專利名稱：電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，尤其涉及ー種能夠提高使用壽命的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電遷移現(xiàn)象(Electromigration)是集成電路互連制造中一種常見的問題。電遷移通常是指在電流密度極高的區(qū)域中，在電場(chǎng)的作用下金屬離子物理遷移運(yùn)動(dòng)造成元件或 電路失效的現(xiàn)象。電遷移現(xiàn)象發(fā)生在相鄰界面的表面，如常見的金屬離子遷移和發(fā)生在金屬導(dǎo)體內(nèi)部的金屬化電子遷移。金屬是晶體，在晶體內(nèi)部金屬離子按序排列。當(dāng)不存在外電場(chǎng)時(shí)，金屬離子可以在晶格內(nèi)通過空位而變換位置，這種金屬離子運(yùn)動(dòng)稱為自由擴(kuò)散。因?yàn)橐葡蜞徑瘴坏碾x子有相同的概率，所以自由擴(kuò)散的結(jié)果并不產(chǎn)生質(zhì)量輸運(yùn)。當(dāng)有直流電流通過金屬導(dǎo)體時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，金屬離子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成金屬離子的遷移現(xiàn)象，電遷移伴隨著質(zhì)量的輸運(yùn)。所謂金屬電遷移失效，通常是指金屬層因金屬離子的遷移在局部區(qū)域由于出現(xiàn)凸起物(Hillocks)和空洞(Voids),在銅連線的器件中，在陰極會(huì)產(chǎn)生大量的空洞聚集，當(dāng)凸起物或空洞達(dá)到一定程度時(shí)而造成的連線電阻大大增加，電阻増大到一定程度導(dǎo)致互連斷開，造成器件或互連性能退化或失效。為監(jiān)控半導(dǎo)體器件中的電遷移情況，現(xiàn)通常在半導(dǎo)體器件中或晶圓的切割道中設(shè)置電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)來監(jiān)控電遷移對(duì)半導(dǎo)體器件的影響。圖I為現(xiàn)有技術(shù)中ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)中的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)線段11、第二導(dǎo)線段12和第三導(dǎo)線段13，其中第一導(dǎo)線段11通過垂直設(shè)置的第一通孔插塞21連接于第三導(dǎo)線段13的一端，所述第二導(dǎo)線段12通過垂直設(shè)置的第二通孔插塞22連接于第三導(dǎo)線段13的另一端，其中第一通孔插塞21和第二通孔插塞22分別距離第三導(dǎo)線段13的兩端留有預(yù)設(shè)段。在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)線段11為陰極測(cè)試端，第二導(dǎo)線段12為陽極測(cè)試端，當(dāng)有電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作通入電流時(shí)，在第三導(dǎo)線段13中產(chǎn)生電遷移效應(yīng)，在靠近第一通孔插塞21的一端產(chǎn)生空洞，預(yù)設(shè)段能夠轉(zhuǎn)移部分空洞，從而延長電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的可靠性。然而，采用預(yù)設(shè)段結(jié)構(gòu)只能有限地延長電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，因?yàn)轭A(yù)設(shè)段沒有與其他導(dǎo)電介質(zhì)連接，故只能轉(zhuǎn)移部分空洞。若空洞聚集過大，第三導(dǎo)線段13靠近第一通孔插塞21處仍會(huì)聚集大量的孔洞1，導(dǎo)致電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)斷路。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)使用壽命與其第三導(dǎo)線段上預(yù)設(shè)距離的關(guān)系示意圖。其中圖2中橫軸表示電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的壽命，即使用時(shí)間，縱軸表示累計(jì)分布函數(shù)(Cumulative Distribution Function, Q)F),例如多個(gè)待測(cè)試樣品的累積概率。結(jié)合圖I和圖2，通常在所述預(yù)設(shè)段的預(yù)設(shè)距離L在小于60nm吋，隨著預(yù)設(shè)距離L増大，電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命可以大大增加，其中預(yù)設(shè)距離L = 60nm時(shí)使用壽命是預(yù)設(shè)距離L = Onm使用壽命的一倍，然而，當(dāng)預(yù)設(shè)距離在60nm以上后，電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命沒有明顯的増加，預(yù)設(shè)距離L = 120nm使用壽命與L = 60nm使用壽命相差不大。隨著半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸不斷減小，金屬互連導(dǎo)線的尺寸不斷減小，電流密度不斷増加，電遷移現(xiàn)象更加明顯，更易造成半導(dǎo)體器件的失效，采用預(yù)設(shè)距離的結(jié)構(gòu)無法進(jìn)ー步延長電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，進(jìn)而限制其性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供ー種能夠提高使用壽命的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，從而大大提高電遷移測(cè)試的可靠 性。為解決上述問題，本發(fā)明提供ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)線段、第二導(dǎo)線段和第三導(dǎo)線段，所述第一導(dǎo)線段通過垂直設(shè)置的第一通孔插塞與所述第三導(dǎo)線段連接，所述第二導(dǎo)線段通過垂直設(shè)置的第二通孔插塞與所述第三導(dǎo)線段連接，此外還包括第一虛設(shè)導(dǎo)線段，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第三導(dǎo)線段連接，所述第一導(dǎo)線段介于所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第二導(dǎo)線段之間，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段有電流通過。進(jìn)ー步的，所述第一導(dǎo)線段為陰極測(cè)試端，所述第二導(dǎo)線段為陽極測(cè)試端。進(jìn)ー步的，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段的長度小于20um。進(jìn)ー步的，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段一端與所述第三導(dǎo)線段連接，另一端通過垂直設(shè)置的第三通孔插塞與第四導(dǎo)線段連接。進(jìn)ー步的，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段中的電流小于所述第三導(dǎo)線中電流的1/3。