金屬互連線電遷移的測試結構及方法
2023-06-15 13:13:36
專利名稱：金屬互連線電遷移的測試結構及方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件可靠性的測試結構，尤其是一種金屬互連線電遷移的測試結構。本發明還涉及一種金屬互連線電遷移的測試方法。
背景技術：
金屬互連線的電遷移是微電子器件中主要的失效機理之一，電遷移造成金屬互連線的開路和短路，使器件漏電流增加。在器件尺寸向亞微米、深亞微米發展後，金屬互連線的寬度也不斷減小，電流密度不斷增加，更易於因發生電遷移現象而失效。因此，隨著工藝的進步，金屬互連線電遷移的評價就備受重視。但是，傳統的電遷移評價方法需要對樣品劃片後進行封裝測試，消耗矽片，在評價過程中需用到額外的烘箱作為提高環境溫度的加熱源，從而增加了評價成本，並且從封裝到評價完成需要幾周時間，這就使我們不可能對金屬互連線的質量進行在線實時監控。因此，我們迫切希望得到一種快速的金屬互連線電遷移評價結構，在得到與傳統封裝測試結果有相當好的一致性的前提下，大幅提高測試效率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種金屬互連線電遷移的測試結構及方法，不需要因在劃片後進行封裝測試而消耗矽片，並且能夠縮短測試時間，提高測試效率，實時監控工藝變化對金屬互連線電遷移的影響，且不增加額外的成本。
為解決上述技術問題，本發明金屬互連線電遷移的測試結構的技術方案是，包括金屬線圈、互連線測試結構和溫度監控電阻，所述互連線測試結構和所述溫度監控電阻均為條狀結構，所述互連線測試結構和所述溫度監控電阻相互平行且並排設置，所述金屬線圈包圍在所述互連線測試結構與所述溫度監控電阻周圍。
本發明金屬互連線電遷移的測試方法的技術方案是，包括如下步驟(1)測出溫度監控電阻的溫度電阻係數，測出金屬互連線測試結構、溫度監控電阻、金屬線圈的初始電阻；(2)改變金屬線圈的電流；(3)監測溫度監控電阻的阻值變化，通過溫度監控電阻的溫度電阻係數，將溫度監控電阻的阻值變化轉化成溫度的變化；(4)判斷是否達到設定溫度，如果沒有達到，轉到步驟(2)；(5)如果達到設定溫度，則在互連線測試結構上加一恆定電流；(6)監測互連線測試結構的電阻變化，並記錄時間；(7)判斷是否達到失效標準，如果沒有達到，轉到步驟(6)；(8)如果達到失效標準，輸出失效時間。
本發明通過上述結構和方法，使得對金屬互連線電遷移的評價不需要因在劃片後進行封裝測試而消耗矽片，從而大大的降低了成本，並且縮短了測試時間，提高了測試效率，可以實時監控工藝變化對金屬互連線電遷移的影響。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明金屬互連線電遷移的測試結構的示意圖；圖2為本發明金屬互連線電遷移的測試方法的流程圖。
具體實施例方式
隨著現代集成電路晶片的集成度的提高，金屬互連線的長度及其互連層次逐漸增加，金屬互連線本身的線寬越來越窄，通過金屬線的電流密度也越來越大，因此這樣的器件就更易於發生電遷移的現象。一種快速，高效的金屬互連線電遷移的評價結構可以有效的監控金屬互連線的可靠性，並及時將有關情況反饋給生產線，使相關工藝步驟加強控制，以獲得高質量、高可靠性產品。
本發明金屬互連線電遷移的測試結構如圖1所示，包括金屬線圈1、互連線測試結構2和溫度監控電阻3，所述互連線測試結構2和所述溫度監控電阻3均為條狀結構，所述互連線測試結構2和所述溫度監控電阻3相互平行且並排設置，所述金屬線圈1包圍在所述互連線測試結構2與所述溫度監控電阻3周圍。所述金屬線圈1為「日」字形，所述互連線測試結構2和溫度監控電阻3分別位於金屬線圈內的兩個空隙中。所述金屬線圈1上每隔一段距離設有一個節點，該距離可以是10微米，以防止加熱用金屬線圈產生電遷移。所述互連線測試結構2為開爾文結構的電阻。所述互連線測試結構2的長度大於110微米，寬度在6微米到8微米之間。所述金屬互連線電遷移的測試結構在半導體器件的金屬層上。所述金屬線圈1、互連線測試結構2和溫度監控電阻3採用相同的材料。
本發明利用上述結構實現的金屬互連線電遷移的測試方法，包括如下步驟(1)測出溫度監控電阻的溫度電阻係數，測出金屬互連線測試結構、溫度監控電阻、金屬線圈的初始電阻；(2)改變金屬線圈的電流；(3)監測溫度監控電阻的阻值變化，通過溫度監控電阻的溫度電阻係數，將溫度監控電阻的阻值變化轉化成溫度的變化；(4)判斷是否達到設定溫度，如果沒有達到，轉到步驟(2)；(5)如果達到設定溫度，則在互連線測試結構上加一恆定電流；(6)監測互連線測試結構的電阻變化，並記錄時間；(7)判斷是否達到失效標準，如果沒有達到，轉到步驟(6)；(8)如果達到失效標準，輸出失效時間。
