專利名稱：一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件可靠性的測(cè)試結(jié)構(gòu)，尤其是一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種金屬互連線電遷移的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
金屬互連線的電遷移是微電子器件中主要的失效機(jī)理之一，電遷移造成金屬互連線的開(kāi)路和短路，使器件漏電流增加。在器件尺寸向亞微米、深亞微米發(fā)展后，金屬互連線的寬度也不斷減小，電流密度不斷增加，更易于因發(fā)生電遷移現(xiàn)象而失效。因此，隨著工藝的進(jìn)步，金屬互連線電遷移的評(píng)價(jià)就備受重視。但是，傳統(tǒng)的電遷移評(píng)價(jià)方法需要對(duì)樣品劃片后進(jìn)行封裝測(cè)試，消耗硅片，在評(píng)價(jià)過(guò)程中需用到額外的烘箱作為提高環(huán)境溫度的加熱源，從而增加了評(píng)價(jià)成本，并且從封裝到評(píng)價(jià)完成需要幾周時(shí)間，這就使我們不可能對(duì)金屬互連線的質(zhì)量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，我們迫切希望得到一種快速的金屬互連線電遷移評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)，在得到與傳統(tǒng)封裝測(cè)試結(jié)果有相當(dāng)好的一致性的前提下，大幅提高測(cè)試效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)及方法，不需要因在劃片后進(jìn)行封裝測(cè)試而消耗硅片，并且能夠縮短測(cè)試時(shí)間，提高測(cè)試效率，實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝變化對(duì)金屬互連線電遷移的影響，且不增加額外的成本。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)的技術(shù)方案是，包括本征多晶硅電阻、互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻和層間介質(zhì)層，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和所述溫度監(jiān)控電阻均為條狀結(jié)構(gòu)，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和所述溫度監(jiān)控電阻相互平行且并排設(shè)置，所述本征多晶硅電阻位于所述層間介質(zhì)層之下，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)與所述溫度監(jiān)控電阻位于所述層間介質(zhì)層之上。
本發(fā)明一種金屬互連線電遷移的測(cè)試方法的技術(shù)方案是，包括如下步驟(1)測(cè)出溫度監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，測(cè)出金屬互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻、本征多晶硅電阻的初始電阻；(2)改變本征多晶硅電阻的電流；(3)監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)控電阻的阻值變化，通過(guò)監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，將溫度監(jiān)控電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化成溫度的變化；(4)判斷是否達(dá)到設(shè)定溫度，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(2)；(5)如果達(dá)到設(shè)定溫度，則在互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)上加一恒定電流；(6)監(jiān)測(cè)互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻變化，并記錄時(shí)間；(7)判斷是否達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(6)；(8)如果達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，輸出失效時(shí)間。
本發(fā)明通過(guò)上述結(jié)構(gòu)和方法，使得對(duì)金屬互連線電遷移的評(píng)價(jià)不需要因在劃片后進(jìn)行封裝測(cè)試而消耗硅片，從而大大的降低了成本，并且縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試效率，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝變化對(duì)金屬互連線電遷移的影響。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明一種金屬互連線電遷移的測(cè)試方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
隨著現(xiàn)代集成電路芯片的集成度的提高，金屬互連線的長(zhǎng)度及其互連層次逐漸增加，金屬互連線本身的線寬越來(lái)越窄，通過(guò)金屬線的電流密度也越來(lái)越大，因此這樣的器件就更易于發(fā)生電遷移的現(xiàn)象。一種快速，高效的金屬互連線電遷移的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)可以有效的監(jiān)控金屬互連線的可靠性，并及時(shí)將有關(guān)情況反饋給生產(chǎn)線，使相關(guān)工藝步驟加強(qiáng)控制，以獲得高質(zhì)量、高可靠性產(chǎn)品。
本發(fā)明一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括本征多晶硅電阻1、互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2和溫度監(jiān)控電阻3，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2和所述溫度監(jiān)控電阻3均為條狀結(jié)構(gòu)，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2和所述溫度監(jiān)控電阻3相互平行且并排設(shè)置，所述本征多晶硅電阻1位于所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2與所述溫度監(jiān)控電阻3的下面。所述本征多晶硅電阻1為來(lái)回往復(fù)的蛇形。所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2為開(kāi)爾文結(jié)構(gòu)的電阻。所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2的長(zhǎng)度大于110微米，寬度在6微米到8微米之間。所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2和溫度監(jiān)控電阻3在半導(dǎo)體器件的金屬層上。所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)2和溫度監(jiān)控電阻3采用相同的材料。
