(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路の内部に用いられる金属配線の信頼性を試験するための方法であって、
互いに直列に接続された複数の金属配線試料と、各々前記複数の金属配線試料のうちの対応する金属配線試料に並列に接続されかつ各々前記対応する金属配線試料の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する複数の低抵抗配線とを備えた試験回路を用い、
単一の定電流源により、前記試験回路に定電流を流し、
前記試験回路の両端の間の電圧値変化により、前記複数の金属配線試料における断線の発生を検知することを特徴とする金属配線の信頼性試験方法。
【請求項２】
半導体集積回路の内部に用いられる金属配線の信頼性を試験するための回路であって、
互いに直列に接続された複数の金属配線試料と、
各々前記複数の金属配線試料のうちの対応する金属配線試料に並列に接続され、かつ各々前記対応する金属配線試料の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する複数の低抵抗配線とを備えたことを特徴とする金属配線の信頼性試験回路。
【請求項３】
前記複数の低抵抗配線は、半導体基板内の拡散層を用いて構成されたことを特徴とする請求項２に記載の金属配線の信頼性試験回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の内部に用いられる金属配線の信頼性試験方法及び試験回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、その内部金属配線の断面積が縮小されつつある。その結果、金属配線内の電流密度が増大し、エレクトロマイグレーション耐性が低下する傾向にある。
【０００３】
金属配線のエレクトロマイグレーション耐性を評価する際には、複数の金属配線試料を同時に試験することにより、試験結果の信頼度を上げる必要がある。特開平４−２７８５５７号公報には、単一の定電流源で複数の金属配線試料に同時に通電するようにした試験方法及び試験回路が開示されている。
【０００４】
図３（ａ）及び（ｂ）は、上記特開平４−２７８５５７号公報に開示された従来の試験回路の一構成を示している。図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。この試験回路は、半導体基板３４の上に形成された下層絶縁膜３５と、該下層絶縁膜３５の上に櫛形に形成されたポリシリコン配線３２と、該ポリシリコン配線３２を覆うように形成された上層絶縁膜３７と、該上層絶縁膜３７に穿たれた５個のコンタクト窓３６を介して櫛形のポリシリコン配線３２の５個の先端部にそれぞれ接触するように直線状に形成されたＡｌ（アルミニウム）配線３１とを備えている。Ａｌ配線３１の両端部は、試験回路の端子３３ａ，３３ｂを構成している。
【０００５】
Ａｌ配線３１のうちの５個のコンタクト窓３６で区分された４つの区間（区間１〜４）は、それぞれ同一仕様のＡｌ配線試料を構成している。つまり、４本のＡｌ配線試料３１が互いに直列に接続されている。同様に、ポリシリコン配線３２も４つの区間（区間１〜４）に区分されている。区間１のポリシリコン配線３２は、区間１のＡｌ配線試料３１に並列に接続され、かつ区間１のＡｌ配線試料３１の抵抗値の１０倍程度の高抵抗値を有する。他の区間のポリシリコン配線３２も同様である。
【０００６】
試験を実施する際には、上記試験回路の端子３３ａ，３３ｂを単一の定電流源に接続し、一方の端子３３ａから他方の端子３３ｂに向かって定電流を流す。この際、各区間のＡｌ配線試料３１に流れる電流の約１／１０の大きさの電流が各区間のポリシリコン配線３２に流れる。この状態で、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値を常時測定する。そして、例えば区間２のＡｌ配線試料３１がエレクトロマイグレーションにより断線すると、それまで区間２のＡｌ配線試料３１に流れていた電流が区間２のポリシリコン配線３２を通って流れるようになる結果、区間２の電圧値が、ひいては両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値が増大する。引き続いて試験を実施していくうちに、例えば区間３のＡｌ配線試料３１がエレクトロマイグレーションにより断線すると、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値が更に増大する。つまり、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値変化により、４本のＡｌ配線試料３１における断線の発生及び断線個数を検知することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の金属配線の信頼性試験方法及び試験回路は、各区間のポリシリコン配線３２が対応区間のＡｌ配線試料３１の抵抗値の１０倍程度の高抵抗値を有していたので、定電流源に過度の負担がかかる問題があった。
【０００８】
