CN101546751A - 一种可提高使用寿命的电迁移测试结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可提高使用寿命的电迁移测试结构。现有技术中的电迁移测试结构的第一和第二插塞分别距第一导线段的两端部各一预设距离，从而造成电迁移测试结构寿命较低和电迁移可靠性下降。本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构将第一和第二插塞分别设置在与第一导线段两端部对齐的位置，从而使第一和第二插塞的扩散阻挡层与第一导线段的扩散阻挡层电性连接。采用本发明可大大提高电迁移测试结构的使用寿命，并有效提高电迁移测试的可靠性。

Description

一种可提高使用寿命的电迁移测试结构
技术领域
本发明涉及电迁移测试结构，尤其涉及一种可提高使用寿命的电迁移测试结构。
背景技术
电迁移(Electro Migration；简称EM)会造成半导体器件的金属互连导线的开路或短路，从而导致半导体器件漏电增加甚至失效。产生电迁移的直接原因是金属原子的移动，当金属互连导线的电流密度较大时，电子在静电场力的驱动下由阴极向阳极高速运动且形成电子风(electron wind)，金属原子在电子风的驱动下从阴极向阳极定向扩散，从而发生电迁移，进而在金属互连导线中形成空洞(Void)和凸起物(hillock)。随着半导体器件的最小特征的不断减小，金属互连导线的尺寸也不断减小，从而导致电流密度不断增加，电迁移更易造成半导体器件的失效。
为监控半导体器件中的电迁移，现通常在半导体器件中或晶圆的切割道中设置电迁移测试结构来监控电迁移对半导体器件的影响。参见图1，其显示了现有技术中电迁移测试结构，如图所示，现有技术中的电迁移测试结构设置在相邻的第一和第二金属间介质层2和3中，该第一和第二金属间介质层2和3间还具有层间介质层4，该电迁移测试结构包括一设置在第一金属间介质层中的第一导线段10以及设置在该第一导线段10上且位于第二金属间介质层3中的第一和第二双镶嵌结构11和12，该第一双镶嵌结构11具有垂直连接的第一插塞110和第二导线段111，该第二双镶嵌结构12具有垂直连接的第二插塞120和第三导线段121，该第一和第二插塞110和120直接设置在该第一导线段10上且分别靠近第一导线段10的两端部，该第一和第二插塞110和120分别距第一导线段10的两端部各一预设距离(通常为几十纳米)。该第一导线段10除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层13。该第一双镶嵌结构11和第二双镶嵌结构12除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层13。
使用四探针测试仪来测试上述的电迁移测试结构的电阻变化情况，藉此来判断电迁移对半导体器件的影响。受电迁移的影响，上述电迁移测试结构在使用过程中会逐渐在其第一插塞110和第二插塞120的底部形成空洞，空洞会造成电迁移测试结构的电阻增大，当空洞大到一定程度时，因该第一和第二插塞110和120与第一导线段10间并无其他导电介质连接，从而极易造成电迁移测试结构的断路，使电迁移测试结构的寿命非常短，进而会影响电迁移测试的可靠性。
因此，如何提供一种可提高使用寿命的电迁移测试结构以提高电迁移测试结构的使用寿命，进而提高电迁移测试的可靠性，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高使用寿命的电迁移测试结构，通过所述电迁移测试结构可提高电迁移测试结构的寿命，并可大大提高电迁移测试的可靠性。
本发明的目的是这样实现的：一种可提高使用寿命的电迁移测试结构，设置在相邻的第一和第二金属间介质层中，其包括一设置在第一金属间介质层中的第一导线段以及设置在该第一导线段上且位于第二金属间介质层中的第一和第二双镶嵌结构，该第一双镶嵌结构具有垂直连接的第一插塞和第二导线段，该第二双镶嵌结构具有垂直连接的第二插塞和第三导线段，该第一和第二插塞直接设置在该第一导线段上，其中，该第一和第二插塞分别与该第一导线段的两端部对齐。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第一和第二金属间介质层间具有层间介质层，该层间介质层具有供第一插塞和第二插塞穿过的第一通孔和第二通孔。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该层间介质层为氮化硅。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第一导线段除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第一双镶嵌结构和第二双镶嵌结构除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第一和第二插塞两侧的扩散阻挡层与该第一导线段两侧的扩散阻挡层对齐。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该扩散阻挡层为钽或上下层叠的氮化钽和钽。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第一金属间介质层为二氧化硅、硼硅玻璃或磷硅玻璃。
在上述的可提高使用寿命的电迁移测试结构中，该第二金属间介质层为二氧化硅、硼硅玻璃或磷硅玻璃。
与现有技术中第一和第二插塞分别距第一导线段的两端部各一预设距离，从而造成电迁移测试结构寿命较低和电迁移可靠性下降相比，本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构将第一和第二插塞分别设置在与第一导线段两端部对齐的位置，从而使第一和第二插塞两侧的扩散阻挡层与第一导线段两侧的扩散阻挡层电性连接，如此可大大提高电迁移测试结构的使用寿命，并有效提高电迁移测试的可靠性。
附图说明
本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构由以下的实施例及附图给出。
图1为现有技术的电迁移测试结构的剖视图；
图2为本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构的剖视图。
具体实施方式
以下将对本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构作进一步的详细描述。
参见图2，其显示了本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构，如图所示，所述可提高使用寿命的电迁移测试结构设置在相邻的第一和第二金属间介质层2和3中，所述第一和第二金属间介质层2和3间还具有层间介质层4。所述电迁移测试结构包括设置在第一金属间介质层中的第一导线段50以及设置在所述第一导线段50上且位于第二金属间介质层3中的第一和第二双镶嵌结构51和52。以下将对本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构的各组成构件进行详细描述。
所述第一导线段50以及第一和第二双镶嵌结构51和52均为铜，且均通过铜镶嵌工艺制成。所述第一双镶嵌结构51具有垂直连接的第一插塞510和第二导线段511，所述第二双镶嵌结构52具有垂直连接的第二插塞520和第三导线段521，所述第一和第二插塞510和520直接设置在所述第一导线段50上且分别与第一导线段50的两端部对齐。所述第一导线段50除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层53。所述第一双镶嵌结构51和第二双镶嵌结构52除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层53。所述第一和第二插塞510和520两侧的扩散阻挡层53与所述第一导线段50两侧的扩散阻挡层53对齐。所述层间介质层4具有供第一插塞和第二插塞510和520穿过的第一通孔和第二通孔(未图示)。
需说明的是，所述第一和第二金属间介质层2和3为二氧化硅、硼硅玻璃或磷硅玻璃等。所述扩散阻挡层53为钽或上下层叠的氮化钽和钽等。
使用四探针测试仪来测试本发明的可提高使用寿命电迁移测试结构的电阻变化情况，藉此来判断电迁移对半导体器件的影响。受电迁移的影响，上述电迁移测试结构在使用过程中会逐渐在其第一插塞510和第二插塞520的底部形成空洞，空洞会造成电迁移测试结构的电阻增大，但因所述第一和第二插塞510和520与第一导线段50间通过扩散阻挡层53相连接，从而不会造成电迁移测试结构的断路，从而提高电迁移测试结构的寿命，进而提高电迁移测试的可靠性。
综上所述，本发明的可提高使用寿命的电迁移测试结构将第一和第二插塞分别设置在与第一导线段两端部对齐的位置，从而使第一和第二插塞两侧的扩散阻挡层与第一导线段两侧的扩散阻挡层电性连接，如此可大大提高电迁移测试结构的使用寿命，并有效提高电迁移测试的可靠性。

