專利名稱：金屬電遷移測試設備及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，具體涉及一種能夠快速有效的評估電遷移金屬的電 遷移的測試設備以及相應的金屬電遷移測試方法。
背景技術：
隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，電遷移引起的集成電路可靠性問題目益凸現(xiàn)。 隨著芯片集成度的提高，互連引線變得更細、更窄、更薄，因此其中的電流密度越來越大。在 較高的電流密度作用下，互連引線中的金屬原子將會沿著電子運動方向進行遷移。電遷移 能使IC中的互連引線在工作過程中產(chǎn)生斷路或短路，從而引起IC失效。由此，電遷移現(xiàn)象逐漸被人們所觀注。一般來說，對于電遷移的測試，只有進行了 大量的測試之后，得到的數(shù)據(jù)才可以更加全面的用于評估電遷移現(xiàn)象。通常，很多廠家都會 采用大型的自動化設備來針對電遷移金屬的電遷移現(xiàn)象進行測試。但是，大型的自動化測 試設備都非常昂貴。所以，有些廠商會采用手動或半自動測試機臺來測試電遷移金屬的電遷移情況。 但是，如果基于手動或半自動測試機臺來進行測試，又只能通過手動設置儀器、手動移動芯 片來執(zhí)行與電遷移相關的一系列測試。也就是說，如果用半自動機臺進行測試，測試周期會 很長；測試完一個芯片之后需要手動換到下一個芯片再進行測試，并且其中所有儀器的設 置都是手動操作。由于電遷移測試需要大量的數(shù)據(jù)來推算，所以就會造成測試時間長，人員 效率低，錯誤率高等問題。因此，希望能夠提供一種能夠以較低成本自動且快速地執(zhí)行金屬電遷移測試的技 術方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的就是提供一種能夠以較低成本自動且快速地執(zhí)行金屬電遷移 測試的設備和方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種金屬電遷移測試設備，包括芯片數(shù)量設置模 塊，用于設置被測試芯片的測試數(shù)量；判斷模塊，用于判斷是否完成了所設置的測試數(shù)量的 被測試芯片的測試；芯片移動模塊，用于在判斷模塊判斷沒有完成所設置的測試數(shù)量的被 測試芯片的測試時，移動晶圓，從而使得下一個被測試芯片移動至測試位置；以及狀態(tài)停止 模塊，所述狀態(tài)停止模塊包括用于設置停止條件的設置組件；以及用于針對每個被測芯 片監(jiān)控測試得到的電壓值是否達到停止條件、并且在達到停止條件時停止對當前被測芯片 的測試的監(jiān)控組件。通過該方案，本發(fā)明提供了一種可用于半自動測試機臺的全新的技術方案，該技 術方案實現(xiàn)了針對電遷移現(xiàn)象的全自動測試與評估，節(jié)約了時間，并且提高了效率，還減少 了測試過程中可能產(chǎn)生的錯誤。所述金屬電遷移測試設備還可包括狀態(tài)停止模塊，其中所 述狀態(tài)停止模塊包括用于設置停止條件的設置組件；以及用于監(jiān)控測試得到的電壓值是否達到停止條件、并且在測試得到的電壓值達到停止條件時停止對當前芯片的測試的監(jiān)控 組件。所述金屬電遷移測試設備還包括阻值測量模塊，在晶圓表面達到室溫環(huán)境后，控 制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有直流探針給 以測試電流，從而得到室溫下的電阻值。所述金屬電遷移測試設備還包括溫度設置模塊，用于將升降溫設備的溫度值設置 為多個不同溫度；并且，其中判斷模塊還用于判斷是否達到了溫度設置模塊所設置的溫度 值；并且阻值測量模塊還被用于在溫度設置模塊所設置的所述多個不同溫度下，控制半導 體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有直流探針給以測試 電流，從而得到所述多個不同溫度下的電阻值。
所述金屬電遷移測試設備還包括應力電流施加模塊，用于在測試結構上施加應 力電流。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種金屬電遷移測試方法，包括芯片數(shù)量設置步 驟，用于設置被測試芯片的測試數(shù)量；設置停止條件的設置；測試電壓值；監(jiān)控測試得到的 電壓值是否達到停止條件的監(jiān)控，并且在測試得到的電壓值達到停止條件時停止對當前被 測芯片的測試；第一判斷步驟，用于判斷是否完成了所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測 試；芯片移動步驟，用于在判斷模塊判斷沒有完成所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試 時，移動晶圓，從而使得下一個被測試芯片移動至測試位置。