JP4803139B2 - Multilayer wiring structure of semiconductor device and moisture detection method of semiconductor device having multilayer wiring - Google Patents
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Description
この発明は、多層配線を備えた半導体装置の配線構造、特に耐湿性評価が可能な半導体装置の多層配線構造及び多層配線を有する半導体装置の水分検出方法に関する。 The present invention relates to a wiring structure of a semiconductor device provided with a multilayer wiring, and more particularly to a multilayer wiring structure of a semiconductor device capable of evaluating moisture resistance and a method of detecting moisture in a semiconductor device having the multilayer wiring.
従来より、LSIなどの集積度が高い半導体装置には、微細化の要求から多層配線が用いられている。近年、更なるICの高速化及びチップ小型化の要求により、3層以上の多層配線構造、微細配線及び低誘電率の層間絶縁膜が採用されているが、低誘電率の層間絶縁膜は機械的強度の弱いため欠陥が導入されやすく、この欠陥から水分が侵入して配線材料を腐食させ、例えば抵抗体の抵抗変動などが生じて、信頼性が低下することがあった。
この現象を防止するために各種方策が検討されており、例えば、特許文献1には、金属配線層の周囲をシリコン窒化膜で被覆する技術が開示されている。
Various measures have been studied in order to prevent this phenomenon. For example,
半導体装置の耐湿性に係る信頼性評価方法として、プレッシャークッカー試験(PCT)や高温高湿バイアス(PCT-Bias)が行われている。
従来技術の半導体装置などでは、これらの信頼性試験を行い、半導体基板に形成された評価素子などを用いてデバイスの特性変動を計測することにより水分の影響を評価してきた。
車載用ICなどの高信頼性が要求される半導体装置では、配線層内の水分の有無を測定することが重要であるが、従来の評価方法によると、配線層内の水分の有無を直接測定することは困難であるという問題があった。
As a reliability evaluation method related to the moisture resistance of a semiconductor device, a pressure cooker test (PCT) and a high temperature and high humidity bias (PCT-Bias) are performed.
Conventional semiconductor devices and the like have been subjected to these reliability tests and evaluated the influence of moisture by measuring device characteristic fluctuations using an evaluation element formed on a semiconductor substrate.
In semiconductor devices that require high reliability such as in-vehicle ICs, it is important to measure the presence or absence of moisture in the wiring layer. However, according to conventional evaluation methods, the presence or absence of moisture in the wiring layer is directly measured. There was a problem that it was difficult to do.
そこで、この発明は、多層配線を有する半導体装置において配線層内の水分の有無を直接評価することができる配線構造及び多層配線を有する半導体装置の水分検出方法を実現することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to realize a wiring structure capable of directly evaluating the presence or absence of moisture in a wiring layer in a semiconductor device having multilayer wiring and a method for detecting moisture in the semiconductor device having multilayer wiring.
この発明は、上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体素子が形成された半導体基板上に、前記半導体素子と電気的に接続されて形成された配線と層間絶縁膜とを有する配線層を上方に積層して形成された多層配線を備えた半導体装置の配線構造において、前記配線より腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体が少なくとも1つの前記配線層内に配置され、前記薄膜抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されており、前記薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を前記薄膜抵抗体に印加可能に構成されている、という技術的手段を用いる。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a wiring formed on the semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed and electrically connected to the semiconductor element, an interlayer insulating film, In a wiring structure of a semiconductor device having a multilayer wiring formed by laminating a wiring layer having an upper side, a thin film resistor formed of a material that is more easily corroded than the wiring is disposed in at least one wiring layer. The resistance value of the thin film resistor can be measured, and a positive potential is applied to the wiring of the wiring layer in which the thin film resistor is disposed or to the wiring of the lower wiring layer adjacent to the wiring layer. The technical means that it is configured to be applied to the thin film resistor is used.
