電遷移的測試結構的製作方法
2023-10-05 19:00:54 2
專利名稱：電遷移的測試結構的製作方法
技術領域：
電遷移的測試結構技術領域[0001]本實用新型涉及一種半導體器件的可靠性測試技術，特別是涉及一種電遷移對導體可靠性的測試技術。
背景技術：
[0002]電遷移(electromigration)是一種由於導體中離子的逐步運動而導致的物質 (material)轉移現象，其內在機理是導電電子與擴散的金屬原子之間的動量(momentum) 轉移。對於存在高直流電流密度(high directcurrent densities)的場合，例如微電子領域中，電遷移效應非常關鍵。隨著集成電路產品的尺寸不斷減小，電遷移效應的現實意義不斷增加。[0003]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(activated ion)，這會導致該離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量的原子遠離它們的原始位置。電遷移會導致導體(尤其是狹窄的導線)中出現斷裂(break)或缺口 (gap)阻止電的流動，這種缺陷被稱為空洞(void)或內部失效(internal failure)，即開路。電遷移還會導致一個導體中的原子堆積(Pile up)並向鄰近導體漂移(drift)形成意料之外的電連接，這種缺陷被稱為小丘失效(hillockfailure)或晶須失效(whisker failure)，即短路。上述兩類缺陷都會引起電路故障。[0004]在一定溫度和電流的加速條件下，金屬線中的電遷移現象必然發生，表現為金屬線的負極一端出現空洞，這會導致金屬線的電阻變大甚至開路。[0005]對金屬線進行電遷移測試就是在高溫下對金屬線加一個直流電流，同時觀察金屬線的電阻變化，直到電阻發生一定變化後記錄下失效時間。然後一方面運用統計方法和電遷移壽命模型推算金屬線的壽命；另一方面還用光學顯微鏡來確定失效點位置，即金屬線表面或內部產生空洞的位置，並進行後續的FIB (incused Ion Beam，聚焦粒子束)分析。[0006]現有的電遷移的測試結構如圖1所示，包括[0007]待測試的金屬線10 ；[0008]兩個電源端Force) 11，是從所述金屬線10的兩端各連出的一個焊墊O^d，又稱焊盤、壓焊塊)，連接直流電流提供設備；[0009]兩個測量端12，是從所述金屬線10的兩端各連出的一個焊墊，連接電阻測量設備。[0010]FIB系統常被稱為「聚焦離子束電子顯微鏡」，它是用聚焦後的鎵正離子束(Ga2+) 作為入射粒子(或叫一次離子)撞擊樣品表面，產生的二次電子和二次離子被收集並成像， 也可利用離子束的物理碰撞來實現對樣品的切割或研磨。FIB系統的常見用途有斷面精細切割、成像(包括電壓襯度像)、透射電鏡制樣、線路修復等。[0011]現有的電遷移測試方法中，所述「FIB分析」主要指FIB系統的斷面精細切割和成像功能，即利用離子束的物理碰撞對金屬線進行切割形成斷面並加以觀察分析。由於FIB 分析是顯微分析技術，其要求切割的位置指定明確(例如已定位的失效點)。[0012]現有的電遷移測試方法中，金屬線表面的空洞非常容易通過光學顯微鏡找到失效點，對於後續的FIB分析可以迅速定位。但是產生的空洞如果是在金屬線內部，則很難通過光學顯微鏡找到失效點，對後續的FIB分析不能提供失效點位置，FIB系統就必須一點點推進進行「斷面精細切割」尋找失效點，造成資源的浪費和增加失效分析的難度。實用新型內容[0013]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種電遷移的測試結構，可以迅速確定出失效點的位置。[0014]為解決上述技術問題，本實用新型電遷移的測試結構包括[0015]待測試的金屬線；[0016]兩個電源端(Force)，是從所述金屬線兩端各連出的一個焊墊(I^ad，又稱焊盤、壓焊塊)，連接直流電流提供設備；[0017]多個測量端，所述金屬線被均勻劃分為多段，每個金屬線分段的兩端都各連出一個焊墊作為測量端，每個金屬線分段兩端的測量端連接電阻測量設備。[0018]所述焊墊及其與所述金屬線之間的連線均為金屬。[0019]每個金屬線分段的長度均為50微米。[0020]在一個實施例中，相鄰的金屬線分段的測量端是相互獨立的兩個測量端。[0021]在另一個實施例中，相鄰的金屬線分段的測量端是共用的一個測量端。[0022]本實用新型電遷移的測試結構可以不通過光學顯微鏡而迅速地確認電遷移失效點位置，精確到某一個金屬線分段。尤其適用於電遷移產生的空洞沒有發生在金屬線表面， 光學顯微鏡很難找到的情況。這就為後續的FIB分析縮小了「斷面精細切割」尋找失效點的範圍和時間，提高了失效分析的效率和成功率。
