電遷移測試結構的製作方法
2023-10-05 18:55:19 2
電遷移測試結構的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種電遷移測試結構，在現有的電遷移測試結構的基礎上，於被測試導線上下表面間距預定距離的布線層形成兩條監測線，用以監控及測量由電遷移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
【專利說明】電遷移測試結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種電遷移測試結構。
【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轉移現象，其是由導電電子與擴散的金屬原子之間的動量轉移導致的。當電遷移發生時，一個運動電子的部分動量轉移到鄰近的激活離子，這會導致該離子離開原始位置。當電流密度較大時，電子在靜電場力的驅動下從陰極向陽極定向移動形成電子風(electron wind),進而會引起龐大數量的原子遠離它們的原始位置。隨著時間推移，電遷移會導致導體，尤其是狹窄的導線中出現斷裂或缺口進而導致阻止電的流動，這種缺陷被稱為空洞(void)或內部失效，即開路。電遷移還會導致導體中的原子堆積並向鄰近導體漂移形成突起物(hillock)，產生意外的電連接，即短路。隨著半導體集成電路器件的特徵尺寸不斷減小，金屬互連線的尺寸也不斷減小，從而導致電流密度不斷增加，由電遷移造成的器件失效更為顯著。
[0003]為了監控半導體器件中的電遷移，現有技術通常在半導體器件中或晶圓的切割道中設置電遷移測試結構來監控電遷移對半導體器件的影響。如圖1所示的現有技術中電遷移測試結構示意圖，該電遷移測試結構包括被測試導線LI (為方便顯示其結構，層間介質層未示出)，與所述被測試導線LI位於同一布線層的短路監控線L2，以及位於另一布線層的檢測導線L3和L4 ;其中，短路監控線L2包括一個漏電流測量端E1，檢測導線L3包括電流端SI和電壓端Fl，檢測導線L4包括測試電流端S2和電壓端F2，且檢測導線L3下表面通過通孔Vl與被測試導線LI的一端上表面連接，檢測導線L4下表面通過通孔V2與被測試導線LI的另一端上表面連接。使用該電遷移測試結構時，通過檢測導線L3和L4的電流端SI和S2對被測試導線LI施加電流，使被測試導線LI產生電遷移，通過電壓端Fl和F2進行電壓測量，並計算得到電阻，通過電阻的變化判斷被測試導線LI是否產生開路失效；當被測試導線LI發生電遷移進而產生突起物後，隨著突起物的逐漸增大，其邊緣會與短路監控線L2接觸，進而導通短路監控線L2，因此，通過測量短路監控線L2的漏電流測量端El的電流即可檢測被測試導線LI是否發生短路失效。
[0004]但是，基於現有技術的電遷移測試結構，由於短路監控線L2與被測試導線LI處於同一層，因此，被測試導線LI產生的突起物只有在長度(圖1中的X方向)或寬度(圖1中的y方向)上與短路監控線L2接觸時才能通過漏電流測量端El判斷被測試導線LI短路失效，而對被測試導線LI產生的突起物高度超過限制於其他臨近金屬線層發生短路失效則無法測量，因此，現有技術中的電遷移測試結構存在缺陷。
【發明內容】
[0005]有鑑於此，本發明提供了一種電遷移測試結構，以解決現有電遷移測試結構無法測量與臨近金屬線層發生短路失效的問題。[0006]本發明採用的技術手段如下:一種電遷移測試結構，包括位於第一布線層的被測試導線和第一短路監測線、位於第一布線層之上的第二布線層的兩條檢測導線；
[0007]所述兩條檢測導線中的每一條均包括電流端和電壓端，並且所述兩條檢測導線分別通過一個第一接觸孔與被測試導線電連接，
[0008]所述第一短路監測線包括一個漏電流測量端；所述第一短路監測線封閉環繞所述被測試導線，且所述第一短路監測線內邊緣與對應的被檢測導線邊緣的間距皆為第一距離；
