CN105097783B - 金属电迁移测试结构以及金属电迁移测试方法 - Google Patents

金属电迁移测试结构以及金属电迁移测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种金属电迁移测试结构以及金属电迁移测试方法。金属电迁移测试结构，用于测试金属互连结构的缺陷位置，金属互连结构包括：布置在第一金属布线层中的第一金属布线段、以及布置在第二金属布线层中的断开的第二金属布线段和第三金属布线段；其中，第一金属布线段的第一端通过第一金属通孔连接至第二金属布线段，第一金属布线段的第二端通过第二金属通孔连接至第三金属布线段；金属电迁移测试结构包括：布置在第一金属布线段的第一端处的第一测试引脚端子、布置在第一金属布线段的第二端处的第二测试引脚端子、布置在第二金属布线段的第三测试引脚端子、以及布置在第三金属布线段的第四测试引脚端子。

Description

金属电迁移测试结构以及金属电迁移测试方法
技术领域
本发明涉及半导体制造及测试领域，更具体地说，本发明涉及一种金属电迁移测试结构以及金属电迁移测试方法。
背景技术
现有的金属电迁移测试结构仅应用于常规失效测试，侦测参数为金属互连结构的电阻。目前的测试结构如图1所示，当该结构某个位置在应力作用下出现缺陷,导致电阻变化达到一定量时,即可认定该结构失效。
但是，由于电迁移失效有可能发生在金属互连线的不同位置,后续还需要通过失效分析定位不同实效模式,耗时费力。如图2所示,不同失效位置A、B、C、D、E、F、G反映不同工艺步骤的影响,为工艺改善提供方向。
根据图1所示的现有测试结构进行按照现有技术的测试流程进行测试，则该测试结构只能完成金属互连可靠性测试,无法给出相应的失效模式,需要失效分析来确定失效模式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，设计新型的测试结构搭配测试方法，可用于侦测金属在电迁移作用下产生缺陷的位置，用于金属互连可靠性的快速检测和分析，能够对工艺制程导致的金属连线的互连可靠性问题进行快速有效的检测。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种金属电迁移测试结构，用于测试金属互连结构的缺陷位置，
其中，所述金属互连结构包括：布置在第一金属布线层中的第一金属布线段、以及布置在第二金属布线层中的断开的第二金属布线段和第三金属布线段；其中，第一金属布线段的第一端通过第一金属通孔连接至第二金属布线段，第一金属布线段的第二端通过第二金属通孔连接至第三金属布线段；
所述金属电迁移测试结构包括：布置在第一金属布线段的第一端处的第一测试引脚端子、布置在第一金属布线段的第二端处的第二测试引脚端子、布置在第二金属布线段的第三测试引脚端子、以及布置在第三金属布线段的第四测试引脚端子。
优选地，第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子为铜线。
优选地，第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子的线宽均为金属布线的最小宽度。
优选地，第一金属布线段、第二金属布线段和第三金属布线段均为铜线。
优选地，第一金属通孔和第二金属通孔的材料为铜。
优选地，第一金属布线层和第二金属布线层为相邻的金属布线层。
根据本发明，还提供了一种金属电迁移测试方法，其采用上述的金属电迁移测试结构，所述金属电迁移测试方法包括：第一步骤：测试第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子中的任意两个测试引脚端子之间的电阻，从而得到多个测量电阻值；第二步骤：判断所述多个测量电阻值中的每一个是否大于失效值；第三步骤：根据大于失效值的测量电阻值确定金属互连结构的失效位置。
优选地，在第三步骤中，将大于失效值的测量电阻值测量时所对应的两个测试引脚端子之间的位置确定为金属互连结构的失效位置。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的金属电迁移测试结构。
图2示意性地示出了金属电迁移缺陷产生的可能位置。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构的第一示例。
图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构的第二示例。
图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试方法的流程图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
金属电迁移的检测对于半导体制程是非常关键的技术，对于提高产品的良率和可靠性非常重要。新设计的测试结构和测试方法可以快速准确的确定缺陷产生的位置，及时发现和改善相关的工艺条件，节省失效分析的成本和时间,协助快速完成工艺改善和评估。
本发明通过分析金属电迁移各种失效模式的失效位置(例如图2所示)，对现有结构进行改进，得到了新型的金属电迁移测试结构(例如图3所示)，该结构在存在失效缺陷的位置增加了测量端子，再搭配改进的测试方法，按照本发明的测试流程，对测试后的数据进行分析判断，可以在可靠性测量过程中就完成缺陷位置的定位,不需要额外的失效分析,提高测试分析的效率,能快速准确的反映工艺制程的问题。
