JPH07130816A - エレクトロマイグレーション評価方法および装置並びに被験体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エレクトロマイグレーション評価を簡単かつ
正確に行う。 【構成】 アルミニウム配線から成る被評価導体３に電
流が所定の電流密度で流され、被評価導体３のエレクト
ロマイグレーション寿命が評価される方法において、被
評価導体３への通電中に、被評価導体３の温度変化がこ
の被評価導体３近傍に配線されたモニター４で測定さ
れ、この温度測定データーに基づき被評価導体３近傍に
配線されたヒーター５で被評価導体３の温度が一定に維
持される。 【効果】 被評価導体の温度を一定に維持して被評価導
体自体の通電に伴う抵抗発熱による暴走を回避できるた
め、被評価導体においてエレクトロマイグレーション現
象のみを引き起こせ、電流密度係数ｎ、活性化エネルギ
ーＥａを短時間で正確に求められ、評価を短時間で正確
に行える。被評価導体へのモニター、ヒーターの近接配
置により、温度変化を正確に測定して温度を正確に制御
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロマイグレー
ション評価技術、詳しくは、金属から成る被評価導体に
電流が所定の電流密度をもって流されて、この被評価導
体についてのエレクトロマイグレーション寿命が評価さ
れるエレクトロマイグレーション評価技術に関し、例え
ば、半導体装置におけるアルミニウム（Ａｌ）配線や合
金電極配線のエレクトロマイグレーション寿命を評価す
るのに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の開発に際しては、
設計段階で耐用年数と故障率とを推定して設計が実行さ
れている。そして、半導体装置においては、アルミニウ
ム配線が広く使用されており、このアルミニウム配線の
耐用年数および故障率は半導体装置の耐用年数および故
障率に大きく影響する。ここで、アルミニウム配線の寿
命の推定について説明する。

【０００３】アルミニウム配線の寿命はＪ．Ｋ．Ｂｌａ
ｃｋの式として、（１）式で表すことができる。 ＭＴＦ＝Ａ×Ｊ^-n×ｅｘｐ（Ｅａ／ｋ×Ｔ）・・・（１） ここで、ＭＴＦは平均故障時間、Ａ、ｎは定数、Ｊは電
流密度、Ｅａは活性化エネルギー、ｋはボルツマン定
数、Ｔは絶対温度である。

【０００４】実際的には、アルミニウム配線のテストパ
ターンを用いて、温度および電流密度に対して評価を行
いＡ、ｎの定数を求めて、その値が半導体装置製品のア
ルミニウム配線の設計に反映されることになる。そし
て、製造された半導体装置は設計で推定された耐用年数
までは推定の故障率で動作するものとして使用されるこ
とになる。

【０００５】しかしながら、製造段階において、半導体
装置が不測のないしは異常な作り方を実施された場合
は、推定された耐用年数に達する以前に高率で故障にな
る場合がある。このような故障が市場で発生した時は、
その異常な作り方をした対象製品を調査して、正常な製
品と交換することになる。そうすると莫大な費用が必要
になるばかりでなく、その半導体装置製品の信頼性の失
墜にもなりかねない。

【０００６】この製造段階で発生する信頼性低下製品を
完成品の段階で検出することは困難である。そのため、
不測のないしは異常な作り方を実施せず異常な製品を作
り込まない、作り込んだ場合は次の工程へ流さないとい
った工程管理手法で対応することにより、製造段階で発
生する信頼性低下製品の出荷が防止されている。

【０００７】今日の半導体装置の製造工場においては、
ＰＱＣ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ）手法や、ＳＰＣ（Ｓｔａｓｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃ
ｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）手法等の工程管理が、一般的
に実施されている。ＳＰＣ法は各製造工程の工程能力
（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を統計的に
算出して、製造工程を能力指数で管理する方法である。
この工程能力を高めることで品質の良い製品が製造され
ることになる。工程管理の項目は対象となる故障メカニ
ズムによって決めることになる。そして、半導体装置の
製造において、アルミニウム配線のエレクトロマイグレ
ーション評価方法は、工程管理の重要な項目となる。

【０００８】最近では、半導体ウエハ（以下、ウエハと
いう。）内にテストパターンを形成し、このテストパタ
ーンを用いてエレクトロマイグレーション評価方法を実
施することにより工程管理する方法も実施されている。
ＳＷＥＡＴ（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｗａｆｅｒｌｅｖｅｌ
Ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ Ａｃｃｅｌｅｒ
ａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ）パターン方式による工程管理方
法である。拡散抵抗とアルミニウム配線によってテスト
パターンが形成されている。このアルミニウム配線に電
流を流してエレクトロマイグレーションが評価される。

