(57)【要約】【課題】  半導体装置における配線の腐食を、腐食発生初期に高精度に検知することができるダミー配線を提供する。【解決手段】  腐食性を有し、腐食に伴って断面積が減少するダミー配線１４は、半導体基板１２上に階段状に積層して形成されている。ダミー配線１４の抵抗は配線断面積の減少に伴って増加する。ダミー配線１４の断面の外郭は、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする半円１４の外側を通過しており、配線の寿命が確保される。ダミー配線１４の腐食は基板と接していない表面から一様に進行し、やがてダミー配線１４は断線する。腐食発生初期の断面積の減少率は大きく、腐食の進行に伴って減少率は小さくなる。腐食発生初期の抵抗の変化率が大きく、配線の腐食を高精度に検知することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本配線と同じ腐食環境下に置かれ、本配線の腐食速度と等しいかそれを上回る腐食速度を持っており、基板上を所定幅で所定長さに亘って伸びており、長さ方向の両端間の抵抗値が本配線の腐食の進行指標を示すダミー配線であり、
ダミー配線を横断面において観測したときのダミー配線の外形が、
（１）ダミー配線の厚みが幅方向に変化しており、
（２）腐食の進行に追従して表面積が減少し、
（３）基板に接する少なくとも一点を中心とし、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする円の外側を通過している、
という３条件を満たしていることを特徴とするダミー配線。
【請求項２】
前記横断面において、幅方向の中央が厚いことを特徴とする請求項１のダミー配線。
【請求項３】
前記横断面において、ダミー配線が幅方向に複数本の分割ダミー配線に分割されており、少なくとも１本の分割ダミー配線の幅は腐食速度に寿命を乗じた距離以上であり、少なくとも他の１本の分割ダミー配線の幅は腐食速度に寿命を乗じた距離未満であることを特徴とする請求項１のダミー配線。
【請求項４】
外周部に沿って請求項１〜３のいずれかのダミー配線が形成されていることを特徴とする半導体チップ。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかのダミー配線と直流電源と抵抗が直列に接続されている直列回路と、
前記抵抗の両端の電位差を検出する電位差検出回路を備えていることを特徴とする腐食の進行指標の検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置などに用いられている配線の腐食の進行指標を検知するために利用されるダミー配線および腐食の進行指標を検知するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置などに用いられている配線は、酸化や水分の浸入に伴って腐食が生じる。半導体装置において配線の腐食が進むと故障の原因となりうるため、配線の腐食を防止するための技術が開発されている。半導体装置の故障を回避するためには、配線の腐食を早期に検知することも必要である。腐食を検知するために、本回路の配線よりも早期に腐食して断線するダミー配線を形成する技術が提案されている。ダミーの配線の腐食を検知することにより、本回路の配線を事前に保守することができる。この技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５１０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本回路の配線を事前に確実に保守するためには、ダミー配線の腐食をより早く検知する必要がある。従来技術のダミー配線によると、腐食に伴うダミー配線の抵抗の変化率は一定である。すなわち、腐食が進行してもダミー配線の表面積は一定である。そのため、腐食発生初期段階で腐食の進行指標を検知するためには、わずかな抵抗の変化を高精度に捉える必要があり、実現困難なことが多い。
【０００５】
図６（Ａ）に、従来技術のダミー配線２００の、横断面図を示す。図６（Ａ）〜（Ｄ）は腐食による配線の横断面の経時変化（ｔ＝ｔ０〜ｔ３）を示し、（Ｅ）はその腐食の進行に伴う配線断面積の経時変化を示す。配線の腐食は、基板と接していない表面から一様に進行する。ダミー配線２００は、厚さ方向に対して幅方向の長さが非常に大きいため、腐食の進行に伴う側面の表面積の減少を無視して考えることができる。すなわち腐食が進行しても、ダミー配線２００の表面積は一定に保持され、配線の断面積は一定のペースで減少する。図６（Ｅ）に示すように、配線断面積は時間に比例して変化する。腐食発生初期段階での進行指標を捉えるためには、腐食発生初期段階での抵抗の変化率を大きくすることが必要である。
