JPS5917847B2 - 半導体装置の金属薄膜線のスクリ−ニング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体装置の金属薄膜配線のスクリーニング
方法の改良に関するものである。

半導体装置、特に微細形状パターンの金属薄膜５ 配線
を有する半導体集積回路（以下ＩＣと呼ぶ）には、この
金属薄膜配線の通電によるエレクトロマイグレーション
によつて、断線事故が発生するという問題があつた。

この金属薄膜配線のエレクトロマイグレーシヨ０ ンに
よる断線は、その通電電流密度、その温度勾配、および
その接続部に形成される合金組成の勾配（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＧｒａｄｉｅｎｔ）がそれぞれ増加する箇所で発生
しやすい。

以下、ＩＣ基板上のアルミニウム（Ａｌ）膜配線５ を
例にとり、そのエレクトロマイグレーションによる断線
の発生しやすい箇所、図ａ−ｃにそれぞれ模式的に示す
縦断面図で説明する。

図ａは、ＩＣ基板１上に施されたフィールド絶縁酸化膜
２に生ずる段差部３を横切り成膜されたフ Ａｌ膜配線
４を示す。

このＡｌ膜配線４がフィールド絶縁酸化膜２上に蒸着成
膜されるときに、自己遮蔽効果によりこの段差部３に符
号Ａで示すＡｌ膜配線４の膜厚の薄い箇所が形成される
。

この膜厚の薄い箇所Ａに； おいて、Ａｌ膜配線４の通
電電流密度が増大し、エレクトロマイグレーションによ
る断線が発生しやすい。図ｂは、ＩＣ基板１に形成され
たＰ−Ｎ接合５に電気的に接続されたＡｌ膜配線４を示
す。

このＡｌ膜配線４を用いてＰ−Ｎ接合５に通電すると、
Ｐ−Ｎ接合５の発熱でＡｌ膜配線４に温度勾配が生ずる
ことを主に、符号Ｂで示すフイールド絶縁酸化膜２の段
差部３に形成されるＡｌ膜配線４の膜厚の薄い箇所でも
電流密度の増加を従として、このＡｌ膜配線４にエレク
トロマイグレーシヨンによる断線が発生しやすい。図ｃ
は、ＩＣ基板１上に施されたフイールド絶縁酸化膜２に
形成された多結晶シリコン抵抗層６に電気的に接続され
たＡｌ膜配線４を示す。

このＡｌ膜配線４と多結晶シリコン抵抗層６との接続部
において、多結晶シリコンとＡｌとの合金組成の勾配が
形成される。この合金組成の勾配を主とし、および符号
Ｃで示すＡｌ膜配線４の膜厚の薄い箇所での電流密度の
増加を従として、エレクトロマイグレーシヨンによる断
線が発生しやすい。このように、Ａｌ膜配線４のエレク
トロマイグレーシヨンによる断線の恐れのある箇所が、
ＩＣ基板１上に随所にあるにもかかわらず、従来Ａｌ膜
配線４に対する特別なスクリーニング方法がなく、品質
保証試験として行なわれる例えば高温動作試験、高温保
存試験、高温保存試験、温度サイクル試験、および機械
的振動試験などの試験のなかに包含されてＡｌ膜配線４
のスクリーニングがなされているものとされていた。

ところが、この発明の発明者らの行なつた実験結果によ
れば、エレクトロマイグレーシヨンによる断線を誘因す
るはつきりした欠陥のあるＡｌ膜配線４でも、上記従来
の品質保証試験のみではほとんどスクリーニングするこ
とができなかつた。

そこで、このような欠陥のあるＡｌ膜配線４に高電流密
度で通電エージングを行うとエレクトロマイグレーシヨ
ンによる断線が短時間に発生し、不良品をスクリーニン
グする方法として通電エージングが安全かつ確実な方法
であることが判明した。ここで、この通電エージングに
よるスクリーニング方法に関する実験結果について述べ
る。この実験結果により、（イ）通電エージングによる
Ａｌ膜配線の断線に至るまでの寿命時間は、その温度、
またはその通電電流密度の増加で加速短縮させることが
できる。

（ロ）数Ｍｓｅｃ．の時間幅の高電流波高値のパルスを
印加し、Ａｌｌ膜配線が断線するに至るまでの印加回数
で、実使用状態での長年月に亘る寿命時間の保証が可能
であり、これによつて、保証寿命の水準に応じてスクリ
ーニングに用いるパルス時間幅と電流波高値の水準を設
定し得る。

