１４（超ロング配線）の間に、任意の間隔
で、複数のチェック用パターンを具備した半導体装置の
例である。

【００６４】図示のように、半導体チップ１３には、第
１、第２実施例のように、配線評価パターン１４が設定
されている。この配線評価パターン１４の途中の複数箇
所に、複数のチェック用パターン１６を接続する。

【００６５】このチェック用パターン１６は、一端が上
記配線評価パターン１４に接続してあり、他端がチェッ
ク用端子１７に接続してある。なお、上記チェック用パ
ターン１６は、応力ストレスにより断線しないよう、評
価対象の配線よりも配線幅を広く設定してある。

【００６６】そして、配線評価パターン１４による配線
の信頼性評価を行う際は、上記第１、第２実施例のよう
にして抵抗値の測定を実施する。この測定時に、例え
ば、配線評価パターン１４が断線していたような場合に
は、上記チェック用パターン１６を使用して、チェック
を行う。

【００６７】このチェック時には、チェック用端子１７
を用いて、所定配線部分の抵抗値を測定し、配線評価パ
ターン１４の断線箇所の絞り込みを行う。このようにす
れば、配線評価パターン（超ロング配線）が断線して
も、簡単に断線箇所の絞り込みが可能となる。

【００６８】（４）：第４実施例（ストレスマイグレー
ション評価用の配線評価パターンを有する製品ＬＳＩ）
の説明・・・図４Ａ参照図４Ａは、第４実施例の製品ＬＳＩを示した図である。
この例は、上記第１、第２、第３実施例の半導体装置に
設定した配線評価パターン（いずれか一種類のパター
ン）と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じに
する）を、製品ＬＳＩのチップの一部に設けた例であ
る。

【００６９】なおこの例では、配線への応力ストレスに
よる影響の有無を調査して、製品ＬＳＩをスクリーニン
グ可能にした。：製品ＬＳＩの説明図示のように、製品ＬＳＩのチップ１９には、製品ＬＳ
Ｉ回路部２０が設定してあるが、その周辺部には、本実
施例の配線評価パターン１４を設定する領域が設けてあ
り、この領域に、配線評価パターン１４が設定してあ
る。

【００７０】この配線評価パターン１４は、第１実施例
の配線評価パターン、第２実施例の配線評価パターン、
或いは第３実施例の配線評価パターンの内のいずれか一
種類のパターンを選定して設定する。

【００７１】この場合、各配線評価パターン１４は、そ
れぞれ測定端子１５に接続しておくとともに、各配線層
の構造も同一にする。：測定時の説明上記製品ＬＳＩ１９を高温状態にして、ストレスマイグ
レーション評価用の配線評価パターン１４の抵抗値を測
定すると、初期値に対して、当初は抵抗値が減少する傾
向にある。これは配線へのストレスを緩和しようとし
て、ＡＬ（配線導体）が動くためであり、抵抗値の減少
傾向が少ないと、配線自体の応力緩和がなされていない
ことになる。

【００７２】このため、一定時間（例えば、１００時間
程度）高温状態（例えば、１５０°Ｃ程度）にし、抵抗
値の減少傾向から、製品ＬＳＩのストレスマイグレーシ
ョンの発生が懸念される素子をスクリーニングする事が
可能となる。

【００７３】（５）：第５実施例（ストレスマイグレー
ション評価用の配線評価パターンを有するウエハー）の
説明・・・図４Ｂ参照図４Ｂは第５実施例のウエハーを示した図である。この
例は、上記第１、第２、第３実施例の半導体装置に設定
した配線評価パターン（いずれか一種類のパターン）
と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じにす
る）を、製品ＬＳＩ用のウエハーの一部に設定した例で
ある。

【００７４】この例では、配線への応力ストレスによる
影響の有無を調査して、ウエハーレベルでストレスマイ
グレーションの評価が出来るようにした。図４Ｂに示し
たように、ウエハー（製品ＬＳＩを製作するためのウエ
ハー）２１には、多数の製品ＬＳＩ用のチップ領域２２
が形成されている。また、製品ＬＳＩ用のチップ領域２
２の間には、評価用チップ領域２３が複数箇所に設定し
てある。

【００７５】そして、この評価用のチップ領域２３に
は、上記第１、第２、第３実施例の半導体装置に設定し
た配線評価パターン（いずれか一種類のパターン）１４
と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じにす
る）を設定し、これを、ストレスマイグレーション評価
用として使用する。

