[發明專利]金屬電遷移測試結構及使用該結構的金屬電遷移測試方法

在審

• 申請號: 201810228231.6
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108447797A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 王志強;韓坤
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 鄧曄

本發明涉及金屬電遷移測試結構及使用該結構的金屬電遷移測試方法，該金屬電遷移測試結構包括：位于相同層的至少兩條待測目標金屬線；以及位于待測目標金屬線的相鄰層的至少一條連接用金屬線。利用連接用金屬線經由通孔使待測目標金屬線串聯連接，并對連接用金屬線的長度進行設置，以使得在進行金屬電遷移測試時，由待測目標金屬線和連接用金屬線串聯而成的串聯電路的電阻值發生跳變。

技術領域

本發明涉及半導體金屬電遷移測試技術領域，尤其涉及一種金屬電遷移測試結構及使用該結構的金屬電遷移測試方法。

背景技術

近年來，隨著半導體器件尺寸越來越小，集成度越來越高，對半導體器件可靠性的研究也變得越來越重要，而電遷移(Electromigration)現象是影響可靠性的主要失效機理之一。電遷移現象是指半導體器件中的集成電路工作時金屬線內部有電流通過，在電流的作用下金屬離子產生物質運輸的現象。由此，金屬線的某些部位會因該電遷移現象而出現空洞(Void)，進而發生斷路，而某些部位會因該電遷移現象而出現小丘(Hillock)，進而造成電路短路。

在半導體器件集成度越來越高的情況下，金屬互連線變得更細、更窄、更薄，電流密度不斷增加，電遷移現象越來越嚴重。圖1為典型的電遷移失效結果，示出了銅互連線因電遷移現象而出現空洞。圖1中，L1為覆蓋層，L2為阻擋層，C為銅互連線，V為因銅互連線中出現電遷移失效現象而產生的空洞。

在集成電路工藝開發階段，可靠性評估是工藝開發是否成功評估的重要一環，而針對上述電遷移現象的電遷移測試是后段工藝評估中重要性高、耗時長、成本較高的一項必不可少的測試。

現有技術中，電遷移測試通常使用四端法的開爾文(Kelvin)結構，利用該結構測量單條待測金屬線的阻值變化閾值點，由此來獲得電遷移失效壽命。但是，上述通常所使用的電遷移測試結構每次只能對一條待測金屬線進行評估，抽樣能力有限。

如果要獲得能夠真實反映樣品的實際壽命的失效時間分布，那么就需要大量的測試樣品。然而，隨著測試樣品數量的不斷增加，測試周期將會大幅延長，測試成本大幅提高，從而導致整個電遷移測試的效率下降。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于，在工藝開發階段，提供一種金屬電遷移測試結構及使用該結構的金屬電遷移測試方法，能夠在不增加測試成本、不延長測試周期的情況下高效率、低成本地獲得高精度的測試結果。

本發明涉及一種金屬電遷移測試結構，包括：

位于相同層的至少兩條待測目標金屬線；以及

位于所述待測目標金屬線所在層的不同層、且經由通孔使所述待測目標金屬線彼此串聯連接的至少一條連接用金屬線，

在進行金屬電遷移測試時，所述連接用金屬線的長度能夠使所述待測目標金屬線和所述連接用金屬線串聯而成的串聯電路的電阻值發生跳變。

優選為，所述金屬電遷移測試在恒定溫度和恒定電流條件下進行。

優選為，所述連接用金屬線位于所述待測目標金屬線的相鄰層。

優選為，所述連接用金屬線位于所述待測目標金屬線的上一層和/或下一層。

優選為，所述連接用金屬線為兩條以上。

優選為，所述兩條以上的所述連接用金屬線中的一部分所述連接用金屬線位于所述待測目標金屬線的上一層，另一部分所述連接用金屬線位于所述待測目標金屬線的下一層。

優選為，所述連接用金屬線的長度小于等于100μm。

優選為，所述待測目標金屬線的寬度為1nm～100μm，和/或所述待測目標金屬線的長度大于等于100μm。

優選為，所述待測目標金屬線的材料為銅或鋁。