CN110071053A - 一种电迁移测试结构 - Google Patents

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朱月芹
周柯
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Abstract

本发明提供的一种电迁移测试结构，包括电子下行单元和电子上行单元，所述电子下行单元和所述电子上行单元均包括多个金属层，相邻金属层通过通孔结构连接，每层金属层的一端设置有一个引出线，所述电子下行单元和电子上行单元共有一金属层，接通电流源，电子依次流过电子上行单元的金属层和通孔结构，通过电子上行单元和电子下行单元共有的金属层流向电子下行单元，电子依次流过电子下行单元的金属层和通孔结构，通过所述电迁移测试结构进行一次电迁移测试，反映传统各自金属层的电子流上行和电子流下行的测试评估结果，实现对金属层的电迁移的失效判断，从而节省了测试时间和测试资源以及在产品切割道上的摆放面积。

Description

一种电迁移测试结构
技术领域
本发明涉及半导体可靠性测试技术领域，特别涉及一种电迁移测试结构。
背景技术
随着技术结点的日益缩小，技术日益更新，金属互联线的电迁移可靠性变得越来越重要，越来越具有挑战性。目前后端制程中的电迁移(Electromigration，EM)测试是常用的可靠性评估测试方法。现有技术中的电迁移测试结构分为电子流上行测试结构或者电子流下行测试结构，需要进行至少两次金属层电迁移测试，现有技术中的电迁移测试结构只能测试一条金属层的两端的阻值，从而进行金属层电迁移失效的判断，如果产品中包括多个金属层，需要进行多次金属层电迁移的测试。
电迁移的可靠性评估需要评测到后端的各层结构，这在多项目晶圆(MultiProject Wafer，MPW)上一般都会放全所有需要评估的项目。而对于产品的量产中，由于切割道的面积有限，经常不得不删减测试结构。这对于产品的后端测试评估带来了很多困难，特别是在量产过程中如果出现线上工艺异常情况下，需要评估受影响层的可靠性而又无测试结构，不得不选择报废或通知客户进行产品级可靠性评估。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电迁移测试结构，以解决产品后段测试评估困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电迁移测试结构，所述电迁移测试结构包括电子下行单元和电子上行单元，所述电子下行单元和所述电子上行单元均包括多个金属层，相邻金属层通过通孔结构连接，每层金属层的一端设置有一个引出线，所述电子下行单元和电子上行单元共有一层金属层，接通电源时，电子依次流过电子上行单元的金属层和通孔结构，通过电子上行单元和电子下行单元共有的金属层流向电子下行单元，电子依次流过电子下行单元的金属层和通孔结构。
可选的，在所述电迁移测试结构中，相邻所述金属层的引出线分别位于相远离的两端。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述金属层和通孔结构的材料为铜或铝。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子下行单元和电子上行单元均包括第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述第五金属层为电子下行单元和电子上行单元的共有金属层。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子下行单元和电子上行单元的第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层一端均连接监控测试焊盘。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子下行单元的第一层金属的引出线连接电流源正极。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子下行单元的第一层金属的引出线还连接电压测试探针正极。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子上行单元的第一层金属的引出线连接电流源负极。
可选的，在所述电迁移测试结构中，所述电子上行单元的第一层金属的引出线还连接电压测试探针负极。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种电迁移测试结构，包括电子下行单元和电子上行单元，所述电子下行单元和所述电子上行单元均包括多个金属层，相邻金属层通过通孔结构连接，每层金属层的一端设置有一个引出线，所述电子下行单元和电子上行单元共有一金属层，接通电流源，电子依次流过电子上行单元的金属层和通孔结构，通过电子上行单元和电子下行单元共有的金属层流向电子下行单元，电子依次流过电子下行单元的金属层和通孔结构，通过所述电迁移测试结构进行一次电迁移测试，反映传统各自金属层的电子流上行和电子流下行的测试评估结果，实现对金属层的电迁移的失效判断，从而节省了测试时间和测试资源以及在产品切割道上的摆放面积。
附图说明
图1是本发明实施例的电迁移测试结构示意图；
10-电迁移测试结构，
20-电子下行单元，21-第一金属层，210-第一通孔结构，211-第一引出线，22-第二金属层，220-第二通孔结构，221-第二引出线，23-第三金属层，230-第三通孔结构，231-第三引出线，24-第四金属层，240-第四通孔结构，241-第四引出线，25-第五金属层，251-第五引出线，26-电流源探针正极，27-电压测试探针正极；
30-电子上行单元，31-第一金属层，310-第一通孔结构，311-第一引出线，32-第二金属层，320-第二通孔结构，321-第二引出线，33-第三金属层，330-第三通孔结构，331-第三引出线，34-第四金属层，340-第四通孔结构，341-第四引出线，36-电流源探针负极，37-电压测试探针负极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电迁移测试结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