【００７６】測定時には、上記第４実施例と同じ条件で
実施することにより、ウエハー単位でのスクリーニング
が可能となる。（６）：第６実施例の説明図５は第６実施例の半導体装置を示す。図６Ａは第６実
施例の半導体装置の平面図、図６Ｂは図６Ａに示した半
導体装置の断面図である。

【００７７】この実施例は、層間絶縁膜評価のための層
間評価パターン（大面積層間評価パターン）を具備した
半導体装置（評価専用のＬＳＩ）の例である。この例で
は、図６に示したように、半導体チップ１３内に、製品
ＬＳＩの配線ルールから定まっている配線面積以上の配
線を行い、製品ＬＳＩの内部で配線間がクロスする総面
積以上の面積を有する層間評価パターン２５（大面積層
間評価パターン）を設定する。

【００７８】例えば、層間絶縁膜２６を挟んで、２つの
配線層（Ｌ１層、Ｌ２層）があった場合、これらの２つ
の配線層に、それぞれ、層間評価パターン２５（大面積
層間評価パターン）を設定する。

【００７９】そして、これらの各層間評価パターン２５
（Ｌ１層のパターン、Ｌ２層のパターン）を、外部のピ
ン（Ｌ１層ＰＩＮ、Ｌ２層ＰＩＮ）に接続する。ところ
で、層間の配線と配線がクロスする場所では、層間絶縁
欠陥によるショート障害が発生する。この評価は、従
来、ＬＳＩに電圧を印加して実施していたが、ＬＳＩの
高集積化、複雑化により、内部の層間クロス部分にどれ
だけの電位差が出来ているか不明である。

【００８０】また、同一電位の可能性もあり、評価漏れ
の可能性がある。更に、入出力回路及び内部回路で囲ま
れているため、規定以上の電圧を印加出来ず、高加速が
得られない欠点があった。

【００８１】このため、本実施例では、上記のように半
導体チップ１３内の層間絶縁膜評価のために、各配線層
に、同一面積の層間評価パターン２５（大面積層間パタ
ーン）を設けたものである。

【００８２】この層間評価パターン２５は、制御部が、
直接外部のピン（Ｌ１層ＰＩＮ、Ｌ２層ＰＩＮ）に出て
いるため、層間絶縁膜に対し、規定以上の高電圧を印加
出来るようになった。

【００８３】上記層間評価パターン２５（大面積の層間
評価パターン）は、製品ＬＳＩと同一配線層構造となる
ように、各配線層に各々配線する。例えば、２層配線品
であれば、１、２層目に層間評価パターン２５を設定す
る。

【００８４】また、３層配線であれば、１、２、３層の
各層に層間評価パターン２５を設定する。なお、配線
は、製品ＬＳＩと同じ半導体チップを使用する。また、
配線層間絶縁膜の厚みは、製品ＬＳＩと同じ最小の厚み
で設定する。試験時には、上記ピンを使用して、上記配
線へ直接高電圧ストレスを与える（７Ｖ以上）。

【００８５】このようにして、ピンから層間の容量特
性、絶縁特性を測ることで、直接劣化傾向が掴める。従
って、早期に、劣化傾向の検出が可能となる。（７）：第７実施例（面積の異なる層間評価パターンを
有する半導体装置）の説明・・・図６参照図６は第７実施例の説明図である。この実施例は、１チ
ップ内に面積の異なる層間評価パターンを具備した半導
体装置（評価専用のＬＳＩ）の例である。

【００８６】図６に示したように、１つの半導体チップ
１３に、導体の面積が異なる層間評価パターンを複数設
定する。例えば、面積Ｓ₁の層間評価パターン２５−
１、面積Ｓ₂の層間評価パターン２５−２、面積Ｓ₃の
層間評価パターン２５−３（同一面積のパターンが２
つ）・・・等を任意の数だけ設定する。

【００８７】上記層間評価パターン２５−１、２５−
２、２５−３・・・は、実施例６と同様に、製品ＬＳＩ
と同一配線層構造となるように、各配線層に配線する。
また、各層間評価パターン２５−１、２５−２、２５−
３・・・は、それぞれ外部のピンに接続しておく。

【００８８】上記のように、面積の異なる層間評価パタ
ーンを使用して、加速試験（高電圧）を実施することに
より、単位面積当たりの欠陥率（絶縁膜障害の発生確
率）を容易に求める事が可能となる。

【００８９】（８）：第８実施例（絶縁膜厚さの異なる
層間評価パターンを有する半導体装置）の説明図７は第８実施例の説明図であり、図８Ａは半導体装置
の平面図、図７Ｂは半導体装置の断面図である。

