電子遷移率測試結構的製作方法

2023-07-26 15:46:01 1

專利名稱：電子遷移率測試結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種電子遷移率的 測試結構。
背景技術：
在如此大規模的集成電路中，器件之間高可靠、高密度的連接不僅 要在單層中進行，而且需要在多層互連層之間進行，通常利用互連層中 的導線和互連層之間的金屬連接孔對半導體器件的進行連接。圖l為半導體器件和互連結構簡化示意圖。如圖1所示，半導體器件製造的後段(back end of line, BEOL )工藝在具有金屬氧化物半導體(MOS)電晶體的襯 底表面沉積金屬前介電層(pre-metal dielectric, PMD) 。 PMD層中的金 屬連接孔將MOS電晶體連接至上層互連層。通常PMD層上具有若干層互 連層，每層互連層中都具有金屬導線IO，各互連層中的金屬導線10通過 互連層之間介質層中的金屬連接孔20進行連接。MOS電晶體通過這些互 連層中的導線10和金屬連接孔20互相連接從而形成具有特定功能的半導 體器件。金屬導線10和金屬連接孔20的電連接性能直接影響半導體器件的 性能，特別是金屬連接孔20，其導電性能對金屬導線IO之間的可靠互連 起著致關重要的作用。單個連接孔是熱應力和電應力較為集中的地方， 易出現缺陷(defect)，尤其對於亞微米器件中孔徑極微小的連接孔。通 常通過檢測電子遷移率來測試金屬連接孔20的導電性能。圖2和圖3為現有電子遷移率測試結構示意圖，如圖2和圖3所示， 金屬導線100通過金屬連接孔150連接至金屬導線200,導線200再通過 金屬連接孔250和260連接至金屬導線300。測試時，在1端和2端施加 電壓，電子e產生移動，其運動方向如圖中箭頭方向所示。由於圖2和 圖3中所示測試結構施加的電壓極性相反，因此圖2和圖3中所示的電
子e運動方向相反。通過檢測1端和2端之間的電阻可以測得電子遷移 率。現有這種測試結構中，在1端和2端之間施加電壓測量1端和2端 之間的電阻值，隨著電壓值的增加，當電阻值出現異常時，由於連接孔 150與250和260是串聯的關係，無法對連接孔進行單獨測試，不能準確 定位故障連接孔。實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種電子遷移率的測試結構，能夠對金 屬連接孔進行單獨測試並能夠準確定位出現故障的連接孔。為達到上述目的，本實用新型提供了一種電子遷移率的測試結構， 所述測試結構具有第一測試端(1)和第二測試端(2)，所述第一測試 端(1)和第二測試端(2)之間包括第一導線(100)、第二導線(200) 和第三導線(300),所述第一導線(100)和第二導線(200)之間通過 第一連接孔(150)相連，所述第二導線(200)和第三導線(300)之 間通過至少兩個第二連接孔(250、 260)相連，所述第一測試端(1) 通過第一導線(IOO)、第一連接孔(150)、第二導線(200)、至少兩個 第二連接孔(250、 260)和第三導線(300)電連接至第二測試端(2), 其特徵在於所述測試結構還包括第四導線(110)和第五導線(210)， 所述第四導線(110)與所述第一導線(100 )相連，所述第五導線(210 ) 與所述第二導線(200)相連。所述第四導線(IIO)和所述第一導線(IOO)與所述第一連接孔(150) 連接的端部相連。所述第五導線(210 )和所述第二導線(200 )與所述第一連接孔 連"l妻的端部相連。所述測試結構還包括第六導線(220)，所述第六導線(220)與所 述第二導線(200)相連。所述第六導線(220 )和所述第二導線(200 )與所述第一連接孔(l50 ) 連接的端部相連。本實用新型提供了另一種電子遷移率的測試結構，所述測試結構具 有第一測試端(1 )和第二測試端(2),所述第一測試端(1 )和第二測試端(2 )之間包括第一導線(100 )、第二導線(200 )和第三導線(300 ), 所述第一導線(100)和第二導線(200)之間通過第一連接孔(150) 相連，所述第二導線(200)和第三導線(300)之間通過至少兩個第二 連接孔(250、 260)相連，所述第一測試端(1 )通過第一導線(100)、 第一連接孔(150)、第二導線(200)、至少兩個第二連接孔(250、 260) 和第三導線(300)連接至第二測試端(2),其特徵在於所述測試結 構還包括第四導線(110)、第五導線(210)和第六導線(220)，所述 第四導線(110)與所述第一導線(100)相連，所述第五導線(210) 與所述第二導線(200 )相連，所述第六導線(220 )與所述第二導線(200 ) 相連。