請求項1に記載の発明によれば、半導体素子が形成された半導体基板上に、半導体素子と電気的に接続されて形成された配線と層間絶縁膜とを有する配線層を上方に積層して形成された多層配線を備えた半導体装置の配線構造において、配線より腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体が少なくとも1つの配線層内に配置され、薄膜抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されているため、水分の侵入などにより配線層内に水分が存在する場合には、水分が配線層内を移動して薄膜抵抗体に到達し、薄膜抵抗体が腐食されて抵抗が急増するので、薄膜抵抗体の抵抗値を測定することにより配線層内の水分の有無を直接検出することができる。
また、薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を薄膜抵抗体に印加可能に構成されているため、薄膜抵抗体に正の電位を印加しない場合に比べて、配線と薄膜抵抗体との間に存在する水分(水分中のOH − )を薄膜抵抗体に向かって加速して移動させることができる。これにより、より短時間で高感度に水分の有無を検出することができる。
According to the first aspect of the present invention, a wiring layer having a wiring formed in electrical connection with a semiconductor element and an interlayer insulating film is laminated on the semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed. In a wiring structure of a semiconductor device having a formed multilayer wiring, a thin film resistor formed of a material that is more easily corroded than wiring is arranged in at least one wiring layer, and the resistance value of the thin film resistor can be measured Therefore, if moisture exists in the wiring layer due to moisture intrusion, etc., the moisture moves through the wiring layer and reaches the thin film resistor, and the thin film resistor is corroded and the resistance rapidly increases. The presence or absence of moisture in the wiring layer can be directly detected by measuring the resistance value of the thin film resistor.
Further, the thin film resistor is configured so that a positive potential can be applied to the thin film resistor with respect to the wiring of the wiring layer in which the thin film resistor is disposed or the wiring of the lower wiring layer adjacent to the wiring layer. Compared to the case where a positive potential is not applied to the substrate, moisture (OH − in the moisture ) existing between the wiring and the thin film resistor can be accelerated and moved toward the thin film resistor. Thereby, the presence or absence of moisture can be detected with higher sensitivity in a shorter time.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の半導体装置の配線構造において、前記薄膜抵抗体は、前記多層配線のすべての配線層内にそれぞれ配置されている、という技術的手段を用いる。 According to a second aspect of the present invention, in the wiring structure of the semiconductor device according to the first aspect , a technical means is used in which the thin film resistors are respectively disposed in all the wiring layers of the multilayer wiring. .
請求項2に記載の発明によれば、薄膜抵抗体は、多層配線のすべての配線層内にそれぞれ配置されているため、すべての配線層内における水分の有無を一度に評価することができる。 According to the invention described in claim 2 , since the thin film resistors are respectively disposed in all the wiring layers of the multilayer wiring, it is possible to evaluate the presence or absence of moisture in all the wiring layers at a time.
請求項3に記載の発明では、半導体素子が形成された半導体基板上に、前記半導体素子と電気的に接続されて形成された配線と層間絶縁膜とを有する配線層を上方に積層して形成された多層配線を備えた半導体装置であって、前記配線よりも水分により腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体が少なくとも1つの前記配線層内に配置され、前記薄膜抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されている配線構造を有する半導体装置を用意し、前記半導体装置を使用条件よりも高温高湿条件下で保持するとともに、前記薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を前記薄膜抵抗体に印加し、前記薄膜抵抗体の抵抗値を測定することにより前記配線層内に存在する水分を検出する、という技術的手段を用いる。 According to a third aspect of the present invention, a wiring layer having a wiring formed by being electrically connected to the semiconductor element and an interlayer insulating film is laminated on the semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed. A thin film resistor having a multilayer wiring formed therein, wherein a thin film resistor formed of a material that is more easily corroded by moisture than the wiring is disposed in at least one of the wiring layers, and a resistance value of the thin film resistor is determined. A semiconductor device having a wiring structure configured so as to be measurable is prepared, and the semiconductor device is held under a high-temperature and high-humidity condition rather than a use condition. Moisture present in the wiring layer is detected by applying a positive potential to the thin film resistor with respect to the wiring in the lower wiring layer adjacent to the wiring layer and measuring the resistance value of the thin film resistor. Using the technical means of.
