CN102655137B - 电迁移测试结构 - Google Patents

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Abstract

一种电迁移测试结构，包括第一导线段、第二导线段和第三导线段，还包括第一虚设导线段，所述第一虚设导线段与所述第三导线段连接，所述第一导线段介于所述第一虚设导线段与所述第二导线段之间，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段有电流通过。与现有技术在第三导线段两端部设置预留段相比，本发明第三导线段至少一端部设置虚设导线段，所述虚设导线段在电迁移测试结构工作时有电流通过，从而减小电迁移现象引起的空洞或凸起物的聚集，从而大大提高了电迁移测试结构的使用寿命，并提高电迁移测试结构的可靠性。

Description

电迁移测试结构
技术领域
本发明涉及一种电迁移测试结构，尤其涉及一种能够提高使用寿命的电迁移测试结构。
背景技术
电迁移现象(Electromigration)是集成电路互连制造中一种常见的问题。电迁移通常是指在电流密度极高的区域中，在电场的作用下金属离子物理迁移运动造成元件或电路失效的现象。电迁移现象发生在相邻界面的表面，如常见的金属离子迁移和发生在金属导体内部的金属化电子迁移。金属是晶体，在晶体内部金属离子按序排列。当不存在外电场时，金属离子可以在晶格内通过空位而变换位置，这种金属离子运动称为自由扩散。因为移向邻近空位的离子有相同的概率，所以自由扩散的结果并不产生质量输运。当有直流电流通过金属导体时，在电场的作用下，金属离子产生定向运动，形成金属离子的迁移现象，电迁移伴随着质量的输运。所谓金属电迁移失效，通常是指金属层因金属离子的迁移在局部区域由于出现凸起物(Hillocks)和空洞(Voids)，在铜连线的器件中，在阴极会产生大量的空洞聚集，当凸起物或空洞达到一定程度时而造成的连线电阻大大增加，电阻增大到一定程度导致互连断开，造成器件或互连性能退化或失效。
为监控半导体器件中的电迁移情况，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。图1为现有技术中一种电迁移测试结构的示意图。如图1所示，现有技术中的电迁移测试结构，包括第一导线段11、第二导线段12和第三导线段13，其中第一导线段11通过垂直设置的第一通孔插塞21连接于第三导线段13的一端，所述第二导线段12通过垂直设置的第二通孔插塞22连接于第三导线段13的另一端，其中第一通孔插塞21和第二通孔插塞22分别距离第三导线段13的两端留有预设段。在本实施例中，第一导线段11为阴极测试端，第二导线段12为阳极测试端，当有电迁移测试结构工作通入电流时，在第三导线段13中产生电迁移效应，在靠近第一通孔插塞21的一端产生空洞，预设段能够转移部分空洞，从而延长电迁移测试结构的使用寿命，提高电迁移测试结构的可靠性。
然而，采用预设段结构只能有限地延长电迁移测试结构的使用寿命，因为预设段没有与其他导电介质连接，故只能转移部分空洞。若空洞聚集过大，第三导线段13靠近第一通孔插塞21处仍会聚集大量的孔洞1，导致电迁移测试结构断路。
图2为现有技术中电迁移测试结构使用寿命与其第三导线段上预设距离的关系示意图。其中图2中横轴表示电迁移测试结构的寿命，即使用时间，纵轴表示累计分布函数(Cumulative Distribution Function，CDF)，例如多个待测试样品的累积概率。结合图1和图2，通常在所述预设段的预设距离L在小于60nm时，随着预设距离L增大，电迁移测试结构的使用寿命可以大大增加，其中预设距离L＝60nm时使用寿命是预设距离L＝0nm使用寿命的一倍，然而，当预设距离在60nm以上后，电迁移测试结构的使用寿命没有明显的增加，预设距离L＝120nm使用寿命与L＝60nm使用寿命相差不大。随着半导体器件的最小特征尺寸不断减小，金属互连导线的尺寸不断减小，电流密度不断增加，电迁移现象更加明显，更易造成半导体器件的失效，采用预设距离的结构无法进一步延长电迁移测试结构的使用寿命，进而限制其性能的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够提高使用寿命的电迁移测试结构，从而大大提高电迁移测试的可靠性。