などの結論を得た。しかしながら、この通電エージング
によるスクリーニング方法は、最終工程を経て作成され
た完成品に対して行う破壊試験で、保証水準を上げるに
は多くの完成品を破壊する必要があるので、この方法に
はコスト面で良い方法とは言いがたい欠点があつた。

この発明は、上述の欠点に鑑みてなされたもので、個々
のＩＣの内部では上述の各種条件は均一であると考えら
れることを利用して、個々のＣの一角に所要パターンの
モニター用金属薄膜配線を設け、このモニター用金属薄
膜配線を用いてスクリーニングする方法で、上記欠点を
解消することを目的とする。

以下、この発明によるモニター用Ａｌ膜配線を用いてス
クリーニングする方法を図ａ−ｃに示す縦断面図で説明
する。

一枚の半導体ウエハ上に形成された個々のＩＣ基板１に
は、図ａに示すようなフイールド絶縁酸化膜２に生ずる
色々な形状の段差部３を横切るＡｌ膜配線４、ならびに
図ｂおよびｃに示すような発熱量を異にする各種のＰ−
Ｎ接合５、および各種の抵抗値を有する多結晶シリコン
抵抗層６にそれぞれ電気的に接続されたＡｌ膜配線４が
形成されている。

そこで、これらのＡｌ膜配線４をモニターすることがで
きるような、所要形状の上記段差部、所要発熱量を発生
し得るＰ−Ｎ接合、所要発熱量を発生し得る多結晶シリ
コン抵抗層、またはこれらの組合せのすくなくともいず
れか一つを上記個々のＣ基板の一角に設け、この一角に
設けられた、上記段差部、上記Ｐ−Ｎ接合、上記多結晶
シリコン抵抗層、またはこれらの組合せに上記Ａｌ膜配
線４をモニターするに要するモニター用Ａｌ膜配線を施
す。このように作成されたモニター用Ａｌ膜配線に、先
に述べた如く、保証寿命の水準に応じた所要波形の高電
流パルスを印加するスクリーニング方法を用いて、上記
半導体ウエハのウエハテストの段階で、非常に高い信頼
度のあるＡｌ膜配線のスクリーニングができる。よつて
、この方法には完成品を破壊テストする必要もなく、コ
ストアツプの恐れもない。なお、これまで、ＩＣ基板に
用いられたＡｌ膜配線およびその特定の設置形態につい
て述べてきたが、この発明による方法は、これに限定さ
れることなく、広く半導体装置の内部配線に用いられた
金属薄膜配線および他の設置形態の金属薄膜配線にも適
用できることは言うまでもない。

以上、詳述したように、この発明による半導体装置の金
属薄膜配線のスクリーニング方法は、金属薄膜配線を有
する半導体装置の形成された基板の一角に上記半導体装
置の製造工程と同時に形成されたモニター用金属薄膜配
線に大振幅パルス電流を流し上記モニター用金属薄膜配
線の加速寿命試験を行つてスクリーニングするので、こ
の方法には完成品を破壊テストする必要もなく製品寿命
の保証が可能であり、コストアツプの恐れもないなどの
効果がある。

【図面の簡単な説明】

図ａ−ｃはそれぞれＣ基板上のＡｌ膜配線のエレクトロ
マイグレーシヨンの発生しやすい箇所を模式的に示す縦
断面図である。 図において、１はＩＣ基板、２はフイールド絶縁酸化膜
、３は段差部、４はＡ２膜配線、５はＰＮ接合、６は多
結晶シリコン抵抗層を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属薄膜配線を有する半導体装置の形成された基板
   の一角に上記半導体装置の製造工程と同時に形成された
   モニター用金属薄膜配線に大振幅パルス電流を流し上記
   モニター用金属薄膜配線の加速寿命試験を行うようにし
   た半導体装置の金属薄膜配線のスクリーニング方法。 ２ 金属薄膜配線がフィールド絶縁酸化膜に生ずる段差
   部を横切る金属薄膜配線であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置の金属薄膜配線のスク
   リーニング方法。 ３ 金属薄膜配線がＰ−Ｎ接合に電気的に接続された金
   属薄膜配線であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半導体装置の金属薄膜配線のスクリーニング方
   法。 ４ 金属薄膜配線が抵抗層に電気的に接続された金属薄
   膜配線であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置の金属薄膜配線のスクリーニング方法。 ５ 抵抗層が多結晶半導体抵抗層であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の金属薄膜配
   線のスクリーニング方法。 ６ 金属薄膜配線がアルミニウム薄膜配線であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   かに記載の半導体装置の金属薄膜配線のスクリーニング
   方法。