【００９０】この実施例は、１つの半導体チップ内に、
絶縁膜厚さの異なる複数の層間評価パターンを具備した
半導体装置（評価専用のＬＳＩ）の例である。例えば、
図７に示したように、１つの半導体チップ１３に、絶縁
膜厚Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、・・・（但し、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ
３、・・・は全て異なる）を有する層間絶縁膜２６を設
定し、これらの各層間絶縁膜２６を挟んで、各配線層
に、層間評価パターン２５を設定する。

【００９１】この場合、層間評価パターン２５の面積
は、全て同じで、層間絶縁膜２６の厚み（絶縁膜厚）だ
けを異ならせて設定する。このように、絶縁膜厚の異な
る層間評価パターンを使用して、高電圧印加試験を実施
することで、絶縁膜厚さ当たりの寿命が容易に調査可能
となる。

【００９２】（９）：第９実施例（層間絶縁膜評価用の
層間評価パターンを有する製品ＬＳＩ）の説明・・・図
８Ａ参照図８Ａは、第９実施例の製品ＬＳＩを示した図である。
この例は、上記第６、第７、第８実施例の半導体装置に
設定した層間評価パターン（いずれか一種類のパター
ン）と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じに
する）を、製品ＬＳＩのチップの一部に設けた例であ
る。

【００９３】図示のように、製品ＬＳＩのチップ１９に
は、製品ＬＳＩ回路部２０が設定してあるが、その周辺
部には、本実施例の層間評価パターンを設定する領域が
設けてあり、この領域に、層間評価パターン２５が設定
してある。

【００９４】この層間評価パターン２５は、第６実施例
の層間評価パターン、第７実施例の層間評価パターン、
或いは第８実施例の層間評価パターンの内のいずれか一
種類のパターンを選定して設定する。

【００９５】この場合、各層間評価パターン２５は、そ
れぞれ外部のピン（ＰＩＮ）に接続しておくとともに、
各配線層の構造も同一にする。そして、層間評価パター
ン２５に高電圧を印加して破壊電圧を求めることで、絶
縁膜特性の良否を判断し、製品ＬＳＩ自体にストレスを
印加することなく、スクリーニングをすることが出来
る。

【００９６】（１０）：第１０実施例（層間評価パター
ンを有するウエハー）の説明・・・図８Ｂ参照図８Ｂは第１０実施例のウエハーを示した図である。こ
の例は、上記第６、第７、第８実施例の半導体装置に設
定した層間評価パターン（いずれか一種類のパターン）
と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じにす
る）を、製品ＬＳＩ用のウエハーの一部に設定した例で
ある。

【００９７】図８Ｂに示したように、ウエハー（製品Ｌ
ＳＩを製作するためのウエハー）２１には、多数の製品
ＬＳＩ用のチップ領域２２が形成されている。また、製
品ＬＳＩ用のチップ領域２２の間には、評価用チップ領
域２３が複数箇所に設定してある。

【００９８】そして、この評価用のチップ領域２３に
は、上記第６、第７、第８実施例の半導体装置に設定し
た層間評価パターン（いずれか一種類のパターン）２５
と、同一構造のパターン（各配線層の構造を同じにす
る）を設定し、これを、層間絶縁膜評価用のパターンと
して使用する。

【００９９】測定時には、上記層間評価パターン２５
に、プローブで高電圧を印加して破壊電圧を求めること
で、絶縁特性の良否を、ウエハー自体にストレスを印加
することなく、ウエハー単位でスクリーニングする事が
出来る。

【０１００】（１１）：第１１実施例（各評価パターン
を１つの半導体装置に寄せ集めた例）の説明・・・図９
参照図９は、第１１実施例の説明図である。この例は、上記
第１、第２、第３、第６、第７、第８実施例のいずれか
に記載の半導体装置における評価パターンを、２種類以
上組み合わせて、１つの半導体チップに設定した信頼性
評価用半導体装置（評価専用のＬＳＩ）の例である。

【０１０１】例えば、図９に示したように、半導体チッ
プ１３に、４つの領域を設定し、配線評価パターン領
域、層間評価パターン（１）領域、層間評価パターン
（２）領域及び、エレクトロマイグレーション評価パタ
ーン領域とする。

【０１０２】そして、配線評価パターン領域には、第２
実施例の配線評価パターン１４を設定し、層間評価パタ
ーン（１）領域には、第７実施例の層間評価パターン２
５を設定し、層間評価パターン（２）領域には、第８実
施例の層間評価パターン２５を設定する。

