[发明专利]多层金属互连金属线的电迁移可靠性测试结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层金属互连金属线的电迁移可靠性测试结构。本发明还涉及一种测试结构的制备方法。

背景技术

电迁移是金属在高电流密度作用下发生质量迁移的现象，使得金属线中阴极一端出现空洞(导致电阻变大甚至断路)；阳极一端形成小丘或者晶须(与相邻金属线接触而短路)。所以电迁移是影响器件可靠性的一个重要因素，电迁移测试也成为工艺可靠性评价的重要项目之一。传统电迁移测试方法就是在高温下对测试结构加一个直流电流，同时观察电阻变化，直到电阻发生一定变化后纪录下失效时间。然后运用统计方法和电迁移寿命模型推算寿命。

现有电迁移测试结构为单一金属层的测试结构(见图1)。在高温(150～250摄氏度)环境下，对封装好的测试结构电流输入端加一个恒定电流，同时通过量测电压量测端电压来监控电阻的变化。通常是由于金属线中电迁移产生空洞导致电阻值变大，使用扫描电镜可以观察电迁移金属层形成的空洞的微观形貌。随着金属互连层数越来越多，电迁移测试的结构就越来越多，每一层都推算寿命测试需要的时间会很长，同时传统测试方法需要大量样品的封装，也需要更多的测试机台和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多层金属互连金属线的电迁移可靠性测试结构，其能通过一个结构实现多层金属线的电迁移可靠性测试。

为解决上述技术问题，本发明的多层金属互连金属线的电迁移可靠性测试结构，该测试结构包括多层金属线，金属线的长度为大于等于200微米，金属线的其它参数与所要测试的芯片设计相同，每两层金属线之间采用通孔连接，形成类“弓”字结构；其中第一层金属线中远离通孔的一端和顶层金属线中远离通孔的一端分别为设置有电流输入端；各金属线两端分别设置有电压量侧端。

本发明还提供了一种上述测试结构的制备方法，为：

步骤一，将所述测试结构设计在芯片的空白区域，整合到芯片制备的后道金属化工艺中，完成整个芯片的制备；

步骤二，在芯片切割的同时切割出所述测试结构，后进行封装待用。

本发明中，通过测试一个结构获得各层金属线电迁移寿命数据，与传统的单一金属层电迁移测试结构相比可以大大减少测试时间，缩短工艺开发周期；减少测试样品降低测试成本。尤其在新工艺开发阶段，可以快速评价金属层电迁移可靠性风险。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的测试结构示意图；

图2为一具体的本发明的测试结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明的测试结构制作及测试流程示意图。

具体实施方式

本发明的多层金属互连金属线的电迁移可靠性测试结构，包括多层金属线，金属线的长度为大于等于200微米，金属线的其它参数与所要测试的芯片设计相同，每两层金属线之间采用通孔连接，形成类“弓”字结构；其中第一层金属线中远离通孔的一端和顶层金属线中远离通孔的一端分别为设置有电流输入端；各金属线两端分别设置有电压量测端。每层金属线的长度相同。

图2为本发明一具体实施例，其中金属线为5层，金属线的长度d选400微米，宽度b，通孔的大小a均为相关工艺芯片的设计要求设置(见图3)。作为电流输入端的F1和F2的宽度c为金属线宽b的5倍，遵循测试电迁移率的指导标准。金属线两端的电压量测端为金属线s(宽度可为相关工艺最小设计尺寸)，采用本层的金属淀积和刻蚀工艺中制备而成。

上述测试结构的制备整合在需要评价的产品制备中，具体制备方法为(见图4)：将上述测试结构按相关设计规则画到需要评价电迁移可靠性的产品的版图中，然后随工艺流程制作出测试需要的晶圆；再将晶圆减薄划片后获得测试结构，封装好样品(在电流输入端和每层电压量测端打线连出)。

接下来的电迁移测试：在电迁移输入测试电流前要先量测一下该测试结构每一层金属线的电阻，然后再开始电迁移测试；在高温大电流测试过程中量测每层金属线两端的电压，从而记录每层金属的电阻变化，记录下各层金属的失效时间，然后用各层失效时间数据按标准推算出各层电迁移寿命。该电迁移测试过程为常规的测试过程。

采用本发明的测试结构，可以通过一个结构的测试得到各层金属线电迁移的数据，大大降低了测试时间和成本。尤其在新工艺开发阶段，可以快速评价金属层电迁移可靠性风险，缩短开发周期。以5层后道金属互连工艺为例，可以节约80％的样品和时间。