ここで、各区間のＡｌ配線試料３１の抵抗値を５０Ω、各区間のポリシリコン配線３２の抵抗値を５００Ωとし、エレクトロマイグレーション耐性試験のために各区間のＡｌ配線試料３１に１００ｍＡの電流を流すものとする。この際、各区間の電圧値は５Ｖであるから、各区間のポリシリコン配線３２に１０ｍＡの電流が流れる。定電流源は、試験回路へ１１０ｍＡの電流を供給する。両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値は２０Ｖである。そして、例えば区間２のＡｌ配線試料３１が断線すると、該区間２のＡｌ配線試料３１に流れる電流が０に、区間２のポリシリコン配線３２に流れる電流が１１０ｍＡにそれぞれ変化する。他の区間のＡｌ配線試料３１及びポリシリコン配線３２の各々に流れる電流は、いずれも不変である。したがって、区間２の電圧値のみが５Ｖから５５Ｖへと５０Ｖも増大し、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値が７０Ｖとなる。引き続いて試験を実施していくうちに、例えば区間３のＡｌ配線試料３１が断線すると、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値は更に５０Ｖも増大して１２０Ｖとなる。つまり、１本のＡｌ配線試料３１が断線するごとに、両端子３３ａ，３３ｂの間の電圧値が５０Ｖも増大する。
【０００９】
以上の具体例から判るように、従来は試験回路の端子電圧が大きく増大するため、定電流源に過度の負担がかかる問題があった。したがって、大きな区間数を採用できず、試験回路規模を拡大することができなかった。
【００１０】
本発明の目的は、試験回路規模を拡大できるように、定電流源の負担を軽減することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、互いに直列に接続された複数の金属配線試料と、各々対応する金属配線試料に並列に接続されかつ各々対応する金属配線試料の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する複数の低抵抗配線とを備えた試験回路を採用した。
【００１２】
試験回路の製造プロセスを簡略化するためには、半導体基板内の拡散層を用いて上記複数の低抵抗配線を構成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る金属配線の信頼性試験方法及び試験回路の具体例について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る試験回路の構成例を示している。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。この試験回路は、半導体基板１４の上に形成された下層絶縁膜１５と、該下層絶縁膜１５の上に直線状に形成されたＡｌ（アルミニウム）配線１１と、該Ａｌ配線１１を覆うように形成された上層絶縁膜１７と、該上層絶縁膜１７に穿たれた５個のコンタクト窓１６を介して直線状のＡｌ配線１１の５箇所にそれぞれ先端部が接触するように櫛形に形成されたＡｇ（銀）配線１２とを備えている。Ａｇ配線１２の両端部は、試験回路の端子１３ａ，１３ｂを構成している。
【００１５】
Ａｌ配線１１のうちの５個のコンタクト窓１６で区分された４つの区間（区間１〜４）は、それぞれ同一仕様のＡｌ配線試料を構成している。つまり、４本のＡｌ配線試料１１が互いに直列に接続されている。同様に、Ａｇ配線１２も４つの区間（区間１〜４）に区分されている。区間１のＡｇ配線１２は、区間１のＡｌ配線試料１１に並列に接続され、かつ区間１のＡｌ配線試料１１の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する。他の区間のＡｇ配線１２も同様である。
【００１６】
試験を実施する際には、上記試験回路の端子１３ａ，１３ｂを単一の定電流源に接続し、一方の端子１３ａから他方の端子１３ｂに向かって定電流を流す。ここで、各区間のＡｌ配線試料１１の抵抗値を５０Ω、各区間のＡｇ配線１２の抵抗値を１０Ωとし、エレクトロマイグレーション耐性試験のために各区間のＡｌ配線試料１１に１００ｍＡの電流を流すものとする。この際、各区間の電圧値は５Ｖであるから、各区間のＡｇ配線１２に５００ｍＡの電流が流れる。定電流源は、試験回路へ６００ｍＡの電流を供給する。両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値は２０Ｖである。この状態で、両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値を常時測定する。そして、例えば区間２のＡｌ配線試料１１がエレクトロマイグレーションにより断線すると、該区間２のＡｌ配線試料１１に流れる電流が０に、区間２のＡｇ配線１２に流れる電流が６００ｍＡにそれぞれ変化する。他の区間のＡｌ配線試料１１及びＡｇ配線１２の各々に流れる電流は、いずれも不変である。したがって、区間２の電圧値のみが５Ｖから６Ｖへと１Ｖだけ増大し、両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値が２１Ｖとなる。引き続いて試験を実施していくうちに、例えば区間３のＡｌ配線試料１１がエレクトロマイグレーションにより断線すると、両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値は更に１Ｖだけ増大して２２Ｖとなる。つまり、両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値変化により、４本のＡｌ配線試料１１における断線の発生及び断線個数を検知することができる。更に、断線に至る時間を測定すれば、重要な試験データが得られる。
【００１７】
上記図１（ａ）及び（ｂ）の例によれば、１本のＡｌ配線試料１１が断線するごとに生じる両端子１３ａ，１３ｂの間の電圧値変化は１Ｖに過ぎないので、定電流源の負担が軽減される。したがって、５以上の区間数を採用することによって試験回路規模を拡大しても、定電流源に過度の負担をかけなくて済む。つまり、試験結果の信頼度を上げることができる。
【００１８】