Claims (9)

1、一种可提高使用寿命的电迁移测试结构，设置在相邻的第一和第二金属间介质层中，其包括一设置在第一金属间介质层中的第一导线段以及设置在该第一导线段上且位于第二金属间介质层中的第一和第二双镶嵌结构，该第一双镶嵌结构具有垂直连接的第一插塞和第二导线段，该第二双镶嵌结构具有垂直连接的第二插塞和第三导线段，该第一和第二插塞直接设置在该第一导线段上，其特征在于，该第一和第二插塞分别与该第一导线段的两端部对齐。
2、如权利要求1所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第一和第二金属间介质层间具有层间介质层，该层间介质层具有供第一插塞和第二插塞穿过的第一通孔和第二通孔。
3、如权利要求2所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该层间介质层为氮化硅。
4、如权利要求1所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第一导线段除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层。
5、如权利要求4所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第一双镶嵌结构和第二双镶嵌结构除顶部区域外均覆盖有扩散阻挡层。
6、如权利要求5所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第一和第二插塞两侧的扩散阻挡层与该第一导线段两侧的扩散阻挡层对齐。
7、如权利要求4或5所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该扩散阻挡层为钽或上下层叠的氮化钽和钽。
8、如权利要求1所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第一金属间介质层为二氧化硅、硼硅玻璃或磷硅玻璃。
9、如权利要求1所述的可提高使用寿命的电迁移测试结构，其特征在于，该第二金属间介质层为二氧化硅、硼硅玻璃或磷硅玻璃。
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