CN105097778B - 用于改进斜坡电流测试检测能力的通孔阵列测试结构 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于改进斜坡电流测试检测能力的通孔阵列测试结构。该结构能够提高斜坡电流测试对工艺缺陷的探测能力。通孔阵列测试结构包括：两个或多个金属线层，每个金属线层包含多条彼此隔离的金属线；位于所述两个或多个金属线层中的任意相邻的两个金属线层之间的多个通孔结构，其中，在所述任意相邻的两个金属线层中，第一金属线层中的多条金属线与第二金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，所述第一金属线层中的金属线仅通过所述通孔电连接至所述第二金属线层中的金属线。

Description

用于改进斜坡电流测试检测能力的通孔阵列测试结构

技术领域

本发明涉及斜坡电流测试领域，尤其涉及用于改进斜坡电流测试检测能力的通孔阵列设计结构。

背景技术

斜坡电流(Iramp：current ramp)测试是可靠性测试中用来快速评估芯片金属互连层工艺可靠性的一种测试方法。

在斜坡电流测试过程中，在测试结构上通过斜坡电流，即不断增加流过测试结构的电流，同时监控测试结构电阻，直到测试结构电阻增大达到失效标准。

传统斜坡电流测试结构主要有单通孔和通孔链两种结构。

图1A和图1B分别示出根据现有技术的单通孔结构100的俯视图和横截面视图。该单通孔结构100包括第一金属层101、第二金属层102和连接第一金属层101和第二金属层102的通孔103。在测试过程中，斜坡电流依次流过第一金属层101、通孔102和第二金属层103。

图2A和图2B分别示出根据现有技术的通孔链结构200的俯视图和横截面视图。该通孔链结构200包括第一金属层201、第二金属层202和在第一金属层201和第二金属层202之间的多个通孔203。第一金属层201和第二金属层202分别被构造成多个彼此隔离的部分，第一金属层201的一个隔离部分通过通孔连接到第二金属层202的一个隔离部分，第二金属层202的该部分又通过下一通孔连接到第一金属层201的下一个隔离部分，依此类推，第一金属层201的多个隔离部分通过多个通孔与第二金属层202的多个隔离部分形成串联的通孔链结构。在测试过程中，斜坡电流流过该通孔链结构。

当测试结构的电阻增大到失效标准时，记录此时的电流，即，击穿电流Ibd。通过比较击穿电流Ibd的分布来评估通孔工艺的可靠性。

图1和图2所示的两种结构虽然可以反映金属互联层通孔工艺的可靠性，但由于单通孔结构密度有限；而通孔链整体阻值过大，局部通孔阻值异常也不易被发现。该测试在实际评估中对生产线发生异常导致的缺陷发现能力不够。

图3示出根据现有技术对三个晶片进行斜坡电流测试得到的击穿电流Ibd分布图，其中受到影响的晶片A和受到影响的晶片B为通孔结构有问题的晶片，而“▲”指示正常晶片，从图中可看出三个晶片的击穿电流分布图没有明显区别。该斜坡电流测试通孔结构缺陷的发现能力不够。

因此，需要能够提高斜坡电流测试对工艺缺陷的探测能力的测试结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的通孔阵列测试结构，利用该结构提高斜坡电流测试对工艺缺陷的探测能力。

根据本发明的通孔阵列测试结构包括：两个或多个金属线层，每个金属线层包含多条彼此隔离的金属线；位于两个或多个金属线层中的任意相邻的两个金属线层之间的多个通孔结构，其中，在任意相邻的两个金属线层中，第一金属线层中的多条金属线与第二金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，所述第一金属线层中的金属线仅通过所述通孔电连接至所述第二金属线层中的金属线。

在一个实施例中，任意相邻的两个金属线层中的金属线的数量相同或不同。任意相邻的两个金属线层的金属线相互垂直。所述金属线层和通孔的材料包括铝或铜。

本发明还提供了一种上述测试结构的制备和测试方法，包括：a)选择第一金属线层中的一条金属线作为接地端；b)选择相邻的第二金属线层中的一条金属线作为斜坡电流输入端；c)使其它金属线测试端处于悬空状态；d)使斜坡电流流过所选的两条金属线，从而测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔；e)对所述通孔阵列测试结构中的每个通孔执行步骤a)-d)。

