本實用新型涉及半導(dǎo)體器件測試領(lǐng)域，特別是涉及一種電遷移測試結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

電遷移EM(electromigration)是微電子器件中主要的失效機理之一，電遷移造成金屬化的開路和短路，使器件漏電流增加。電遷移發(fā)生時，一個運動電子的部分動量轉(zhuǎn)移到鄰近的激活離子，這會導(dǎo)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(shù)量的原子遠(yuǎn)離它們的原始位置。電遷移會導(dǎo)致導(dǎo)體(尤其是狹窄的導(dǎo)線)中出現(xiàn)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(nèi)部失效(internal failure)，即開路。電遷移還會導(dǎo)致一個導(dǎo)體中的原子堆積(pile up)并向鄰近導(dǎo)體漂移(drift)形成意料之外的電連接，這種缺陷被稱為突起失效(hillock failure)或晶須失效(whisker failure)，即短路。上述兩類缺陷都會引起芯片失效。在器件向亞微米、深亞微米發(fā)展后，金屬線的寬度不斷減小，電流密度不斷增加，更易于因電遷移而失效。因此，隨著工藝的進(jìn)步，需要有效的測試結(jié)構(gòu)來評估器件的抗電遷移能力。

現(xiàn)有的電遷移測試結(jié)構(gòu)主要有Upstream結(jié)構(gòu)和downstream結(jié)構(gòu)。Upstream結(jié)構(gòu)也就是上游結(jié)構(gòu)，如在圖1a所示，測試結(jié)構(gòu)也為對稱結(jié)構(gòu)且被測試金屬110(第二層金屬導(dǎo)線M2)兩端均存在金屬連接孔121，具體地，第一層金屬導(dǎo)線M1通過金屬連接孔121連接至第二層金屬導(dǎo)線M2。即測試時，在第一層金屬導(dǎo)線的測試端111和測試端112施加電流，通過檢測端111和檢測端112之間的電阻可以測得被測試金屬110(第二層金屬導(dǎo)線M2)的電遷移。

與Upstream結(jié)構(gòu)對應(yīng)的還有Downstream結(jié)構(gòu)，即下游結(jié)構(gòu)，顧名思義，Downstream結(jié)構(gòu)的電流流向就是從上層線到下層線再回到上層線的一個通路，如圖1b所示，測試結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)且被測試金屬110(第二層金屬導(dǎo)線M2)兩端均存在金屬連接孔122，具體地，第二層金屬導(dǎo)線M2通過金屬連接孔122連接至第三層金屬導(dǎo)線M3。測試時，在第三層金屬導(dǎo)線測試端131和測試端132施加電流，電子e^-產(chǎn)生移動，其運動方向如圖中箭頭方向所示，其中，當(dāng)測試結(jié)構(gòu)施加的電流極性相反時，則電子e^-運動方向相反(未圖示)。不過，該測試結(jié)構(gòu)中電子e^-運動方向并不影響被測試金屬的電遷移。通過檢測測試端131和測試端132之間的電阻可以測得被測試金屬的電遷移。

由于集成電路的特征尺寸越來越小，在28nm后道工藝(BEOL)中，采用金屬硬掩模層(metal hard mask,MHM)進(jìn)行一體化(all-in-one,AIO)刻蝕已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)工藝。因為AIO一體化刻蝕相比原來的via 1st trench last工藝，具有更好RC和可靠性。然而，如圖2a和2b所示，在AIO一體化刻蝕過程中，如果上層金屬(Mx+1)寬度遠(yuǎn)大于下層金屬(Mx)寬度，那么通孔需要擴大，這就導(dǎo)致了一種新型的失效機理。這種新型的失效機理就是在利用化學(xué)濕法刻蝕開孔過程中，容易在金屬線的邊緣處形成Cu/barrier的界面損害，進(jìn)而沿著金屬線邊緣將形成一條快速擴散路徑。電子e^-通過該路徑快速遷移，將導(dǎo)致導(dǎo)體(尤其是狹窄的金屬線)中出現(xiàn)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(nèi)部失效(internal failure)，即開路。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的downstream結(jié)構(gòu)的電遷移測試(圖1b)無法真實的測出上述待測結(jié)構(gòu)的電遷移。因此，如何提供一種新的電遷移測試結(jié)構(gòu)，能準(zhǔn)確評估電遷移是否受到上層通孔的影響，從而保證電遷移失效分析的準(zhǔn)確性，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確評估電遷移是否受到上層通孔的影響，從而無法保證電遷移失效分析的準(zhǔn)確性的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：