【０００９】そして、アルミニウム配線のエレクトロマ
イグレーション評価方法としては、アルミニウム配線に
室温でランプ電流を印加して破壊に至るまでのエネルギ
ー総量を評価するＢＥＭ（Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｅｎｅ
ｒｇｙ ｏｆ Ｍｅｔａｌ）法や、同じ方式のＪｒａｍ
ｐ法が開発されている。

【００１０】これらの評価方法は配線のエレクトロマイ
グレーション寿命レベルの良い、悪いを評価する相対的
な評価方法が中心となっていた。しかし、これらの方法
を改善し、温度加速性まで評価できる方式も開発されて
いる。

【００１１】以上説明したように、半導体装置の製造工
程においては、半導体装置に作り込まれた集積回路のア
ルミニウム配線についての信頼性を試験する手段とし
て、試験対象になるアルミニウム配線についてエレクト
ロマイグレーション寿命を評価する方法が、広く実施さ
れている。そして、半導体装置はその高集積化、微細化
に伴って、アルミニウム配線の幅が縮小されており、ア
ルミニウム配線の電流密度が増加する傾向にある。その
ため、アルミニウム配線のエレクトロマイグレーション
寿命が従来と比較して、信頼性評価や不良解析、研究開
発の重要な項目となって来ている。

【００１２】ところで、エレクトロマイグレーション寿
命は温度加速性があり、その活性化エネルギーは、Ｅａ
＝０．５〜１．２ｅＶ程度であることが知られている。
そこで、従来のエレクトロマイグレーション寿命の評価
方法においては、一定高温度の恒温槽内で半導体装置の
アルミニウム配線に一定の電流密度で通電して、エレク
トロマイグレーション故障（断線故障）が発生するまで
の寿命を評価している。その場合、恒温槽内の高温度は
一定に保たれているが、評価対象であるアルミニウム配
線の温度は不明である。

【００１３】特に、エレクトロマイグレーション寿命の
加速評価方法の場合、通常で使用される電流密度（約１
０⁵ Ａ／ｃｍ² ）よりも過大な電流（１０⁶ Ａ／ｃｍ²
以上）を流してエレクトロマイグレーション寿命を評価
するので、アルミニウム配線のジュール発熱で熱暴走が
発生し、正確な試験を確保することができない。

【００１４】そこで、従来、次のようなエレクトロマイ
グレーション評価方法が提案されている。

【００１５】 特開平２−９０６４６号公報において
は、被試験体である半導体装置の金属配線の近傍に温度
測定用素子を設けて、評価対象であるアルミニウム配線
の温度を測定する技術が提案されている。

【００１６】 特開昭６４−８６０７７号公報には、
評価対象であるアルミニウム配線に直接電流を印加する
電極を有し、さらに、この配線を加熱するヒーターと、
この配線の温度を一定に保持するためにヒーターに印加
する電力を調節する温度センサ（熱電対）とを内蔵した
治具が提案されている。

【００１７】 特開昭６１−７０４７２号公報には、
多結晶シリコン配線上に絶縁膜を設けたのち、この多結
晶シリコン配線に交差するように評価対象であるアルミ
ニウム配線を設け、多結晶シリコン配線に加熱用電流を
流して多結晶シリコン配線のジュール発熱により、それ
と交差する評価対象であるアルミニウム配線部分の温度
を上昇させて、エレクトロマイグレーション寿命を加速
評価する方法が提案されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の技
術には次のような解決すべき課題がある。

【００１９】 特開平２−９０６４６号公報に提案さ
れている技術においては、測定されたアルミニウム配線
の温度を利用して評価対象としてのアルミニウム配線の
温度を所定の温度に保つ方法は、検討されていない。

【００２０】 特開昭６４−８６０７７号公報に提案
されている技術においては、治具を評価対象としての所
望のアルミニウム配線に直接接触させる必要があるた
め、評価方法の作業性が低い。

【００２１】 特開昭６１−７０４７２号公報に提案
されている技術においては、評価対象であるアルミニウ
ム配線の真下に、加熱用の多結晶シリコン配線を予め敷
設しておく必要があるため、回路パターンや生産プロセ
ス等の変更が必要になる。また、配線の温度を所定の温
度に保つ方法は検討されていない。

【００２２】本発明の第１の目的は、作業性の低下およ
び回路パターンや生産プロセスの変更を抑制しつつ、評
価対象であるアルミニウム配線自体のジュール発熱によ
る評価の信頼性の低下を防止することができるエレクト
ロマイグレーション評価方法および装置を提供すること
にある。