[0009]其中，所述電遷移測試結構還包括位於第三布線層的所述第二短路監測線和位於第四布線層的所述第三短路監測線；所述第三布線層位於第一布線層和第二布線層之間，所述第四布線層位於第一布線層之下；所述第二短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的上表面，且所述第二短路監測線下表面與所述第一短路監測線的最小距離為第一間距，所述第一接觸孔與所述第二短路監測線絕緣設置；所述第三短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的下表面，且所述第三短路監測線的上表面與所述第一短路監測線的下表面的最小距離為第一間距；所述第二短路監測線和第三短路監測線通過第二接觸孔與第一短路監測線電連接。
[0010]進一步，所述第二短路監測線還包括與兩個所述第一接觸孔位置對應的兩個絕緣孔，每個所述第一接觸孔穿過其對應的所述絕緣孔與被測試導線電連接，且每個所述第一接觸孔的外表面與該第一接觸孔對應的絕緣孔的內表面之間的距離大於第一間距。
[0011]進一步，兩個所述第一接觸孔包括位於第二短路監測線上表面之上的第一部分和第二短路監測線下表面之下的第二部分，所述第一部分和第二部分通過位於所述絕緣孔中的墊片連接；所述墊片的外表面與對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小於第一間距。
[0012]進一步，所述第一間距的大小由集成電路最小設計規則確定。
[0013]採用本發明所提供的電遷移測試結構，在現有的電遷移測試結構的基礎上，於被測試導線上下表面間距預定距離的布線層形成兩條監測線，用以監控及測量由電遷移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為現有技術中電遷移測試結構的典型結構示意圖；
[0015]圖2為本發明一種電遷移測試結構的示意圖；
[0016]圖3為圖2的主視圖。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。
[0018]如圖2和圖3所示，並結合圖1，本發明提供了一種電遷移測試結構，包括:
[0019]位於第一布線層的被測試導線LI和第一短路監測線L2、位於第一布線層之上的第二布線層的兩條檢測導線L3和L4 ；
[0020]檢測導線L3包括電流端SI和電壓端F1，並且檢測導線L3通過一個第一接觸孔Vl與被測試導線LI電連接；檢測導線L4包括電流端S2和電壓端F2，並且檢測導線L4通過另一個第一接觸孔V2與被測試導線電連接；
[0021]第一短路監測線L2包括一個漏電流測量端El，漏電流測量端El由第一短路監測線L2在第一布線層中延伸出的端部構成；第一短路監測線L2封閉環繞被測試導線LI，且第一短路監測線L2內邊緣與對應的被檢測導線dl邊緣的間距皆為第一距離dl ；
[0022]電遷移測試結構還包括位於第三布線層的第二短路監測線L5和位於第四布線層的第三短路監測線L6 ;第三布線層位於第一布線層和第二布線層之間，第四布線層位於第一布線層之下；
[0023]其中，第二短路監測線L5覆蓋第一短路監測線LI的上表面，且第二短路監測線L5下表面與第一短路監測線L2的最小距離為第一間距dl，第一接觸孔Vl和V2與第二短路監測線L5絕緣設置，作為優選的，在本實施例中採用以下絕緣設置:第二短路監測線L5設置有與兩個第一接觸孔位置Vl和V2對應的兩個絕緣孔Hl和H2，第一接觸孔Vl和V2分別穿過其對應的絕緣孔H1、H2與被測試導線LI電連接，且每個第一接觸孔的外表面與該第一接觸孔對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小於第一間距dl ;作為進一步的方案，為了適用於現有的接觸孔製造工藝，第一接觸孔Vl和V2分別包括位於第二短路監測線L5上表面之上的第一部分Vla和V2a，以及位於第二短路監測線L5下表面之下的Vlb和V2b，而第一部分Vla、V2a和第二部分Vlb、V2b通過位於對應絕緣孔H1、H2中的墊片(未示出)連接，且墊片的外表面與對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小於第一間距dl。