請求項3に記載の発明によれば、半導体素子が形成された半導体基板上に、前記半導体素子と電気的に接続されて形成された配線と層間絶縁膜とを有する配線層を上方に積層して形成された多層配線を備えた半導体装置であって、配線よりも水分により腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体が少なくとも1つの配線層内に配置され、薄膜抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されている配線構造を有する半導体装置を用意し、半導体装置を使用条件よりも高温高湿条件下で保持するとともに、薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を薄膜抵抗体に印加し、薄膜抵抗体の抵抗値を測定することにより配線層内に存在する水分を検出するため、半導体装置の製造工程において配線層内に水分が侵入していた場合には、半導体装置を使用条件よりも高温高湿条件下で保持し、正の電位を薄膜抵抗体に印加することにより、配線層内における水分の拡散が加速され、薄膜抵抗体の腐食が進行するので、水分の存在を検出することができる。また、半導体装置が耐湿性の高い構造か否かを、高温高湿条件下で保持した場合に配線層内に水分が侵入するか否かを調べることにより評価することができる。 According to a third aspect of the present invention, a wiring layer having a wiring formed by being electrically connected to the semiconductor element and an interlayer insulating film is laminated on the semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed. A thin film resistor formed of a material that is more easily corroded by moisture than the wiring is disposed in at least one wiring layer, and the resistance value of the thin film resistor is measured. A semiconductor device having a wiring structure that can be configured is prepared, and the semiconductor device is held under a high temperature and high humidity condition rather than a use condition, and the wiring layer in which the thin film resistor is disposed or the wiring layer A semiconductor device manufacturing process for detecting moisture present in a wiring layer by applying a positive potential to a thin film resistor to a wiring in an adjacent lower wiring layer and measuring a resistance value of the thin film resistor In If moisture has penetrated into the wiring layer, the semiconductor device is held at a higher temperature and higher humidity than the operating conditions, and a positive potential is applied to the thin film resistor, so that the moisture in the wiring layer is reduced. Since diffusion is accelerated and corrosion of the thin film resistor proceeds, the presence of moisture can be detected. Further, whether or not the semiconductor device has a high moisture resistance structure can be evaluated by examining whether or not moisture penetrates into the wiring layer when the semiconductor device is held under high temperature and high humidity conditions.
この発明に係る耐湿性評価用の半導体装置の配線構造について、図を参照して説明する。図1は、耐湿性評価用半導体装置の配線構造を示す断面説明図である。図2は、水分検出回路の配線構造を示す模式図である。図3は、薄膜抵抗体の配置位置の変更例を示す説明図である。
なお、各図においては、説明のために一部を拡大して誇張して示している。また、以下の説明において、ある層が他の層の上に存在すると記述される場合には、ある層が他の層の真上に存在する場合と、ある層と他の層との間に第3の層が介在される場合とを示す。
A wiring structure of a semiconductor device for evaluating moisture resistance according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a wiring structure of a semiconductor device for evaluating moisture resistance. FIG. 2 is a schematic diagram showing a wiring structure of the moisture detection circuit. FIG. 3 is an explanatory view showing an example of changing the arrangement position of the thin film resistors.
In each figure, for the sake of explanation, a part is enlarged and exaggerated. In addition, in the following description, when it is described that a certain layer exists on the other layer, a case where the certain layer exists directly on the other layer and a certain layer between the other layer and The case where a 3rd layer is interposed is shown.
