[發(fā)明專利]一種金屬層電遷移的測試結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310277750.9
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103346143A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹彬鋒;錢燕妮;于赫薇
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;G01R31/26
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件可靠性測試結(jié)構(gòu)，具體涉及一種金屬層電遷移的測試結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

直流電流通過導(dǎo)體時，由于導(dǎo)體中原子的逐步運動而導(dǎo)致的物質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種在金屬中產(chǎn)生的質(zhì)量輸運現(xiàn)象被稱為電遷移（Electromigration，簡稱EM）,其內(nèi)在機理是導(dǎo)電電子與擴散的金屬原子之間的動量轉(zhuǎn)移。普通塊狀金屬在接近材料熔點的高溫時才發(fā)生電遷移現(xiàn)象。由于金屬材料薄膜的截面積很小，其電流密度相對較大，在較低溫度下就可發(fā)生電遷移現(xiàn)象。

電遷移發(fā)生時，一個運動電子的部分動量轉(zhuǎn)移到鄰近的激活原子，這會導(dǎo)致該原子離開它的原始位置。隨著時間推移，這種力量會引起龐大數(shù)量的原子遠離它們的原始位置。尤其是對于存在高直流電流密度（High?Direct?Current?Densities）的場合，例如微電子領(lǐng)域中，電遷移效應(yīng)非常關(guān)鍵。

隨著芯片集成度的提高，集成電路的金屬層變得更細、更窄、更薄，因此，其中的電流密度也越來越大，加劇電遷移，造成電遷移失效情況。電遷移失效包括：由于電遷移導(dǎo)致導(dǎo)體（尤其是狹窄的導(dǎo)線）中由于質(zhì)量虧空而出現(xiàn)斷裂（Break）或缺口（Gap）阻止電流發(fā)生，這種斷裂或缺口被稱為空洞（Void）或內(nèi)部失效（Internal?Failure），即開路。電遷移還會導(dǎo)致一個導(dǎo)體中的金屬離子遷移而在局部區(qū)域產(chǎn)生質(zhì)量堆積（Pile?Up）并向鄰近導(dǎo)體漂移（Drift）形成意料之外的電連接，這種缺陷被稱為小丘失效（Hillock?Failure）或晶須失效（Whisker?Failure），即短路。上述兩類缺陷都會引起電路故障。

隨著對微電子集成電路的制造精度要求不斷提高，金屬層更細，電流密度隨之增大，更易發(fā)生因電遷移產(chǎn)生的失效，因此對于電遷移的測控變得尤為重要。

請參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中常見的傳統(tǒng)電遷移測試結(jié)構(gòu)的橫向截面圖示意圖。其中，測試金屬線11中的金屬互連線的兩個端點分別與測試通孔12的一端相連，，兩個測試通孔12的另一端分別與連接金屬層中的兩條連接線13相連，兩條連接線的另一端分別與一對測試金屬墊14相連，最后連接外置測試儀器。

然而，在某些工藝中，經(jīng)常出現(xiàn)測試金屬線11與連接線13的厚度不同的情況，甚至有時兩個金屬線的厚度（H）差異可以達到3倍甚至更大。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在金屬電遷移測試中，如果測試金屬線11與連接線13的厚度差異太大，常常導(dǎo)致連接線13局部受到的應(yīng)力條件（電流密度）比測試金屬線11更大，從而導(dǎo)致失效位置發(fā)生變化。也就是說，在實際使用過程中，當(dāng)對測試金屬線11施加電流應(yīng)力（I）時，連接線13所承受的電流密度（J，J=I/s，s為金屬的橫截面積）比測試金屬線11的電流密度更大。目前通過增加連接線13的寬度，來避免該種情況的發(fā)生，但是由于所加的電流都通過測試通孔12傳導(dǎo)到連接線13上，因此，測試通孔12連的連接線13非常容易出現(xiàn)失效點25。如圖2所示，而此時，電遷移失效的位置應(yīng)該在失效點24。這就與該測試結(jié)構(gòu)測量被測金屬層的電遷移性能的測試目的相悖，從而不能正確反映半導(dǎo)體芯片內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)的金屬層電遷移情況，造成測試結(jié)果異常，無法對測試金屬線11的質(zhì)量起到有效監(jiān)控的作用。因此有必要改進結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種金屬層電遷移的測試結(jié)構(gòu)，其通過附加了測試引線單元，縮短了連接線的長度以達到?jīng)]有電遷移在測試結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的目的，從而使得電遷移測試儀器的測試精準(zhǔn)度得到提升，更準(zhǔn)確的監(jiān)控晶圓質(zhì)量。

為達成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬層電遷移的測試結(jié)構(gòu)，包括：兩個位于通孔層的測試通孔及兩個測試引線單元。兩個位于通孔層的測試通孔，其一端分別與被測金屬層中金屬線的一端相連；該兩個測試引線單元由位于連接金屬層中的連接線、位于通孔層的額外通孔和位于被測金屬層中的額外金屬線組成；連接線與一個或多個并行連接的額外通孔與額外金屬線依次串接在一起組成；其中，兩個測試通孔另一端口分別通過測試引線單元與外置測試儀器相連。

優(yōu)選地，上述測試結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩個測試引線單元中的連接線的長度小于等于10μm。

優(yōu)選地，上述測試結(jié)構(gòu)內(nèi)的額外金屬線與測試金屬線為相同材料，且額外金屬線線寬或截面積大于等于測試金屬線。

優(yōu)選地，上述測試結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個或多個并行連接的額外通孔的截面積大于等于所述測試金屬線。

為達成上述目的，本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：