[发明专利]一种金属层电迁移的测试结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件可靠性测试结构，具体涉及一种金属层电迁移的测试结构，属于半导体技术领域。

背景技术

直流电流通过导体时，由于导体中原子的逐步运动而导致的物质转移，这种在金属中产生的质量输运现象被称为电迁移（Electromigration，简称EM）,其内在机理是导电电子与扩散的金属原子之间的动量转移。普通块状金属在接近材料熔点的高温时才发生电迁移现象。由于金属材料薄膜的截面积很小，其电流密度相对较大，在较低温度下就可发生电迁移现象。

电迁移发生时，一个运动电子的部分动量转移到邻近的激活原子，这会导致该原子离开它的原始位置。随着时间推移，这种力量会引起庞大数量的原子远离它们的原始位置。尤其是对于存在高直流电流密度（High Direct Current Densities）的场合，例如微电子领域中，电迁移效应非常关键。

随着芯片集成度的提高，集成电路的金属层变得更细、更窄、更薄，因此，其中的电流密度也越来越大，加剧电迁移，造成电迁移失效情况。电迁移失效包括：由于电迁移导致导体（尤其是狭窄的导线）中由于质量亏空而出现断裂（Break）或缺口（Gap）阻止电流发生，这种断裂或缺口被称为空洞（Void）或内部失效（Internal Failure），即开路。电迁移还会导致一个导体中的金属离子迁移而在局部区域产生质量堆积（Pile Up）并向邻近导体漂移（Drift）形成意料之外的电连接，这种缺陷被称为小丘失效（Hillock Failure）或晶须失效（Whisker Failure），即短路。上述两类缺陷都会引起电路故障。

随着对微电子集成电路的制造精度要求不断提高，金属层更细，电流密度随之增大，更易发生因电迁移产生的失效，因此对于电迁移的测控变得尤为重要。

请参阅图1，图1所示为现有技术中常见的传统电迁移测试结构的横向截面图示意图。其中，测试金属线11中的金属互连线的两个端点分别与测试通孔12的一端相连，，两个测试通孔12的另一端分别与连接金属层中的两条连接线13相连，两条连接线的另一端分别与一对测试金属垫14相连，最后连接外置测试仪器。

然而，在某些工艺中，经常出现测试金属线11与连接线13的厚度不同的情况，甚至有时两个金属线的厚度（H）差异可以达到3倍甚至更大。本领域技术人员知道，在金属电迁移测试中，如果测试金属线11与连接线13的厚度差异太大，常常导致连接线13局部受到的应力条件（电流密度）比测试金属线11更大，从而导致失效位置发生变化。也就是说，在实际使用过程中，当对测试金属线11施加电流应力（I）时，连接线13所承受的电流密度（J，J=I/s，s为金属的横截面积）比测试金属线11的电流密度更大。目前通过增加连接线13的宽度，来避免该种情况的发生，但是由于所加的电流都通过测试通孔12传导到连接线13上，因此，测试通孔12连的连接线13非常容易出现失效点25。如图2所示，而此时，电迁移失效的位置应该在失效点24。这就与该测试结构测量被测金属层的电迁移性能的测试目的相悖，从而不能正确反映半导体芯片内部器件结构的金属层电迁移情况，造成测试结果异常，无法对测试金属线11的质量起到有效监控的作用。因此有必要改进结构设计，提高测试结果的准确性。

发明内容

为克服上述问题，本发明目的在于提供一种金属层电迁移的测试结构，其通过附加了测试引线单元，缩短了连接线的长度以达到没有电迁移在测试结构中产生的目的，从而使得电迁移测试仪器的测试精准度得到提升，更准确的监控晶圆质量。

为达成上述目的，本发明的技术方案如下：

一种金属层电迁移的测试结构，包括：两个位于通孔层的测试通孔及两个测试引线单元。两个位于通孔层的测试通孔，其一端分别与被测金属层中金属线的一端相连；该两个测试引线单元由位于连接金属层中的连接线、位于通孔层的额外通孔和位于被测金属层中的额外金属线组成；连接线与一个或多个并行连接的额外通孔与额外金属线依次串接在一起组成；其中，两个测试通孔另一端口分别通过测试引线单元与外置测试仪器相连。

优选地，上述测试结构内的两个测试引线单元中的连接线的长度小于等于10μm。

优选地，上述测试结构内的额外金属线与测试金属线为相同材料，且额外金属线线宽或截面积大于等于测试金属线。

优选地，上述测试结构内的一个或多个并行连接的额外通孔的截面积大于等于所述测试金属线。

为达成上述目的，本发明的另一技术方案如下：