(半導体装置の構造)
本実施形態では、CMOSトランジスタが形成された耐湿性評価用の半導体装置1を例に説明する。CMOSトランジスタは、半導体基板10の基板面10aに形成されたフィールド絶縁膜によって素子分離されたPMOSトランジスタと、NMOSトランジスタとから構成されている。
(Structure of semiconductor device)
In the present embodiment, a
半導体装置1は、PMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタが形成された半導体基板10と、この半導体基板10上に順番に形成された第1配線層31、第2配線層32及び第3配線層33とを備えている。なお、図1には、NMOSトランジスタのソース10b、コンタクト用のシリサイド膜10c及び素子分離のためのSTI膜10dが形成されている領域の拡大部を示してある。
The
第1配線層31は、半導体基板10の基板面10a上に形成されており、第1層間絶縁膜11と第1配線21とを備えている。
第1層間絶縁膜11は、TEOS膜により形成されている。第1層間絶縁膜11は、クロストークを低減するために低誘電率なLow−k膜で形成することが好ましく、SiO2、SiO2膜に多量の炭素を含有させたSiOC、フッ素ドープケイ酸塩ガラス(FSG)、リン含有ケイ酸塩ガラス(PSG)、ホウ素リン含有ケイ酸ガラス(BPSG)など、低誘電率を有する材料により形成することができる。
第1配線層31には、第1配線21をシリサイド膜10cに接続するための第1ビア溝31aが貫通形成されている。
The
The first
The
第1配線21は、スパッタリング法を用いてAl合金により形成された第2層間絶縁膜13の上面に露出する第1配線部21aと、第1ビア溝31aにAl合金が充填されて形成された第1ビア部21bとからなる。第1配線21は、Al合金の第1層間絶縁膜11への拡散を防止するために、TiN膜などにより形成された図示しないバリア層を介して形成されている。
第1配線21は、第1ビア溝31aを介して第1ビア部21bの下端においてNMOSトランジスタのソース10bとシリサイド膜10cを介して電気的に接続されている。
The
The
第2配線層32は、第1配線層31の上面に形成されており、第1配線21の第1配線部21aと第1層間絶縁膜11とを覆って形成されているP−SiN膜12と、P−SiN膜12上に積層形成された第2層間絶縁膜13と、第2層間絶縁膜13上に積層形成され平坦化するための第1SOG(Spin On Glass)膜14と、第1SOG膜14上に積層形成された第3層間絶縁膜15と、第2配線22とを備えている。
The
第2層間絶縁膜13及び第3層間絶縁膜15は、TEOS膜により形成されている。第2層間絶縁膜13は、第1層間絶縁膜11と同様に、他の低誘電率を有する材料により形成することができる。
P−SiN膜12、第2層間絶縁膜13、第1SOG膜14及び第3層間絶縁膜15には、第1配線21を第2配線22に接続するための第2ビア溝32aが貫通形成されている。
The second
In the P-SiN
第2配線22は、第1配線21と同様の構造に形成されており、第2層間絶縁膜13の上面に露出する第2配線部22aと、第2ビア溝32aにAl合金が充填された第2ビア部22bとからなる。第2配線22は、第2ビア部22bの下端において第1配線21の第1配線部21aと電気的に接続されている。
The
第3配線層33は、第2配線層32の上面に形成されており、第4層間絶縁膜16、薄膜抵抗体20a、20b、第5層間絶縁膜17、第2SOG膜18、第6層間絶縁膜19及び第3配線23、24を備えている。
第4層間絶縁膜16は、第2配線22の第2配線部22aと第3層間絶縁膜15とを覆って形成されている。
The
The fourth
薄膜抵抗体20a、20bは、CrSi膜からなる帯状の電極膜であり、第4層間絶縁膜16の上面に並んで形成されている。薄膜抵抗体20bは、後述する第3配線24の下方に配置されている。薄膜抵抗体20a、20b及び第3配線24から構成される水分検出回路50については後述する。
薄膜抵抗体20a、20bは、水分が存在する状態で、電圧を印加する、温度を付加するなどの加速要因により腐食しやすい導電性材料であれば、CrSi以外の材料で形成することもできる。例えば、Ti、Cr、W、Ta、TiW、Cuなどを用いることができる。
The
The
第5層間絶縁膜17は、第4層間絶縁膜16及び薄膜抵抗体20a、20bを覆って積層形成されている。第5層間絶縁膜17上には、第5層間絶縁膜17の凹凸を平坦する第2SOG膜18が積層形成されている。第2SOG膜18上には、第6層間絶縁膜19が積層形成されている。
第4層間絶縁膜16、第5層間絶縁膜17及び第6層間絶縁膜19は、TEOS膜により形成されている。これらの層間絶縁膜は、第1層間絶縁膜11と同様に、他の低誘電率を有する材料により形成することができる。
The fifth
The fourth
第4層間絶縁膜16、第5層間絶縁膜17、第2SOG膜18及び第6層間絶縁膜19には、第2配線22を第3配線23に接続するための第3ビア溝33aが貫通形成されている。
In the fourth
第3配線23は、第1配線21と同様の構造に形成されており、第6層間絶縁膜19の上面に露出する第3配線部23aと、第3ビア溝33aにAl合金が充填された第3ビア部23bとからなる。第3配線23は、第3ビア部23bの下端において第2配線22の第2配線部22aと電気的に接続されている。
