CN105810664A - 测试金属线的电迁移结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测试金属线的电迁移结构，包括测试金属线以及位于所述测试金属线同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线周边的突起监测线，还包括围绕所述测试金属线不接触设置的吸热结构，以用于吸收所述测试金属线的热量，提高所述测试金属线的散热效率。

Description

测试金属线的电迁移结构
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种测试金属线的电迁移结构。
背景技术
电迁移(Electromigration，简称EM)是一种由于导体中原子的逐步运动而导致的物质转移现象，其内在机理是电子与金属原子之间的动量转移。电迁移发生时，运动电子的部分动量转移到邻近的金属原子，这会导致该原子离开它的位置。随着时间的推移，这种力量会引起庞大数量的原子远离它们的原始位置。
图1是现有技术的测试金属线电迁移结构的俯视结构示意图。请参考图1，现有技术中的电迁移的测试结构包括测试金属线，以及位于所述测试金属线同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线周边的突起监测线。
图2是图1中沿A-A线的截面示意图；图3是图2中沿B-B线的截面示意图。请参考图2、图3，第一金属层包括测试金属线M1以及围绕测试金属线周边分布的突起监测线Extrusion。测试金属线M1仅依靠突起监测线Extrusion吸收热量，其散热效果差。突起监测线Extrusion之外为冗余金属线DM(DummyMetal)，冗余金属线DM不会对电路产生直接影响，其可以保持测试结构附近金属密度的平衡，提高芯片的平坦度。
请参考图1，在恒热电迁移测试(IsoEM)中，采用四端法测量测试金属线的电阻，F为Force表示感测电流节点，包括分别连接于测试金属线两端的F1和F2，接恒流源，其两端流过的恒定的电流值为I；S为Sense表示感测电压节点，包括连接于测试金属线两端的S1和S2，接电压源，其测试电压分别为Vs1和Vs2，则采用四端法得到的测试金属线的样品电阻R＝(Vs2-Vs1)/I)。突起监测线与测试金属线之间加上一定的电压，可以监测测试金属线与突起监测线是否存在短路现象。由于测试金属线中的电流产生的焦耳热维持其温度恒定，测试金属线内的金属原子由于与电子产生动量转移而迁移。实际在IsoEM测试中，当测试第一金属层结构时，容易发生烧坏金属垫，损坏探针等问题。可能的原因是测试金属线中空洞形成时，电阻跳变形成很大的热量，使测试金属线产生很高的温度，由于介电材料的导热性能差，同时第一金属层在芯片的底层，散热途径比较长，导致局部高温产生的的高热量不容易散出，而造成金属垫被烧坏以及探针损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种测试金属线的电迁移结构，以提高测试金属线的散热效率。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种测试金属线的电迁移结构，包括测试金属线以及位于所述测试金属线同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线周边的突起监测线，还包括围绕所述测试金属线不接触设置的吸热结构，以用于吸收所述测试金属线的热量，提高所述测试金属线的散热效率。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述吸热结构，包括位于所述测试金属线之下层的多晶硅层，以及位于所述测试金属线之上层的第二金属层；所述多晶硅层通过层间介质散热通孔连线与平行于所述测试金属线至少一侧的所述突起监测线连接，所述第二金属层通过层间介质散热通孔连线与平行于所述测试金属线至少一侧的所述突起监测线连接。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，还包括与所述吸热结构连接的热量传导结构，以用于将吸热结构的热量传导到测试金属线之外，以进一步提高所述测试金属线的散热效率。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述热量传导结构，包括位于所述第二金属层之上的第三金属层，所述第二金属层与所述第三金属层之间通过层间介质散热通孔连线连接。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述热量传导结构，还包括位于所述第三金属层至顶部金属层之间的金属层与金属层之间均通过层间介质散热通孔连线连接。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述层间介质散热通孔连线呈直线陈列排布。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述层间介质散热通孔连线均为具有导热性能的金属线。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所有所述金属层的面积大于所述测试金属线的面积。