[0024]第三短路監測線L6覆蓋第一短路監測線L2的下表面，且第三短路監測線L6的上表面與第一短路監測線L2的下表面的最小距離為第一間距dl ;第二短路監測線L5和第三短路監測線L6通過第二接觸孔V3與第一短路監測線L2電連接，其中，作為優選的，第二短路監測線L5和第三短路監測線L6通過多個第二接觸孔V3與第一短路監測線L2電連接。
[0025]需要說明的是，在本申請中第一間距dl的大小由集成電路設計中最小規則所確定，作為本領域技術人員公知的，根據不同技術節點，該第一間距dl具有不同的大小。
[0026]使用本發明所提供的電遷移測試結構進行測試時，通過檢測導線L3和L4的電流端SI和S2對被測試導線LI施加電流，使被測試導線LI產生電遷移，通過電壓端Fl和F2進行電壓測量，並計算得到電阻，通過電阻的變化判斷被測試導線LI是否產生開路失效；當被測試導線LI發生電遷移進而產生突起物後，隨著突起物的逐漸增大，在長度(X方向)和寬度(y方向)上，突起物的邊緣與短路監控線L2接觸，或在高度(z方向)上，突起物的邊緣與第二短路監測線L5或第三短路監測線L6接觸，均會導通短路監控線L2，因此，通過測量短路監控線L2的漏電流測量端El的電流即可在三個方向上檢測被測試導線LI是否發生短路失效。
[0027]綜上所述，採用本發明所提供的電遷移測試結構，在現有的電遷移測試結構的基礎上，於被測試導線上下表面間距預定距離的布線層形成兩條監測線，用以監控及測量由電遷移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
[0028]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
【權利要求】
1.一種電遷移測試結構，包括位於第一布線層的被測試導線和第一短路監測線、位於第一布線層之上的第二布線層的兩條檢測導線； 所述兩條檢測導線中的每一條均包括電流端和電壓端，並且所述兩條檢測導線分別通過一個第一接觸孔與被測試導線電連接， 所述第一短路監測線包括一個漏電流測量端；所述第一短路監測線封閉環繞所述被測試導線，且所述第一短路監測線內邊緣與對應的被檢測導線邊緣的間距皆為第一距離； 其特徵在於，所述電遷移測試結構還包括位於第三布線層的所述第二短路監測線和位於第四布線層的所述第三短路監測線；其中，所述第三布線層位於第一布線層和第二布線層之間，所述第四布線層位於第一布線層之下；所述第二短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的上表面，且所述第二短路監測線下表面與所述第一短路監測線的最小距離為第一間距，所述第一接觸孔與所述第二短路監測線絕緣設置；所述第三短路監測線覆蓋所述第一短路監測線的下表面，且所述第三短路監測線的上表面與所述第一短路監測線的下表面的最小距離為第一間距；所述第二短路監測線和第三短路監測線通過第二接觸孔與第一短路監測線電連接。
2.根據權利要求1所述的電遷移測試結構，其特徵在於，所述第二短路監測線還包括與兩個所述第一接觸孔位置對應的兩個絕緣孔，每個所述第一接觸孔穿過其對應的所述絕緣孔與被測試導線電連接，且每個所述第一接觸孔的外表面與該第一接觸孔對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小於第一間距。
3.根據權利要求2所述的電遷移測試結構，其特徵在於，兩個所述第一接觸孔包括位於第二短路監測線上表面之上的第一部分和第二短路監測線下表面之下的第二部分，所述第一部分和第二部分通過位於所述絕緣孔中的墊片連接；所述墊片的外表面與對應的絕緣孔的內表面之間的距離不小於第一間距。
4.根據權利要求1至3任一項所述的電遷移測試結構，其特徵在於，所述第一間距的大小由集成電路最小設計規則確定。
【文檔編號】G01R31/02GK103809062SQ201210442014
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】王篤林, 鄭雅文, 胡永鋒, 陸黎明 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司