[發明專利]電遷移測試結構

有效

• 申請號: 201110051941.4
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102655137A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 甘正浩
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種電遷移測試結構，尤其涉及一種能夠提高使用壽命的電遷移測試結構。

背景技術

電遷移現象(Electromigration)是集成電路互連制造中一種常見的問題。電遷移通常是指在電流密度極高的區域中，在電場的作用下金屬離子物理遷移運動造成元件或電路失效的現象。電遷移現象發生在相鄰界面的表面，如常見的金屬離子遷移和發生在金屬導體內部的金屬化電子遷移。金屬是晶體，在晶體內部金屬離子按序排列。當不存在外電場時，金屬離子可以在晶格內通過空位而變換位置，這種金屬離子運動稱為自由擴散。因為移向鄰近空位的離子有相同的概率，所以自由擴散的結果并不產生質量輸運。當有直流電流通過金屬導體時，在電場的作用下，金屬離子產生定向運動，形成金屬離子的遷移現象，電遷移伴隨著質量的輸運。所謂金屬電遷移失效，通常是指金屬層因金屬離子的遷移在局部區域由于出現凸起物(Hillocks)和空洞(Voids)，在銅連線的器件中，在陰極會產生大量的空洞聚集，當凸起物或空洞達到一定程度時而造成的連線電阻大大增加，電阻增大到一定程度導致互連斷開，造成器件或互連性能退化或失效。

為監控半導體器件中的電遷移情況，現通常在半導體器件中或晶圓的切割道中設置電遷移測試結構來監控電遷移對半導體器件的影響。圖1為現有技術中一種電遷移測試結構的示意圖。如圖1所示，現有技術中的電遷移測試結構，包括第一導線段11、第二導線段12和第三導線段13，其中第一導線段11通過垂直設置的第一通孔插塞21連接于第三導線段13的一端，所述第二導線段12通過垂直設置的第二通孔插塞22連接于第三導線段13的另一端，其中第一通孔插塞21和第二通孔插塞22分別距離第三導線段13的兩端留有預設段。在本實施例中，第一導線段11為陰極測試端，第二導線段12為陽極測試端，當有電遷移測試結構工作通入電流時，在第三導線段13中產生電遷移效應，在靠近第一通孔插塞21的一端產生空洞，預設段能夠轉移部分空洞，從而延長電遷移測試結構的使用壽命，提高電遷移測試結構的可靠性。

然而，采用預設段結構只能有限地延長電遷移測試結構的使用壽命，因為預設段沒有與其他導電介質連接，故只能轉移部分空洞。若空洞聚集過大，第三導線段13靠近第一通孔插塞21處仍會聚集大量的孔洞1，導致電遷移測試結構斷路。

圖2為現有技術中電遷移測試結構使用壽命與其第三導線段上預設距離的關系示意圖。其中圖2中橫軸表示電遷移測試結構的壽命，即使用時間，縱軸表示累計分布函數(Cumulative?Distribution?Function，CDF)，例如多個待測試樣品的累積概率。結合圖1和圖2，通常在所述預設段的預設距離L在小于60nm時，隨著預設距離L增大，電遷移測試結構的使用壽命可以大大增加，其中預設距離L＝60nm時使用壽命是預設距離L＝0nm使用壽命的一倍，然而，當預設距離在60nm以上后，電遷移測試結構的使用壽命沒有明顯的增加，預設距離L＝120nm使用壽命與L＝60nm使用壽命相差不大。隨著半導體器件的最小特征尺寸不斷減小，金屬互連導線的尺寸不斷減小，電流密度不斷增加，電遷移現象更加明顯，更易造成半導體器件的失效，采用預設距離的結構無法進一步延長電遷移測試結構的使用壽命，進而限制其性能的提高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種能夠提高使用壽命的電遷移測試結構，從而大大提高電遷移測試的可靠性。

為解決上述問題，本發明提供一種電遷移測試結構，包括第一導線段、第二導線段和第三導線段，所述第一導線段通過垂直設置的第一通孔插塞與所述第三導線段連接，所述第二導線段通過垂直設置的第二通孔插塞與所述第三導線段連接，此外還包括第一虛設導線段，所述第一虛設導線段與所述第三導線段連接，所述第一導線段介于所述第一虛設導線段與所述第二導線段之間，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段有電流通過。

進一步的，所述第一導線段為陰極測試端，所述第二導線段為陽極測試端。

進一步的，所述第一虛設導線段的長度小于20um。

進一步的，所述第一虛設導線段一端與所述第三導線段連接，另一端通過垂直設置的第三通孔插塞與第四導線段連接。

進一步的，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段中的電流小于所述第三導線中電流的1/3。

進一步的，電遷移測試結構還包括第二虛設導線段，所述第二導線段介于所述第二虛設導線段與所述第一導線段之間，所述第二虛設導線段與所述第三導線段連接，在所述電遷移測試結構工作時，所述第二虛設導線段有電流通過。