所述金屬電遷移測試方法還包括執(zhí)行溫度設置步驟，以便設置和/或改變升降 溫設備的溫度值；以及第二判斷步驟，用于判斷是否達到了所設置和/或改變后的溫度值。所述金屬電遷移測試方法還可包括第一阻值測量步驟，用于在晶圓表面達到室 溫環(huán)境后，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有 直流探針給以測試電流，從而得到室溫下的電阻值。所述金屬電遷移測試方法還可包括第二阻值測量步驟，用于在溫度設置步驟所 設置和/或改變的多個不同溫度下，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結 構的同一壓焊點上的所有直流探針給以測試電流，從而得到所述多個不同溫度下的電阻值。所述金屬電遷移測試方法還包括執(zhí)行應力電流施加步驟，以便在測試結構上施 加應力電流。


圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的金屬電遷移測試設備的功能框圖。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法的流程圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的方法的流程圖。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi) 容進行詳細描述。
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的金屬電遷移測試設備的功能框圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的金屬電遷移測試設備包括升降溫設備、溫 度設置模塊、芯片數(shù)量設置模塊、判斷模塊、阻值測量模塊、應力電流施加模塊、芯片移動模 塊、狀態(tài)停止模塊、數(shù)據(jù)庫。這些模塊的操作將在下文予以描述。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法的流程圖。在圖2所示的流程圖中示出了金屬電遷移測試設備的操作流程，參照圖2可以看 出其執(zhí)行的步驟如下首先，連接GPIB(通用接口總線)地址。具體地說，可將半導體參數(shù)分析儀、探針 臺通過通用接口總線(GPIB總線)與計算機鏈接。隨后，利用判斷模塊查看并判斷通信是否成功。如果通信不成功，重新連接GPIB 地址。如果連接成功則繼續(xù)如下步驟。利用芯片數(shù)量設置模塊設置芯片位置及個數(shù)，利用溫度設置模塊設置溫度值(升 降溫設備所需的溫度值)。具體地說，首先，將被測晶圓放入測試機臺中，校正晶圓的位置， 設置被測芯片的位置與個數(shù)。然后，將探針針尖扎在被測芯片的壓焊點上。并且，設置一個 升降溫設備所需的初始溫度值。隨后，可按照用戶要求，利用溫度設置模塊改變升降溫設備的溫度值。改變溫度值之后開始升溫或者降溫，并利用判斷模塊詢問是否達到設定的溫度 值。如果沒達到，則繼續(xù)升溫或者降溫，并再次詢問是否達到設定的溫度值。如果詢問的結 果是達到了溫度值，則繼續(xù)后面的處理。測試當前互連引線的結構電壓值，并保存測試結果。隨后判斷升降溫測試是否已經(jīng)結束，如果沒有結束，則回到“按照用戶要求改變升 降溫設備的溫度值”的步驟，以繼續(xù)流程處理。如果判斷升降溫測試已經(jīng)結束，則進行后續(xù)處理。實際上，本領域技術人員可以理解的是，從步驟“按照用戶要求改變升降溫設備的 溫度值”到“判斷升降溫測試是否已經(jīng)結束”的一系列循環(huán)步驟例如可以使用自動測試程序 的模塊實現(xiàn)，其控制高低溫設備，使其對晶圓作用多個(例如3個以上)不同的溫度，并利 用阻值測量模塊在不同的溫度下測得互連引線的電流值并計算電阻值，由此推出互連引線 溫度電阻相關系數(shù)(TCR)，并將數(shù)據(jù)保存，在完成這些操作之后關閉升降溫設備。由此，在 實施例的這一修改示例中，如果需要在多個不同的溫度下測試互連引線的電阻值，那么圖2 所示的流程中的步驟“控制半導體參數(shù)分析儀，設置直流探針給以0. 1毫安電流作用于互 連引線結構，得到正常狀態(tài)下的阻值”應該在“詢問是否達到設定的溫度值”得到肯定判斷 之后且在詢問“升降溫測試是否已經(jīng)結束”的步驟之前執(zhí)行，并且步驟“移動晶圓使下一個 芯片處所測試位置”之后的處理應當回到步驟“設置溫度值”。隨后程序繼續(xù)進行，利用阻值測量模塊執(zhí)行的阻值測量步驟。具體地說，在晶圓表 面達到室溫環(huán)境下后，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試程序的模塊控制，對扎在測試 結構(互連引線結構)的同一壓焊點上的所有直流探針給以0. 