本发明主要用于金属互连缺陷的快速检测和分析，能够实现多点探测和快速失效判断。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构的第一示例；图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构的第二示例。
如图3和图4所示，根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构用于测试金属互连结构的缺陷位置。
其中，所述金属互连结构包括：布置在第一金属布线层(例如图3所示的下层金属布线层或者图4所示的上层金属布线层)中的第一金属布线段10、以及布置在第二金属布线层(例如图3所示的上层金属布线层或者图4所示的下层金属布线层)中的断开的第二金属布线段21和第三金属布线段22；其中，第一金属布线段10的第一端通过第一金属通孔31连接至第二金属布线段21，第一金属布线段10的第二端通过第二金属通孔32连接至第三金属布线段22。
根据本发明优选实施例的金属电迁移测试结构包括：布置在第一金属布线段10的第一端处的第一测试引脚端子41、布置在第一金属布线段10的第二端处的第二测试引脚端子42、布置在第二金属布线段21的第三测试引脚端子43(例如布置在第二金属布线段21的与第一金属通孔31更靠近的一端处)、以及布置在第三金属布线段22的第四测试引脚端子44(例如布置在第三金属布线段22的与第二金属通孔32更靠近的一端处)。
优选地，第一测试引脚端子41、第二测试引脚端子42、第三测试引脚端子43、以及第四测试引脚端子44均为铜线。
而且优选地，第一测试引脚端子41、第二测试引脚端子42、第三测试引脚端子43、以及第四测试引脚端子44的线宽均为金属布线的最小宽度。
优选地，第一金属布线段10、第二金属布线段21和第三金属布线段22均为铜线。
优选地，第一金属通孔31和第二金属通孔32的材料为铜。
优选地，第一金属布线层和第二金属布线层为相邻的金属布线层。当然，第一金属布线层和第二金属布线层之间也可以间隔其它布线层。
由此，根据本发明优选实施例的金属电迁移测试方法可采用上述金属电迁移测试结构，并执行下述测试步骤：
第一步骤S1：测试第一测试引脚端子41、第二测试引脚端子42、第三测试引脚端子43、以及第四测试引脚端子44中的任意两个测试引脚端子之间的电阻，从而得到多个测量电阻值；
第二步骤S2：判断所述多个测量电阻值中的每一个是否大于失效值；
第三步骤S3：根据大于失效值的测量电阻值确定金属互连结构的失效位置。
具体地，在第三步骤S3中，将大于失效值的测量电阻值测量时所对应的两个测试引脚端子之间的位置确定为金属互连结构的失效位置。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种金属电迁移测试方法，其特征在于采用金属电迁移测试结构，用于测试金属互连结构的缺陷位置，
其中，所述金属互连结构包括：布置在第一金属布线层中的第一金属布线段、以及布置在第二金属布线层中的断开的第二金属布线段和第三金属布线段；其中，第一金属布线段的第一端通过第一金属通孔连接至第二金属布线段，第一金属布线段的第二端通过第二金属通孔连接至第三金属布线段；
所述金属电迁移测试结构包括：布置在第一金属布线段的第一端处的第一测试引脚端子、布置在第一金属布线段的第二端处的第二测试引脚端子、布置在第二金属布线段的第三测试引脚端子、以及布置在第三金属布线段的第四测试引脚端子；
所述金属电迁移测试方法包括：
第一步骤：测试第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子中的任意两个测试引脚端子之间的电阻，从而得到多个测量电阻值；
第二步骤：判断所述多个测量电阻值中的每一个是否大于失效值；
第三步骤：根据大于失效值的测量电阻值确定金属互连结构的失效位置。
2.根据权利要求1所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子为铜线。
3.根据权利要求1或2所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，第一测试引脚端子、第二测试引脚端子、第三测试引脚端子、以及第四测试引脚端子的线宽均为金属布线的最小宽度。
4.根据权利要求1或2所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，第一金属布线段、第二金属布线段和第三金属布线段均为铜线。
5.根据权利要求1或2所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，第一金属通孔和第二金属通孔的材料为铜。
6.根据权利要求1或2所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，第一金属布线层和第二金属布线层为相邻的金属布线层。
7.根据权利要求1所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，在第三步骤中，将大于失效值的测量电阻值测量时所对应的两个测试引脚端子之间的位置确定为金属互连结构的失效位置。
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