[發明專利]一種非接觸式金屬電遷移測量方法和裝置

有效

• 申請號: 201110357374.5
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102385031A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 劉勝;汪學方;呂植成;袁嬌嬌;王宇哲
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及金屬電遷移可靠性的測試裝置和方法，尤其是金屬互連線電遷移的測試裝置和方法。

背景技術

電遷移是微電子器件中互連線路非常重要的一種失效原因，電遷移會造成互連線路的開路和短路。在器件尺寸向亞微米、深亞微米發展后，金屬互連線的寬度也不斷減小，電流密度不斷增加，更易于發生電遷移失效。傳統的電遷移測試方法為通過四探針法測試目標導線的電阻變化，來檢測電遷移發生的程度。這種方法只能對專門設計試樣的局部進行檢測，不能同時檢測芯片上大范圍金屬互連線的電遷移情況。如果想要用這種方法了解或者測試芯片中所有金屬互連線的電遷移情況將需要很大的工作量，所以需要找出一種新的方法來對芯片上大范圍金屬互連線的電遷移情況進行檢測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種非接觸式金屬互連線電遷移測量方法，能夠對芯片上大范圍金屬互連線的電遷移情況進行檢測。

本發明的另一目的在于提供實現上述測量方法的測量裝置。

一種非接觸式金屬互連線電遷移測量方法，具體為：

使用平行光照射標定用金屬互聯線，同時采用四探針檢測標定用金屬互聯線的電阻；

建立四探針檢測到的標定用金屬互聯線的電阻與標定用金屬互聯線的表面反射光強的對應關系；

使用平行光照射待測金屬互聯線；

實時檢測待測金屬互聯線表面反射光的強度；

依據建立的電阻與反射光強的對應關系獲取待測金屬互聯線在特定反射光強下對應的電阻值。

進一步地，還將待測金屬互聯線置于真空環境下。

進一步地，還對待測金屬互聯線加熱。

實現上述測量方法的測量裝置，包括

四探針，用于檢測局部金屬互聯線的電阻；

平行光光源，用于照射晶圓上的所有金屬互聯線；

光學顯微鏡，用于實時采集所有金屬互聯線的光反射圖像；

計算機，用于依據光反射圖像獲取金屬互聯線的光強度，以及建立局部金屬互聯線的電阻與反射光強度的對應關系。

進一步地，所述測量裝置還包括用于放置晶圓的具有石英蓋板的真空腔。

進一步地，所述測量裝置還包括用于加熱晶圓的加熱裝置。

進一步地，所述測量裝置還包括改變平行光光源發出的平行光方向使得其照射晶圓的半透半反平面鏡。

本發明的技術效果體現在：

本發明可以在不接觸試樣的情況下對試樣上的較大范圍多條金屬互連線電遷移同時進行實時檢測，與普通的四探針檢測方法相比，檢測范圍更大，時間更快、成本更低。

附圖說明

圖1為檢測裝置的示意圖；

圖2為檢測光路示意圖；

圖3為四探針檢測示意圖。

具體實施方式

本發明的原理：晶圓上的金屬互聯線在平行光照射下會發生反射，通過顯微鏡可以在電腦中獲得金屬表面反射光的強度。當金屬發生電遷移后金屬內部晶體結構和表面形態都會發生改變使得金屬對光的反射率發生改變。所以金屬表面反射率的變化可以用來表征電遷移發生的過程。

測試方法為：采用四探針檢測標定用金屬互聯線的電阻，同時使用平行光照射標定用金屬互聯線；建立四探針檢測到的標定用金屬互聯線的電阻與標定用金屬互聯線的表面反射光強的對應關系；使用平行光照射待測金屬互聯線；實時檢測待測金屬互聯線表面反射光的強度；依據建立的電阻與反射光強的對應關系獲取待測金屬互聯線在某反射光強下對應的電阻值。

在正常使用情況下，電遷移中值失效時間很長，試驗中必須采取一定方法加速電遷移的進行。根據電遷移的熱加速特性一般采用加熱升溫的方式加速電遷移的進程，然而金屬在空氣中高溫下容易氧化。在真空技術日趨完善的今天，可以利用真空環境來進行電遷移實驗，將實驗裝置內部抽真空后可以有效地避免金屬在高溫下的氧化。同時由于真空環境的設置對于加熱時控制溫度的精確度也有很大幫助。

圖1給出了一個實現所述測量方法的測量裝置實施例，實施例包括四探針、平行光光源、半透半反平面鏡、光學顯微鏡、計算機、加熱裝置和具有石英蓋板的真空腔。