1毫安電流(本領域技術人 員可以理解的是，0. 1毫安只是一個優(yōu)選值，可以采用其他適合的電流值)，得到室溫下的 電阻值。然后，利用應力電流施加模塊在同一結構(測試結構)上再加以長時間的應力電流，等待其電阻值發(fā)生突變。待其測得的電壓值達到設置的條件，則可通過狀態(tài)停止模塊來 停止半導體參數(shù)分析儀的工作，并把當前測得的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中。狀態(tài)停止模塊的操 作流程將在下文中通過參考圖2來詳細描述。在完成上述步驟之后，判斷芯片是否測試完畢，即是否完成所設置的數(shù)量的芯片 的測試。如果已經(jīng)所有芯片的完成，則保存數(shù)據(jù)并結束處理。如果沒有完成所有芯片的測 試，則可通過自動測試程序的模塊控制，利用芯片移動模塊移動晶圓，從而使得下一個被測 試芯片移動至測試位置，以便可以對下一個被測試芯片進行測試，并打開探針臺上燈光控 制系統(tǒng)，等待探針臺圖像模糊識別系統(tǒng)確認所扎針位置正確后關閉燈光。隨后從步驟“阻值測量步驟”開始重復執(zhí)行所有的處理步驟。依次循環(huán)，直到測試 完畢。上文已經(jīng)參照圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的方法的流程。可以理解 的是，測試結束后，可通過使用COM接口(本領域技術人員可以理解的是，也可以采用其它 接口)將數(shù)據(jù)庫中自動生成在Excel文檔(本領域技術人員可以理解的是，可以是其它格 式的文檔)，并可以保存在用戶指定路徑下。這樣，將半導體參數(shù)分析儀、探針臺、高低溫設備通過GPIB線與計算機鏈接之后， 由于在同一晶圓上相同芯片測試的條件與設置是完全相同的，所以使用發(fā)明后，半自動機 臺可實現(xiàn)自動、快速地將電遷移參數(shù)提取。下面將參考圖3來具體描述狀態(tài)停止模塊的操作流程。由于電遷移測試時間長且測試時間不統(tǒng)一的特點，無法設置確切的停止時間，導 致結構被燒斷后儀器還在測試中，浪費時間。因此，本發(fā)明提供了狀態(tài)停止程序模塊，其可 任意設定停止條件，當測得的電壓值發(fā)生突變后立即停止，即可節(jié)省大量測試時間。下面將 具體描述其工作流程。如圖2所示，首先，設置監(jiān)控電壓值所在的端口。隨后，設置閾值電壓。經(jīng)過上述設置之后，可選擇停止方式，優(yōu)選的方式包括1.當測得的電壓大于閾 值電壓時，停止測試；以及2.當測得的電壓的絕對值大于閾值電壓時，停止測試。隨后開始 測試。取回當前測試數(shù)據(jù)(請結合地參見圖2中的步驟)。并且，監(jiān)控測試得到的電壓值 是否達到或者符合停止條件，如果滿足條件則結束停止狀態(tài)模塊(即，執(zhí)行停止操作，并退 出狀態(tài)停止模塊的流程)。如果不滿足條件，則從“取回當前測試數(shù)據(jù)”開始循環(huán)執(zhí)行后續(xù)處理。本領域普通技術人員可以理解的是，說明書中對各個模塊的劃分僅僅有利于說明 本發(fā)明，而不是必須如此劃分。實際上，多個模塊的功能可由一個模塊實現(xiàn)，一個特定模塊 的功能可分成幾個模塊實現(xiàn)或者由其它多個模塊實現(xiàn)。模塊的劃分不應構成對本發(fā)明的限 制。并且，各個模塊可由硬件、軟件、固件或者它們的結合來實現(xiàn)。對于本領域技術人員來說明顯的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下對本發(fā)明 進行各種改變和變形。所描述的實施例僅用于說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明；本發(fā)明并不 限于所述實施例，而是僅由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種金屬電遷移測試設備，其特征在于，包括 芯片數(shù)量設置模塊，用于設置被測試芯片的測試數(shù)量；狀態(tài)停止模塊，所述狀態(tài)停止模塊包括用于設置停止條件的設置組件；以及用于針 對每個被測芯片監(jiān)控測試得到的電壓值是否達到停止條件、并且在達到停止條件時停止對 當前被測芯片的測試的監(jiān)控組件；判斷模塊，用于判斷是否完成了所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試；以及芯片移 動模塊，用于在判斷模塊判斷沒有完成所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試時，移動晶 圓，從而使得下一個被測試芯片移動至測試位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的金屬電遷移測試設備，其特征在于，所述金屬電遷移測試設 備還包括溫度設置模塊，用于將升降溫設備的溫度值設置為多個不同溫度。