进一步的，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，所述多晶硅层的面积大于所述测试金属线的面积。
本发明提供的测试金属线的电迁移结构，测试金属线的热量不仅通过围绕测试金属线周边的突起监测线吸收热量，还能通过围绕测试金属线的周边增加的吸热结构吸收测试金属线的热量，从而提高了测试金属线的散热效率。在恒热电迁移测试中，测试金属线中电流产生的焦耳热的温度一部分被吸热结构所吸收，从而提高了测试金属线在恒热电迁移测试中散热问题，克服了测试金属线聚集热量无法散热从而烧坏测试金属垫、损坏探针等问题。
附图说明
图1是现有技术的测试金属线电迁移结构的俯视结构示意图；
图2是图1中沿A-A线的截面示意图；
图3是图2中沿B-B线的截面示意图；
图4是本发明的测试金属线的电迁移结构的俯视结构示意图；
图5是图4中沿C-C线的截面示意图；
图6是图4中沿D-D线的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
图4是本发明的测试金属线的电迁移结构的俯视结构示意图；图5是图4中沿C-C线的截面示意图；图6是图4中沿D-D线的截面示意图。
请参考图4-6，本发明提供的测试金属线的电迁移结构，包括测试金属线M1以及位于所述测试金属线M1同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线M1周边的突起监测线Extrusion，还包括围绕所述测试金属线M1不接触设置的吸热结构，以用于吸收所述测试金属线M1的热量，提高所述测试金属线M1的散热效率。其中，测试金属线M1与为第一金属层。其与突起监测线以及位于突起监测线之外均匀分布的冗余金属线位于同一层。冗余金属线不会对电路产生直接影响，其可以保持测试结构附近金属密度的平衡，提高芯片的平坦度。
请参考图5，本发明的吸热结构，包括位于所述测试金属线M1之下层的多晶硅层Poly，以及位于所述测试金属线M1之上层的第二金属层M2；所述多晶硅层Poly通过层间介质散热通孔连线CT与平行于所述测试金属线M1至少一侧的突起监测线Extrusion连接，所述第二金属层M2通过层间介质散热通孔连线V1与平行于所述测试金属线M1至少一侧的突起监测线Extrusion连接。为了获得较佳的散热效果，本实施方式中，平行于所述测试金属线M1每一侧的突起监测线Extrusion均通过层间介质散热通孔连线CT与多晶硅层Poly和第二金属层M2连接。本实施方式围绕测试金属线M1形成了密闭连接的吸热结构。在恒热电迁移测试中，测试金属线M1产生的热量通过密闭的吸热结构所吸收，其散热原理是测试金属线M1产生的热量不仅通过通过围绕测试金属线M1周边的突起监测线吸收热量，还能通过围绕测试金属线的周边增加的吸热结构吸收，从而提高了测试金属线的散热效率。即通过层间介质散热通孔连线传导给多晶层Poly和第二金属层M2，从而达到对测试金属线M1进行散热的目的。由于增加了吸热结构，并且密闭的吸热结构的形成的面积远远大于单纯的采用测试金属线周边的突起监测线的面积，因此，本发明的吸热结构提高了测试金属线M1的散热效率。克服了现有技术中测试金属线M1聚集热量无法散热或者散热较慢从而烧坏测试金属垫、损坏探针等问题。
图5中仅将距离测试金属线M1每一侧突起监测线Extrusion通过层间介质散热通孔连线CT和V1分别与多晶硅层Poly和第二金属层M2连接形成的吸热结构，用于提高测试金属线M1的散热效率。但不限于其中一侧的突起监测线Extrusion通过层间介质散热通孔连线CT和V1分别与多晶硅层Poly和第二金属层M2连接形成的吸热结构的连接方式。在实际测试环境中，可根据测试电流的大小对吸热结构进行设计。