第3配線24は、第6層間絶縁膜19の上面に形成されており、外部配線により接地されている。
The
The
そして、第3配線層33の上面及び第3配線23,24を覆って、P−SiN膜やP−TEOS膜などからなる保護膜25が形成されている。
A
なお、配線材料としては、Al−Cu合金、Al−Si−Cu合金などのAl合金を用いることができる。また、スパッタリング法で配線を形成できる材料であれば、Al合金以外の材料も用いることができる。配線材料としては、Al合金を用いることにより、車載用など高温に晒される半導体装置に用いる場合においても、配線材料が絶縁膜中に拡散しにくい配線を形成することができる。 Note that an Al alloy such as an Al—Cu alloy or an Al—Si—Cu alloy can be used as the wiring material. In addition, any material other than an Al alloy can be used as long as the material can form a wiring by a sputtering method. By using an Al alloy as the wiring material, it is possible to form a wiring in which the wiring material is less likely to diffuse into the insulating film even when used in a semiconductor device that is exposed to high temperatures such as in-vehicle use.
次に、層間絶縁膜中などに存在する水分を検出する水分検出回路の配線構造について、図2を参照して説明する。
例えば、第1SOG膜14または第2SOG膜18は、機械的強度が低いために、クラックなどの欠陥が発生するおそれがある。また、多孔質であるため、水分が侵入しやすい。そこで、製造工程や使用環境により水分が侵入するおそれがあるため、耐湿性が高い構造を検討する必要がある。
ここでは、第3配線層33中の水分を検出するための水分検出回路50の配線構造を示す。
Next, a wiring structure of a moisture detection circuit that detects moisture present in an interlayer insulating film will be described with reference to FIG.
For example, since the
Here, the wiring structure of the
図2は、水分検出回路50(図1のM部)を上方から見た模式図である。図2に示すように、水分検出回路50は、薄膜抵抗体20a、20b、第3配線23及びこれらを接続する外部配線より構成されている。
薄膜抵抗体20a、20bは蛇腹状に形成されており、それぞれの一端は抵抗Ra、Rbを介して外部配線により接地されており、他端はそれぞれ電源Vbに接続されている。第3配線23は、薄膜抵抗体20bの上方に櫛歯状に形成されており、外部配線により接地されている。
FIG. 2 is a schematic view of the moisture detection circuit 50 (M portion in FIG. 1) viewed from above. As shown in FIG. 2, the
The
続いて、半導体装置1の耐湿性評価方法について説明する。
まず、半導体装置1の耐湿性評価試験として、プレッシャークッカー試験(PCT)を行う。PCTは、例えば、温度121℃、RH100%で12時間保持することにより行う。
Next, a method for evaluating moisture resistance of the
First, as a moisture resistance evaluation test of the
続いて、高温高湿バイアス(PCT-Bias)を行う。PCT-Biasは、例えば、温度121℃、RH85%の条件下において、薄膜抵抗体20a、20bに電源Vbにより例えば30Vの電圧を一定時間印加することにより行う。
Subsequently, a high temperature and high humidity bias (PCT-Bias) is performed. For example, PCT-Bias is performed by applying a voltage of, for example, 30 V to the
耐湿性評価試験により第3配線層33中に水分が侵入した場合、上述のように第3配線24に対して正の電位が印加されると、水分に由来するOH−が薄膜抵抗体20b側に移動する。薄膜抵抗体20bを構成するCrSiは水分により腐食しやすく、薄膜抵抗体20bにおいて次式の反応が起こる。
When moisture penetrates into the
2Cr+6OH−=Cr2O3・3H2O+6e− (1) 2Cr + 6OH − = Cr 2 O 3 .3H 2 O + 6e − (1)
CrSiが腐食されることにより、薄膜抵抗体20bの抵抗値が薄膜抵抗体20aの抵抗値に比べて急増するため、薄膜抵抗体20bの抵抗値を測定することにより、OH−の存在、つまり、水分の存在を高感度に、かつ、直接検出することができる。
