CN103035619A - 一种电迁移可靠性测试结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电迁移可靠性测试结构及其制备方法，电迁移可靠性测试结构包括第一层金属线，其包括第一金属线，与第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线，以及垂直连接于第一金属线和第二金属线之间的第三金属线；第三金属线的一端靠近第一金属线的一个端点，另一端靠近第二金属线的一个端点；金属线之间填充有绝缘介质；以及第二层金属线，位于第一层金属线上方，通过金属通孔引出第一层金属线以进行可靠性测试。通过本发明的电迁移可靠性测试结构和制备方法，只需要两层金属结构就能够完成电流拥堵效应引起的电迁移可靠性测试，减少了制造工艺步骤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种金属互连的可靠性测试结构。
背景技术
可靠性测试是集成电路制造工艺中极其重要的一个环节。目前金属互连的可靠性测试的内容包括接触孔、通孔、金属布线电迁移现象等，电迁移(EM)是指在较高的电流密度作用下，金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移。电迁移能使集成电路中的互连线在工作过程中产生断路或短路，从而引起IC失效，其表现为：在互连线中形成空洞，增加了电阻；空洞长大，最终贯穿互连线，形成断路；在互连引线中形成晶须，造成层间短路；晶须长大，穿透钝化层，产生腐蚀源。空洞和晶须的长期积累最终就会导致集成电路金属互连结构失效。因此，电迁移是影响集成电路器件可靠性的一个重要因素，电迁移测试也成为可靠性评价的重要项目之一。集成电路的金属互连的迁移特性有相当部分受电流拥堵（Current Crowding）的影响。当电路的尺寸发生比较大的变化时，电流密度也会有比较大的变化，同时在比较细的金属中电流密度的分布也会发生改变且不均匀，这样就加剧了电迁移，加速了电路的失效。现有技术中，用于测试金属互连结构的涉及电流拥堵效应引起的可靠性的测试结构包括上层金属线，下层金属线以及引出金属线三层金属结构，上层金属线和下层金属线之间由绝缘介质层隔开，上层金属线和下层金属线之间由金属通孔实现导通，再通过引出金属线引出后可在上层金属线和下层金属线间的金属通孔上进行测试。由此可知，这种测试结构需要3层金属才能正常测试。因此制备这种测试结构的步骤包括形成下层金属线，接着以铜互连工艺形成金属通孔和上层金属线，之后再以铜互连工艺形成金属通孔和引出金属线，也即是至少需要七次光刻才能得到所需的测试结构，制造工艺较为复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单工艺方便的电迁移可靠性测试结构。
为达成上述目的，本发明提供一种电迁移可靠性测试结构，包括：第一层金属线，其包括第一金属线，与所述第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线，垂直连接于所述第一金属线和所述第二金属线之间的第三金属线；所述第三金属线的一端靠近所述第一金属线的一个端点，另一端靠近所述第二金属线的一个端点；所述金属线之间填充有绝缘介质；以及第二层金属线，位于所述第一层金属线上方，通过金属通孔引出所述第一层金属线以进行可靠性测试。
优选的，所述第一金属线靠近所述第三金属线的一个端点相对于所述第三金属线外侧的偏移量为-20nm至100nm，以所述第三金属线的内侧向外侧为正方向。
优选的，所述第二金属线靠近所述第三金属线的一个端点相对于所述第三金属线内侧的偏移量为-20nm至100nm，以所述第三金属线的外侧向内侧为正方向。
优选的，所述第三金属线的线宽为60nm至250nm。
优选的，所述第三金属线的长度为100nm至700nm。
优选的，所述第一金属线和/或所述第二金属线的线宽为大于等于300nm。
优选的，所述第三金属线和所述第二金属线的数量为2，以所述第一金属线成中心对称分布。
本发明还提供了一种电迁移可靠性测试结构的制备方法，包括以下步骤：淀积绝缘介质层；在所述绝缘介质层中形成第一层金属线；以铜互连工艺在所述绝缘介质层上方形成金属通孔及第二层金属线，所述第二层金属线通过所述金属通孔将所述第一层金属线引出以进行电迁移可靠性测试；其中，所述第一层金属线包括第一金属线，与所述第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线，垂直连接于所述第一金属线和所述第二金属线之间的第三金属线；所述第三金属线的一端靠近所述第一金属线的一个端点，另一端靠近所述第二金属线的一个端点。
本发明的优点在于通过第一层金属线模拟现有技术中的两层金属结构，再通过第二层金属线引出，从而只需要两层金属结构就能够完成电迁移可靠性测试，大大减少了制造可靠性测试结构的工艺步骤，缩短了研发、调查工艺问题的周期，降低了工艺成本。
附图说明
图1为本发明实施例电迁移可靠性测试结构第一层金属线的示意图。
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。
