CN1982906A - 金属互连线电迁移的测试结构及方法 - Google Patents

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胡晓明
仲志华
徐向明
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Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2851—Testing of integrated circuits [IC]
    • G01R31/2855—Environmental, reliability or burn-in testing
    • G01R31/2856—Internal circuit aspects, e.g. built-in test features; Test chips; Measuring material aspects, e.g. electro migration [EM]
    • G01R31/2858—Measuring of material aspects, e.g. electro-migration [EM], hot carrier injection

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Abstract

本发明公开了一种金属互连线电迁移的测试结构，包括金属线圈、互连线测试结构和温度监控电阻，所述互连线测试结构和所述温度监控电阻均为条状结构，并且相互平行且并排设置，所述金属线圈包围在所述互连线测试结构与所述温度监控电阻周围。本发明还公开了一种利用上述结构实现的金属互连线电迁移的测试方法，先给金属线圈通电流使互连线测试结构周围温度达到设定温度，然后给互连线测试结构通恒定电流，并记录失效时间。本发明对金属互连线电迁移的评价不需要因在划片后进行封装测试而消耗硅片，从而大大的降低了成本，并且缩短了测试时间，提高了测试效率，可以实时监控工艺变化对金属互连线电迁移的影响。

Description

金属互连线电迁移的测试结构及方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件可靠性的测试结构，尤其是一种金属互连线电迁移的测试结构。本发明还涉及一种金属互连线电迁移的测试方法。
背景技术
金属互连线的电迁移是微电子器件中主要的失效机理之一，电迁移造成金属互连线的开路和短路，使器件漏电流增加。在器件尺寸向亚微米、深亚微米发展后，金属互连线的宽度也不断减小，电流密度不断增加，更易于因发生电迁移现象而失效。因此，随着工艺的进步，金属互连线电迁移的评价就备受重视。但是，传统的电迁移评价方法需要对样品划片后进行封装测试，消耗硅片，在评价过程中需用到额外的烘箱作为提高环境温度的加热源，从而增加了评价成本，并且从封装到评价完成需要几周时间，这就使我们不可能对金属互连线的质量进行在线实时监控。因此，我们迫切希望得到一种快速的金属互连线电迁移评价结构，在得到与传统封装测试结果有相当好的一致性的前提下，大幅提高测试效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属互连线电迁移的测试结构及方法，不需要因在划片后进行封装测试而消耗硅片，并且能够缩短测试时间，提高测试效率，实时监控工艺变化对金属互连线电迁移的影响，且不增加额外的成本。
为解决上述技术问题，本发明金属互连线电迁移的测试结构的技术方案是，包括金属线圈、互连线测试结构和温度监控电阻，所述互连线测试结构和所述温度监控电阻均为条状结构，所述互连线测试结构和所述温度监控电阻相互平行且并排设置，所述金属线圈包围在所述互连线测试结构与所述温度监控电阻周围。
本发明金属互连线电迁移的测试方法的技术方案是，包括如下步骤：
(1)测出温度监控电阻的温度电阻系数，测出金属互连线测试结构、温度监控电阻、金属线圈的初始电阻；
(2)改变金属线圈的电流；
(3)监测温度监控电阻的阻值变化，通过温度监控电阻的温度电阻系数，将温度监控电阻的阻值变化转化成温度的变化；
(4)判断是否达到设定温度，如果没有达到，转到步骤(2)；
(5)如果达到设定温度，则在互连线测试结构上加一恒定电流；
(6)监测互连线测试结构的电阻变化，并记录时间；
(7)判断是否达到失效标准，如果没有达到，转到步骤(6)；
(8)如果达到失效标准，输出失效时间。
本发明通过上述结构和方法，使得对金属互连线电迁移的评价不需要因在划片后进行封装测试而消耗硅片，从而大大的降低了成本，并且缩短了测试时间，提高了测试效率，可以实时监控工艺变化对金属互连线电迁移的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明金属互连线电迁移的测试结构的示意图；
图2为本发明金属互连线电迁移的测试方法的流程图。
具体实施方式
随着现代集成电路芯片的集成度的提高，金属互连线的长度及其互连层次逐渐增加，金属互连线本身的线宽越来越窄，通过金属线的电流密度也越来越大，因此这样的器件就更易于发生电迁移的现象。一种快速，高效的金属互连线电迁移的评价结构可以有效的监控金属互连线的可靠性，并及时将有关情况反馈给生产线，使相关工艺步骤加强控制，以获得高质量、高可靠性产品。
本发明金属互连线电迁移的测试结构如图1所示，包括金属线圈1、互连线测试结构2和温度监控电阻3，所述互连线测试结构2和所述温度监控电阻3均为条状结构，所述互连线测试结构2和所述温度监控电阻3相互平行且并排设置，所述金属线圈1包围在所述互连线测试结构2与所述温度监控电阻3周围。所述金属线圈1为“日”字形，所述互连线测试结构2和温度监控电阻3分别位于金属线圈内的两个空隙中。所述金属线圈1上每隔一段距离设有一个节点，该距离可以是10微米，以防止加热用金属线圈产生电迁移。所述互连线测试结构2为开尔文结构的电阻。所述互连线测试结构2的长度大于110微米，宽度在6微米到8微米之间。所述金属互连线电迁移的测试结构在半导体器件的金属层上。所述金属线圈1、互连线测试结构2和温度监控电阻3采用相同的材料。
本发明利用上述结构实现的金属互连线电迁移的测试方法，包括如下步骤：
(1)测出温度监控电阻的温度电阻系数，测出金属互连线测试结构、温度监控电阻、金属线圈的初始电阻；
(2)改变金属线圈的电流；
(3)监测温度监控电阻的阻值变化，通过温度监控电阻的温度电阻系数，将温度监控电阻的阻值变化转化成温度的变化；
(4)判断是否达到设定温度，如果没有达到，转到步骤(2)；
(5)如果达到设定温度，则在互连线测试结构上加一恒定电流；
(6)监测互连线测试结构的电阻变化，并记录时间；
(7)判断是否达到失效标准，如果没有达到，转到步骤(6)；
(8)如果达到失效标准，输出失效时间。
本发明通过上述结构，在金属互连线测试结构周围加上一圈金属线圈，给金属线圈上通以一定的电流，由于金属的热阻系数较低，加在金属线圈上的功率大多数以热量的形式散发到环境中，从而达到提高金属互连线测试结构周围环境温度的作用，其作用等效于传统方式中烘箱的作用，但可以提供远高于烘箱所能提供的环境温度，从而能加速金属互连线电迁移的发生，缩短评价的时间。利用本发明的测试结构及方法可以在半导体参数测试仪上快速的进行金属互连线电迁移的评价，其所用时间通常为几十秒，得到的结果和用传统封装测试结果有相当好的一致性。该结构同时可以放在划片槽内，与普通的电学参数一同测试，不需要划片封装，可以有效的节约成本，且能实时监控生产工艺的变化对金属电迁移的影响。