请参考图5-6，为了进一步提高测试金属线M1的散热效率，本发明提供的测试金属线M1的电迁移结构，还包括与所述吸热结构连接的热量传导结构，以用于将吸热结构的热量传导到测试金属线M1之外。其中，所述热量传导结构，包括位于所述第二金属层M2之上的第三金属层M3，所述第二金属层M2与所述第三金属层M3之间通过层间介质散热通孔连线V2连接。在吸热结构连接热量传导结构后，测试金属线M1的热量通过吸热结构吸收后，可以再经过热量传导结构将测试金属线M1的热量传导到测试金属线M1之外，以进一步提高测试金属线M1的散热效率，避免吸热结构吸收测试金属线M1的热量后聚集在一起无法散出。为了进一步的提高本发明均匀散热的效率，将所有所述层间介质散热通孔连线呈直线陈列排布。
请参考图5-6，本发明提供的测试金属线M1的电迁移结构的热量传导结构，还包括位于所述第三金属层M3至顶部金属层之间的金属层与金属层之间均通过层间介质散热通孔连线连接。本实施例中仅列举了四层金属的情况，但其不能作为本发明的限制。即第三金属层M3之上的第四金属层M4，第三金属层M3与第四金属层M4之间通过呈直线陈列排布的层间介质散热通孔连线V3连接。其中，第四金属层M4为本实施例中的顶部金属层。本发明的热量传导结构同样适用于四层以上的金属层。
为了进一步提供本发明提供的测试金属线M1的电迁移结构的散热效率，本发明的所有所述层间介质散热通孔连线均为具有导热性能的金属线。例如可以选择导热性较好的铜互连线。
作为较佳的实施方式，本发明提供的测试金属线M1的电迁移结构，所有所述金属层的面积均大于所述测试金属线M1的面积。从而提高了形成的吸热结构和热量传导结构的吸热面积，增强了吸热结构和热量传导结构的散热效率。
作为较佳的实施方式，本发明提供的测试金属线M1的电迁移结构，所述多晶硅层Poly的面积大于所述测试金属线M1的面积。其目的是为了提高形成的吸热结构的散热效率。
为了达到更佳的散热效率，在满足设计规则的情况之下，层间介质散热通孔连线距离测试金属线M1的距离尽可能的近，层间介质散热通孔连线的数量尽可能的多。
本发明提高了测试金属线M1的散热效率，测试金属线M1局部过高的温度通过吸收结构和热量传导结构散热，从而克服了恒热电迁移测试中测试金属线局部温度过高，避免了测试金属垫和探针损坏的问题。并且由于散热效率的提高，还能够提高测试的准确性。
本发明不限于上述具体实施方式，凡在本发明权利要求书的精神和范围内所作出的各种变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测试金属线的电迁移结构，包括测试金属线以及位于所述测试金属线同层、且均匀间隔分布设置在所述测试金属线周边的突起监测线，其特征在于，还包括围绕所述测试金属线不接触设置的吸热结构，以用于吸收所述测试金属线的热量，提高所述测试金属线的散热效率。
2.如权利要求1所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述吸热结构，包括位于所述测试金属线之下层的多晶硅层，以及位于所述测试金属线之上层的第二金属层；所述多晶硅层通过层间介质散热通孔连线与平行于所述测试金属线至少一侧的所述突起监测线连接，所述第二金属层通过层间介质散热通孔连线与平行于所述测试金属线至少一侧的所述突起监测线连接。
3.如权利要求2所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，还包括与所述吸热结构连接的热量传导结构，以用于将吸热结构的热量传导到测试金属线之外，以进一步提高所述测试金属线的散热效率。
4.如权利要求3所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述热量传导结构，包括位于所述第二金属层之上的第三金属层，所述第二金属层与所述第三金属层之间通过层间介质散热通孔连线连接。
5.如权利要求4所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述热量传导结构，还包括位于所述第三金属层至顶部金属层之间的金属层与金属层之间均通过层间介质散热通孔连线连接。
6.如权利要求2或3或4或5所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述层间介质散热通孔连线呈直线陈列排布。
7.如权利要求2或3或4或5所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述层间介质散热通孔连线均为具有导热性能的金属线。
8.如权利要求2或3或4或5所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所有所述金属层的面积大于所述测试金属线的面积。
9.如权利要求2所述的测试金属线的电迁移结构，其特征在于，所述多晶硅层的面积大于所述测试金属线的面积。
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