本實用新型涉及半導(dǎo)體測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著先進(jìn)的超大規(guī)模集成技術(shù)的發(fā)展，超低k(介電常數(shù))介質(zhì)材料的時間相關(guān)介質(zhì)擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，簡稱TDDB)問題逐漸成為一項重大挑戰(zhàn)。對于銅/超低k介質(zhì)互連中，目前行業(yè)中討論最多的是以下兩種主要的失效模式：

其一是在銅互連結(jié)構(gòu)中，化學(xué)機械研磨(CMP)會造成超低k介質(zhì)材料上表面出現(xiàn)損傷、缺陷以及形成懸空鍵等，銅離子容易在硅及其氧化物中擴(kuò)散，但由于擴(kuò)散阻擋層的存在，銅原子無法直接向低k介質(zhì)層擴(kuò)散，轉(zhuǎn)而沿著CMP后的表面進(jìn)入，再向低k介質(zhì)層中擴(kuò)散，形成了泄漏電流并最終導(dǎo)致了擊穿發(fā)生；

其二是由于銅互連介質(zhì)層所用的低介電常數(shù)材料的介電常數(shù)k越來越低，孔隙率越來越高，疏松多孔性結(jié)構(gòu)容易吸收水分，增加導(dǎo)電性，從而導(dǎo)致TDDB變得更差。

目前，這兩種失效模式很常見，但是業(yè)界并沒有一個有效的可靠性測試結(jié)構(gòu)來識別這兩種失效模式。所以，這里面臨的問題是，如何識別上述兩種失效模式，以便采取相應(yīng)的措施來提高測試的可靠性。

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識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)無法識別超低k介質(zhì)TDDB失效屬于水分滲透模式還是銅離子擴(kuò)散模式的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)，包括：TDDB測試結(jié)構(gòu)，包括間隔且并排設(shè)置的第一TDDB測試結(jié)構(gòu)、第二TDDB測試結(jié)構(gòu)和第三TDDB測試結(jié)構(gòu)；大塊源區(qū)域，對稱位于所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，適于提供銅離子源或水汽源；其中，所述水汽源的外周設(shè)有環(huán)狀的隔水結(jié)構(gòu)，且所述隔水結(jié)構(gòu)面對所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)的一側(cè)均設(shè)有開口；偽柵結(jié)構(gòu)，分別位于所述大塊源區(qū)域與所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)之間以及所述大塊源區(qū)域與所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)之間，適于隔離所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)，使三者獨立工作。

于本實用新型的一實施方式中，包括第一測試結(jié)構(gòu)和第二測試結(jié)構(gòu)，所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述和第二測試結(jié)構(gòu)均包括所述TDDB測試結(jié)構(gòu)、所述偽柵結(jié)構(gòu)以及所述大塊源區(qū)域，且所述第一測試結(jié)構(gòu)中的所述大塊源區(qū)域為大馬士革工藝制程形成的銅墊，所述第二測試結(jié)構(gòu)中的所述大塊源區(qū)域為超低k介質(zhì)薄膜。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一測試結(jié)構(gòu)中的所述銅墊為矩形結(jié)構(gòu)。

于本實用新型的一實施方式中，所述第二測試結(jié)構(gòu)中的所述超低k介質(zhì)薄膜外周的所述隔水結(jié)構(gòu)為銅環(huán)，所述銅環(huán)為矩形結(jié)構(gòu)，且所述銅環(huán)面對所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)的一側(cè)均設(shè)有開口。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述第二測試結(jié)構(gòu)均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

于本實用新型的一實施方式中，所述偽柵結(jié)構(gòu)為任何金屬圖案。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)均相同。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)均為堆棧的梳齒狀結(jié)構(gòu)。

如上所述，本實用新型的識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

1、所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述第二測試結(jié)構(gòu)分別用于判斷銅離子擴(kuò)散模式和水分滲透模式的超低k介質(zhì)TDDB失效問題，有利于故障的排除，便于作出相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高測試的可靠性；

2、可同時識別兩種主要的失效模式，節(jié)約時間；

3、所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述第二測試結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單且相似，利于節(jié)約資源；

4、所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述和第二測試結(jié)構(gòu)均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

附圖說明

圖1為本實用新型識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)中的第一測試結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2為本實用新型識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)中的第二測試結(jié)構(gòu)的示意圖。

元件標(biāo)號說明

1 第一TDDB測試結(jié)構(gòu)

2 第二TDDB測試結(jié)構(gòu)

3 第三TDDB測試結(jié)構(gòu)

4 大塊源區(qū)域

41 隔水結(jié)構(gòu)

5 偽柵結(jié)構(gòu)

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1至圖2。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。