电迁移可靠性测试结构包括第一层金属线及第二层金属线，其中第二层金属线为引出线，用于将第一层金属线引出以进行可靠性测试。请参考图1，其显示为本发明电迁移可靠性测试结构的第一层金属线的示意图。第一层金属线包括第一金属线1，与第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线2，以及垂直连接于第一金属线1和第二金属线2之间的第三金属线3。第三金属线3的上端靠近第一金属线1的一个端点，下端靠近第二金属线2的一个端点；金属线1，2，3之间填充有绝缘介质（图未示）。也即是说，第一金属线1和第二金属线2之间由绝缘介质隔开，第一金属线1和第二金属线2之间通过第三金属线3实现导通。由此可见，第一层金属线1和第二金属线2即分别相当于现有技术中未被引出的测试结构的上层金属线和下层金属线，第三金属线3则相当于上层金属线和下层金属线之间的金属通孔。由此可知，相较于现有技术的三层可靠性测试结构，本发明仅需两层金属即可完成。由于省去了一道金属互连工艺，减少了工艺步骤和复杂度。详细来说，本发明的电迁移可靠性测试结构的制备步骤包括，首先淀积绝缘介质层，对绝缘介质层进行光刻刻蚀形成所需的第一层金属线形状，之后填充金属铜以形成图1所示的第一层金属线结构；接着通过标准铜互连工艺形成金属通孔以及第二层金属线（也即是引出线）。铜互连工艺为本领域技术人员所熟知，在此不多加赘述。第二层金属线通过金属通孔将第一层金属线结构引出，以进行可靠性测试。相较于现有技术中需要进行7次光刻刻蚀，本发明省去了一道铜互连工艺，仅需4次光刻刻蚀就能够完成测试结构的制备。
请继续参考图1，在本实施例中，电流输入端可设置在第一金属线1或第二金属线2远离第三金属线3的一端。由于电路的尺寸的较大变化引起电流密度的变化而加剧电迁移，因此在本发明中第三金属线3的线宽b应小于第一金属线1的线宽d和第二金属线2的线宽e。较佳的，第三金属线的线宽b为60nm至250nm，长度c为100nm至700nm。第一金属线1的线宽d和第二金属线2的线宽e为大于等于300nm。
如图1所示，第三金属线3的上端靠近于第一金属线1的一个端点，该端点的位置可超出第三金属线3的外侧或位于第三金属线3的外侧和内侧之间。具体来说，该端点相对于第三金属线3外侧的偏移量a可为-20nm至100nm，以第三金属线3的内侧向外侧为正方向。当第一金属线1的该端点凹陷于第三金属线3外侧（也即是偏移量为负值）时，电流拥堵效应会更加明显。同样的，第三金属线3的下端靠近于第二金属线2的一个端点，该端点的位置可超出第三金属线3的内侧或位于第三金属线3的内侧和外侧之间。该端点相对于第三金属线3内侧的偏移量也可为-20nm至100nm，以第三金属线3的外侧向内侧为正方向。
在本实施例中，第二金属线2和第三金属线3均为两条，以第一金属线1成中心对称分布，第二层金属线通过金属通孔将第二金属线2的两个端点引出，即可对两条金属线3进行可靠性测试。在本发明的其他实施例中，第二金属线2和第三金属线3仅为1条，此时第二层金属线通过金属通孔将第二金属线2远离第三金属线3的一端以及第一金属线远离第三金属线3的一端引出，从而仅对一条第三金属线3进行可靠性测试。
综上，本发明所提出的电迁移可靠性测试结构和方法，通过将现有技术中的三层金属互连结构简化为两层，减少了3步光刻步骤，大大缩短了研发、调查工艺问题的周期，降低了工艺成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (8)
1.一种电迁移可靠性测试结构，其特征在于，包括：
第一层金属线，其包括第一金属线，与所述第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线，垂直连接于所述第一金属线和所述第二金属线之间的第三金属线；所述第三金属线的一端靠近所述第一金属线的一个端点，另一端靠近所述第二金属线的一个端点；所述金属线之间填充有绝缘介质；以及第二层金属线，位于所述第一层金属线上方，通过金属通孔引出所述第一层金属线以进行可靠性测试。
2.根据权利要求1所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第一金属线靠近所述第三金属线的端点相对于所述第三金属线外侧的偏移量为-20nm至100nm，以所述第三金属线的内侧向外侧为正方向。
3.根据权利要求2所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第二金属线靠近所述第三金属线的端点相对于所述第三金属线内侧的偏移量为-20nm至100nm，以所述第三金属线的外侧向内侧为正方向。
4.根据权利要求1所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第三金属线的线宽为60nm至250nm。
5.根据权利要求1所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第三金属线的长度为100nm至700nm。
6.根据权利要求1所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第一金属线和/或所述第二金属线的线宽为大于等于300nm。
7.根据权利要求1所述的电迁移可靠性测试结构，其特征在于，所述第三金属线和所述第二金属线的数量为2，以所述第一金属线成中心对称分布。
8.一种电迁移可靠性测试结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
淀积绝缘介质层；
在所述绝缘介质层中形成第一层金属线；
以铜互连工艺在所述绝缘介质层上方形成金属通孔及第二层金属线，所述第二层金属线通过所述金属通孔将所述第一层金属线引出以进行电迁移可靠性测试；
其中，所述第一层金属线包括第一金属线，与所述第一金属线平行且相隔一定距离的第二金属线，垂直连接于所述第一金属线和所述第二金属线之间的第三金属线；所述第三金属线的一端靠近所述第一金属线的一个端点，另一端靠近所述第二金属线的一个端点。
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