【００２３】ところで、アルミニウム配線のエレクトロ
マイグレーション寿命は前記した（１）式に示す通り、
電流密度および温度に影響を受ける。そこで、被評価導
体であるアルミニウム配線の電流密度加速係数ｎおよび
活性化エネルギーＥａをテストパターンを用いて短時間
で求めることができれば、半導体装置製品のレイアウト
設計、完成品の寿命予測、工程管理等に活用することが
できる。これは、他の金属から成る導体についても同様
である。

【００２４】本発明の第２の目的は、可及的に簡単なテ
ストパターンを用いて、高電流密度、かつ、高温の条件
でエレクトロマイグレーション評価を実行することがで
きるエレクトロマイグレーション評価技術を提供するこ
とにある。

【００２５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００２７】すなわち、金属から成る被評価導体に電流
が所定の電流密度をもって流されて、この被評価導体に
ついてのエレクトロマイグレーション寿命が評価される
エレクトロマイグレーション評価方法において、前記被
評価導体に電流が流されている際に、この被評価導体の
温度変化が測定されるとともに、この温度測定データー
に基づいて、この被評価導体の温度を一定に維持しよう
とする通電による温度制御が実行されることを特徴とす
る。

【００２８】

【作用】前記した手段によれば、エレクトロマイグレー
ション寿命を評価すべき被評価導体の温度変化が試験中
に測定され、この測定データーに基づいて被評価導体の
温度が所定の試験温度に維持されることになる。つま
り、被評価導体はその温度を一定に維持された状態で、
エレクトロマイグレーション寿命の評価作業を実行され
ることになるため、エレクトロマイグレーション寿命の
評価は正確に実行されることになる。その結果、電流密
度を大きく設定することができるので、短時間でエレク
トロマイグレーション寿命を評価することが可能とな
る。

【００２９】そして、例えば、配線材料やウエハ製造工
程に異常が認められた場合に、その製品に対して短時間
でエレクトロマイグレーション寿命を判定することがで
きるため、異常ウエハが実際に使用された時に問題にな
るかどうか明確に判定することができる。その結果、異
常対策を逸早く講ずることができ、全体として生産性を
向上させることができる。

【００３０】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるエレクトロマ
イグレーション評価装置を示す模式図である。図２は本
発明の一実施例である被験体を示しており、（ａ）は半
導体ウエハを示す平面図、（ｂ）はそのＴＥＧの拡大部
分平面図である。

【００３１】本実施例において、本発明に係るエレクト
ロマイグレーション評価装置は、半導体装置の製造工程
において、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）のテ
スト・エレメント・グループ（ＴＥＧ）に作り込まれた
アルミニウム配線についてのエレクトロマイグレーショ
ン寿命の評価をオン・ラインまたはオフ・ラインで実施
するように構成されている。

【００３２】本実施例において、被験体としてのウエハ
１には図２に示されているように、テスト・エレメント
・グループ（ＴＥＧ）２が適当な複数箇所に配されて作
り込まれている。このＴＥＧ２には被評価導体としての
アルミニウム配線（以下、被評価導体という。）３と、
温度測定用配線（以下、モニターという。）４と、加熱
用配線（以下、ヒーターという。）５とが互いに隣り合
わせにそれぞれ形成されている。被評価導体３はウエハ
１に作り込まれた評価すべきアルミニウム配線と均等に
なるように形成されている。また、モニター４は正温度
特性の良好な材料が用いられて、被評価導体３の温度変
化を精密に測定し得るように設定されている。ヒーター
５は抵抗加熱特性の良好な材料が用いられて、被評価導
体３の温度を精密に制御し得るように設定されている。
モニター４およびヒーター５は被評価導体３と同等のア
ルミニウム配線によって形成することができる。この場
合には、被評価導体３、モニター４およびヒーター５を
同時に形成することができる。また、被評価導体３、モ
ニター４およびヒーター５には後記する接触子が接触さ
れるパッド６が両端部にそれぞれ形成されている。

【００３３】本実施例において、エレクトロマイグレー
ション評価装置１０は、槽内を一定温度に維持すること
ができる恒温槽１１を備えており、この恒温槽１１には
出し入れ口１２が、被験体としてのウエハ１を出し入れ
し得るように開設されている。恒温槽１１内には第１接
触子１４が配設されており、この第１接触子１４はウエ
ハ１上の被評価導体３に接触し得るように構成されてい
る。第１接触子１４には定電流源を備えているエレクト
ロマイグレーション測定装置１３が接続されており、こ
の測定装置１３の定電流源は通常で使用される電流密度
よりも数桁大きい大電流密度で通電し得るように構成さ
れている。

