[发明专利]电迁移测试结构及测试方法有效

专利信息
申请号: 201811654050.6 申请日: 2018-12-29
公开(公告)号: CN109742066B 公开(公告)日: 2020-11-20
发明(设计)人: 朱月芹;周柯;陈雷刚 申请(专利权)人: 上海华力集成电路制造有限公司
主分类号: H01L23/544 分类号: H01L23/544;H01L21/66
代理公司: 上海浦一知识产权代理有限公司 31211 代理人: 戴广志
地址: 201315 上海市浦*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 迁移 测试 结构 方法
【说明书】:

发明公开了一种电迁移测试结构,包括金属测试结构,所述金属测试结构具有首端和末端,所述金属测试结构包括至少两条金属测试线;金属连接结构,其与所述金属测试结构的首端和末端电连接以使所述金属测试结构中的金属测试线并联,所述金属连接结构还设有加载电流节点和量测电压节点,所述加载电流节点用于施加所述第一测试金属线及第二测试金属线的电流,所述量测电压节点用于量测所述第一测试金属线及第二测试金属线并联后的电压。本发明能提升测试系统对于每个测试样品的失效时间判断并能提升测试寿命的推荐准确性。本发明还公开了一种电迁移测试结构测试方法。

技术领域

本发明涉及半导体电路设计领域,特别是涉及一种电迁移测试结构。本发明还涉及基于该结构的测试方法。

背景技术

随着技术结点的日益缩小,技术的日益更新金属互联线电迁移可靠性变得越来越重要,越来越具有挑战性。电迁移(EM)是微电子器件中主要的失效机理之一,电迁移造成金属化的开路和短路,使器件漏电流增加。在器件向亚微米、深亚微米发展后,金属线的宽度不断减小,电流密度不断增加,更易于因电迁移而失效。因此,随着工艺的进步,EM的评价备受重视。

导致电迁移的直接原因是金属原子的移动。当互连引线中通过大电流时,静电场力驱动电子由阴极向阳极运动,高速运动的电子与金属原子发生能量交换,原子受到猛烈的电子冲击力,这就是所谓的电子风力。但是,事实上金属原子同时还受到反方向的静电场力。当互连线中的电流密度较高时,向阳极运动的大量电子碰撞原子,使得金属原子受到的电子风力大于静电场力。因此,金属原子受到电子风力的驱动,使其从阴极向阳极定向扩散,从而发生电迁移。

目前后端制程的电迁移是我们常用的可靠性评估测试方法。传统的EM测试结构如图1所示(Via Up or Via Down测试,图1为Via up结构,反之同理)。

在业界目前的技术点越来越缩至28纳米及以下之后,后端的金属关键尺寸(CD)变得越来越小。而对器件的电压和电流密度的要求却没有对应减少。同时电迁移又需要一定的长度才能明显发生电迁移现象,一般来说长度需要大于Blech length,如图1中电迁移线≥400um(JEDEC标准)。这样,根据R=ρL/S,在相同测试长度下电阻值变得越来越大。而EM的失效标准是

因此在初始阻值比较大,EM效应造成的失效物理空洞大小差不多的情况下,探测10%的阻值变化变得越来越困难。影响了EM失效时间点(time to failure,TTF)的正确判断,从而影响测试寿命(lifetime)的评估。

同时,随着技术结点的缩小,EM失效以及通孔的制程好坏造成的应力效应都有可能导致阻值变化。这样的话需要探测到失效点在金属线中发生位置(阴极还是阳极),来初步判断有可能的失效原因。以进一步FA验证。目前的测试结构无法判断阻值的变化时哪里导致的。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是,设计一种电迁移测试结构,能提升测试系统对于每个测试样品的失效时间判断并能提升测试寿命的推荐准确性。

为了解决上述技术问题,本发明公开了一种电迁移测试结构,包括:金属测试结构,所述金属测试结构具有首端和末端,所述金属测试结构包括至少两条金属测试线;金属连接结构,其与所述金属测试结构的首端和末端电连接以使所述金属测试结构中的金属测试线并联,所述金属连接结构还设有加载电流节点和量测电压节点,所述加载电流节点用于施加所述第一测试金属线及第二测试金属线的电流,所述量测电压节点用于量测所述第一测试金属线及第二测试金属线并联后的电压。

优选地,所述金属连接结构设置有阴极结构和阳极结构,所述金属连接结构的一端与阴极结构电连接,所述金属连接结构的另一端与阳极结构电连接。

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