第一待測金屬，所述第一待測金屬的兩端通過下層通孔連接至第一下層金屬的第一下層測試端以及第三下層金屬的第三下層測試端，所述第一待測金屬通過多個上層通孔連接至上層金屬的測試端；第二待測金屬，所述第二待測金屬的兩端通過下層通孔連接至第二下層金屬的第二下層測試端以及第三下層金屬的第三下層測試端。

優(yōu)選地，與各上層通孔連接的上層金屬的寬度均大于等于兩倍所述上層通孔的直徑。

優(yōu)選地，與各下層通孔連接的下層金屬的寬度均大于等于兩倍所述第一待測金屬的寬度。

優(yōu)選地，上層金屬的測試端包括第一上層測試端、第二上層測試端、第三上層測試端以及第四上層測試端。

優(yōu)選地，第一上層測試端和第二上層測試端的兩端，第一上層測試端和第三上層測試端的兩端連接用于測量漏電流的設(shè)備。

優(yōu)選地，上層通孔包括均勻分布的第一上層通孔、第二上層通孔、第三上層通孔以及第四上層通孔，其中，所述第一上層通孔和第四上層通孔位于第一待測金屬的兩端。

優(yōu)選地，第一上層通孔以及第四上層通孔位分別與第一下層通孔以及第二下層通孔連接。

優(yōu)選地，上層通孔以及下層通孔的直徑均相同。

優(yōu)選地，第一下層測試端連接正極以及第二下層測試端連接負(fù)極。

優(yōu)選地，第三下層測試端連接正極以及第一下層測試端連接負(fù)極，第三層測試端連接正極以及第二下層測試端連接負(fù)極。

如上所述，本實用新型的電遷移測試結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

本實用新型提供的電遷移測試結(jié)構(gòu)，具有通過若干上層通孔結(jié)構(gòu)與第一待測金屬連接的虛擬上層金屬，以增強上層通孔結(jié)構(gòu)對電遷移失效的影響，從而能準(zhǔn)確評估電遷移失效是否受到上層通孔的影響，從而保證電遷移失效分析的準(zhǔn)確性。

本實用新型提供的電遷移測試結(jié)構(gòu)，還具有作為第一待測金屬對照結(jié)構(gòu)的第二待測金屬，在于通過第一待測金屬和第二待測金屬的對比，消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，增強測試結(jié)果的準(zhǔn)確度。

附圖說明

圖1a顯示為本實用新型(現(xiàn)有技術(shù)中)的電遷移測試結(jié)構(gòu)測試下行情況的示意圖。

圖1b顯示為本實用新型(現(xiàn)有技術(shù)中)的電遷移測試結(jié)構(gòu)測試上行情況的示意圖。

圖2a顯示為本實用新型(現(xiàn)有技術(shù)中)的一種電遷移失效原理的示意圖。

圖2b顯示為本實用新型(現(xiàn)有技術(shù)中)的一種電遷移失效原理的示意圖。

圖3顯示為本實用新型的一種電遷移測試結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4顯示為本實用新型的一種電遷移測試結(jié)構(gòu)測試情況的示意圖。

圖5a顯示為本實用新型的一種電遷移測試結(jié)構(gòu)測試情況的示意圖。

圖5b顯示為本實用新型的一種電遷移測試結(jié)構(gòu)測試情況的示意圖。

圖6顯示為本實用新型的一種電遷移測試結(jié)構(gòu)測試情況的示意圖。

元件標(biāo)號說明

110 測試金屬

M1,M2,M3 金屬導(dǎo)線

111～112,131～132 測試端

121,122 金屬連接孔

11a,11b 待測金屬

12a,12b,12c,12d 上層通孔

13a,13b,13c,13d 上層金屬

14a,14b,14c,14d 下層通孔

15a,15b,15c 下層金屬

D1,D2,D3,D4 上層測試端

T1,T2,T3 下層測試端

S1～S5 步驟

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。

請參閱圖3至圖6。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實用新型可實施的范疇。

實施例一

如圖3所示，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：待測金屬，所述待測金屬包括第一待測金屬11a和第二待測金屬11b。本實施例中，第二待測金屬11b作為第一待測金屬11a的對照組，其采用的尺寸，材料等都與第一待測金屬11a相同。

