(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子顕微鏡内蔵型の原子間力顕微鏡の試料と力センサー突起の間にナノワイヤーを形成し、該ワイヤーに電流を流すことによりエレクトロマイグレーションを発生させ、通電前後及び通電中の該ワイヤーの応力を上記原子間力顕微鏡により測定することを特徴とするナノワイヤーの応力測定方法。
【請求項２】
上記電流は、上記ナノワイヤー部分において1MA/cm2以上であることを特徴とする上記請求項１記載のナノワイヤーの応力測定方法。
【請求項３】
上記応力測定と共に、エレクトロマイグレーションによる形状変化の電子顕微鏡動画観察を行うことを特徴とする上記請求項１又は２のいずれかに記載のナノワイヤーの応力測定方法。
【請求項４】
引っ張り試験により得られたナノワイヤーの力学的応力限界値と上記請求項１記載の応力測定方法により得られた応力とを比較することによりナノワイヤーのエレクトロマイグレーション耐性を評価する方法。
【請求項５】
電子顕微鏡内蔵型の原子間力顕微鏡の試料と力センサー突起の間にナノワイヤーを形成し、該ワイヤーに電流を流すことによりエレクトロマイグレーションを発生させ、通電前後及び通電中の該ワイヤーの応力を上記原子間力顕微鏡により測定することを特徴とするナノワイヤーの応力測定装置。
【請求項６】
上記応力測定と共に、エレクトロマイグレーションによる形状変化の電子顕微鏡動画観察を行うことを特徴とする上記請求項５記載のナノワイヤーの応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広くは半導体デバイス配線の信頼性を決めるエレクトロマイグレーション耐性の検査に関するものであり、特にサブミクロンからナノ（nm（ナノメートル= 10-9m））レベルの直径を有する配線（ナノワイヤー）において、エレクトロマイグレーションにより発生する応力の直接測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、エレクトロマイグレーションによる配線形状の変化およびそれによる抵抗値の変化のみを計測し、エレクトロマイグレーションの耐性を評価していた。
例えば、特開2000-243800号公報「配線のエレクトロマイグレーション耐性評価方法」、特開平11-16969号公報「半導体装置、配線評価方法および配線評価装置」あるいは特開平9-162254号公報においては、エレクトロマイグレーションの評価はもっぱら電気抵抗の変化により行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エレクトロマイグレーションの評価を電気抵抗の変化により行うことは一つの評価方法であり、それなりに有効であるが、その他の原理による評価方法が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明においては、ナノワイヤー配線に電流を流し、その時に生じる応力を直接観察及び測定することにより、ナノワイヤー配線のエレクトロマイグレーション耐性を評価するものである。
具体的には、電子顕微鏡内蔵型の原子間力顕微鏡の試料と力センサー突起の間にナノワイヤー配線構造を作成し、該配線に1MA/cm2程度以上の電流を流すことにより、配線にエレクトロマイグレーションを発生させ、電子顕微鏡内蔵型の原子間力顕微鏡を用いて、電子顕微鏡動画観察機能により配線エレクトロマイグレーションの進行を観察しながら同時に原子間力顕微鏡機能を用いてナノワイヤー配線にかかる応力を測定することにより、確実にナノワイヤー配線のエレクトロマイグレーションにより発生する応力を計測するものである。
【０００５】
【発明の原理及び作用】
あらかじめ準備したナノワイヤー配線構造をもつ試料に導電性をもつ原子間力顕微鏡の力センサー突起を接触させて、試料と突起を電源に接続することにより、ナノワイヤーに電流の流せる電気回路を構成する。その回路にナノワイヤー部分で1MA/cm2程度以上になるような大きさの電流を流すことにより、配線にエレクトロマイグレーションを発生させる。エレクトロマイグレーションにより発生した応力は、力センサーにより検出される。