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的金屬電遷移測試設備，其特征在于，所述金屬電遷移測試 設備還包括阻值測量模塊，用于在晶圓表面達到室溫環(huán)境后，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測 試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有直流探針給以測試電流，從而得到室溫下的電 阻值。
4.根據(jù)權利要求2所述的金屬電遷移測試設備，其特征在于，其中判斷模塊還用于判 斷是否達到了溫度設置模塊所設置的溫度值；并且阻值測量模塊還被用于在溫度設置模塊 所設置的所述多個不同溫度下，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結構的 同一壓焊點上的所有直流探針給以測試電流，從而得到所述多個不同溫度下的電阻值。
5.根據(jù)權利要求1所述的金屬電遷移測試設備，其特征在于，所述金屬電遷移測試設 備還包括應力電流施加模塊，用于在測試結構上施加應力電流。
6.一種金屬電遷移測試方法，其特征在于，包括 芯片數(shù)量設置步驟，用于設置被測試芯片的測試數(shù)量； 設置停止條件的設置；測試電壓值；監(jiān)控測試得到的電壓值是否達到停止條件的監(jiān)控，并且在測試得到的電壓值達到停止 條件時停止對當前被測芯片的測試；第一判斷步驟，用于判斷是否完成了所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試； 芯片移動步驟，用于在判斷模塊判斷沒有完成所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試 時，移動晶圓，從而使得下一個被測試芯片移動至測試位置。
7.根據(jù)權利要求6所述的金屬電遷移測試方法，其特征在于，所述金屬電遷移測試方 法還包括溫度設置步驟，用于設置和/或改變升降溫設備的溫度值；以及 第二判斷步驟，用于判斷是否達到了所設置和/或改變后的溫度值。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的金屬電遷移測試方法，其特征在于，所述金屬電遷移測試 方法還包括第一阻值測量步驟，用于在晶圓表面達到室溫環(huán)境后，控制半導體參數(shù)分析儀，通過自 動測試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有直流探針給以測試電流，從而得到室溫下的電阻值。
9.根據(jù)權利要求7所述的金屬電遷移測試方法，其特征在于，所述金屬電遷移測試方 法還包括第二阻值測量步驟，用于在溫度設置步驟所設置和/或改變的多個不同溫度下，控制 半導體參數(shù)分析儀，通過自動測試，對扎在測試結構的同一壓焊點上的所有直流探針給以 測試電流，從而得到所述多個不同溫度下的電阻值。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的金屬電遷移測試方法，其特征在于，所述金屬電遷移測 試方法還包括應力電流施加步驟，用于在測試結構上施加應力電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種金屬電遷移測試設備及方法。該金屬電遷移測試設備包括芯片數(shù)量設置模塊，用于設置被測試芯片的測試數(shù)量；狀態(tài)停止模塊；判斷模塊，用于判斷是否完成了所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試；芯片移動模塊，用于在判斷模塊判斷沒有完成所設置的測試數(shù)量的被測試芯片的測試時，移動晶圓，從而使得下一個被測試芯片移動至測試位置。其中狀態(tài)停止模塊包括用于設置停止條件的設置組件；以及用于監(jiān)控測試得到的電壓值是否達到停止條件、并且在達到停止條件時停止對當前芯片的測試的監(jiān)控組件。本發(fā)明實現(xiàn)了針對電遷移現(xiàn)象的全自動測試與評估，節(jié)約了時間，并且提高了效率，還減少了測試過程中可能產(chǎn)生的錯誤。
文檔編號G01R31/26GK102053219SQ201010535229
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權日2010年11月8日
發(fā)明者馮程程, 周偉 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司