本實施例中，第一待測金屬11a的一端通過第一下層通孔14a連接至第一下層金屬15a的第一下層測試端T1。第一待測金屬11a的另一端通過第四下層通孔14d連接至第三下層金屬15c的第三下層測試端T3。

第一待測金屬11a通過多個上層通孔連接至上層金屬的測試端。所述上層金屬的測試端包括第一上層測試端D1、第二上層測試端D2、第三上層測試端D3以及第四上層測試端D4。所述上層通孔包括均勻分布的第一上層通孔12a、第二上層通孔12b、第三上層通孔12c以及第四上層通孔12d。具體的，第一上層通孔12a通過第一上層金屬13a連接至第一上層測試端D1，第二上層通孔12b通過第二上層金屬13b連接至第二上層測試端D2，第三上層通孔12c通過第三上層金屬13c連接至第三上層測試端D3，第四上層通孔12d通過第四上層金屬13d連接至第四上層測試端D4。

進(jìn)一步，本實施例中，第一上層通孔12a和第四上層通孔12d位于第一待測金屬11a的兩端，且所述第一上層通孔12a以及第四上層通孔12d分別與第一下層通孔14a以及第二下層通孔14d連接。具體的，第一上層通孔12a與第二下層通孔14d連接，第四上層通孔12d與第一下層通孔14a。一般來說，本實施例中采用的上層通孔以及下層通孔的直徑均相同。

進(jìn)一步，本實施例中，與四個上層通孔連接的四個上層金屬的寬度均大于等于兩倍所述四個上層通孔的直徑。一般來說，本實施例中采用的上層通孔與下層通孔的直徑相同。如果直徑不相同的時候，所述上層金屬的寬度大于等于兩倍所述最大上層通孔的直徑。

本實施例中，第二待測金屬11b的一端通過第二下層通孔14b連接至第二下層金屬15b的第二下層測試端T2。第二待測金屬11b的另一端通過第三下層通孔14c連接至第三下層金屬15c的第三下層測試端T3。

進(jìn)一步，本實施例中，與第二下層通孔14b以及第三下層通孔14c連接的第二下層金屬以15b及第三下層金屬15c的寬度均大于等于兩倍第一待測金屬11a的寬度。

實施例二

如圖4所示，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：所述第一下層測試端T1連接正極，第二下層測試端T2連接負(fù)極并接地(GND)。

采用本實用新型電遷移測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行電遷移測試，判斷待測金屬是否出現(xiàn)電遷移失效。本實施例中，所述待測金屬包括第一待測金屬以及第二待測金屬。

步驟S1：判斷待測金屬是否出現(xiàn)電遷移失效。

步驟S1-1：在所述第一下層測試端T1及所述第二下層測試端T2上施加電流，檢測所述第一下層測試端T1及所述第二下層測試端T2上的電壓，以此獲得待測金屬的電阻RS₁₂，從而實現(xiàn)對待測金屬的電遷移測試。本實施中采用的是Kelvin四端法測電阻法。

步驟S1-2：采用現(xiàn)有技術(shù)中的電遷移測試結(jié)構(gòu)檢測待測金屬的電遷移，獲得待測金屬的標(biāo)準(zhǔn)電阻RS₀₀。

步驟S1-3：比較步驟1和步驟2中檢測到的電阻RS₁₂與RS₀₀；

具體的，如果RS₁₂等于標(biāo)準(zhǔn)電阻RS₀₀，則表示電遷移結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)電遷移失效，結(jié)束；

如果RS₁₂大于標(biāo)準(zhǔn)電阻RS₀₀，則表示電遷移結(jié)構(gòu)出現(xiàn)電遷移失效，進(jìn)入步驟S4，進(jìn)行電遷移失效原因分析。