为解决上述问题，本发明提供一种电迁移测试结构，包括第一导线段、第二导线段和第三导线段，所述第一导线段通过垂直设置的第一通孔插塞与所述第三导线段连接，所述第二导线段通过垂直设置的第二通孔插塞与所述第三导线段连接，此外还包括第一虚设导线段，所述第一虚设导线段与所述第三导线段连接，所述第一导线段介于所述第一虚设导线段与所述第二导线段之间，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段有电流通过。
进一步的，所述第一导线段为阴极测试端，所述第二导线段为阳极测试端。
进一步的，所述第一虚设导线段的长度小于20um。
进一步的，所述第一虚设导线段一端与所述第三导线段连接，另一端通过垂直设置的第三通孔插塞与第四导线段连接。
进一步的，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段中的电流小于所述第三导线中电流的1/3。
进一步的，电迁移测试结构还包括第二虚设导线段，所述第二导线段介于所述第二虚设导线段与所述第一导线段之间，所述第二虚设导线段与所述第三导线段连接，在所述电迁移测试结构工作时，所述第二虚设导线段有电流通过。
进一步的，所述第二虚设导线段的长度小于20um。
进一步的，所述第二虚设导线段一端与所述第三导线段连接，另一端通过垂直设置的第四通孔插塞与第五导线段连接。
进一步的，在所述电迁移测试结构工作时，所述第二虚设导线段中的电流小于所述第三导线中电流的1/3。
与现有技术在第三导线段两端部设置预留段相比，本发明第三导线段至少一端部设置虚设导线段，所述虚设导线段在电迁移测试结构工作时有电流通过，从而减小电迁移现象引起的在第三导线段两端部处通孔插塞之上的空洞或凸起物的聚集，从而提高了电迁移测试结构的使用寿命，并提高电迁移测试结构，尤其是该电迁移测试结构中位于第三导线段两端部处通孔插塞之上的可靠性。
附图说明
图1为现有技术中一种电迁移测试结构的示意图。
图2为现有技术中电迁移测试结构使用寿命与预设距离的关系示意图。
图3为本发明电迁移测试结构的第一实施例的示意图。
图4为本发明电迁移测试结构的第二实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。
图3为本发明电迁移测试结构的第一实施例的示意图。如图3所示，本发明提供一种电迁移测试结构，包括第一导线段101、第二导线段102和第三导线段103和第一虚设导线段104，所述第一导线段101通过垂直设置的第一通孔插塞201与所述第三导线段103连接，所述第二导线段102通过垂直设置的第二通孔插塞202与所述第三导线段103连接，所述第一虚设导线段104与所述第三导线段103连接，所述第一导线段101介于所述第一虚设导线段104与所述第二导线段102之间，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段104有电流通过。
在本实施例中，所述第一导线段101为阴极测试端，所述第二导线段102为阳极测试端，即所述第一虚设导线段104设置于第三导线段103靠近阴极测试端。其中较佳的，所述第一虚设导线段104与所述第三导线段103为一体成型。所述第一虚设导线段104通过金属连线可以与器件的金属层顶部的接合焊盘(Bonding Pad)直接连接，接通外部电源，亦可如图3所示通过垂直设置的第三通孔插塞203与第四导线段105连接，进而所述第四导线段105通过金属连线与外部电源连通。
进一步的，为防止第一虚设导线段104自身产生电迁移现象，所述第一虚设导线段104的长度Ldummy小于20um。
当电迁移测试结构工作时，第三导线段103靠近第一通孔插塞201处聚集的空洞，转移至第一虚设导线段104，由于第一虚设导线段104中有电流通过，故聚集在第三导线段103靠近阴极测试端的空洞能够更好地转移至第一虚设导线段104，从而延长电迁移测试结构的使用寿命，大大提高性能。
在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段104中的电流小于所述第三导线段103中电流的1/3。较小的电流不易影响电迁移测试结构的正常工作，且降低电迁移测试结构的功耗。