【００３４】また、恒温槽１１には槽内へ温度媒体を供
給するための温度媒体供給装置１５が流体的に接続され
ており、この供給装置１５には高温度のエアまたは窒素
ガスを吹き出す高温槽１６と、低温度のエアまたは液体
窒素を吹き出す低温槽１７とが設けられている。この高
温槽１６と低温槽１７とは連通して設けられており、そ
の連通部にはエアダクト１８が接続して恒温槽１１内の
ウエハ１の収納位置へ延びている。そして、エアダクト
１８を通じて恒温槽１１内に吹き出されるガスは、連通
部に設置されたダンパ１９によって、高温槽１６側の高
温ガスと低温槽１７側の低温ガスとの流量を制御される
ように構成されている。そして、恒温槽１１内にはウエ
ハが載せられるウエハステージ２５が設備されている。
ウエハステージ２５内にはヒーター（図示せず）が内蔵
されており、このヒーターは温度コントローラー２６に
よって温度を制御されるようになっている。そして、通
常はこのウエハステージ２５の温度コントロールによっ
て後述する評価を実行し得るようになっている。

【００３５】また、恒温槽１１内には第２接触子２０が
配設されており、第２接触子２０はウエハ１上のモニタ
ー４に接触し得るように構成されている。第２接触子２
０には温度測定装置２１が接続されており、この温度測
定装置２１はモニター４の抵抗値を計測することによ
り、モニター４の周囲温度、すなわち、被評価導体３の
温度を測定するようになっている。温度測定装置２１に
はコンピューター等から構築されているコントローラー
２２が接続されている。

【００３６】さらに、恒温槽１１内には第３接触子２３
が配設されており、第３接触子２３はウエハ１上のヒー
ター５に接触し得るように構成されている。第３接触子
２３には温度制御装置２４が接続されており、この温度
制御装置２４はヒーター５への供給電力を制御すること
により、ヒーター５の周囲温度、すなわち、被評価導体
３の温度を制御するようになっている。この温度制御装
置２４はコントローラー２２の出力端に接続されてい
る。コントローラー２２は温度測定装置２１からの温度
測定データーに基づいて温度制御装置２４を制御するこ
とにより、被評価導体３の温度が所定の一定値（目標
値）になるように制御するように構成されている。

【００３７】次に、前記構成に係るエレクトロマイグレ
ーション評価装置の作用を説明することにより、本発明
の一実施例であるエレクトロマイグレーション評価方法
を説明する。

【００３８】前記のように構成された被験体としてのウ
エハ１が恒温槽１１内のウエハステージ２５に載置され
ると、ウエハステージ２５の温度が所定の温度に一定に
維持される。その後、温度媒体供給装置を利用して槽内
温度を一定にすることもある。続いて、ウエハ１のＴＥ
Ｇ２に形成されたヒーター５に第３接触子２３を介して
電力が供給され、ヒーター５によってこのヒーター５の
近傍に配線された被評価導体３が所定の温度（目標値）
に加熱されるとともに、後述するフィードバック制御に
よって一定の温度（評価温度）に維持される。

【００３９】これと同時に、ウエハ１上の被評価導体３
にはテスト電流がエレクトロマイグレーション測定装置
１３の定電流源から大電流密度をもって通電される。こ
のエレクトロマイグレーション測定装置１３は所定の大
電流密度のテスト電流をウエハ１上の被評価導体３に流
すとともに、被評価導体３が断線または抵抗値が所定値
（例えば、初期値の５０％）に至るまでの時間を測定す
る。この被評価導体３の通電開始から断線または所定値
に至るまでの時間に基づいてエレクトロマイグレーショ
ン寿命の評価が実行される。

【００４０】この際、被評価導体３の温度変化がこの被
評価導体３の近傍に配置されたモニター４によって測定
される。例えば、被評価導体３の温度が上昇すると、そ
の近傍に配置されたモニター４の温度も上昇するため、
モニター４の抵抗値が上昇する。温度測定装置２１はこ
のモニター４の抵抗値の変化に基づいて、モニター４、
すなわち、被評価導体３の現在の実際の温度を求めると
ともに、その結果を、コントローラー２２に送信する。

【００４１】コントローラー２２はこの現在の実際の温
度と、温度制御装置２４に設定された目標温度との差を
演算し、この差を埋める制御値を求めて、温度制御装置
２４を制御することにより、被評価導体３の温度を一定
に維持するようにフィードバック制御を実行する。例え
ば、所定の試験温度（例えば、３００℃）よりも高い場
合には、温度制御装置２４の電力を減少させる。反対
に、所定の試験温度よりも低い場合は、温度制御装置２
４の電力を増強させる。以上のフィードバック制御によ
って、ウエハ１上の被評価導体３の温度は、一定（例え
ば３００℃）に維持されることになる。したがって、前
記したエレクトロマイグレーション評価方法に際して、
被評価導体３は常に一定に保たれることになる。