【０００６】
腐食することによってダミー配線が断線すると、その抵抗は無限大となる。抵抗が無限大になるとそれ以後は腐食の進行度合を検知することができなくなる。単にダミー配線の腐食進行速度を早めるだけでは、必要な寿命を持つダミー配線を得ることができない。腐食することよってダミー配線が断線に至るまでの寿命を変えることなく、腐食発生初期の抵抗の変化率が大きいダミー配線の開発が求められる。
【０００７】
本発明は、断線に至るまでの寿命を変えることなく、腐食に伴う抵抗の変化率が一定ではなく、腐食発生初期の抵抗の変化率が大きなダミー配線を提供する。腐食発生初期には抵抗が大きく変化するダミー配線および腐食発生初期の進行指標を正確に検知する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のダミー配線は、本配線と同じ腐食環境下に置かれ、本配線の腐食速度と等しいかそれを上回る腐食速度を持っており、基板上を所定幅で所定長さに亘って伸びており、長さ方向の両端間の抵抗値が本配線の腐食の進行指標を示すダミー配線であり、ダミー配線を横断面において観測したときのダミー配線の外形が、（１）ダミー配線の厚みが幅方向に変化しており、（２）腐食の進行に追従して表面積が減少し、（３）基板に接する少なくとも一点を中心とし、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする円の外側を通過しているという３条件を満たしていることを特徴とする。
【０００９】
ダミー配線の腐食の進行度は、ダミー配線の長さ方向の両端間の抵抗で測定することによって検知することができ、本配線の腐食の進行指標とすることができる。
第１条件の「ダミー配線の厚みが幅方向に変化しており」とは、ダミー配線を横断面において観測したときに、基板から基板と接していない部分の輪郭（以下「外郭」という）までの距離が幅方向に一定ではないことをいう。例えば、外郭が階段状に形成されていることをいう。
第２条件の「腐食の進行に追従して表面積が減少し」とは、基板と接していない部分から一様に腐食が進行していき、表面積が減少することをいう。
第３条件の「基板に接する少なくとも一点を中心とし、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする円の外側を通過している」とは、ダミー配線を横断面において観測したときに、ダミー配線の輪郭内に、基板に接する一点を中心とし、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする少なくとも１つの半円を含むことをいう。
腐食量は表面積にほぼ比例することから、腐食の進行に伴って表面積が減少すると、腐食量は徐々に小さくなっていく。最初は腐食量が大きく（従って抵抗が大きく変化する）、徐々に腐食量が減少する関係を得ることができる。初期の高い感度と長い寿命を両立させることができる。
【００１０】
第１条件と第２条件により、最初は大きく腐食し、その後はゆるやかに腐食する関係を得ることができる。その結果、腐食に伴う抵抗の変化率は一定ではなくなり、腐食発生初期の抵抗の変化率が大きくなる。また、第３条件により、断線に至るまでの寿命を確保することができる。本発明のダミー配線の両端の抵抗を測定することにより、発生初期における腐食の進行指標を感度よく検知することが出来る。
【００１１】
ダミー配線は、横断面において、幅方向の中央が厚いことを特徴とすることができる。例えば、横断面が三角形状となるダミー配線とすることができる。この場合も、ダミー配線の腐食が進行するにつれて、露出している部分の表面積が減少する。寿命を確保しつつ、腐食発生初期の抵抗の変化率を大きくすることができる。
【００１２】
ダミー配線は、さらに、横断面において、ダミー配線が幅方向に複数本の分割ダミー配線に分割されており、少なくとも１本の分割ダミー配線の幅は腐食速度に寿命を乗じた距離以上であり、少なくとも他の１本の分割ダミー配線の幅は腐食速度に寿命を乗じた距離未満とすることもできる。腐食開始時の表面積の減少率は一定であるが、幅が腐食速度に寿命を乗じた距離未満のダミー配線は、幅が腐食速度に寿命を乗じた距離以上のダミー配線より先に腐食によって消滅する。すると表面積の減少率が低下するため、結果として、腐食発生初期の抵抗の変化率が大きくなる。また、少なくとも１本のダミー配線の幅が、腐食速度に寿命を乗じた距離以上であるため、寿命を確保することができる。