ここで、水分の有無の評価は、例えば、PCT-Biasにおいて20〜30時間保持して薄膜抵抗体20bの抵抗値を測定することにより行う。本実施形態では、25時間保持して薄膜抵抗体20bの抵抗値が急増していれば、第3配線層33中に水分が存在しており、抵抗値が増加しなければ第3配線層33中に水分が存在しないと判定することができる。
When CrSi is corroded, the resistance value of the
Here, the evaluation of the presence or absence of moisture is performed, for example, by measuring the resistance value of the
製造工程において第3配線層33中に水分が侵入していた場合には、PCT、PCT-Biasにより第3配線層33中における水分の拡散が加速され、薄膜抵抗体20bの腐食が進行するので、水分の存在を短時間で検出することができる。
また、半導体装置1が耐湿性の高い構造か否かは、耐湿性評価試験により第3配線層33中に水分が侵入するか否かを調べることにより評価することができる。
If moisture has penetrated into the
Whether or not the
上述した実施形態では、薄膜抵抗体20a、20bは、第3配線層33中の第4層間絶縁膜16と第5層間絶縁膜17との間に形成されているが、この位置に限定されるものではない。
例えば、図3に示すように、第2配線層32のP−SiN膜12の上面(例えば図中A部)や第2層間絶縁膜13の上面(例えば図中B部)などに配置することもできる。これによれば、第2配線層32中の水分を検出することができる。
また、第1配線層31の第1層間絶縁膜11中(例えば図中C部)に配置することもできる。これによれば、第1配線層31中の水分を検出することができる。
In the embodiment described above, the
For example, as shown in FIG. 3, the
It can also be disposed in the first
第3配線層33に隣接する下層の第2配線層32の第2配線22との間に水分検出回路50を構成しても良い。この構成によれば、第2配線22と薄膜抵抗体20bとの間の水分を検出できる。
薄膜抵抗体20a、20bを第1配線層31、第2配線層32、第3配線層33中にそれぞれ配置する構成を用いると、一度の耐湿性評価試験により各配線層の耐湿性を評価することができる。
ここで、薄膜抵抗体20a、20bは、配置された配線層より上層の配線に近接していれば、配置する位置は任意である。
The
When the configuration in which the
Here, the positions where the
なお、上述の半導体装置1における配線層の数などは例示であり、多層配線を有する各種半導体装置に適用することができる。
The number of wiring layers in the
[最良の形態の効果]
(1)半導体装置1の多層配線構造において、第1配線層31、第2配線層32、第3配線層33の各配線より腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体20a、20bが少なくとも1つの配線層内、本実施形態では第3配線層33に配置され、薄膜抵抗体20a、20bの抵抗値を測定可能に構成されているため、水分の侵入などにより配線層内に水分が存在する場合には、水分が配線層内を移動して薄膜抵抗体20a、20bに到達し、薄膜抵抗体20a、20bが腐食されて抵抗が急増するので、薄膜抵抗体20a、20bの抵抗値を測定することにより配線層内の水分の有無を直接検出することができる。
[Effect of the best form]
(1) In the multilayer wiring structure of the
(2)薄膜抵抗体20a、20bは、第3配線24に対して正の電位を印加可能に構成されているため、正の電位を印加しない場合に比べて、第3配線24と薄膜抵抗体20a、20bとの間に存在する水分(水分中のOH−)を薄膜抵抗体20a、20bに向かって加速して移動させることができる。これにより、より短時間で高感度に水分の有無を検出することができる。
(2) Since the
(3)半導体装置1の耐湿性評価試験として、使用条件よりも高温高湿条件下で保持するプレッシャークッカー試験(PCT)、高温高湿バイアス(PCT-Bias)を行うことにより、製造工程において第3配線層33中に水分が侵入していた場合には、第3配線層33中における水分の拡散が加速され、薄膜抵抗体20bの腐食が進行するので、水分の存在を検出することができる。
また、半導体装置1が耐湿性の高い構造か否かは、耐湿性評価試験により第3配線層33中に水分が侵入するか否かを調べることにより評価することができる。
(3) As a moisture resistance evaluation test of the
Whether or not the
(4)薄膜抵抗体20a、20bが、多層配線のすべての配線層(第1配線層31、第2配線層32、第3配線層33)内にそれぞれ配置されている構成を用いると、一度の耐湿性評価試験により各配線層の耐湿性を評価することができる。
(4) Once the
[その他の実施形態]