【００４２】以上のエレクトロマイグレーション評価方
法の実施に際して、被評価導体３、モニター４、ヒータ
ー５の温度特性は次の式によって取得することができ
る。 被評価導体：Ｒ_E ＝α_E ＋β_E ×Ｔ・・・（２） モニター ：Ｒ_M ＝α_M ＋β_M ×Ｔ・・・（３） ヒーター ：Ｒ_H ＝α_H ＋β_H ×Ｔ・・・（４） ここで、Ｒ_E 、Ｒ_M 、Ｒ_H は抵抗値であり、α_E 、
α_M 、α_H は定数（初期値）、β_E 、β_M 、β_H は温度
係数、Ｔは温度である。そして、各配線の定数（α_E 、
α_M 、α_H ）と、温度係数（β_E 、β_M 、β_H）を求め
る。既知の場合には、既知の値を用いることができる。

【００４３】エレクトロマイグレーション評価の条件
は、次の式によって設定される。 電流密度：Ｊ＝Ｉ_E ／Ｗ_E ×ｔ_E ・・・（５） ここで、Ｉ_E は被評価導体３に流す電流値、Ｗ_E は被評
価導体３の線幅、ｔ_Eは被評価導体３の厚さである。 評価温度：Ｔ_E ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｉ_E ² ×Ｒ_E ＋θｊ_{E H} ×Ｉ_H ² ×Ｒ_H ＋θｊ_{M E} ×Ｉ_M ² ×Ｒ_M ・・・（６） ここで、θｊａ、θｊ_{E H} 、θｊ_{M E} は熱抵抗値、Ｉ_H
はヒーターに流す電流値、Ｉ_M はモニターに流す電流
値、Ｔａは恒温槽内の温度である。

【００４４】前式（６）において、Ｔａ（本実施例にお
いては、温度媒体供給装置によって一定に維持され
る。）と、θｊ_{E H} ×Ｉ_H ² ×Ｒ_H とが制御されること
により、評価温度Ｔ_E が一定に維持されながら、前述し
たエレクトロマイグレーション評価方法が実施される。
ちなみに、θｊ_{M E} ×Ｉ_M ² ×Ｒ_M は、モニター４の消
費電力および電流が殆ど零であるから、無視することが
できる。そして、被評価導体３の抵抗値Ｒ_E が所定値
（例えば、初期値の５０％以上、）に達した時点が故障
と判定される。つまり、次の式によって、故障が判定さ
れる。 Ｒ_E ’≧ Ｒ_E ＋γＲ_E ・・・（７） ここで、Ｒ_E ’は故障と判定される被評価導体の抵抗
値、Ｒ_E は被評価導体の初期抵抗値、γは故障判定係数
である。

【００４５】以上説明した前記実施例によれば、次の効
果が得られる。 （１） 被評価導体の温度を一定に維持することによ
り、被評価導体自体の通電に伴う抵抗発熱による断線や
焼損等の所謂暴走の発生を未然に回避することができる
ため、被評価導体においてエレクトロマイグレーション
現象のみを引き起こすことができ、その結果、電流密度
係数ｎおよび活性化エネルギーＥａを短時間で、かつ、
正確に求めることができ、エレクトロマイグレーション
寿命の評価を短時間で、かつ、正確に行うことができ
る。

【００４６】（２） 被評価導体の自己発熱による暴走
を防止することにより、電流密度を大きく設定すること
ができるので、エレクトロマイグレーション評価に要す
る時間をより一層短縮することができる。

【００４７】（３） ウエハに被評価導体を作り込み、
この被評価導体についてエレクトロマイグレーション評
価方法を実施することにより、被験体であるウエハに作
り込まれた半導体装置（製品）についてのエレクトロマ
イグレーション評価を実行することができるため、ウエ
ハの工程管理を実行することができるとともに、ウエハ
のロット保証、しいては半導体装置の品質保証を確保す
ることができる。

【００４８】（４） 例えば、ウエハの工程管理に使用
された場合において、被評価導体について不合格の評価
ないしは低い評価が下された際には、その被験体である
ウエハのロットに対してプロセス管理やその他の異常対
策を逸早く講ずることができるため、製品としての半導
体装置についての品質の低下を未然に防止することがで
きる。また、不合格の評価が下されたウエハの後工程へ
の投入を停止することができるため、エレクトロマイグ
レーション寿命が短くて信頼性の低い半導体装置の市場
への出荷を未然に防止することができる。

