本發(fā)明設計半導體制造領域，尤其涉及一種金屬電遷移測試結構

背景技術：

集成電路中對金屬的可靠性要求很高，因此在集成電路制造中，需要測試金屬層的電遷移性能。為了滿足對金屬層電遷移性能測試，需要設計相應的測試結構。

電遷移測試結構主要有金屬線組成，通過對金屬線施加電流應力，使得被測金屬線上通過適當?shù)碾娏鳎娏鲿鸾饘倬€中的金屬原子發(fā)生移動，經(jīng)過長時間累積，造成金屬物質出現(xiàn)了位置上的漂移，破壞了原來金屬線的結構，引發(fā)金屬線的短路與金屬線之間的短路。金屬線上金屬物質的漂移體現(xiàn)在金屬線的電學性質上，如電阻值，通過測量金屬線的電學性質，就可以評估金屬線電遷移性能。

為了在較短時間內得到金屬電遷移性能，電遷移測試通常是在高溫環(huán)境和大電流應力下進行的，因此被測金屬線自身也會發(fā)熱，造成測量的不準確；另外，實際制造過程中，金屬線的兩端通常是電遷移阻擋結構，具體來說是半導體工藝中的通孔和接觸孔，而且這些結構是不可避免的，因此電遷移測試的結果會受到這些結構的影響。所以，需要設計特殊的電遷移測試結構來精確的測試金屬的電遷移性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種金屬電遷移測試結構，這種結構可以減少溫度和電遷移阻擋結構對電遷移性能測試精度的影響。

上述金屬電遷移測試結構具有兩個測試端口，這兩個測試端口用來給被測金屬線提供應力電流。上述金屬電遷移測試結構還具有一個電遷移被測結構和電遷移阻擋結構。電遷移被測結構位于兩個測試端口之間，電遷移被測結構被設計成在電流應力下具有較為均勻、一致的溫度的結構。電遷移阻擋結構實現(xiàn)了對金屬物質的阻擋，使得電遷移現(xiàn)象僅僅發(fā)生在電遷移被測結構上。在電遷移被測結構上引出了兩個探測端口，用來探測金屬線是否發(fā)生了電遷移失效。在電遷移阻擋結構處引出了第三個探測端口，第三個探測端口是一段金屬線，這段金屬線至少有一部分與電遷移被測結構平行，而且這段金屬線的寬度小于電遷移被測結構。

通過使用第三個探測端口，也就是與電遷移被測結構相連，并且最靠近電遷移阻擋結構，這樣就保證了在進行電遷移性能測試時能保證電遷移被測結構的溫度分布盡可能的均勻，即時使用了通孔或者接觸口結構，電遷移性能的測試仍然保持較高的準確度。

電遷移阻擋結構是一個接觸孔，電遷移被測結構是一根具有恒定寬度的金屬線

第一個測試端口和第二個測試端口，這兩個測試端口的末端逐漸變細，以便避免寬金屬引起過大的應力導致被測金屬線出現(xiàn)變形，也避免了半導體工藝過程中的不一致性引起的被測金屬線尺寸的不準確。變細的過程是呈階梯型逐漸降低的，并且每一次收窄保持相同的比 例，這樣保證了能夠更加準確的設置電流應力。

為了進一步增加測試精度，測試結構中使用了探測端口。探測端口的設置考慮了電遷移被測結構和測試端口結構的相對位置，使得兩者之間能夠產(chǎn)生一定的溫度補償，最大程度上避免探測端口對測試結構的影響。

附圖說明

圖1是電遷移測試結構示意圖以及對應的溫度特性曲線示意圖

圖2是圖1中線段1C-1C處的剖面圖

圖3是圖1中的電遷移阻擋結構示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明

如附圖中的圖1中溫度曲線圖所示，圖中有一個電遷移被測結構L與一個電遷移阻擋結構V。具體來說，電遷移被測結構L為一根寬度為B1的金屬線，由半導體工藝制作而成，L的長度足夠長，L上會在測試中出現(xiàn)電遷移現(xiàn)象。

電遷移阻擋結構V的電遷移現(xiàn)象較弱，電遷移阻擋結構V，具體來說由半導體工藝中的通孔構成，通孔的一側連接電遷移被測結構中的金屬，另一側連接測試端口中的金屬，這樣就將測試端口與電遷移被測結構連接在了一起。由于半導體工藝中在制作通孔時，會使用多種材料，因此通孔處的電遷移效應比較微弱，所以將其稱為電遷移阻擋結構。

圖2中所示為圖1中溫度曲線圖中線段1C-1C處的剖面圖，圖1中溫度曲線圖與圖2中相同的編號表示同一個位置。

如圖1中溫度曲線圖和圖2所示，第一個探測端口S1和第三個探測端口S3的寬度較小，為B4，S1和S3位于與V盡可能近的位置。S1和3的寬度很小，因此對電遷移被測結構的影響也很小。同時，測試端口末端的寬度與電遷移被測結構的寬度B1保持一致，避免了不同寬度帶來的電流密度不均勻帶來的熱效應。

為了更加精確的控制被測金屬線的溫度應力，也為了獲得準確的溫度梯度，測試端口的金屬結構的寬度按一定的比例遞減，直到達到電遷移金屬線結構的寬度B1。這樣，整個測試結構上的溫度梯度是可知的，實現(xiàn)了更加精確的測試。

為了更加精確的得到電遷移被測結構L的溫度，第二個測試端口I2處有第二個探測端口S2，探測端口S2的位置如圖1中溫度曲線圖所示，位于測試端口的寬度第一次增加處，以減少探測端口S2對電遷移被測結構的影響。探測端口S2的寬度仍然為最小值，以最大程度的避免探測端口對電遷移被測結構的影響。

圖1中電遷移測試機構圖所示為相對于圖1中溫度曲線圖中的結構來說的整個測試結構的溫度曲線示意圖，如圖1中電遷移測試機構圖中所示，電遷移被測結構的溫度是保持恒定的，而且精確的溫度可以通過探測端口S2和S3來確定。這樣的測試結構能夠精確的推算出電遷移被測結構再測試時的溫度，以便在試驗中設置合適的應力電流，進而得到更精確的結 果。

推測電遷移被測結構的溫度需要兩個量，一個是流經(jīng)電遷移被測結構的電流值，另一個是電遷移被測結構的電阻值。流經(jīng)電遷移被測結構的電流是已知的，而電遷移被測結構的電阻值可以通過測量探測端口S2和S3之間的電勢差得出。由于電遷移被測結構的幾何形狀非常簡單，因此很容易精確地推算出電遷移被測結構上的電流密度與溫度。

為了盡可能的減少探測端口上的散熱帶來的電遷移被測結構上的溫度不均勻，探測端口都不是直接引出的，而是要在電遷移金屬線上方向上有一定延伸后引出。同樣，對于S2來說，也是在測試端口金屬線第一次增加的末端處。

通過說明書和附圖，給出了具體實施方式的特定結構的典型實施實例，基于本發(fā)明精神，還可以作其他轉換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內容并不作為局限。

對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看做是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬于本發(fā)明的意圖和范疇內。