所述第四導線(IIO)和所述第一導線(IOO)與所述第一連接孔(150) 連接的端部相連。所述第五導線(210 )和所述第二導線(200 )與所述第一連接孔(150 ) 連接的端部相連。所述第六導線(220 )和所述第二導線(200 )與所述第一連接孔(150 ) 連接的端部相連。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型的電子遷移率測試結構在原有測試結構的基礎上，對單 個連接孔增加了單獨測試導線，可以在4t測包括連接孔和導線的測試結 構的電子遷移率時對連接孔單獨進行測試。因此，能夠準確測量單個連 接孔對熱應力和電應力的承受能力，準確定位電阻值出現故障的連接 孔，而且不影響對整個測試結構的測量結果。


通過附圖中所示的本實用新型的優選實施例的更具體說明，本實用 新型的上述及其它目的、特徵和優勢將更加清晰。附圖中相同的部件使 用了相同的附圖標記。附圖並未刻意按比例繪製，重點在於示出本實用 新型的主旨。在附圖中，為清楚起見，放大了層和區域的厚度。圖1為半導體器件和互連結構簡化示意圖； 圖2和圖3為現有電子遷移率測試結構示意圖； 圖4為根據本實用新型實施例的電子遷移率測試結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面 結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本實用新型。 但是本實用新型能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域用新型不受下面公開的具體實施的限制。圖4為才艮據本實用新型實施例的電子遷移率測試結構示意圖。本實 用新型的電子遷移率測試結構可以根據實際晶片布局情況設置在晶片 的任何一個測試區域的特定層中。形成這種結構的工藝，包括金屬連接 孔150、 250和260的形成工藝、金屬導線100、 200和300的形成工藝， 與器件中的金屬連接孔和金屬導線的形成工藝完全相同，因此其測試結 果具有代表性。如圖4所示，本實用新型的電子遷移率測試結構具有測 試端1和測試端2，測試端1和測試端2之間包括導線100、導線200 和導線300,其中導線100和導線200之間通過連接孔150相連，導線 200和導線300之間通過至少兩個連接孔250和260相連，測試端1通 過導線100、連接孔150、導線200、連接孔250和260以及導線300 連接至測試端2。此外，本實用新型的電子遷移率測試結構還包括導線 110和導線210,還可以包括導線220，其中導線IIO與導線IOO相連，
導線210與導線200相連，導線220與導線200相連。4艮據本實用新型， 導線110和導線100的與連接孔150連4妄的端部相連；導線210和導線 200的與連4妄孔150連4妻的端部相連；導線220和導線200的與連接孔 150連4^的端部相連。測試時，在1端和2端施加電壓，電子e產生移動，其運動方向如 圖中箭頭方向所示。通過4企測1端和2端之間的電阻可以測得電子遷移 率。在常規測試時，1端和2端施加正常範圍的電壓值以測試1端和2 端之間的電子遷移率。通常為了測試連接孔和導線的可靠性，需要進行 典型試驗，即加大1端和2端電壓至器件設計參數的極限電壓值，以考 驗連接孔150、 250和260極限電壓值下對熱應力和電應力的承受能力。 在典型試驗的情況下，單個連接孔150的熱應力和電應力較為集中，易 出現缺陷(defect)。本實用新型的測試結構，可以通過測量 端和 端 之間的電阻來單獨測試連接孔150的電阻變化，從而測量其電子遷移率， 進而確定其對極限熱應力和電應力的承受能力。或者通過測量②端和④ 端的電阻，以及①端和③端的電阻，②端和③端的電阻，均可以單獨對 連接孔150的性能進行測試。此外還可以利用四線制的測量方法，即測 量①和②端與③端和④端之間的電阻來獲得更加準確的連^^妄孔150的電 阻值。本實用新型能夠準確測量單個連接孔150對熱應力和電應力的承 受能力，準確定位電阻值出現故障的連接孔，例如150。而且上述測試 過程並不影響對整個測試結構的測試端1和2之間的電子遷移率測量結 果。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型 作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而 並非用以限定本實用新型。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本實 用新型技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本 實用新型技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等
