[發明專利]多層金屬互連金屬線的電遷移可靠性測試結構及制備方法

有效

• 申請號: 201010504055.8
• 申請日: 2010-10-12
• 公開（公告）號: CN102446900A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 王篤林;陳琦;范曾軼;廖炳隆
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;G01R27/02;H01L21/02
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種多層金屬互連金屬線的電遷移可靠性測試結構。本發明還涉及一種測試結構的制備方法。

背景技術

電遷移是金屬在高電流密度作用下發生質量遷移的現象，使得金屬線中陰極一端出現空洞(導致電阻變大甚至斷路)；陽極一端形成小丘或者晶須(與相鄰金屬線接觸而短路)。所以電遷移是影響器件可靠性的一個重要因素，電遷移測試也成為工藝可靠性評價的重要項目之一。傳統電遷移測試方法就是在高溫下對測試結構加一個直流電流，同時觀察電阻變化，直到電阻發生一定變化后紀錄下失效時間。然后運用統計方法和電遷移壽命模型推算壽命。

現有電遷移測試結構為單一金屬層的測試結構(見圖1)。在高溫(150～250攝氏度)環境下，對封裝好的測試結構電流輸入端加一個恒定電流，同時通過量測電壓量測端電壓來監控電阻的變化。通常是由于金屬線中電遷移產生空洞導致電阻值變大，使用掃描電鏡可以觀察電遷移金屬層形成的空洞的微觀形貌。隨著金屬互連層數越來越多，電遷移測試的結構就越來越多，每一層都推算壽命測試需要的時間會很長，同時傳統測試方法需要大量樣品的封裝，也需要更多的測試機臺和成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種多層金屬互連金屬線的電遷移可靠性測試結構，其能通過一個結構實現多層金屬線的電遷移可靠性測試。

為解決上述技術問題，本發明的多層金屬互連金屬線的電遷移可靠性測試結構，該測試結構包括多層金屬線，金屬線的長度為大于等于200微米，金屬線的其它參數與所要測試的芯片設計相同，每兩層金屬線之間采用通孔連接，形成類“弓”字結構；其中第一層金屬線中遠離通孔的一端和頂層金屬線中遠離通孔的一端分別為設置有電流輸入端；各金屬線兩端分別設置有電壓量側端。

本發明還提供了一種上述測試結構的制備方法，為：

步驟一，將所述測試結構設計在芯片的空白區域，整合到芯片制備的后道金屬化工藝中，完成整個芯片的制備；

步驟二，在芯片切割的同時切割出所述測試結構，后進行封裝待用。

本發明中，通過測試一個結構獲得各層金屬線電遷移壽命數據，與傳統的單一金屬層電遷移測試結構相比可以大大減少測試時間，縮短工藝開發周期；減少測試樣品降低測試成本。尤其在新工藝開發階段，可以快速評價金屬層電遷移可靠性風險。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：

圖1為現有的測試結構示意圖；

圖2為一具體的本發明的測試結構示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為本發明的測試結構制作及測試流程示意圖。

具體實施方式

本發明的多層金屬互連金屬線的電遷移可靠性測試結構，包括多層金屬線，金屬線的長度為大于等于200微米，金屬線的其它參數與所要測試的芯片設計相同，每兩層金屬線之間采用通孔連接，形成類“弓”字結構；其中第一層金屬線中遠離通孔的一端和頂層金屬線中遠離通孔的一端分別為設置有電流輸入端；各金屬線兩端分別設置有電壓量測端。每層金屬線的長度相同。

圖2為本發明一具體實施例，其中金屬線為5層，金屬線的長度d選400微米，寬度b，通孔的大小a均為相關工藝芯片的設計要求設置(見圖3)。作為電流輸入端的F1和F2的寬度c為金屬線寬b的5倍，遵循測試電遷移率的指導標準。金屬線兩端的電壓量測端為金屬線s(寬度可為相關工藝最小設計尺寸)，采用本層的金屬淀積和刻蝕工藝中制備而成。

上述測試結構的制備整合在需要評價的產品制備中，具體制備方法為(見圖4)：將上述測試結構按相關設計規則畫到需要評價電遷移可靠性的產品的版圖中，然后隨工藝流程制作出測試需要的晶圓；再將晶圓減薄劃片后獲得測試結構，封裝好樣品(在電流輸入端和每層電壓量測端打線連出)。

接下來的電遷移測試：在電遷移輸入測試電流前要先量測一下該測試結構每一層金屬線的電阻，然后再開始電遷移測試；在高溫大電流測試過程中量測每層金屬線兩端的電壓，從而記錄每層金屬的電阻變化，記錄下各層金屬的失效時間，然后用各層失效時間數據按標準推算出各層電遷移壽命。該電遷移測試過程為常規的測試過程。

采用本發明的測試結構，可以通過一個結構的測試得到各層金屬線電遷移的數據，大大降低了測試時間和成本。尤其在新工藝開發階段，可以快速評價金屬層電遷移可靠性風險，縮短開發周期。以5層后道金屬互連工藝為例，可以節約80％的樣品和時間。