[0023]圖1是現有的電遷移的測試結構的示意圖；[0024]圖2是本實用新型電遷移的測試結構的一個實施例的示意圖；[0025]圖3是本實用新型電遷移的測試結構的另一個實施例的示意圖。[0026]圖中附圖標記說明[0027]10為待測試的金屬線；IOa IOd分別為金屬線10的分段一 分段四；11為電源端；12為測量端；lhl、12a2為金屬線分段一 IOa兩端的測量端；12bl、12l32為金屬線分段二 IOb兩端的測量端。
具體實施方式
[0028]請參閱圖2，本實用新型電遷移的測試結構的一個實施例包括[0029]待測試的金屬線10 ；[0030]兩個電源端11，就是從所述金屬線10的兩端各連出的一個焊墊；[0031]多個測量端12，所述金屬線10均勻劃分為多段，這裡的劃分不是物理切割，而是虛擬的劃分，圖1中以劃分為四段為例10a、10b、10c、10d。每個金屬線分段的兩端各連出一個測量端12。例如，金屬線分段一 IOa的兩端各連出一個測量端12al、12a2 ；金屬線分段二IOb的兩端各連出一個測量端12bl、12b2。[0032]在圖2所示的實施例中，相鄰的金屬線分段的測量端12相互獨立。例如，金屬線分段一 IOa和金屬線分段二 IOb是相鄰的金屬線分段，但它們的連接處具有兩個相互獨立的測量端12a2、12bl。這樣測量端12總是為2η個，其中η為金屬線10所具有的分段的數量。[0033]兩個電源端11連接直流電流提供設備，例如Qualitau MIRA System。[0034]每個金屬線分段兩端的測量端12連接電阻測量設備，例如HP4156。[0035]所述焊墊11、12及其與金屬線10之間的連線均為金屬。[0036]在一個具體的實施例中，每個金屬線分段的長度為50微米。[0037]本實用新型所述的電遷移的測試結構在進行電遷移測試時，兩個電源端11提供直流電流流經整根金屬線10。通過每個金屬線分段兩端的測量端12，實時監測記錄每個金屬線分段電阻值的變化，從而確認電子遷移失效點的位置。例如，當電阻測量設備發現某一個金屬線分段的電阻值變大20%，就可判斷該金屬線分段中存在失效點。特別是針對那些電子遷移造成的空洞不發生在金屬線10的表面，而是發生在金屬線10的內部而不能通過光學顯微鏡找到位置的情況下，本實用新型可以將失效點的範圍縮小到某一個金屬線分段之中，從而為後續FIB分析縮小了範圍，大大縮短了 FIB分析尋找失效點位置的時間，提高了失效分析的成功率。[0038]圖3是本實用新型電遷移的測試結構的另一個實施例。其與圖2所示實施例的區別是相鄰的金屬線分段的測量端12共用。例如，金屬線分段一 IOa和金屬線分段二 IOb 是相鄰的金屬線分段，它們的連接處具有一個共用的測量端12a2、12bl。這樣測量端12總是為n+1個，其中η為金屬線10所具有的分段的數量。[0039]當然，在其他實施例中，部分相鄰的金屬線分段的測量端12可以相互獨立，部分相鄰的金屬線分段的測量端12可以共用。[0040]以上僅為本實用新型的優選實施例，並不用於限定本實用新型。對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種電遷移的測試結構，其特徵是，包括 待測試的金屬線；兩個電源端，是從所述金屬線兩端各連出的一個焊墊，連接直流電流提供設備； 多個測量端，所述金屬線被均勻劃分為多段，每個金屬線分段的兩端都各連出一個焊墊作為測量端，每個金屬線分段兩端的測量端連接電阻測量設備。
2.根據權利要求1所述的電遷移的測試結構，其特徵是，所述焊墊及其與所述金屬線之間的連線均為金屬。
3.根據權利要求1所述的電遷移的測試結構，其特徵是，每個金屬線分段的長度均為 50微米。
4.根據權利要求1所述的電遷移的測試結構，其特徵是，相鄰的金屬線分段的測量端是相互獨立的兩個測量端。
5.根據權利要求1所述的電遷移的測試結構，其特徵是，相鄰的金屬線分段的測量端是共用的一個測量端。
專利摘要本實用新型公開了一種電遷移的測試結構，包括待測試的金屬線；兩個電源端，是從所述金屬線兩端各連出的一個焊墊，連接直流電流提供設備；多個測量端，所述金屬線被均勻劃分為多段，每個金屬線分段的兩端都各連出一個焊墊作為測量端，每個金屬線分段兩端的測量端連接電阻測量設備。本實用新型電遷移的測試結構可以不通過光學顯微鏡而迅速地確認電遷移失效點位置，精確到某一個金屬線分段。從而為後續的FIB分析縮小了「斷面精細切割」尋找失效點的範圍和時間，提高了失效分析的效率和成功率。
文檔編號H01L23/544GK202281810SQ201120331128
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者廖炳隆, 符海麗, 範曾軼, 馬翔 申請人:上海華虹Nec電子有限公司