なお、各区間の低抵抗配線が対応区間のＡｌ配線試料１１の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する限り、上記Ａｇ配線１２に代えて他の材料からなる低抵抗配線を用いてもよい。また、試験対象は上記Ａｌ配線試料１１に限らず、他の金属配線試料であってもよい。
【００１９】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る試験回路の他の構成例を示している。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。この試験回路は、半導体基板２４の中の表層部分に直線状に形成されたｎ型拡散層２２と、該ｎ型拡散層２２を覆うように形成された絶縁膜２５と、該絶縁膜２５に穿たれた５個のコンタクト窓２６を介してｎ型拡散層２２の５箇所に接触するように該ｎ型拡散層２２に沿って直線状に形成されたＡｌ（アルミニウム）配線２１とを備えている。Ａｌ配線２１の両端部は、試験回路の端子２３ａ，２３ｂを構成している。
【００２０】
Ａｌ配線２１のうちの５個のコンタクト窓２６で区分された４つの区間（区間１〜４）は、それぞれ同一仕様のＡｌ配線試料を構成している。つまり、４本のＡｌ配線試料２１が互いに直列に接続されている。同様に、ｎ型拡散層２２で構成された低抵抗配線も４つの区間（区間１〜４）に区分されている。ｎ型拡散層２２で構成された区間１の低抵抗配線は、区間１のＡｌ配線試料２１に並列に接続され、かつ区間１のＡｌ配線試料２１の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する。ｎ型拡散層２２で構成された他の区間の低抵抗配線も同様である。
【００２１】
試験を実施する際には、上記試験回路の端子２３ａ，２３ｂを単一の定電流源に接続し、一方の端子２３ａから他方の端子２３ｂに向かって定電流を流す。ここで、各区間のＡｌ配線試料２１の抵抗値を５０Ω、ｎ型拡散層２２で構成された各区間の低抵抗配線の抵抗値を１０Ωとし、エレクトロマイグレーション耐性試験のために各区間のＡｌ配線試料２１に１００ｍＡの電流を流すものとする。この際、各区間の電圧値は５Ｖであるから、ｎ型拡散層２２で構成された各区間の低抵抗配線に５００ｍＡの電流が流れる。定電流源は、試験回路へ６００ｍＡの電流を供給する。両端子２３ａ，２３ｂの間の電圧値は２０Ｖである。この状態で、両端子２３ａ，２３ｂの間の電圧値を常時測定する。
【００２２】
上記図２（ａ）及び（ｂ）の例によれば、前記図１（ａ）及び（ｂ）の場合と同様に、１本のＡｌ配線試料２１が断線するごとに生じる両端子２３ａ，２３ｂの間の電圧値変化は１Ｖに過ぎないので、定電流源の負担が軽減される。したがって、５以上の区間数を採用することによって試験回路規模を拡大しても、定電流源に過度の負担をかけなくて済む。つまり、試験結果の信頼度を上げることができる。しかも、半導体基板２４内のｎ型拡散層２２を用いて低抵抗配線を構成したので、試験回路の製造プロセスが簡略化される。つまり、半導体集積回路の製造プロセスをそのまま試験回路の製造に用いることができ、前記図１（ａ）及び（ｂ）の場合とは違って低抵抗配線用の特別な形成工程を必要としない。また、低抵抗配線側の断線のおそれがなく、エレクトロマイグレーションによるＡｌ配線試料２１の断線を確実に発生させることができる。
【００２３】
なお、各区間の低抵抗配線が対応区間のＡｌ配線試料２１の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する限り、上記ｎ型拡散層２２で構成された低抵抗配線に代えて他の型の拡散層からなる低抵抗配線を用いてもよい。また、試験対象は上記Ａｌ配線試料２１に限らず、他の金属配線試料であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明してきたとおり、本発明によれば、互いに直列に接続された複数の金属配線試料と、各々対応する金属配線試料に並列に接続されかつ各々対応する金属配線試料の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する複数の低抵抗配線とを備えた試験回路を採用したので、金属配線のエレクトロマイグレーション耐性試験用の定電流源の負担を軽減することができ、試験回路規模の拡大が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る金属配線の信頼性試験回路の構成例を示す平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る金属配線の信頼性試験回路の他の構成例を示す平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）は従来の金属配線の信頼性試験回路の一構成を示す平面図であり、（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１１  Ａｌ（アルミニウム）配線試料
１２  Ａｇ（銀）配線
１３ａ，１３ｂ  試験回路の端子
１４  半導体基板
１５  下層絶縁膜
１６  コンタクト窓
１７  上層絶縁膜
２１  Ａｌ（アルミニウム）配線試料
２２  ｎ型拡散層
２３ａ，２３ｂ  試験回路の端子
２４  半導体基板
２５  絶縁膜
２６  コンタクト窓
３１  Ａｌ（アルミニウム）配線試料
３２  ポリシリコン配線
３３ａ，３３ｂ  試験回路の端子
３４  半導体基板
３５  下層絶縁膜
３６  コンタクト窓
３７  上層絶縁膜
【図１】
0003641042.tif 000002
【図２】
0003641042.tif 000003
【図３】
0003641042.tif 000004