JPH0697256A

JPH0697256A - 信頼性評価用回路

Info

Publication number: JPH0697256A
Application number: JP27080592A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tani; 和彦谷
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-08
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JP3336636B2

Abstract

(57)【要約】【目的】エレクトロマイグレーションあるいはイオンマ
イグレーション評価試験等の信頼性試験を高加速試験に
て行うことを可能にする、信頼性評価用回路を提供す
る。【構成】信頼性評価用回路は、信頼性評価を行うべき導
体部１２，１４、及び導体部上に形成された保護膜１６
から成り、導体部上に形成された保護膜の一部分に開口
部１８が設けられている。あるいは又、導体部から成る
信頼性評価用回路において、信頼性評価を行うべき導体
部の近傍に熱良導体層を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、プリント
配線板等における回路の信頼性、更に詳しくはエレクト
ロマイグレーションやイオンマイグレーションに対する
これらの回路の信頼性を評価するための信頼性評価用回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置においては金属配線膜として
アルミニウム（Ａｌ）蒸着膜が多く用いられている。ア
ルミニウム蒸着膜は、例えば真空蒸着、スパッタリン
グ、電子ビーム蒸着等の物理的蒸着方法で形成される。
シリコン基板上に形成されたアルミニウム蒸着膜中のア
ルミニウム粒子は、その後の高温処理によって多結晶構
造になる。通常の導体配線と異なり、アルミニウム蒸着
膜においては、粒界が存在すること、蒸着膜を流れる電
流密度が高いことに起因したエレクトロマイグレーショ
ンが大きな問題である。エレクトロマイグレーションが
生じると、配線膜が断線したり、回路が短絡するに至
る。

【０００３】従来、エレクトロマイグレーションを評価
するための評価用回路としてＳＷＥＡＴ（Standartd Wa
fer Level Electromigration Acceleration Test）パタ
ーンが知られている。このＳＷＥＡＴパターンを有する
評価用回路の一部分の平面図を図５の（Ａ）に、線Ｂ−
Ｂに沿った断面図を図５の（Ｂ）に示す。図５におい
て、評価用回路５０は、評価部分５２並びに放熱部分５
４から成る導体部、及び保護膜５６から構成されてい
る。導体部はアルミニウム膜から成る。評価用回路５０
の導体部に電流を流し、評価部分５２でエレクトロマイ
グレーションの評価試験を行う。また、評価部分５２で
発生した熱を放熱部分５４で放熱する。放熱部分５４の
回路幅は評価部分５２の回路幅よりも広い。導体部全体
は保護膜５６（図５の（Ａ）には図示せず）によって被
覆されている。

【０００４】例えばプリント配線板の銀（Ａｇ）メッキ
を施した配線（導体部）において、水分、電圧等の特定
の条件が満たされると、銀がイオン化され銀マイグレー
ションが発生し、樹枝状に延びた銀が回路を短絡させた
り、耐圧劣化、絶縁劣化を生じさせる。一般にこのよう
なマイグレーションはイオンマイグレーションと呼ば
れ、銅、錫、亜鉛、金、白金等においても発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】例えば図５に示したＳ
ＷＥＡＴパターンを有する評価用回路５０を使用してエ
レクトロマイグレーションの高加速試験を行う場合、即
ち、高電流密度でエレクトロマイグレーション評価試験
を行う場合、評価用回路の導体部自体の発熱が問題とな
る。即ち、導体部に高密度の電流を印加すると放熱部分
からの放熱が不十分となり、導体部が発熱して温度が上
昇する。その結果、加速係数が変動し、正確に平均故障
時間等を測定することができなくなる。また、場合によ
っては、導体部が熱によって溶断する。

【０００６】イオンマイグレーション評価試験を加速試
験にて行う場合においても、評価用回路の導体部自体か
らの放熱が不十分であると、導体部の温度が上昇する。
その結果、加速係数が変動し、例えばイオンマイグレー
ションによって回路が短絡するまでの時間が正確に測定
できなくなるという問題がある。

【０００７】従って、本発明の目的は、エレクトロマイ
グレーションあるいはイオンマイグレーション評価試験
等の信頼性試験を高加速試験にて行うことを可能にす
る、信頼性評価用回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
第１の態様により、信頼性評価を行うべき導体部、及び
該導体部上に形成された保護膜から成る信頼性評価用回
路であって、導体部上に形成された保護膜の一部分に開
口部が設けられていることを特徴とする信頼性評価用回
路によって達成することができる。

【０００９】この本発明の第１の態様においては、信頼
性評価を行うべき導体部は評価部分と放熱部分から成
り、導体部の放熱部分の上に形成された保護膜に開口部
が設けられていることが好ましい。更に、導体部の近傍
に熱良導体層を設けることがより好ましい。