【００１３】
外周部に沿って本発明のダミー配線が形成されていることを特徴とする半導体チップを提供することもできる。半導体チップの外周部は腐食が発生しやすいため、外周部に沿ってダミー配線を設けることにより、腐食の発生を早期に検知することができ、半導体チップの故障を回避することができる。
【００１４】
本発明のダミー配線を備えている腐食の進行指標の検知装置を提供することもできる。前記腐食の進行指標の検知装置は、本発明のいずれかのダミー配線と直流電源と抵抗が直列に接続されている直列回路と、前記抵抗の両端の電位差を検出する電位差検出回路を備えていることを特徴とする。
この装置の場合、腐食の進行によってダミー配線の抵抗が増加すると、ダミー配線と直列に接続されている抵抗の両端の電位差は減少する。この電位差の変化を電位差検出回路によって測定することにより、腐食の進行度を示す指標を検知することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、半導体装置などにおける配線の腐食を、腐食発生初期の段階で高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）  腐食を保護する膜に覆われている本配線をダミー配線の近傍に設ける。
（第２特徴）  ダミー配線をアルミニウムで形成し、ＰＳＧ膜で覆う。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
図１（Ａ）に、本発明の第１実施例のダミー配線１０の、断面図を示す。ダミー配線１０は半導体基板１２の上に形成されている。ダミー配線１０は階段状に積層して形成されており、上位層になるにつれて配線の幅が小さくなっている。参照番号１４は、腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする半円を参考として図示したものである。ダミー配線の外郭が半円１４の外側を通過していることにより、ダミー配線１０の寿命は確保される。
【００１８】
図１（Ａ）〜（Ｄ）にダミー配線１０の腐食の進行に伴う横断面の経時変化（ｔ＝ｔ０〜ｔ３）を示し、（Ｅ）に配線断面積の経時的変化を示す。表面に露出している部分（基板と接していない部分）から一様に進行していくため、ダミー配線１０は図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように階段状に減少していく。表面積は（Ａ）に示す状態で最も大きく、腐食が進行するにつれて減少してゆく。横断面積は、表面積にほぼ比例する速度で減少する。表面積の大きな（Ａ）の状態では、断面積が急速に減少する。以後表面積が小さくなるにつれて、断面積の変化速度は減少する。
【００１９】
（第２実施例）
図２（Ａ）に、本発明の第２実施例のダミー配線２０について、断面図を示す。ダミー配線２０は断面が三角形の形状に形成されており、幅方向の中央になるにつれて厚くなっている。参照番号１４は、第１実施例で記述したものと同様の半円を示している。ダミー配線の外郭が半円１４の外側を通過しており、外郭と半円１４は２点で接している。
【００２０】
図２（Ａ）〜（Ｄ）にダミー配線２０の腐食による横断面の経時変化（ｔ＝ｔ０〜ｔ３）を示す。腐食は基板と接していない部分から一様に進行していくため、ダミー配線２０の表面積は、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように減少していく。実施例１のダミー配線と同様に、断面積の減少率は（Ａ）に示す状態で最も大きく、腐食が進行するにつれて減少率は小さくなる。断面積は初期には大きく変化し（従って抵抗が大きく変化し）、腐食の進行に伴ってゆるやかになり、長い寿命を実現する。初期の急激な変化と長い寿命が両立する。
【００２１】
（第３実施例）
図３（Ａ）に、本発明の第３実施例のダミー配線３０について、断面図を示す。ダミー配線３０は、幅方向に複数本の分割ダミー配線（３０ａ〜３０ｃ）に分割されている。分割ダミー配線３０ａの幅は腐食速度に寿命を乗じた距離以上であり、他の分割ダミー配線３０ｂ、３０ｃの幅は腐食速度に寿命を乗じた距離未満である。
【００２２】
図３（Ａ）〜（Ｄ）にダミー配線３０の腐食による横断面の経時変化（ｔ＝ｔ０〜ｔ３）を示す。腐食開始時の表面積の減少率は一定である。しかしｔ＝ｔ１において、最も小さな幅を持つダミー配線３０ｃが腐食によって消滅すると、その後は表面積の減少率が小さくなる。次にｔ＝ｔ２において、次に小さな幅を持つダミー配線３０ｂが腐食によって消滅するため、さらに表面積の減少率が小さくなる。ｔ＝ｔ３において最も大きな幅を持つダミー配線３０ａが腐食によって消滅する。幅の異なるダミー配線が腐食によって消滅するたびに表面積の減少率が小さくなるため、腐食発生初期の抵抗の変化率が最も大きく、腐食が進行するにつれて抵抗の変化率は小さくなる。