在一个实施例中，测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔包括：在通过斜坡电流的同时监测所述通孔的阻值。测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔包括：在通过斜坡电流的同时监测所述通孔的击穿电流。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

这种新颖的斜坡电流测试结构改进了现有的两种结构缺陷探测能力较弱的缺点。新颖的斜坡电流测试结一次就可以得到多个独立通孔的击穿电流值，而且阵列中的每个通孔的阻值都可以被单独测量，不会像传统通孔链中单个通孔的阻值异常会被整体阻值掩盖，从而大大提高了对工艺缺陷的探测能力。

并且，这种斜坡电流测试结构大大提高了测试通孔的有效个数，一个结构就可以得到阵列中多个独立通孔的阻值和击穿电流；所有有缺陷的通孔阻值都可以被发现。

另外，该斜坡电流测试结构适用于在失效分析时对有缺陷的通孔的位置进行定位。同时，该斜坡电流测试结构没有增加测试的硬件配置和成本。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，放大了层和区域的厚度。相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1A和图1B分别示出根据现有技术的单通孔结构的俯视图和横截面视图。

图2A和图2B分别示出根据现有技术的通孔链结构的俯视图和横截面视图。

图3示出根据现有技术对三个晶片进行斜坡电流测试得到的击穿电流分布图

图4A示出根据本发明的斜坡电流通孔阵列结构的俯视图。

图4B示出根据本发明的沿图4A中的虚线截取的斜坡电流通孔阵列结构的横截面视图。

图5示出通孔阵列测试结构的制造及测试过程。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

图4A示出根据本发明的一个实施例的斜坡电流通孔阵列结构的俯视图。图中示出的通孔阵列结构包括第一金属线层401、第二金属线402层以及位于两个金属线层之间的多个通孔结构层，其中第一金属线层401中的每条金属线与第二金属线层402中的每条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，第一金属线层401中的金属线仅通过通孔电连接至第二金属线层402中的金属线。

在一个实施例中，第一金属线层401包括n条彼此隔离的平行金属线Y1、Y2…Yn；第二金属线层402包括m条彼此隔离平行金属线X1、X2…Xm；金属线Y1、Y2…Yn分别与金属线X1、X2…Xm相互垂直，形成m*n个交错区域，每个交错区中包含一个通孔，得到m*n个独立通孔，其中m和n可以相等或不相等的大于1的整数。

可根据芯片的实际制造工艺选择通孔阵列结构的材料和制造工艺。在一个实施例中，金属线和通孔的材料可以是铝、铜或其它适当的材料。金属线和通孔可通过真空蒸发、溅射或其它适当的方法形成。

在进行斜坡电流测试时，选择第一金属线层401中的第一条金属线Y1作为接地端，选择第二金属线层402中的第一条金属线X1作为斜坡电流输入端，使其它金属线测试端处于悬空状态。使斜坡电流通过金属线Y1和金属线X1的交错区中的通孔在两条金属线之间流过，同时监控测试结构电阻，直到测试结构电阻增大达到失效标准，从而可以得到该通孔阵列结构400中所选两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔的阻值和击穿电流。在一个实施例中，测试结构电阻的失效标准可以是该电阻为无穷大，即通孔断开。在另一个实施例中，测试结构电阻的失效标准可以是该电阻增大60％。

接下来，选择第一金属线层401中的第一条金属线Y1作为接地端，选择第二金属线层402中的第二条金属线X2作为斜坡电流输入端，使其它金属线测试端处于悬空状态，可以得到两条金属线(Y1，X2)的交错区域中唯一的一个通孔的阻值和击穿电流。

以此方式，选择第一金属线层401中的每一条金属线作为接地端，选择第二金属线层402中的每一条金属线作为斜坡电流输入端，可得到下列金属线对

(Y1，X1)…(Y1，Xm)

(Y2，X1)…(Y2，Xm)

…

(Yn，X1)…(Yn，Xm)。

因此，该通孔阵列结构能得到m*n个通孔的阻值和击穿电流。而且通孔阵列中的每个通孔阻值都可以被单独测量，这非常有利于对失效通孔的定位。而不会像现有技术中的通孔链中那样，单个通孔阻值异常会被整体阻值掩盖，从而大大提高了对工艺缺陷的探测能力。