(1)本実施形態では、半導体装置1としてCMOSを備えた半導体装置を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、LDMOS、バイポーラトランジスタなどを備えた半導体装置を用いることもできる。また、本実施形態の半導体装置1は、配線構造の耐湿性を評価することを目的とする構成であるため、必ずしもデバイスを形成しなくてもよい。
[Other Embodiments]
(1) In this embodiment, a semiconductor device including a CMOS is shown as the
(2)本実施形態では、PCT-Biasにおいて薄膜抵抗体20bの抵抗値の変化を測定したが、PCTにおいて薄膜抵抗体20bの抵抗値の変化を測定することにより、半導体装置1の耐湿性評価を行うこともできる。つまり、薄膜抵抗体20a、20bに電圧を印加しなくてもよい。
(2) In this embodiment, the change in resistance value of the
1 半導体装置
10 半導体基板
11 第1層間絶縁膜
13 第2層間絶縁膜
14 第1SOG膜
15 第3層間絶縁膜
16 第4層間絶縁膜
17 第5層間絶縁膜
18 第2SOG膜
19 第6層間絶縁膜
20a、20b 薄膜抵抗体
21 第1配線
22 第2配線
23、24 第3配線
31 第1配線層
32 第2配線層
33 第3配線層
50 水分検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記配線より腐食されやすい材料により形成された薄膜抵抗体が少なくとも1つの前記配線層内に配置され、前記薄膜抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されており、
前記薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を前記薄膜抵抗体に印加可能に構成されていることを特徴とする半導体装置の配線構造。 A semiconductor device comprising a multi-layer wiring formed by laminating a wiring layer having a wiring and an interlayer insulating film, which are electrically connected to the semiconductor element, on a semiconductor substrate on which the semiconductor element is formed. In the wiring structure of
A thin film resistor formed of a material that is more easily corroded than the wiring is disposed in at least one of the wiring layers, and is configured to be able to measure a resistance value of the thin film resistor ,
A positive potential may be applied to the thin film resistor with respect to the wiring of the wiring layer in which the thin film resistor is disposed or the wiring of the lower wiring layer adjacent to the wiring layer. Semiconductor device wiring structure.
前記半導体装置を使用条件よりも高温高湿条件下で保持するとともに、前記薄膜抵抗体が配置されている配線層の配線または当該配線層に隣接する下層の配線層の配線に対して正の電位を前記薄膜抵抗体に印加し、前記薄膜抵抗体の抵抗値を測定することにより前記配線層内に存在する水分を検出することを特徴とする多層配線を有する半導体装置の水分検出方法。 The semiconductor device is held at a higher temperature and higher humidity than use conditions, and has a positive potential with respect to the wiring of the wiring layer in which the thin film resistor is disposed or the wiring of the lower wiring layer adjacent to the wiring layer A moisture detection method for a semiconductor device having a multilayer wiring, wherein moisture present in the wiring layer is detected by measuring the resistance value of the thin film resistor.
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