【００２３】
（第４実施例）
図４に、第４実施例である、本発明のダミー配線を備えている半導体チップを示す。半導体チップ２２は外周部に沿って本発明のダミー配線４０を備えている。参照番号Ａ、Ｂはダミー配線４０底部の長さ方向の両端に形成されている端子をそれぞれ示す。腐食が発生しやすい半導体チップの外周部の腐食を高精度に検知することができる。
【００２４】
（第５実施例）
図５（ａ）に、本発明のダミー配線を備えている腐食の進行指標の検知装置１００を示す。腐食の進行指標検知装置１００は、ダミー配線５０と直流電源５２と抵抗５４が直列に接続されている直列回路であり、抵抗５４の両端には電位差を検出するための電位差検出回路５６を備えている。
図５（ｂ）は第１実施例のダミー配線１０の斜視図を示し、図５（ｃ）はダミー配線２０の斜視図を示す。ダミー配線１０を用いて腐食の進行指標装置を作製する場合、ダミー配線１０底部の長さ方向の両端に端子Ａ，Ｂ形成し、前記直列回路に接続する。ダミー配線２０を用いる場合も同様である。端子Ａ、Ｂは腐食から保護するようにしてもよいし、腐食分を見越してダミー配線の内側に設けておいてもよい。
【００２５】
腐食の進行が始まると、腐食の進行指標装置１００に接続されているダミー配線５０の抵抗が増加する。ダミー配線５０の抵抗が増加すると、抵抗５４の両端の電位差が変化する。電位差検出回路５６を用いてその電位差変化を測定することにより、腐食の発生を発生初期に検知することができる。
【００２６】
本発明のダミー配線によると、腐食後の抵抗が、本配線の腐食の進行度を示す指標となる。正確な指標を得るためには、腐食を保護する膜に覆われている本配線をダミー配線の近傍に設けることが好ましい。
【００２７】
本配線の寿命と、ダミー配線の寿命は同一でなくともよい。本配線とダミー配線の寿命が異なっていても、その関係が既知であれば、ダミー配線の抵抗から本配線の腐食進行度を知ることができる。
【００２８】
本発明のダミー配線はアルミニウムで形成されており、ＰＳＧ（リンガラス）膜で覆われていることが好ましい。ＰＳＧ膜がアルミニウムの腐食の進行を早めるため、腐食の検知を早くすることができる。
【００２９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施例のダミー配線の横断面図において腐食による経時変化を示す。（Ｅ）はダミー配線の腐食に伴う配線断面積の経時変化を表すグラフを示す。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２実施例のダミー配線の横断面図において腐食による経時変化を示す。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施例のダミー配線の横断面図において腐食による経時変化を示す。
【図４】第４実施例の半導体チップを示す。
【図５】（ａ）は、第５実施例の腐食の進行指標検知回路を示す。（ｂ）、（ｃ）は第１実施例、第２実施例のダミー配線を進行指標検知回路に接続するときの端子の形成位置を示す。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来技術のダミー配線の横断面図において腐食による経時変化を示す。（Ｅ）は従来技術のダミー配線の腐食に伴う配線断面積の経時変化を表すグラフを示す。
【符号の説明】
【００３１】
１０：第１実施例のダミー配線
１２：半導体基板
１４：腐食速度に寿命を乗じた距離を半径とする半円 
２０：第２実施例のダミー配線
２２：半導体チップ
３０：第３実施例のダミー配線
３０ａ：第３実施例のダミー配線のうち、最も大きな幅を持つダミー配線
３０ｂ：第３実施例のダミー配線のうち、二番目に大きな幅を持つダミー配線
３０ｃ：第３実施例のダミー配線のうち、三番目に大きな幅を持つダミー配線
４０：第４実施例の半導体チップに備えられているダミー配線
５０：第５実施例の進行指標の検知回路に接続されているダミー配線
５２：直流電源
５４：抵抗
５６：電位差検出回路
１００：腐食の進行指標の検知回路
２００：従来技術のダミー配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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