尽管以上的实施例中介绍了由两个金属线层以及其交错区域中的通孔形成的通孔阵列结构，但本发明的范围不限于此。本发明还可包括三个或更多金属线层，其中任意两个金属线层及其交错区域中的通孔可形成通孔阵列结构。在一个实施例中，可包括五个金属线层，其中第一金属线层中的多条金属线可与第二金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，第一金属线层中的金属线仅通过通孔电连接至第二金属线层中的金属线；第二金属线层中的多条金属线也可与第三金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，第二金属线层中的金属线仅通过通孔电连接至第三金属线层中的金属线；类似地，第三金属线层中的多条金属线可与第四金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区包含一个通孔，第三金属线层中的金属线仅通过通孔电连接至第四金属线层中的金属线。

通过与要测试的芯片金属互连层类似地设计由多个金属线层形成的通孔阵列测试结构，可得到与实际金属互连层非常相似的通孔阵列测试结构。从而通过一个测试结构，即可对多层金属互连工艺中各层金属间的通孔进行有效测试。

接下来，参考图5，描述通孔阵列测试结构的制造及测试过程。

步骤501，针对待测试芯片的金属互连层设计通孔阵列测试结构。步骤502，在芯片的版图中增加该通孔阵列测试结构。步骤503，随芯片的工艺流程制造带有通孔阵列测试结构的芯片。步骤504，对芯片进行切割，对通孔阵列测试结构进行封装。步骤505，对通孔阵列测试结构进行斜坡电流测试，获得该通孔阵列中每一个通孔的电阻值和击穿电流值。步骤506，对测试结果进行分析，确定是否存在工艺缺陷。

Claims (10)

1.一种用于改进斜坡电流测试检测能力的通孔阵列测试结构，包括：

两个或多个金属线层，每个金属线层包含多条彼此隔离的金属线；

位于所述两个或多个金属线层中的任意相邻的两个金属线层之间的多个通孔结构，

其中，在所述任意相邻的两个金属线层中，第一金属线层中的多条金属线与第二金属线层中的多条金属线至少部分地重叠以形成多个交错区，每个交错区仅包含一个通孔，所述第一金属线层中的每条金属线仅通过所述通孔电连接至所述第二金属线层中的每条金属线，并且，所述通孔之间是独立的。

2.如权利要求1所述的通孔阵列测试结构，其特征在于，任意相邻的两个金属线层中的金属线的数量相同或不同。

3.如权利要求1或2所述的通孔阵列测试结构，其特征在于，任意相邻的两个金属线层的金属线相互垂直。

4.如权利要求1或2所述的通孔阵列测试结构，其特征在于，所述金属线层和通孔的材料包括铝或铜。

5.一种对如权利要求1－4中任一项所述的通孔阵列测试结构评估通孔可靠性的方法，所述方法包括：

a)选择第一金属线层中的一条金属线作为接地端；

b)选择相邻的第二金属线层中的一条金属线作为斜坡电流输入端；

c)使其它金属线测试端处于悬空状态；

d)使斜坡电流流过所选的两条金属线，从而测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔；

e)对所述通孔阵列测试结构中的每个通孔执行步骤a)-d)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔包括：在通过斜坡电流的同时监测所述通孔的阻值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，测试所选的两条金属线的交错区域中唯一的一个通孔包括：在通过斜坡电流的同时监测所述通孔的击穿电流。

8.一种评估芯片金属互连层工艺可靠性的测试方法，包括：

根据待测试芯片的金属互连层设计如权利要求1－4中任一项所述的通孔阵列测试结构；

使用和待测试芯片相同的制造工艺制造通孔阵列测试结构；

对所制造的通孔阵列测试结构，采用如权利要求5－7中任一项所述的方法测试通孔可靠性。

9.如权利要求8所述的评估芯片金属互连层工艺可靠性的测试方法，其中所述制造通孔阵列测试结构的步骤包括：

在芯片的版图中增加所述通孔阵列测试结构；以及

随芯片的工艺流程制造所述通孔阵列测试结构。

10.如权利要求8所述的评估芯片金属互连层工艺可靠性的测试方法，包括：

基于对所制造的通孔阵列测试结构的通孔可靠性测试结果，评估芯片金属互连层工艺可靠性。