效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用 新型的技術實質對以上實施例所做的任何筒單修改、等同變化及修飾， 均仍屬於本實用新型技術方案保護的範圍內。
權利要求1、 一種電子遷移率的測試結構，所述測試結構具有第一測試端(1 )和第二測試端(2)，所述第一測試端(1 )和第二測試端(2)之間包括 第一導線(100)、第二導線(200)和第三導線(300)，所述第一導線(100)和第二導線(200)之間通過第一連接孔(150)相連，所述第 二導線(200)和第三導線(300)之間通過至少兩個第二連接孔(250、 260)相連,所述第一測試端(1 )通過第一導線(100)、第一連接孔(150)、 第二導線(200)、至少兩個第二連接孔(250、 260)和第三導線(300) 電連接至第二測試端(2),其特徵在於所述測試結構還包括第四導線(110)和第五導線(210 ),所述第四導線(110 )與所述第一導線(100 ) 相連，所述第五導線(210)與所述第二導線(200)相連。
2、 如權利要求1所述的測試結構，其特徵在於所述第四導線(110) 和所述第一導線(100)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
3、 如權利要求1所述的測試結構，其特徵在於所述第五導線(210) 和所述第二導線(200)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
4、 如權利要求1所述的測試結構，其特徵在於所述測試結構還 包括第六導線(220)，所述第六導線(220)與所述第二導線(200)相連。
5、 如權利要求4所述的測試結構，其特徵在於所述第六導線(220 ) 和所述第二導線(200)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
6、 一種電子遷移率的測試結構，所述測試結構具有第一測試端(1 ) 和第二測試端(2)，所述第一測試端(1)和第二測試端(2)之間包括 第一導線(100)、第二導線(200)和第三導線(300)，所述第一導線(100)和第二導線(200)之間通過第一連接孔(150)相連，所述第 二導線(200)和第三導線(300)之間通過至少兩個第二連接孔(250、 260)相連，所述第一測試端(1 )通過第一導線(100)、第一連接孔(150)、 第二導線(200)、至少兩個第二連接孔(250、 260)和第三導線(300) 連接至第二測試端(2),其特徵在於所述測試結構還包括第四導線 (110)、第五導線(210)和第六導線(220)，所述第四導線(110)與 所述第一導線(100 )相連，所述第五導線(210 )與所述第二導線(200 ) 相連，所述第六導線(220)與所述第二導線(200)相連。
7、 如權利要求6所述的測試結構，其特徵在於所述第四導線(110) 和所述第一導線(100)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
8、 如權利要求6所述的測試結構，其特徵在於所述第五導線(210 ) 和所述第二導線(200)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
9、 如權利要求6所述的測試結構，其特徵在於所述第六導線(220 ) 和所述第二導線(200)與所述第一連接孔(150)連接的端部相連。
專利摘要一種電子遷移率的測試結構，具有第一測試端和第二測試端，所述第一測試端和第二測試端之間包括第一導線、第二導線和第三導線，第一導線和第二導線之間通過第一連接孔相連，第二導線和第三導線之間通過至少兩個第二連接孔相連，第一測試端通過第一導線、第一連接孔、第二導線、至少兩個第二連接孔和第三導線電連接至第二測試端，其特徵在於還包括第四導線和第五導線，第四導線與所述第一導線相連，第五導線與所述第二導線相連。本實用新型的電子遷移率測試結構對單個連接孔增加了單獨測試導線，可以在檢測包括連接孔和導線的測試結構的電子遷移率時對連接孔單獨進行測試。因此，能夠準確測量單個連接孔對熱應力和電應力的承受能力，準確定位電阻值出現故障的連接孔，而且不影響對整個測試結構的測量結果。
文檔編號H01L23/544GK201022075SQ200620162628
公開日2008年2月13日 申請日期2006年12月28日 優先權日2006年12月28日
發明者寧先捷 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司