【０１０３】また、エレクトロマイグレーション評価パ
ターン領域には、エレクトロマイグレーションを評価す
るための評価パターンを設定する。このように、評価専
用ＬＳＩに、各種の評価パターンを設定すれば、１つの
半導体装置を開発するだけで、各種の評価が可能とな
る。また、開発の費用の削減と、開発の効率化が達成可
能となる。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。（１）：第１発明の効果（第１実施例対応）：配線評価パターン（超ロング配線）は、製品ＬＳＩ
の設計ルール以上に長く配線したものや、製品ＬＳＩの
総配線長以上に配線したものであり、実チップと、同一
チップ内に配線することにより、配線へのストレスを把
握出来る。

【０１０５】：少数ピンのみで作成するので、ピン数
の削減にもなる。：配線の劣化傾向が、直接把握出来る。（２）：第２発明の効果（第２実施例対応）：配線当たりの発生確率の把握が可能となるため、製
品ＬＳＩの実総配線長に対するストレスマイグレーショ
ンの発生確率が容易に把握出来る。

【０１０６】：配線の劣化傾向が直接把握可能とな
る。（３）：第３発明の効果（第３実施例対応）ストレスマイグレーション発生時に、障害箇所の絞り込
みが容易となる。（４）：第４発明の効果（第４実施例対応）：製品ＬＳＩ単位毎に、ストレスマイグレーションの
発生要因を持つ製品ＬＳＩのスクリーニングを、上記配
線評価パターンを使用することにより可能となる。

【０１０７】：配線の劣化傾向が直接把握可能とな
る。（５）：第５発明の効果（第５実施例対応）：製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、ストレスマイグレ
ーションの発生要因を持つウエハーのスクリーニングが
可能になる。

【０１０８】：配線の劣化傾向が直接把握可能にな
る。（６）：第６発明の効果（第６実施例対応）：高電圧の印加が可能なため、層間絶縁膜の評価時
に、高加速が得られる。

【０１０９】：層間評価パターンは、製品ＬＳＩの層
間クロス面積以上の面積を持つため、少数サンプルで絶
縁膜特性の評価が可能になる。（７）：第７発明の効果（第７実施例対応）：高電圧の印加が可能なため、高加速が得られる。

【０１１０】：配線層間面積当たりの障害発生確率が
把握可能となるため、製品ＬＳＩの層間クロス面積の絶
縁膜障害の発生確率が把握可能になる。（８）：第８発明の効果（第８実施例対応）：高電圧の印加が可能なため、高加速が得られる。

【０１１１】：絶縁膜厚の異なる製品ＬＳＩの絶縁膜
の寿命が把握可能になる。（９）：第９発明の効果（第９実施例対応）：高電圧の印加が可能なため、高加速が得られる。

【０１１２】：製品ＬＳＩ毎に、層間絶縁膜障害の発
生要因を持つＬＳＩのスクリーニングが、層間評価パタ
ーンを使用することで、製品ＬＳＩにストレスを印加す
ることなく可能になる。

【０１１３】（１０）：第１０発明の効果（第１０実施
例対応）：高電圧の印加が可能なため、高加速が得られる。：製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、層間絶縁膜障害の
発生要因を持つウエハーのスクリーニングが、製品ＬＳ
Ｉにストレスを印加することなく、可能になる。

【０１１４】（１１）：第１１発明の効果（第１１実施
例対応）：１つの半導体装置を開発するだけで、各種の評価が
可能となる。：開発の費用の削減と、開発の効率化が達成可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の第１実施例の説明図である。

【図３】本発明の第２、第３実施例の説明図である。

【図４】本発明の第４、第５実施例の説明図である。

【図５】本発明の第６実施例の説明図である。

【図６】本発明の第７実施例の説明図である。

【図７】本発明の第８実施例の説明図である。

【図８】本発明の第９、第１０実施例の説明図である。

【図９】本発明の第１１実施例の説明図である。

【図１０】従来例１の説明図である。

【図１１】従来例２の説明図である。

【符号の説明】

１３半導体チップ１４信頼性評価用の配線評価パターン１５測定端子２５層間評価パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/3205