Claims (9)

1.一种金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，包括金属线圈、互连线测试结构和温度监控电阻，所述互连线测试结构和所述温度监控电阻均为条状结构，所述互连线测试结构和所述温度监控电阻相互平行且并排设置，所述金属线圈包围在所述互连线测试结构与所述温度监控电阻周围。
2.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述金属线圈为“日”字形，所述互连线测试结构和温度监控电阻分别位于金属线圈内的两个空隙中。
3.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述金属线圈上每隔一段距离设有一个节点。
4.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述金属线圈上每隔10微米设有一个节点。
5.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述互连线测试结构为开尔文结构的电阻。
6.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述互连线测试结构的长度大于110微米，宽度在6微米到8微米之间。
7.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述金属互连线电迁移的测试结构在半导体器件的金属层上。
8.根据权利要求1所述的金属互连线电迁移的测试结构，其特征在于，所述金属线圈、互连线测试结构和温度监控电阻采用相同的材料。
9.利用权利要求1所述的测试结构实现的金属互连线电迁移的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测出温度监控电阻的温度电阻系数，测出金属互连线测试结构、温度监控电阻、金属线圈的初始电阻；
(2)改变金属线圈的电流；
(3)监测温度监控电阻的阻值变化，通过温度监控电阻的温度电阻系数，将温度监控电阻的阻值变化转化成温度的变化；
(4)判断是否达到设定温度，如果没有达到，转到步骤(2)；
(5)如果达到设定温度，则在互连线测试结构上加一恒定电流；
(6)监测互连线测试结构的电阻变化，并记录时间；
(7)判断是否达到失效标准，如果没有达到，转到步骤(6)；
(8)如果达到失效标准，输出失效时间。
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