本發(fā)明一種利用上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的金屬互連線電遷移的測(cè)試方法，包括如下步驟(1)測(cè)出溫度監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，測(cè)出金屬互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻、本征多晶硅電阻的初始電阻；(2)改變本征多晶硅電阻的電流；(3)監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)控電阻的阻值變化，通過(guò)監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，將溫度監(jiān)控電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化成溫度的變化；(4)判斷是否達(dá)到設(shè)定溫度，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(2)；(5)如果達(dá)到設(shè)定溫度，則在互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)上加一恒定電流；(6)監(jiān)測(cè)互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻變化，并記錄時(shí)間；(7)判斷是否達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(6)；(8)如果達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，輸出失效時(shí)間。
本發(fā)明通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，將用于評(píng)價(jià)的互連線結(jié)構(gòu)放置在本征多晶硅電阻上，在本征多晶硅電阻上通一大電流，使本征多晶硅發(fā)熱，通過(guò)熱傳導(dǎo)效應(yīng)，使互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)周圍的環(huán)境溫度升高。本征多晶硅自發(fā)熱所提供的環(huán)境溫度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)所用的加熱源烘箱所能提供的環(huán)境溫度，所以本發(fā)明能加速金屬互連線電遷移現(xiàn)象的發(fā)生，縮短評(píng)價(jià)的時(shí)間。
利用這種測(cè)試結(jié)構(gòu)可以在半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀上快速的進(jìn)行金屬互連線電遷移的評(píng)價(jià)，其所用時(shí)間通常為幾十秒到幾分鐘，得到的結(jié)果和用傳統(tǒng)封裝測(cè)試結(jié)構(gòu)有相當(dāng)好的一致性。該結(jié)構(gòu)可以放在劃片槽內(nèi)，與普通的電學(xué)參數(shù)一同測(cè)試，不需要?jiǎng)澠庋b，可以有效的節(jié)約成本，且能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)工藝的變化對(duì)金屬電遷移的影響。
權(quán)利要求
1.一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括本征多晶硅電阻、互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻和層間介質(zhì)層，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和所述溫度監(jiān)控電阻均為條狀結(jié)構(gòu)，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和所述溫度監(jiān)控電阻相互平行且并排設(shè)置，所述本征多晶硅電阻位于所述層間介質(zhì)層之下，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)與所述溫度監(jiān)控電阻位于所述層間介質(zhì)層之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述本征多晶硅電阻呈來(lái)回往復(fù)的蛇形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)為開(kāi)爾文結(jié)構(gòu)的電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大于110微米，寬度在6微米到8微米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和溫度監(jiān)控電阻在半導(dǎo)體器件的金屬層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和溫度監(jiān)控電阻采用相同的材料。
7.一種利用權(quán)利要求1所述的測(cè)試結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的金屬互連線電遷移的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟(1)測(cè)出溫度監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，測(cè)出金屬互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻和本征多晶硅電阻的初始電阻；(2)改變本征多晶硅電阻的電流；(3)監(jiān)測(cè)溫度監(jiān)控電阻的阻值變化，通過(guò)監(jiān)控電阻的溫度電阻系數(shù)，將溫度監(jiān)控電阻的阻值變化轉(zhuǎn)化成溫度的變化；(4)判斷是否達(dá)到設(shè)定溫度，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(2)；(5)如果達(dá)到設(shè)定溫度，則在互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)上加一恒定電流；(6)監(jiān)測(cè)互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)的電阻變化，并記錄時(shí)間；(7)判斷是否達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，如果沒(méi)有達(dá)到，轉(zhuǎn)到步驟(6)；(8)如果達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)，輸出失效時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬互連線電遷移的測(cè)試結(jié)構(gòu)，包括本征多晶硅電阻、互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)、溫度監(jiān)控電阻和層間介質(zhì)層，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)和所述溫度監(jiān)控電阻相互平行且并排設(shè)置，所述本征多晶硅電阻位于所述層間介質(zhì)層之下，所述互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)與溫度監(jiān)控電阻位于所述層間介質(zhì)層之上。本發(fā)明還公開(kāi)了一種金屬互連線電遷移的測(cè)試方法，在給本征多晶硅電阻通電流使互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)周圍溫度達(dá)到設(shè)定溫度之后，給互連線測(cè)試結(jié)構(gòu)通恒定電流，并記錄失效時(shí)間。本發(fā)明對(duì)金屬互連線電遷移的評(píng)價(jià)不需要因在劃片后進(jìn)行封裝測(cè)試而消耗硅片，從而大大的降低了成本，并且縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)試效率，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝變化對(duì)金屬互連線電遷移的影響。
文檔編號(hào)G01R31/26GK1982901SQ20051011141
公開(kāi)日2007年6月20日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者胡曉明, 仲志華, 韓永召 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司