進(jìn)ー步的，電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)還包括第二虛設(shè)導(dǎo)線段，所述第二導(dǎo)線段介于所述第ニ虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第一導(dǎo)線段之間，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第三導(dǎo)線段連接，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段有電流通過。進(jìn)ー步的，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段的長度小于20um。進(jìn)ー步的，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段一端與所述第三導(dǎo)線段連接，另一端通過垂直設(shè)置的第四通孔插塞與第五導(dǎo)線段連接。進(jìn)ー步的，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段中的電流小于所述第三導(dǎo)線中電流的1/3。與現(xiàn)有技術(shù)在第三導(dǎo)線段兩端部設(shè)置預(yù)留段相比，本發(fā)明第三導(dǎo)線段至少一端部設(shè)置虛設(shè)導(dǎo)線段，所述虛設(shè)導(dǎo)線段在電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)有電流通過，從而減小電遷移現(xiàn)象引起的在第三導(dǎo)線段兩端部處通孔插塞之上的空洞或凸起物的聚集，從而提高了電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，并提高電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，尤其是該電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)中位于第三導(dǎo)線段兩端部處通孔插塞之上的可靠性。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)使用壽命與預(yù)設(shè)距離的關(guān)系示意圖。圖3為本發(fā)明電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的示意圖。圖4為本發(fā)明電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)ー步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本發(fā)明實(shí)例時(shí)，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)以此作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖3為本發(fā)明電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的示意圖。如圖3所示，本發(fā)明提供ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)線段101、第二導(dǎo)線段102和第三導(dǎo)線段103和第一虛設(shè)導(dǎo)線段104，所述第一導(dǎo)線段101通過垂直設(shè)置的第一通孔插塞201與所述第三導(dǎo)線段103連接，所述第二導(dǎo)線段102通過垂直設(shè)置的第二通孔插塞202與所述第三導(dǎo)線段103連接， 所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104與所述第三導(dǎo)線段103連接，所述第一導(dǎo)線段101介于所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104與所述第二導(dǎo)線段102之間，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104有電流通過。在本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)線段101為陰極測(cè)試端，所述第二導(dǎo)線段102為陽極測(cè)試端，即所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104設(shè)置于第三導(dǎo)線段103靠近陰極測(cè)試端。其中較佳的，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104與所述第三導(dǎo)線段103為一體成型。所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104通過金屬連線可以與器件的金屬層頂部的接合焊盤(Bonding Pad)直接連接，接通外部電源，亦可如圖3所示通過垂直設(shè)置的第三通孔插塞203與第四導(dǎo)線段105連接，進(jìn)而所述第四導(dǎo)線段105通過金屬連線與外部電源連通。進(jìn)ー步的，為防止第一虛設(shè)導(dǎo)線段104自身產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104的長度Ldummy小于20um。當(dāng)電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，第三導(dǎo)線段103靠近第一通孔插塞201處聚集的空洞，轉(zhuǎn)移至第一虛設(shè)導(dǎo)線段104，由于第一虛設(shè)導(dǎo)線段104中有電流通過，故聚集在第三導(dǎo)線段103靠近陰極測(cè)試端的空洞能夠更好地轉(zhuǎn)移至第一虛設(shè)導(dǎo)線段104，從而延長電遷移測(cè)試 結(jié)構(gòu)的使用壽命，大大提聞性能。在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104中的電流小于所述第三導(dǎo)線段103中電流的1/3。較小的電流不易影響電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的正常工作，且降低電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的功耗。圖4為本發(fā)明電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的示意圖。在圖3所示結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)還包括第二虛設(shè)導(dǎo)線段106，所述第二導(dǎo)線段102介于所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段106與所述第一導(dǎo)線段103之間。在本實(shí)施例中，所述第一導(dǎo)線段101既可為陰極測(cè)試端，亦可為陽極測(cè)試端，則第二導(dǎo)線段102則相應(yīng)地為陽極測(cè)試端或陰極測(cè)試端。對(duì)于金屬導(dǎo)線段為銅吋，電遷移現(xiàn)象在陰極測(cè)試端聚集的空穴更為顯著，因而在第一導(dǎo)線段101為陰極測(cè)試端過程中，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段104起到更重要地減小電遷移現(xiàn)象的作用，在第二導(dǎo)線段101為陽極測(cè)試端過程中，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段106起到更重要地減小電遷移測(cè)試的作用。此外，對(duì)于導(dǎo)線段為鋁或其他材質(zhì)時(shí)，會(huì)在兩級(jí)測(cè)試端分別出現(xiàn)空洞和凸起物，第一虛設(shè)導(dǎo)線段104與第二虛設(shè)導(dǎo)線段106可分別轉(zhuǎn)移陰極測(cè)試端聚集的空洞和及陽極測(cè)試端聚集的凸起物，從而降低電遷移現(xiàn)象，延長電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的性能。