图4为本发明电迁移测试结构的第二实施例的示意图。在图3所示结构基础上，所述电迁移测试结构还包括第二虚设导线段106，所述第二导线段102介于所述第二虚设导线段106与所述第一导线段103之间。在本实施例中，所述第一导线段101既可为阴极测试端，亦可为阳极测试端，则第二导线段102则相应地为阳极测试端或阴极测试端。对于金属导线段为铜时，电迁移现象在阴极测试端聚集的空穴更为显著，因而在第一导线段101为阴极测试端过程中，所述第一虚设导线段104起到更重要地减小电迁移现象的作用，在第二导线段101为阳极测试端过程中，所述第二虚设导线段106起到更重要地减小电迁移测试的作用。此外，对于导线段为铝或其他材质时，会在两级测试端分别出现空洞和凸起物，第一虚设导线段104与第二虚设导线段106可分别转移阴极测试端聚集的空洞和及阳极测试端聚集的凸起物，从而降低电迁移现象，延长电迁移测试结构的使用寿命，提高电迁移测试结构的性能。
进一步的，所述第二虚设导线段106通过金属连线可以与器件的金属层顶部的接合焊盘(Bonding Pad)直接连接，接通外部电源，亦可如图4所示通过垂直设置的第四通孔插塞204与第五导线段107连接，进而所述第五导线段107通过金属连线与外部电源连通。
进一步的，为防止第二虚设导线段106自身产生电迁移现象，所述第二虚设导线段106的长度Ldummy小于20um。
进一步的，在所述电迁移测试结构工作时，所述第二虚设导线段106中的电流小于所述第三导线103中电流的1/3。较小的电流不易影响电迁移测试结构的正常工作，且降低电迁移测试结构的功耗。
所述电迁移测试结构并不仅限于第一实施例和第二实施例所述的结构示意，例如，在实际集成电路芯片制造过程中，所示第三金属导线段103所在的金属层位于所述第一金属导线段101与第二金属导线段102所在的金属层上一层，亦可所示第三金属导线段103所在的金属层位于所述第一金属导线段101与第二金属导线段102所在的金属层下一层，同样在本发明的思想范围之内。
综上所述，与现有技术在第三导线段两端部设置预留段相比，本发明第三导线段至少一端部设置虚设导线段，所述虚设导线段在电迁移测试结构工作时有电流通过，从而减小电迁移现象引起的空洞或凸起物的聚集，从而大大提高了电迁移测试结构的使用寿命，并提高电迁移测试结构，尤其是该测试结构中位于所述通孔之上的可靠性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种电迁移测试结构，包括第一导线段、第二导线段和第三导线段，所述第一导线段通过垂直设置的第一通孔插塞与所述第三导线段连接，所述第二导线段通过垂直设置的第二通孔插塞与所述第三导线段连接，其特征在于，还包括第一虚设导线段和第二虚设导线段，所述第一虚设导线段与所述第三导线段连接，所述第一导线段介于所述第一虚设导线段与所述第二导线段之间，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段有电流通过；所述第二导线段介于所述第二虚设导线段与所述第一导线段之间，所述第二虚设导线段与所述第三导线段连接，在所述电迁移测试结构工作时，所述第二虚设导线段有电流通过。
2.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一导线段为阴极测试端，所述第二导线段为阳极测试端。
3.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一虚设导线段的长度小于20μm。
4.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一虚设导线段一端与所述第三导线段连接，另一端通过垂直设置的第三通孔插塞与第四导线段连接。
5.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，在所述电迁移测试结构工作时，所述第一虚设导线段中的电流小于所述第三导线段中电流的1/3。
6.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第二虚设导线段的长度小于20μm。
7.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第二虚设导线段的一端与所述第三导线段连接，另一端通过垂直设置的第四通孔插塞与第五导线段连接。
8.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，在所述电迁移测试结构工作时，所述第二虚设导线段中的电流小于所述第三导线段中电流的1/3。
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