【００４９】（５） 被評価導体に近接してモニターお
よびヒーターを配設することにより、被評価導体の温度
変化を正確にモニタリングすることができるとともに、
その測定結果に基づくヒーターの加熱作動によって被評
価導体の温度を一定にフィードバック制御することがで
きるため、エレクトロマイグレーション評価を正確に実
行することができるとともに、その評価に要する時間を
より一層短縮することができる。

【００５０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００５１】例えば、被評価導体、モニターおよびヒー
ターは、図３（ａ）、（ｂ）のように配線してもよい。
図３（ａ）において、被評価導体３Ａ、モニター４Ａお
よびヒーター５Ａは、その全長が長くなるように凹字形
状に蛇行されて形成されている。これらの全長が長くな
ると、温度コントロールの範囲が広くなるため、評価精
度をより一層高めることができる。図３（ｂ）において
は、ヒーター５Ｂが直線状にそれぞれ配線された被評価
導体３およびモニター４の下層または上層においてジグ
ザグ形状に蛇行されて形成されている。ヒーター５Ｂが
長くなると、加熱効率を高めることができる。

【００５２】図４に示されているように、ウエハに作り
込む配線を２本にして、一方を被評価導体とモニターと
に兼用的に使用し、他方をヒーターとして使用するよう
にしてもよい。また、一方を被評価導体として使用し、
他方をモニターとヒーターとに兼用的に使用するように
してもよい。２本の配線を使用した場合において、被評
価導体とモニターとは、同じような配線としてヒーター
は被評価導体よりも抵抗値と断面積とを大きくし、コン
トロールし得る温度範囲を広く取れるように構成するこ
とが望ましい。図４（ａ）においては、２本の配線が直
線状に形成され、第１の配線３Ｃが被評価導体およびモ
ニターに兼用され、第２の配線５Ｃがヒーターに使用さ
れるようになっている。図４（ｂ）においては、２本の
配線が凹字形状に蛇行されて形成され、第１の配線３Ｄ
が被評価導体およびモニターに兼用され、第２の配線５
Ｄがヒーターに使用されるようになっている。図４
（ｃ）においては、第１の配線３Ｅが直線状に形成され
て、被評価導体およびモニターに兼用され、第２の配線
５Ｅが第１の配線３Ｅの下層または上層においてジクザ
グ形状に蛇行されて形成され、ヒーターに使用されるよ
うになっている。なお、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の
いずれの場合も、第１配線が被評価導体として使用さ
れ、第２配線をモニターとヒーターとに兼用的に使用さ
れるように構成してもよい。

【００５３】ちなみに、配線が２本の場合の温度特性は
次の式によって取得することができる。 被評価導体：Ｒ_E ＝α_E ＋β_E ×Ｔ・・・（８） モニター ：Ｒ_M ＝α_M ＋β_M ×Ｔ、または、 ヒーター ：Ｒ_H ＝α_H ＋β_H ×Ｔ・・・（９） エレクトロマイグレーション評価の条件である評価温度
は、次の式によって設定される。 評価温度：Ｔ_E ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｉ_E ² ×Ｒ_E ＋θｊ_{M E} ×Ｉ_M ² ×Ｒ_M または、 評価温度：Ｔ_E ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｉ_E ² ×Ｒ_E ＋θｊ_{E H} ×Ｉ_H ² ×Ｒ_H ・・・（１０） ここで、ｊ_E ＞ｊ_M 、または、ｊ_E ＞ｊ_H ・・・（１１）

【００５４】図５に示されているように、ウエハに作り
込む配線を１本にして、被評価導体とモニターとヒータ
ーとに兼用するようにしてもよい。図５（ａ）において
は、１本の配線３Ｆが直線状に形成され、この配線３Ｆ
が被評価導体、モニターおよびヒーターに兼用されるよ
うになっている。図５（ｂ）においては、１本の配線３
Ｇが蛇行されて形成され、この配線３Ｇが被評価導体、
モニターおよびヒーターに兼用されるようになってい
る。図５（ｃ）はウエハ１の内部に実際に形成されてい
る配線３Ｈが被評価導体、モニターおよびヒーターに使
用される場合を示している。この配線３Ｈに接触子１４
が接触されるに際しては、ウエハ１の表面に被着された
パッシベーション膜７に接触子１４を挿入して配線３Ｈ
に接触させるための孔８が開設される。

【００５５】配線が１本の場合には、１本の配線で３つ
の役割を果たすことになる。この場合には、自己発熱だ
けで評価温度が決定されるので、温度を一定に制御する
ために評価電流密度が僅かに変化されることになる。

