[發明專利]電遷移測試結構

有效

• 申請號: 201210442014.X
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN103809062A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 王篤林;鄭雅文;胡永鋒;陸黎明
• 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: G01R31/02
• 分類號: G01R31/02
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種電遷移測試結構。

背景技術

電遷移（electromigration）是一種由于導體中離子的逐步運動而導致的物質轉移現象，其是由導電電子與擴散的金屬原子之間的動量轉移導致的。當電遷移發生時，一個運動電子的部分動量轉移到鄰近的激活離子，這會導致該離子離開原始位置。當電流密度較大時，電子在靜電場力的驅動下從陰極向陽極定向移動形成電子風（electron?wind），進而會引起龐大數量的原子遠離它們的原始位置。隨著時間推移，電遷移會導致導體，尤其是狹窄的導線中出現斷裂或缺口進而導致阻止電的流動，這種缺陷被稱為空洞（void）或內部失效，即開路。電遷移還會導致導體中的原子堆積并向鄰近導體漂移形成突起物（hillock），產生意外的電連接，即短路。隨著半導體集成電路器件的特征尺寸不斷減小，金屬互連線的尺寸也不斷減小，從而導致電流密度不斷增加，由電遷移造成的器件失效更為顯著。

為了監控半導體器件中的電遷移，現有技術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。如圖1所示的現有技術中電遷移測試結構示意圖，該電遷移測試結構包括被測試導線L1（為方便顯示其結構，層間介質層未示出），與所述被測試導線L1位于同一布線層的短路監控線L2，以及位于另一布線層的檢測導線L3和L4；其中，短路監控線L2包括一個漏電流測量端E1，檢測導線L3包括電流端S1和電壓端F1，檢測導線L4包括測試電流端S2和電壓端F2，且檢測導線L3下表面通過通孔V1與被測試導線L1的一端上表面連接，檢測導線L4下表面通過通孔V2與被測試導線L1的另一端上表面連接。使用該電遷移測試結構時，通過檢測導線L3和L4的電流端S1和S2對被測試導線L1施加電流，使被測試導線L1產生電遷移，通過電壓端F1和F2進行電壓測量，并計算得到電阻，通過電阻的變化判斷被測試導線L1是否產生開路失效；當被測試導線L1發生電遷移進而產生突起物后，隨著突起物的逐漸增大，其邊緣會與短路監控線L2接觸，進而導通短路監控線L2，因此，通過測量短路監控線L2的漏電流測量端E1的電流即可檢測被測試導線L1是否發生短路失效。

但是，基于現有技術的電遷移測試結構，由于短路監控線L2與被測試導線L1處于同一層，因此，被測試導線L1產生的突起物只有在長度（圖1中的x方向）或寬度（圖1中的y方向）上與短路監控線L2接觸時才能通過漏電流測量端E1判斷被測試導線L1短路失效，而對被測試導線L1產生的突起物高度超過限制于其他臨近金屬線層發生短路失效則無法測量，因此，現有技術中的電遷移測試結構存在缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種電遷移測試結構，以解決現有電遷移測試結構無法測量與臨近金屬線層發生短路失效的問題。

本發明采用的技術手段如下：一種電遷移測試結構，包括位于第一布線層的被測試導線和第一短路監測線、位于第一布線層之上的第二布線層的兩條檢測導線；

所述兩條檢測導線中的每一條均包括電流端和電壓端，并且所述兩條檢測導線分別通過一個第一接觸孔與被測試導線電連接，

所述第一短路監測線包括一個漏電流測量端；所述第一短路監測線封閉環繞所述被測試導線，且所述第一短路監測線內邊緣與對應的被檢測導線邊緣的間距皆為第一距離；

其中，所述電遷移測試結構還包括位于第三布線層的所述第二短路監測線和位于第四布線層的所述第三短路監測線；所述第三布線層位于第一布線層和第二布線層之間，所述第四布線層位于第一布線層之下；所述第二短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的上表面，且所述第二短路監測線下表面與所述第一短路監測線的最小距離為第一間距，所述第一接觸孔與所述第二短路監測線絕緣設置；所述第三短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的下表面，且所述第三短路監測線的上表面與所述第一短路監測線的下表面的最小距離為第一間距；所述第二短路監測線和第三短路監測線通過第二接觸孔與第一短路監測線電連接。

進一步，所述第二短路監測線還包括與兩個所述第一接觸孔位置對應的兩個絕緣孔，每個所述第一接觸孔穿過其對應的所述絕緣孔與被測試導線電連接，且每個所述第一接觸孔的外表面與該第一接觸孔對應的絕緣孔的內表面之間的距離大于第一間距。

進一步，兩個所述第一接觸孔包括位于第二短路監測線上表面之上的第一部分和第二短路監測線下表面之下的第二部分，所述第一部分和第二部分通過位于所述絕緣孔中的墊片連接；所述墊片的外表面與對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小于第一間距。