實施例三

如圖5a所示，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：第三下層測試端T3連接正極，第一下層測試端T1連接負(fù)極并接地(GND)。如圖5b所示，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：第三層下層測試端T3連接正極，第二下層測試端T2連接負(fù)極并接地(GND)。

采用本實用新型電遷移測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行電遷移測試，判斷電遷移失效是否由于上層金屬13及s上層通孔14引起以及電遷移失效發(fā)生的位置。

步驟S4：判斷電遷移失效的原因及失效位置。

步驟S4-1：如圖5a所示，在第一下層測試端T1及所述第三下層測試端T3上施加電流，檢測所述第一下層測試端T1及所述第三下層測試端T3上的電壓，以此獲得第一待測金屬11a的電阻RS₁₃，從而實現(xiàn)對第一待測金屬11a的電遷移測試。本實施中采用的是Kelvin四端法測電阻法。

步驟S4-2：如圖5b所示，在第三下層測試端T3及所述第二下層測試端T2上施加電流，檢測所述第三下層測試端T3及所述第二下層測試端T2上的電壓，以此獲得第二待測金屬11b的電阻RS₂₃，從而實現(xiàn)對第二待測金屬11b的電遷移測試。

步驟S4-3：比較步驟S4-1和步驟S4-2中檢測到的電阻RS₁₃與RS₂₃；

具體的，如果RS₁₃大于RS₂₃，則電遷移失效發(fā)生在第二待測金屬11b中。第二待測金屬11b沒有上層金屬以及上層通孔結(jié)構(gòu)，說明上層金屬以及上層通孔結(jié)構(gòu)沒有加強待測金屬的電遷移失效，結(jié)束。

如果RS₂₃大于RS₁₃，則電遷移失效發(fā)生在第一待測金屬11a中；說明待測金屬的電遷移失效是由于上層金屬以及上層通孔結(jié)構(gòu)引起，進(jìn)入步驟S5。

實施例四

如圖6所示，本實用新型提供一種電遷移測試結(jié)構(gòu)包括：第一上層測試端D1和第二上層測試端D2的兩端，第一上層測試端D1和第三上層測試端D3的兩端連接用于測量漏電流的設(shè)備。

采用本實用新型電遷移測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行電遷移測試，在實施例二的基礎(chǔ)上進(jìn)一步精確判斷電遷移失效發(fā)生的位置。

步驟S5：進(jìn)一步精確判斷電遷移失效位置。

步驟S5-1：第一上層測試端D1和第三上層測試端D3的兩端連接用于測量漏電流的設(shè)備。具體的，如果檢測到(open current)開路，說明電遷移失效位置發(fā)生在第一上層測試端D1和第三上層測試端D3之間，進(jìn)入步驟S5-2；如果沒有檢測到(open current)開路，說明電遷移失效位置發(fā)生在第三上層測試端D3和第四上層測試端D4之間。

步驟S5-2：第一上層測試端D1和第二上層測試端D2的兩端連接用于測量漏電流的設(shè)備。具體的，如果檢測到(open current)開路，說明電遷移愛失效位置發(fā)生在第一上層測試端D1和第二上層測試端D2之間；如果沒有檢測到(open current)開路，說明電遷移愛失效位置發(fā)生在第二上層測試端D2和第三上層測試端D3之間。

檢測出開路的測試端之間的待測金屬發(fā)生電遷移失效(例如，Void)，為了更精確判斷電遷移失效位置，可以根據(jù)待測結(jié)構(gòu)的實際情況，設(shè)置所需的測試端數(shù)量，測試端的數(shù)量不受本實施例的限制。

綜上所述，本實用新型提供的電遷移測試結(jié)構(gòu)，具有通過若干上層通孔結(jié)構(gòu)與第一待測金屬連接的虛擬上層金屬，以增強上層通孔結(jié)構(gòu)對電遷移失效的影響，從而能準(zhǔn)確評估電遷移失效是否受到上層通孔的影響，從而保證電遷移失效分析的準(zhǔn)確性。本實用新型提供的電遷移測試結(jié)構(gòu)，還具有作為第一待測金屬對照結(jié)構(gòu)的第二待測金屬，在于通過第一待測金屬和第二待測金屬的對比，消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，增強測試結(jié)果的準(zhǔn)確度。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。