【００５６】ちなみに、配線が１本の場合の温度特性は
次の式によって取得することができる。 被評価導体：Ｒ_E ＝α_E ＋β_E ×Ｔ・・・（１２） すなわち、モニター：Ｒ_M ＝α_M ＋β_M ×Ｔ エレクトロマイグレーション評価の条件である評価温度
は、次の式によって設定される。 評価温度：Ｔ_E ＝Ｔａ＋θｊａ×（Ｉ_E ±ａＩ_E ）² ×Ｒ_E ・・・（１３） ここで、ａは評価電流を制御する範囲（例えば、１０％
程度）であり、この制御範囲ａを増減調整することによ
り、被評価導体としての１本の配線の温度が一定に維持
される。

【００５７】このように、３本の配線から１本の配線ま
で評価することができるが、配線の本数が多い程、多種
多様の評価条件でエレクトロマイグレーション評価を実
行することができる。また、３本以上の近接する配線が
あれば、外部で直列、並列に接続して使用することがで
きる。

【００５８】被評価導体、モニターおよびヒーターはＴ
ＥＧに作り込むに限らず、図６（ａ）に示されているよ
うに、ウエハ１のペレット部２Ａに直接的に作り込んで
もよい。この場合には、工程管理および完成品での寿命
予測、ロット保証等として使用することができる。ま
た、図６（ｂ）に示されているように、ウエハ１のスク
ライブライン９に作り込んでもよい。この場合には、Ｔ
ＥＧに作り込む場合と同様に工程管理に使用することが
できる。

【００５９】また、被評価導体、モニターおよびヒータ
ーは実際のウエハに作り込むに限らず、実際のウエハと
共に製造プロセスを経る所謂ダミーウエハに作り込んで
もよい。さらには、オフラインで評価する場合には、ウ
エハ以外の被験体に作り込んでもよい。

【００６０】被評価導体、モニターおよびヒーターの配
置は同一層を基本とするが、多層配線構造の場合はこれ
らを異なる層や同一層に適宜に配置することができる。
但し、被評価導体とモニターとは可及的に近い方が望ま
しい。ウエハ内に形成されている配線を利用する場合
も、図５（ｃ）に限らず全ての層の配線を使うことがで
きる。

【００６１】また、スルーホール導体が被評価導体であ
る場合には、スルーホールを形成して評価することがで
きる。

【００６２】さらに、被評価導体を構成する材料は、ア
ルミニウムに限らず、他の金属であってもよい。また、
被評価導体は線状に形成されたものに限らず、薄膜形状
に形成されたものであってもよい。要するに、エレクト
ロマイグレーション現象が発生する金属から成る導体に
よって、エレクトロマイグレーション現象が発生し易い
状態に形成されている導体がエレクトロマイグレーショ
ン評価の対象物であることになる。

【００６３】また、温度媒体供給装置、恒温槽、接触子
等の具体的構成は、オン・ラインまたはオフ・ラインに
よる使用等、使用状況や条件等に応じて適宜選定するこ
とが望ましい。さらに、温度媒体供給装置、恒温槽は省
略してもよい。

【００６４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００６５】被評価導体の温度を一定に維持することに
より、被評価導体自体の通電に伴う抵抗発熱による断線
や焼損等の所謂熱暴走の発生を未然に回避することがで
きるため、被評価導体においてエレクトロマイグレーシ
ョン現象のみを引き起こすことができ、その結果、電流
密度係数ｎおよび活性化エネルギーＥａを短時間で、か
つ、正確に求めることができ、エレクトロマイグレーシ
ョン寿命の評価を短時間で、かつ、正確に行うことがで
きる。

【００６６】被評価導体の自己発熱による暴走を防止す
ることにより、電流密度を大きく設定することができる
ので、エレクトロマイグレーション評価に要する時間を
より一層短縮することができる。

【００６７】ウエハに被評価導体を作り込み、この被評
価導体についてエレクトロマイグレーション評価方法を
実施することにより、被験体であるウエハに作り込まれ
た半導体装置（製品）についてのエレクトロマイグレー
ション評価を実行することができるため、ウエハの工程
管理を実行することができるとともに、ウエハのロット
保証、しいては半導体装置の品質保証を確保することが
できる。また、新材料を採用する際には設計データを短
時間に取得することが可能となる。

【００６８】例えば、ウエハの工程管理に使用された場
合において、被評価導体について不合格の評価ないしは
低い評価が下された際には、その被験体であるウエハの
ロットに対してプロセス管理やその他の異常対策を逸早
く講ずることができるため、製品としての半導体装置に
ついての品質の低下を防止することができる。また、不
合格の評価が下されたウエハの後工程への投入を停止す
ることができるため、エレクトロマイグレーション寿命
が短くて信頼性の低い半導体装置の市場への出荷を未然
に防止することができる。