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製品ＬＳＩ（半導体集積回路装置）の実
総配線長と同等、又はそれ以上の長さを有する配線（超
ロング配線）を、ストレスマイグレーションに対する信
頼性評価用の配線評価パターン（１４）とし、この配線評価パターン（１４）を、製品ＬＳＩと同一配
線層構造となるように、半導体チップ（１３）の各配線
層に設定し、上記配線評価パターン（１４）のストレスマイグレーシ
ョン発生確率を、製品ＬＳＩの配線パターンよりも高め
たことを特徴とする信頼性評価用半導体装置。
【請求項２】請求項１記載の信頼性評価用半導体装置
における配線評価パターン（１４）を、配線長の異なる
（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・）複数の配線評価パターン
で構成し、製品ＬＳＩの実総配線長に対するストレスマイグレーシ
ョンの発生確率が求められるようにしたことを特徴とす
る信頼性評価用半導体装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の信頼性評価用半導
体装置における配線評価パターン（１４）の途中に、配線への応力ストレスによる断線箇所をチェックするた
めのチェック用パターン（１６）を接続し、ストレスマイグレーションの発生時に、障害箇所の絞り
込みを容易にしたことを特徴とする信頼性評価用半導体
装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の信頼
性評価用半導体装置における配線評価パターン（１４）
を、製品ＬＳＩ（半導体集積回路装置）（１９）のチッ
プに内蔵し、製品ＬＳＩ（１９）単位毎に、ストレスマイグレーショ
ンに対するスクリーニングを可能にしたことを特徴とす
る信頼性評価用の配線評価パターンを内蔵した製品ＬＳ
Ｉ。
【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載の信頼
性評価用半導体装置における配線評価パターン（１４）
を、ウエハー（２１）の一部に内蔵し、製品ＬＳＩのウエハー（２１）単位毎に、ストレスマイ
グレーションに対するスクリーニングを可能にしたこと
を特徴とする信頼性評価用の配線評価パターンを内蔵し
たウエハー。
【請求項６】製品ＬＳＩ（半導体集積回路装置）の層
間パターンクロス面積と、同等またはそれ以上の面積を
有する導体パターンを、層間絶縁膜に対する信頼性評価
用の層間評価パターン（大面積層間評価パターン）（２
５）とし、この層間評価パターン（２５）を、製品ＬＳＩと同一配
線層構造となるように、半導体チップ（１３）の各配線
層に設定し、層間絶縁膜に対する調査を加速可能にしたことを特徴と
する信頼性評価用半導体装置。
【請求項７】面積（Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃、・・・）の異
なる複数の導体パターンを、層間絶縁膜に対する信頼性
評価用の層間評価パターン（２５−１、２５−２、２５
−３・・・）とし、この層間評価パターンを、製品ＬＳＩと同一配線層構造
となるように、半導体チップ（１３）の各配線層に設定
し、製品ＬＳＩの実配線層クロス面積に対する絶縁膜障害の
発生確率の把握を可能としたことを特徴とした信頼性評
価用半導体装置。
【請求項８】絶縁膜厚（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、・・・）
の異なる層間絶縁膜（２６）を挟んで設定した複数の導
体パターンを、層間絶縁膜に対する信頼性評価用の層間
評価パターン（２５）とし、この層間評価パターン（２５）を、製品ＬＳＩと同一配
線層構造となるように、半導体チップ（１３）の各配線
層に設定し、層間絶縁膜厚の異なる製品ＬＳＩに対する、絶縁膜障害
の発生確率の把握を可能としたことを特徴とする信頼性
評価用半導体装置。
【請求項９】請求項６乃至８のいずれかに記載の信頼
性評価用半導体装置における層間評価パターン（２５、
２５−１、２５−２、・・・）を、製品ＬＳＩのチップ
（１９）に内蔵し、製品ＬＳＩ単位毎に、層間絶縁膜特性に対するスクリー
ニングを可能としたことを特徴とする信頼性評価用の層
間評価パターンを内蔵した製品ＬＳＩ。
【請求項１０】請求項６乃至８のいずれかに記載の信
頼性評価用半導体装置における層間評価パターン（２
５、２５−１、２５−２、・・・）を、製品ＬＳＩのウ
エハーの一部に内蔵し、製品ＬＳＩのウエハー単位毎に、層間絶縁膜特性のスク
リーニングを可能としたことを特徴とする信頼性評価用
の層間評価パターンを内蔵したウエハー。
【請求項１１】請求項１、２、３、６、７、８のいず
れかに記載の半導体装置における評価パターン（１４、
２５、２５−１、２５−２、・・・）を、２種類以上組
み合わせて、１つの半導体チップ（１３）に設定したこ
とを特徴とする信頼性評価用半導体装置。