【００１０】更に、上記の目的は、本発明の第２の態様
により、導体部から成る信頼性評価用回路であって、信
頼性評価を行うべき導体部の近傍に熱良導体層を設けた
ことを特徴とする信頼性評価用回路によって達成するこ
とができる。ここで、導体部の近傍とは、導体部の上
側、下側、上側及び下側、あるいは側部を意味する。

【００１１】

【作用】本発明の第１の態様によれば、導体部上に形成
された保護膜の一部分に開口部が設けられているので、
導体部で発生した熱をかかる開口部から効果的に放熱す
ることが可能になり、導体部自体の発熱を抑制すること
ができる。

【００１２】本発明の第２の態様によれば、導体部の上
側、下側、上側及び下側、あるいは側部といった導体部
の近傍に熱良導体層を設けることによって、導体部自体
の発熱を抑制することができる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を実施例に基づ
き説明する。

【００１４】（実施例−１）実施例−１は、本発明の第
１の態様の評価用回路に関し、より詳しくは、エレクト
ロマイグレーション評価に適した信頼性評価用回路に関
する。この評価用回路の一部分の平面図を図１の（Ａ）
に、線Ｂ−Ｂに沿った断面図を図１の（Ｂ）に模式的に
示す。評価用回路１０の導体部はＳＷＥＡＴパターンを
有する。即ち、信頼性評価を行うべき導体部は、幅の狭
い評価部分１２及び幅の広い放熱部分１４から成る。こ
れらの評価部分１２及び放熱部分１４は、例えば真空蒸
着法及びフォトリソグラフィ法で形成されたアルミニウ
ム膜から成り、シリコン基板２０上に設けられた例えば
ＳｉＯ₂から成る絶縁層２２の上に形成されている。

【００１５】評価用回路１０は更に、保護膜１６から構
成されている。保護膜１６は、例えばＣＶＤ法で形成さ
れたＳｉＮ膜から成る。尚、図１の（Ａ）においては、
評価部分１２及び放熱部分１４の外形を破線で示し、保
護膜１６を斜線にて示した。放熱部分１４の上に形成さ
れた保護膜１６には開口部１８が設けられている。即
ち、保護膜１６は導体部の上に形成され、評価部分１２
の全て及び放熱部分１４の一部分を被覆している。尚、
保護膜１６は放射部分１４を被覆していなくともよい。
保護膜１６への開口部１８の形成は、例えばリアクティ
ブ・イオン・エッチング法で行うことができる。評価部
分１２で発生した熱は、放射部分１４から開口部１８を
介して大気に放射される。従って、信頼性評価を行うべ
き導体部の評価部分１２の発熱に起因した導体部の温度
上昇を効果的に抑制することができる。

【００１６】（実施例−２）実施例−２は、本発明の第
２の態様の評価用回路に関し、より詳しくは、エレクト
ロマイグレーション評価に適した信頼性評価用回路に関
する。この評価用回路の一部断面図を図２の（Ａ）に模
式的に示す。評価用回路３０は導体部３２及び熱良導体
層３４から構成されており、熱良導体層３４は導体部３
２の上側に形成されている。信頼性評価を行うべき導体
部３２は、図１の（Ａ）に示したＳＷＥＡＴパターンを
有していてもよいし、あるいは直線状等の所望の試験パ
ターンでもよい。導体部３２は、例えば真空蒸着法及び
フォトリソグラフィ法で形成されたアルミニウム膜から
成り、シリコン基板２０上に設けられた例えばＳｉＯ₂
から成る絶縁層２２の上に形成されている。

【００１７】熱良導体層３４は、例えば真空蒸着法で形
成されたアルミニウム膜から成る。熱良導体層３４と導
体部３２の間は、例えばＳｉＮから成る層間絶縁層３６
で絶縁されている。熱良導体層３４の上には、例えばＳ
ｉＮから成り開口部３８Ａを有する保護膜３８を形成し
ておくことが望ましい。導体部３２で発生した熱は、熱
良導体層３４を介して放散される。従って、信頼性評価
を行うべき導体部３２の発熱に起因した導体部３２の温
度上昇を効果的に抑制することができる。

【００１８】（実施例−３）実施例−３は、実施例−２
で述べた信頼性評価用回路の変形である。この評価用回
路の一部断面図を図２の（Ｂ）に模式的に示す。実施例
−２とは次の点で異なる。即ち、熱良導体層３４と同質
の材料が埋め込まれた接続孔４０を層間絶縁層３６に設
け、接続孔４０によって熱良導体層３４と導体部３２を
熱的に接続する。接続孔４０を設けることによって、導
体部３２から熱良導体層３４へ効果的に熱を伝導させる
ことができる。