【００６９】被評価導体に近接してモニターおよびヒー
ターを配設することにより、被評価導体の温度変化を正
確にモニタリングすることができるとともに、その測定
結果に基づくヒーターの加熱作動によって被評価導体の
温度を一定にフィードバック制御することができるた
め、エレクトロマイグレーション評価を正確に実行する
ことができるとともに、その評価に要する時間をより一
層短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるエレクトロマイグレー
ション評価装置を示す模式図である。

【図２】本発明の一実施例である被験体を示しており、
（ａ）は半導体ウエハを示す平面図、（ｂ）はそのＴＥ
Ｇの拡大部分平面図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）は被評価導体、モニターおよび
ヒーターの他の実施例を示す各拡大部分平面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はウエハに作り込む配
線が２本に設定された実施例を示す各拡大部分平面図で
ある。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はウエハに作り込む配
線が１本に設定された実施例を示す各拡大部分平面図で
ある。

【図６】（ａ）は被評価導体、モニターおよびヒーター
がウエハのペレット部に作り込まれた実施例を示す平面
図、（ｂ）は被評価導体、モニターおよびヒーターがウ
エハのスクライブラインに作り込まれた実施例を示す平
面図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被験体）、２…ＴＥＧ、３…アルミニウム
配線（被評価導体）、４…モニター、５…ヒーター、６
…パッド、１０…エレクトロマイグレーション評価装
置、１１…恒温槽、１２…半導体ウエハ出し入れ口、１
３…エレクトロマイグレーション測定装置、１４…第１
接触子、１５…温度媒体供給装置、１６…高温槽、１７
…低温槽、１８…エアダクト、１９…ダンパ、２０…第
２接触子、２１…温度測定装置、２２…コントローラ
ー、２３…第３接触子、２４…温度制御装置、２５…ウ
エハステージ、２６…ウエハステージ温度コントローラ
ー。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属から成る被評価導体に電流が所定の
   電流密度をもって流されて、この被評価導体についての
   エレクトロマイグレーション寿命が評価されるエレクト
   ロマイグレーション評価方法において、 前記被評価導体に電流が流されている際に、この被評価
   導体の温度変化が測定されるとともに、この温度測定デ
   ーターに基づいて、この被評価導体の温度を一定に維持
   しようとする通電による温度制御が実行されることを特
   徴とするエレクトロマイグレーション評価方法。
2. 【請求項２】 被評価導体自体の抵抗値の変化が測定さ
   れることにより、被評価導体自体の温度変化が測定され
   るとともに、その測定データーに基づいて被評価導体自
   体への通電が制御されることにより、被評価導体自体の
   温度制御が実行されることを特徴とする請求項１に記載
   のエレクトロマイグレーション評価方法。
3. 【請求項３】 金属から成る被評価導体に電流を所定の
   電流密度をもって流し、この被評価導体についてのエレ
   クトロマイグレーション寿命を評価するエレクトロマイ
   グレーション評価装置において、 前記被評価導体に電流が流されている際に、この被評価
   導体の温度変化を測定する温度測定装置と、この測定デ
   ーターに基づいて通電を制御することによってこの被評
   価導体の温度を一定に維持する温度制御装置とを備えて
   いることを特徴とするエレクトロマイグレーション評価
   装置。
4. 【請求項４】 温度測定装置が抵抗値の変化を測定する
   ことにより、温度変化を測定するように構成されてお
   り、温度制御装置が供給電力を変化させることにより温
   度を制御するように構成されていることを特徴とする請
   求項３に記載のエレクトロマイグレーション評価装置。
5. 【請求項５】 金属から成る被評価導体が形成された本
   体を備えており、この被評価導体に電流が所定の電流密
   度をもって流されて、この被評価導体についてのエレク
   トロマイグレーション寿命が評価されるエレクトロマイ
   グレーション評価被験体において、 前記本体に前記被評価導体の温度変化を間接的に測定す
   る温度測定用の導体が、前記被評価導体に近接され、か
   つ、電気的に絶縁されて敷設されていることを特徴とす
   るエレクトロマイグレーション評価被験体。
6. 【請求項６】 金属から成る被評価導体が形成された本
   体を備えており、この被評価導体に電流が所定の電流密
   度をもって流されて、この被評価導体についてのエレク
   トロマイグレーション寿命が評価されるエレクトロマイ
   グレーション評価被験体において、 前記本体に通電によって前記被評価導体を間接的に加熱
   する加熱用の抵抗体が、前記被評価導体に近接され、か
   つ、電気的に絶縁されて敷設されていることを特徴とす
   るエレクトロマイグレーション評価被験体。