【０００６】
【実施の態様】
電流回路の形成方法としては、（１）試料と力センサー突起の両方にナノワイヤー配線を準備しておきそれらのナノワイヤー同士を接触させることによりナノワイヤーを含む電流回路を形成する方法および（２）力センサー突起と突起状の試料を一点接触させてから引き延ばすことにより、ナノワイヤーを形成することによりナノワイヤーを含む電流回路を形成する方法が考えられる。なお、ナノワイヤーの形成及び接合については、ナノワイヤー先端間に数十nNの力をかけて金属同士を馴染み合わせるか、または、数ボルトの電圧を接合面にかけて電流を強制的に流すことにより融着して接合を行う。
【０００７】
ナノワイヤー配線と力センサー突起は、同じ金属材料でも異なる金属材料でも構わない。ナノワイヤーの材料を異なる金属種類にすることにより接触界面に熱起電力を発生させて、それによりナノワイヤーの温度を調べることが可能となる。
【０００８】
ナノワイヤーが絶縁体により絶縁された状態で複数本存在する試料においても、力センサー突起を任意のナノワイヤーのみに接触させることにより、任意のナノワイヤーのみのエレクトロマイグレーションを発生させた状態での応力測定が可能である。
【０００９】
この応力値を別途に行う引っ張り試験からの応力値と比較することにより、エレクトロマイグレーション耐性を見積もることが出来、配線の信頼性を定量的に見積もることが出来る。
【００１０】
【実施例】
図１を用いて、本願発明の実施例を説明する。
図１において、電子顕微鏡に内蔵できる原子間力顕微鏡1の試料（銅）2と力センサー突起3の間にナノワイヤー配線構造4を作成する。その配線に電流計付電流源5を接続して電流が流せる回路を構成する。その回路に1MA/cm2程度以上の電流を流すことにより、配線にエレクトロマイグレーションを発生させる。電子顕微鏡機能6により配線のエレクトロマイグレーションの進行を確認しながら、同時に原子間力顕微鏡機能1を用いてナノワイヤーにかかる応力数値7を測定することにより、確実にナノワイヤーのエレクトロマイグレーションにより発生する応力を計測することが出来る。
【００１１】
その結果を図２に示す。上段は、配線エレクトロマイグレーションの進行を示す電子顕微鏡連続画像であり、下段は、配線エレクトロマイグレーションに起因する応力の時間変化である。該図において、上段のａ，ｂ，ｃの写真に対応する時刻と応力を下段のａ，ｂ，ｃで示してある。ａの状態においては、配線は、未だ一定程度の幅を有しているが、ｂの状態においては、エレクトロマイグレーションにより、配線材料が下方に押しやられ、応力もａの状態より高くなっている。ｃの状態に至ると、配線材料は、かなり下方に押しやられ、上方配線にはくびれが見られるようになると共に、応力値もかなり大きくなっていることが確認できる。
【００１２】
【発明の効果】
原子間力顕微鏡の力センサー突起をナノワイヤーに直接接触させて電流回路を構成したため、ナノワイヤーの応力を直接検出することが可能となった。電子顕微鏡組込型原子間力顕微鏡を用いることにより、ナノワイヤーがエレクトロマイグレーションを起こしている情況を電子顕微鏡画像で確実に画像として捕らえながら、同時に原子間力顕微鏡による応力検出が出来るため、測定の信頼性が極めて高い上に、ナノワイヤーの形状変化と応力変化の対応を付けることができた。これによって、応力を指標としたエレクトロマイグレーション耐性の検査が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係る装置の概念図。電子顕微鏡内蔵型の原子間力顕微鏡の試料と力センサー突起の間を拡大するとナノワイヤー配線が形成されている。
【図２】上図は、配線エレクトロマイグレーションの進行を示す電子顕微鏡連続画像。下図は、応力の経時変化と、上図のａ、ｂ、ｃに対応する応力値を示している。
【符号の説明】
１……原子間力顕微鏡
２……試料（銅）
３……力センサー突起
４……ナノワイヤー配線
５……電流計付き電流源
６……電子顕微鏡画面
７……応力値画面
【図１】
0003686940.tif 000002
【図２】
0003686940.tif 000003