请参考图1，图1是本发明实施例一的电迁移测试结构示意图；本发明提供一种电迁移测试结构10，所述电迁移测试结构10包括电子下行单元20和电子上行单元30，所述电子下行单元20包括第一金属层21、第二金属层22、第三金属层23、第四金属层24和第五金属层25，所述第一金属层21上通过第一通孔结构210连接第二金属层22，所述第二金属层22通过第二通孔结构220连接第三金属层23，所述第三金属层23通过第三通孔结构连接第四金属层24，所述第四金属层24通过第四通孔结构240连接第五金属层25，所述第一金属层21、第二金属层22、第三金属层23、第四金属层24和第五金属层25分别设置有第一引出线211、第二引出线221、第三引出线231，第四引出线241，第五引出线251，所述相邻两层金属层的引出线分别位于相远离的两端。。比如，本实施例中，第一引出线211、第三引出线231和第五引出线251分别位于第一金属层21、第三金属层23和第五金属层25的左端，第二引出线221和第四引出线241分别位于第二金属层22和第四金属层24的右端；所述电子上行单元30和电子下行单元20的结构相同，所述电子上行单元30和所述电子下行单元20共有第五金属层25，此外，所述电子上行单元30包括第一金属层31、第二金属层32、第三金属层33和第四金属层34，所述第一金属层31通过第一通孔结构310连接第二金属层32，所述第二金属层32通过第二通孔结构320连接第三金属层33，所述第三金属层33通过第三通孔结构330连接第四金属层34，所述第四金属层34通过第四通孔结构340连接第五金属层25，所述第一金属层31、第二金属层32、第三金属层33和第四金属层34分别设置有第一引出线311、第二引出线321、第三引出线331和第四引出线341，所述第一引出线311、第二引出线321和第四引出线341分别位于第一金属层31、第二金属层32和第四金属层34的右端，第三引出线331位于第三金属层33的左端，所述金属层和通孔结构的材料为铜或者铝，导电性较好。
电子下行单元20的第一金属层21左侧的第一引出线211连接电流源探针正极26和电压探针正极27，电子上行单元的第一金属层31右侧的第一引出线311连接电流源探针负极36和电压测试探针负极37。
当电流源探针正极26与电子下行单元20的第一引出线211连接，并且电流源探针负极36与电子上行单元30的第一引出线311连接时，电流源为电迁移测试结构10提供一个特定电流，电流从电子下行单元20的第一引出线211流入电子下行单元20的第一金属层21、第一通孔结构210、第二金属层22、第二通孔结构220、第三金属层23、第三通孔结构230、第四金属层24、第四通孔结构240、第五金属层25，通过第五金属层25流入电子上行单元30的第四通孔结构340、第四金属层34、第三通孔结构330、第三金属层33、第二通孔结构320、第二金属层32、第一通孔结构310、第一金属层31、第一引出线311，最后电流流入电流源探针的负极36，形成通路，电子运动的方向和电流运动的方向相反，所以，电子是从电子上行单元30的金属层流经通孔结构进入电子下行单元20内的金属层和通孔结构。
电压测试探针正极连接在电子下行单元20的第一金属层21的第一引出线211上，电压测试探针负极连接在电子上行单元30的第一金属层31的第一引出线311上，通过测试电迁移测试结构10的电子下行单元20的第一引出线211与电子上行单元30的第一引出线311两端的电压，通过欧姆定律计算出电迁移测试结构的阻值，当阻值超过正常阻值10％-20％时，判断为金属层电迁移失效。
本发明的电子下行单元20和电子上行单元30的每层金属层的一端均设有引出线，每个引出线可以连接测试设备进行每层金属层和通孔结构的电迁移性能评估，例如通过测试电子下行单元20的第四引出线241和第五引出线251之间的阻值，可以判断第四金属层24和第四通孔结构240的金属层电迁移是否失效；因为电子下行单元20和电子上行单元30的每层金属层的一端均设有引出线，所以可以对电迁移测试结构10的每一层金属层进行金属层电迁移评估是否失效。
本发明提供的电迁移测试结构10同时包括电子下行单元20和电子上行30的测试结构，通过每一层加入监控测试的方式实现四端法对所以金属层的电子下行单元和电子上行单元测试结构进行阻值监控以实现对金属层电迁移的失效判断。电子下行单元20中，电流从电流源探针正极36流入，电子从电子上行单元30流入，电子上行单元30反应的是电子流向上的电迁移的可靠性，电子下行单元20反应的是电子流向下的电迁移的可靠性，从而电迁移测试结构10可以反应所有金属层的电子流向上和电子流向下的测试情况。所述电迁移测试结构10通过一次电迁移测试评估，可以反应传统的各自金属层的电子流向上和电子流向下的测试评估结果，从而节省了测试时间和测试资源以及在切割道上的摆放面积。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电迁移测试结构，其特征在于，所述电迁移测试结构包括电子下行单元和电子上行单元，所述电子下行单元和所述电子上行单元均包括多个金属层，相邻金属层通过通孔结构连接，每层金属层的一端设置有一个引出线，所述电子下行单元和电子上行单元共有一层金属层，接通电源时，电子依次流过电子上行单元的金属层和通孔结构，通过电子上行单元和电子下行单元共有的金属层流向电子下行单元，电子依次流过电子下行单元的金属层和通孔结构。
2.根据权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，相邻所述金属层的引出线分别位于相远离的两端。
3.根据权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述金属层和通孔结构的材料为铜或铝。
4.根据权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子下行单元和电子上行单元均包括第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层。
5.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第五金属层为电子下行单元和电子上行单元的共有金属层。
6.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子下行单元和电子上行单元的第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层一端均连接监控测试焊盘。
7.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子下行单元的第一层金属的引出线连接电流源正极。
8.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子下行单元的第一层金属的引出线还连接电压测试探针正极。
9.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子上行单元的第一层金属的引出线连接电流源负极。
10.根据权利要求4所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述电子上行单元的第一层金属的引出线还连接电压测试探针负极。
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