【００１９】（実施例−４）実施例−４は、実施例−１
で述べた信頼性評価用回路の変形である。この評価用回
路の一部断面図を図３の（Ａ）に模式的に示す。実施例
−１と異なる点は、導体部の下側に熱良導体層２４を設
けたことにある。熱良導体層２４は、絶縁層２２と層間
絶縁層２６の間に介在する。熱良導体層２４は実施例−
２で述べた熱良導体層３４と同様の構成とすることがで
きる。導体部で発生した熱は、熱良導体層２４を介して
も放散される。従って、信頼性評価を行うべき導体部の
発熱に起因した導体部の温度上昇をより効果的に抑制す
ることができる。

【００２０】（実施例−５）実施例−５は、実施例−４
で述べた信頼性評価用回路の変形である。この評価用回
路の一部断面図を図３の（Ｂ）に模式的に示す。実施例
−５は実施例−４と以下の点で異なる。（Ａ）層間絶縁層２６に接続孔２８Ａを設け、この接続
孔２８Ａに導体部と同種の材料を埋め込み、導体部と熱
良導体層２４を熱的に接続する。（Ｂ）絶縁層２２に接続孔２８を設け、この接続孔２８
に熱良導体層２４と同種の材料を埋め込み、シリコン基
板２０と熱良導体層２４とを熱的に接続する。

【００２１】熱良導体層２４は、実施例−２で述べた熱
良導体層３４と同様の構成とすることができる。熱良導
体層２４を設けることによって導体部からの発熱を一層
効果的に放散できるばかりか、接続孔２８，２８Ａを設
けることによって、導体部及び熱良導体層２４に蓄えら
れた熱を効果的に伝導、放散させることができる。

【００２２】（実施例−６）実施例−６は、実施例−４
で述べた信頼性評価用回路の変形である。この評価用回
路の一部断面図を図４に模式的に示す。尚、図４は、導
体部の長手方向と直角方向に且つ放熱部分を含むように
評価用回路を切断した断面図である。実施例−６は実施
例−４と以下の点で異なる。（Ａ）導体部の下側だけでなく導体部の側部にも熱良導
体層２４Ａを設ける。（Ｂ）熱良導体層２４Ａ上に形成された保護膜１６にも
開口部１８Ａを設ける。（Ｃ）層間絶縁層２６に接続孔２８Ｂを設け、この接続
孔２８Ｂに熱良導体層２４Ａと同種の材料を埋め込み、
熱良導体層２４Ａと熱良導体層２４を熱的に接続する。（Ｄ）絶縁層２２に接続孔２８を設け、この接続孔２８
に熱良導体層２４と同種の材料を埋め込み、シリコン基
板２０と熱良導体層２４とを熱的に接続する。

【００２３】実施例−６は、実施例−４で述べた信頼性
評価用回路の変形である。この評価用回路の一部断面図
を図４に模式的に示す。尚、図４は、導体部の長手方向
と直角方向に且つ放熱部分を含むように評価用回路を切
断した断面図である。実施例−６は実施例−４と以下の
点で異なる。（Ａ）導体部の下側だけでなく、導体部の側部にも熱良
導体層２４Ａを設ける。（Ｂ）熱良導体層２４Ａ上に形成された保護膜１６にも
開口部１８Ａを設ける。（Ｃ）層間絶縁層２６に接続孔２８Ｂを設け、この接続
孔２８Ｂに熱良導体層２４Ａと同種の材料を埋め込み、
熱良導体層２４Ａと熱良導体層２４を熱的に接続する。（Ｄ）絶縁層２２に接続孔２８を設け、この接続孔２８
に熱良導体層２４と同種の材料を埋め込み、熱良導体層
２４とシリコン基板２０を熱的に接続する。

【００２４】熱良導体層２４，２４Ａは、実施例−２で
述べた熱良導体層３４と同様の構成とすることができ
る。熱良導体層２４Ａを設けることによって導体部から
の発熱を一層効果的に放散できるばかりか、接続孔２
８，２８Ｂを設けることによって、熱良導体層２４，２
４Ａに蓄えられた熱を効果的に伝導、放散させることが
できる。尚、実施例−５と同様に、導体部と熱良導体層
２４とを熱的に接続するための接続孔２８Ａを設けるこ
ともできる。

【００２５】以上、エレクトロマイグレーション評価試
験に適した各種実施例に基づき本発明の評価用回路を説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００２６】評価用回路の導体部のパターンはＳＷＥＡ
Ｔパターン以外にも、直線状その他評価試験に適合した
パターンとすることができる。導体部には、実際の回路
を想定した段差を設けてもよい。導体部は１層に限られ
ず、適宜増加させて多層構造とすることができる。