本發明通過上述結構，在金屬互連線測試結構周圍加上一圈金屬線圈，給金屬線圈上通以一定的電流，由於金屬的熱阻係數較低，加在金屬線圈上的功率大多數以熱量的形式散發到環境中，從而達到提高金屬互連線測試結構周圍環境溫度的作用，其作用等效於傳統方式中烘箱的作用，但可以提供遠高於烘箱所能提供的環境溫度，從而能加速金屬互連線電遷移的發生，縮短評價的時間。利用本發明的測試結構及方法可以在半導體參數測試儀上快速的進行金屬互連線電遷移的評價，其所用時間通常為幾十秒，得到的結果和用傳統封裝測試結果有相當好的一致性。該結構同時可以放在劃片槽內，與普通的電學參數一同測試，不需要劃片封裝，可以有效的節約成本，且能實時監控生產工藝的變化對金屬電遷移的影響。
權利要求
1.一種金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，包括金屬線圈、互連線測試結構和溫度監控電阻，所述互連線測試結構和所述溫度監控電阻均為條狀結構，所述互連線測試結構和所述溫度監控電阻相互平行且並排設置，所述金屬線圈包圍在所述互連線測試結構與所述溫度監控電阻周圍。
2.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述金屬線圈為「日」字形，所述互連線測試結構和溫度監控電阻分別位於金屬線圈內的兩個空隙中。
3.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述金屬線圈上每隔一段距離設有一個節點。
4.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述金屬線圈上每隔10微米設有一個節點。
5.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述互連線測試結構為開爾文結構的電阻。
6.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述互連線測試結構的長度大於110微米，寬度在6微米到8微米之間。
7.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述金屬互連線電遷移的測試結構在半導體器件的金屬層上。
8.根據權利要求1所述的金屬互連線電遷移的測試結構，其特徵在於，所述金屬線圈、互連線測試結構和溫度監控電阻採用相同的材料。
9.利用權利要求1所述的測試結構實現的金屬互連線電遷移的測試方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)測出溫度監控電阻的溫度電阻係數，測出金屬互連線測試結構、溫度監控電阻、金屬線圈的初始電阻；(2)改變金屬線圈的電流；(3)監測溫度監控電阻的阻值變化，通過溫度監控電阻的溫度電阻係數，將溫度監控電阻的阻值變化轉化成溫度的變化；(4)判斷是否達到設定溫度，如果沒有達到，轉到步驟(2)；(5)如果達到設定溫度，則在互連線測試結構上加一恆定電流；(6)監測互連線測試結構的電阻變化，並記錄時間；(7)判斷是否達到失效標準，如果沒有達到，轉到步驟(6)；(8)如果達到失效標準，輸出失效時間。
全文摘要
本發明公開了一種金屬互連線電遷移的測試結構，包括金屬線圈、互連線測試結構和溫度監控電阻，所述互連線測試結構和所述溫度監控電阻均為條狀結構，並且相互平行且並排設置，所述金屬線圈包圍在所述互連線測試結構與所述溫度監控電阻周圍。本發明還公開了一種利用上述結構實現的金屬互連線電遷移的測試方法，先給金屬線圈通電流使互連線測試結構周圍溫度達到設定溫度，然後給互連線測試結構通恆定電流，並記錄失效時間。本發明對金屬互連線電遷移的評價不需要因在劃片後進行封裝測試而消耗矽片，從而大大的降低了成本，並且縮短了測試時間，提高了測試效率，可以實時監控工藝變化對金屬互連線電遷移的影響。
文檔編號H01L21/66GK1982906SQ20051011141
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月13日 優先權日2005年12月13日
發明者胡曉明, 仲志華, 徐向明 申請人:上海華虹Nec電子有限公司