進(jìn)ー步的，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段106通過金屬連線可以與器件的金屬層頂部的接合焊盤(Bonding Pad)直接連接，接通外部電源，亦可如圖4所示通過垂直設(shè)置的第四通孔插塞204與第五導(dǎo)線段107連接，進(jìn)而所述第五導(dǎo)線段107通過金屬連線與外部電源連通。進(jìn)ー步的，為防止第二虛設(shè)導(dǎo)線段106自身產(chǎn)生電遷移現(xiàn)象，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段106的長度Ldummy小于20um。進(jìn)ー步的，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段106中的電流小于所述第三導(dǎo)線103中電流的1/3。較小的電流不易影響電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的正常工作，且降低電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的功耗。
所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)并不僅限于第一實(shí)施例和第二實(shí)施例所述的結(jié)構(gòu)示意，例如，在實(shí)際集成電路芯片制造過程中，所示第三金屬導(dǎo)線段103所在的金屬層位于所述第一金屬導(dǎo)線段101與第二金屬導(dǎo)線段102所在的金屬層上ー層，亦可所示第三金屬導(dǎo)線段103所在的金屬層位于所述第一金屬導(dǎo)線段101與第二金屬導(dǎo)線段102所在的金屬層下ー層，同樣在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)在第三導(dǎo)線段兩端部設(shè)置預(yù)留段相比，本發(fā)明第三導(dǎo)線段至少一端部設(shè)置虛設(shè)導(dǎo)線段，所述虛設(shè)導(dǎo)線段在電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)有電流通過，從而減小電遷移現(xiàn)象引起的空洞或凸起物的聚集，從而大大提高了電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，并提高電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，尤其是該測(cè)試結(jié)構(gòu)中位于所述通孔之上的可靠性。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)線段、第二導(dǎo)線段和第三導(dǎo)線段，所述第一導(dǎo)線段通過垂直設(shè)置的第一通孔插塞與所述第三導(dǎo)線段連接，所述第二導(dǎo)線段通過垂直設(shè)置的第二通孔插塞與所述第三導(dǎo)線段連接，其特征在于，還包括第一虛設(shè)導(dǎo)線段，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第三導(dǎo)線段連接，所述第一導(dǎo)線段介于所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第二導(dǎo)線段之間，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段有電流通過。
2.如權(quán)利要求I所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)線段為陰極測(cè)試端，所述第二導(dǎo)線段為陽極測(cè)試端。
3.如權(quán)利要求I所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段的長度小于 20um。
4.如權(quán)利要求I所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段一端與所述第三導(dǎo)線段連接，另一端通過垂直設(shè)置的第三通孔插塞與第四導(dǎo)線段連接。
5.如權(quán)利要求I所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作吋，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段中的電流小于所述第三導(dǎo)線中電流的1/3。
6.如權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括第二虛設(shè)導(dǎo)線段，所述第二導(dǎo)線段介于所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第一導(dǎo)線段之間，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第三導(dǎo)線段連接，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段有電流通過。
7.如權(quán)利要求6所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段的長度小于 20um。
8.如權(quán)利要求6所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段的一端與所述第三導(dǎo)線段連接，另一端通過垂直設(shè)置的第四通孔插塞與第五導(dǎo)線段連接。
9.如權(quán)利要求6所述的電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作吋，所述第二虛設(shè)導(dǎo)線段中的電流小于所述第三導(dǎo)線中電流的1/3。
全文摘要
一種電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括第一導(dǎo)線段、第二導(dǎo)線段和第三導(dǎo)線段，還包括第一虛設(shè)導(dǎo)線段，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第三導(dǎo)線段連接，所述第一導(dǎo)線段介于所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段與所述第二導(dǎo)線段之間，在所述電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)，所述第一虛設(shè)導(dǎo)線段有電流通過。與現(xiàn)有技術(shù)在第三導(dǎo)線段兩端部設(shè)置預(yù)留段相比，本發(fā)明第三導(dǎo)線段至少一端部設(shè)置虛設(shè)導(dǎo)線段，所述虛設(shè)導(dǎo)線段在電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)工作時(shí)有電流通過，從而減小電遷移現(xiàn)象引起的空洞或凸起物的聚集，從而大大提高了電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的使用壽命，并提高電遷移測(cè)試結(jié)構(gòu)的可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/544GK102655137SQ20111005194
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者甘正浩 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司