【００２７】本発明の第１の態様における保護膜１６と
して、ＳｉＮ膜の他に、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等の
所謂低温リフロー膜やＳｉＯ₂膜、これらを組み合わせ
た膜、ポリイミド樹脂等から成る膜等を用いることがで
きる。保護膜１６に形成された開口部１８の形状は適宜
変更することができる。導体部が多層構造を有する場
合、最上層の導体部上に形成された保護膜に開口部を設
ける。あるいは又、最上層以外の導体部上に形成された
保護膜にも、外部と連通する開口部を設けることが可能
である。

【００２８】本発明の第１及び第２の態様においては、
導体部の下に形成された絶縁層２２、層間絶縁層２６，
３６を、保護膜で例示した材料から構成することができ
る。熱良導体層２４，２４Ａ，３４は、アルミニウム膜
の他にも、熱伝導性に優れた各種金属膜、あるいはポリ
シリコン等から形成することができる。導体部に対する
熱良導体層の配置関係、接続孔を設ける位置は例示であ
り、適宜変更することができる。

【００２９】本発明の第１及び第２の態様に係る評価用
回路を用いてイオンマイグレーション評価試験を行う場
合、導体部は、イオンマイグレーションを起こし得る金
属箔、イオンマイグレーションを起こし得る金属を含有
した印刷回路、あるいはイオンマイグレーションを起こ
し得る金属をメッキした銅等の配線等、各種の材料から
構成することができる。導体部のパターンは評価に適し
たパターンを適宜選択すればよい。導体部を多層構造と
することもできる。基板としては、ガラスエポキシ基
板、紙フェノール基板、ポリイミドその他の高耐熱性樹
脂を用いた基板、セラミック基板、その他を用いること
ができる。導体部は基板上に印刷技術を用いて形成する
ことが可能である。あるいは又、プリント配線板製造技
術を用いてエッチング、メッキ等により形成することも
できる。

【００３０】保護膜としては、例えばプリント配線板で
使用されるソルダーレジスト、ドライフィルム、ポリイ
ミド等のフィルム、ポリイミド等各種の樹脂膜を用いる
ことができる。熱良導体層として、金属箔、金属メッキ
層等、各種の熱良導材料を使用することができる。熱良
導体層の形成、あるいは導体部と熱良導体層の形成に
は、メッキ技術、多層プリント配線板製造技術を適用す
ればよい。絶縁層あるいは層間絶縁層として、ドライフ
ィルム、ポリイミド等のフィルム、ポリイミド等各種の
樹脂膜、接着剤シート、各種プリプレグを用いることが
できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、導体部上に形成された
保護膜の一部分に開口部が設けられ、あるいは又、導体
部の近傍に熱良導体層が設けられているので、導体部で
発生した熱を効果的に放熱することが可能になり、導体
部自体の発熱を抑制することができる。それ故、例え
ば、エレクトロマイグレーション評価試験において、導
体部の熱による溶断を防止することができ、あるいは
又、試験結果の精度を高くすることができる。しかも、
導体部への印加電流を従来の１０倍以上大きくすること
ができ、評価に要する時間を従来より２桁以上短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例−１に関する評価用回路を模式
的に示す図である。

【図２】本発明の実施例−２及び実施例−３に関する評
価用回路を模式的に示す図である。

【図３】本発明の実施例−４及び実施例−５に関する評
価用回路を模式的に示す図である。

【図４】本発明の実施例−６に関する評価用回路を模式
的に示す図である。

【図５】従来のＳＷＥＡＴパターンを有する評価用回路
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０評価用回路１２評価部分１４放熱部分１６保護膜１８，１８Ａ開口部２０シリコン基板２２絶縁層２４，２４Ａ熱良導体層２６層間絶縁層２８，２８Ａ，２８Ｂ接続孔３０評価用回路３２導体部３４熱良導体層３６層間絶縁層３８保護膜３８Ａ開口部４０接続孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】信頼性評価を行うべき導体部、及び該導体
部上に形成された保護膜から成る信頼性評価用回路であ
って、導体部上に形成された保護膜の一部分に開口部が
設けられていることを特徴とする信頼性評価用回路。
【請求項２】信頼性評価を行うべき導体部は評価部分と
放熱部分から成り、導体部の放熱部分の上に形成された
保護膜に開口部が設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の信頼性評価用回路。
【請求項３】導体部の近傍に熱良導体層を設けたことを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の信頼性評価用
回路。
【請求項４】導体部から成る信頼性評価用回路であっ
て、信頼性評価を行うべき導体部の近傍に熱良導体層を
設けたことを特徴とする信頼性評価用回路。