請參閱圖1-圖2，本實用新型提供一種識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)，包括：TDDB測試結(jié)構(gòu)，包括間隔且并排設(shè)置的第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3；大塊源區(qū)域4，對稱位于所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2的兩側(cè)，適于提供銅離子源或水汽源；其中，所述水汽源的外周設(shè)有環(huán)狀的隔水結(jié)構(gòu)41，且所述隔水結(jié)構(gòu)41面對所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2的一側(cè)均設(shè)有開口；偽柵結(jié)構(gòu)5，分別位于所述大塊源區(qū)域4與所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1之間以及所述大塊源區(qū)域4與所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3之間，適用于隔離所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)，使三者獨立工作，例如，阻止銅離子源游離至所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3。

需要說明的是，這里所述的第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3均相同，以便于測試；且所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3均為堆棧的梳齒狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以是其它現(xiàn)有技術(shù)中的TDDB測試結(jié)構(gòu)。

所述大塊源區(qū)域4用于提供銅離子源或水汽源，適于判斷識別銅離子擴(kuò)散和水分滲透兩種超低k介質(zhì)TDDB失效模式。

具體的，所述識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)包括第一測試結(jié)構(gòu)和第二測試結(jié)構(gòu)，分別如圖1和圖2所示，圖1為本實用新型識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)中的第一測試結(jié)構(gòu)的示意圖。由圖可知，所述第一測試結(jié)構(gòu)包括所述TDDB測試結(jié)構(gòu)、所述偽柵結(jié)構(gòu)5以及所述大塊源區(qū)域4，其中，所述TDDB測試結(jié)構(gòu)包括并排設(shè)置的所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3，且三者之間均留有間距；所述第一測試結(jié)構(gòu)中的所述大塊源區(qū)域4為大馬士革工藝制程形成的銅墊，所述銅墊對稱位于所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2的兩側(cè)，適于提供銅離子源，所述銅離子源在化學(xué)機械研磨后會沿著CMP后的表面進(jìn)入，再向所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2中擴(kuò)散；偽柵結(jié)構(gòu)5，包括兩個，分別位于所述銅墊與所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1之間以及所述銅墊與所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3之間，適于阻止所述銅離子源滲透或擴(kuò)散至所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3。

所述第一測試結(jié)構(gòu)的測試過程為：同時對所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3進(jìn)行常規(guī)的TDDB測試，比較所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2和所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1、所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3的TDDB測試時間，如果前者的時間均小于后兩者的經(jīng)時擊穿時間，則可判斷是銅離子擴(kuò)散模式導(dǎo)致的超低k介質(zhì)TDDB失效，反之，這排除這種失效模式。

作為示例，所述第一測試結(jié)構(gòu)中的所述銅墊為矩形結(jié)構(gòu)。

圖2為本實用新型識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)中的第二測試結(jié)構(gòu)的示意圖，所述和第二測試結(jié)構(gòu)和所述第一測試結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，所述第二測試結(jié)構(gòu)中的所述大塊源區(qū)域4為超低k介質(zhì)薄膜。

作為示例，所述第二測試結(jié)構(gòu)中的所述超低k介質(zhì)薄膜外周的所述隔水結(jié)構(gòu)41為銅環(huán)，所述銅環(huán)為矩形結(jié)構(gòu)，且所述銅環(huán)面對所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2的一側(cè)均設(shè)有開口，所述超低k介質(zhì)薄膜吸收的水汽會通過所述開口滲入到所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2，這樣，在測試所述第二TDDB測試結(jié)構(gòu)2的經(jīng)時擊穿時間會小于所述第一TDDB測試結(jié)構(gòu)1和所述第三TDDB測試結(jié)構(gòu)3的TDDB測試時間，即可判斷是水分滲透模式導(dǎo)致的超低k介質(zhì)TDDB失效。

作為示例，所述第一測試結(jié)構(gòu)和所述第二測試結(jié)構(gòu)均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

作為示例，所述偽柵結(jié)構(gòu)5為任何金屬圖案。需要注意的是，所述偽柵結(jié)構(gòu)5實際上是一些虛設(shè)的金屬圖案，在一些設(shè)計規(guī)則中，系統(tǒng)為控制關(guān)鍵尺寸均勻性而自動添加虛設(shè)的金屬圖案，以此提高芯片的平坦性。

如上所述，本實用新型的識別超低k介質(zhì)TDDB失效模式的測試結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計第一測試結(jié)構(gòu)和第二測試結(jié)構(gòu)用于識別銅離子擴(kuò)散模式和水分滲透模式的超低k介質(zhì)TDDB失效問題，有利于故障的排除，便于作出相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高測試可靠性；可同時識別兩種主要的失效模式，節(jié)約時間和檢修效率；第一測試結(jié)構(gòu)和第二測試結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)對稱、簡單且二者相似，利于布局和節(jié)約資源；第一測試結(jié)構(gòu)和第二測試結(jié)構(gòu)均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試；測試過程和一般的TDDB測試一樣，只需要對結(jié)果進(jìn)行比較和判斷，簡單方便。

上述實施例僅示例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。