CN1747144A - 内连线金属层结构的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种内连线金属层结构的测试方法，它可以在常温下，将内连线金属层结构置于一个环境条件下，以此在内连线金属层结构中产生应力迁移现象，并对内连线金属层结构导入一个电源，该内连线金属层结构因电源导入而产生的焦耳效应使内连线金属层结构产生温度变化量及电阻值变化量，根据内连线金属层结构的电阻值变化，以得知内连线金属层结构应力迁移的变化。本发明不仅相比于现有技术可更快测得电阻值的变化量，使操作应力迁移测试作业时间缩短并可节省成本，更具有避免因热迁移效应使孔隙产生的功效，有效地提高了元件的寿命。

Description

内连线金属层结构的测试方法
技术领域
本发明涉及一种测试金属层结构应力迁移的方法，特别涉及一种常温状态下对内连线金属层结构的测试方法。
背景技术
集成电路制造技术已迈入ULSI(ultralarge-scale integration)的阶段，随着半导体技术的进步，元件的尺寸也不断地缩小，而进入深亚微米领域。当集成电路的集成度增加时，使得晶片的表面无法提供足够的面积来制作所需的内连线(Interconnects)，因此为了配合元件缩小后所增加的内连线，多层金属导体连线的设计便成为超大型集成电路技术所必需采用的方式。目前用来测试多层金属连线中的金属层的方法，多半为在半导体业中大量使用的应力迁移测试，以测出应力所造成的应力迁移现象(Stress Migration)。此现象主要是金属线上的应力梯度(Stress gradient)所造成的，会导致元件使用寿命变短。
传统的方法是将待测多层金属连线中的金属层置于一个高温定温的条件环境之下，记录多层金属连线中的金属层在不同时间下的电阻值变化，通过电阻值的变化，得知多层金属连线中的金属层的应力迁移变化。但由于此传统方法是在一个高温的条件环境之下，使得该多层金属连线中的金属层容易因热迁移效应而产生孔隙(void)，愈多的孔隙会引发更多的焦耳效应(Joule heating)并持续发生热迁移现象，将会使多层金属连线中的金属层的寿命缩短和降低产品的成品率。
为此，本发明提供了一种可以在常温之下测量应力迁移变化的测试方法，解决现有技术因高温环境所引发的热迁移效应及孔隙，提出一种特别适用于内连线金属层结构的测试方法，以有效克服现有缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种内连线金属层结构测试的方法，它是对内连线金属层结构导入电源，利用所产生的焦耳效应及温度变化量来测量出内连线金属层结构的电阻值变化，以了解内连线金属层结构应力迁移的变化。
本发明的另一个目的在提供一种内连线金属层结构测试方法，它通过了解内连线金属层结构应力迁移的变化，来得知金属层结构是否因应力迁移而导致元件失效或寿命变短。
本发明的再一个目的在提供一种内连线金属层结构测试方法，它可以在常温下进行，可避免现有技术在高温环境下进行测试所产生的缺点。
本发明的又一目的在提供一种内连线金属层结构测试方法，它利用导入电源测试内连线金属层结构的电阻值变化，相较于现有技术所需耗费的时间及成本，更为精简。
为达到上述目的，本发明提供一种内连线金属层结构测试方法，它设于一个常温条件环境下，对内连线金属层结构导入电源，利用所产生的焦耳效应及温度变化量来测量出内连线金属层结构的电阻值变化，以了解内连线金属层结构应力迁移的变化。
附图说明
图1为本发明使用的金属层结构示意图。
图2为本发明的对内连线金属层结构进行测试的流程示意图。
标号说明：
20内连线金属层结构
22金属层
24介层洞
26接触窗
28介电层
具体实施方式
为了能更详细说明本发明的测试方法，将配合以下的实施例及附图加以详细描述。如图1所示，为本发明使用的金属结构示意图，包括一个内连线金属层结构20；此金属层结构20主要是两个金属层22、两个介层洞24、一个接触窗26及两个介电层28所组成；金属层结构20中的金属层22材料可选用具有低电阻率的铜金属，在本实施例中采用铜化铝为金属层22材料；两个介电层28用以分隔两个金属层22及接触窗26，介电层28的材料在本实施例选用氮化钛(TiN)；在介电层28中设有介层洞24用以连接两个金属层22及一个接触窗26。
当本发明对图1的金属层结构进行测试方法时，如图2所示，是本发明所提出的实施方法的流程示意图，首先如步骤S10所示，先提供一个常温条件环境使金属层结构20发生应力迁移；接著，如步骤S20所示，提供一个电源导入金属层结构20；接着，如步骤S30所示，并测量出单位时间内电源导入金属层结构的热功率(Q)及通过金属层结构20的电流(I)；之后，如步骤S40所示，利用热功率(Q)与电流(I)的关系式为Q＝I2R，可以得知初始电阻值R；再者，如步骤S50所示对测量温度变化量，因为电源持续通过金属层结构20产生的焦耳效应会使温度持续上升并可得到一个温度变化量ΔT。
根据金属层结构温度产生变化量ΔT，可得知金属层结构20的电阻值必定产生变化，经变化后的新电阻值命名为新电阻值R1，新电阻值R1与初始电阻值R并不相同；其后，如步骤S60所示，可得知经焦耳效应后的新电阻值R1，新电阻值R1可从R1＝R0(1+αΔT)的方程式得到，其中R0为常温下金属层22的电阻值，α为一个电阻温度系数(temperature coefficient ofresistance TCR)；最后如步骤S70所示，根据金属层结构20的电阻值变化，可得知金属层结构20应力迁移的变化。
在本发明中，利用提供电源方式对金属层结构导入电源，并针对金属层结构20电阻值的变化了解应力迁移的变化，根据应力迁移的变化来得知金属层结构20是否因应力迁移而导致元件失效或寿命变短，相比于现有技术而言所需耗费的时间及成本均更为精简。另外，本发明是在常温下进行测试的，可避免现有技术因处于高温条件环境下而引发的热迁移效应及孔隙。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其包括下列步骤：
提供一个内连线金属层结构；
将该内连线金属层结构置于一个环境条件下，以此在该内连线金属层结构中产生一个应力迁移现象；
提供一个电源导入该内连线金属层结构；
计算出单位时间内将该电源导入该内连线金属层结构的热功率Q及通过该内连线金属层结构的电流I；
利用该热功率Q与该电流I的关系得到一个初始电阻值R；
该内连线金属层结构因该电源而温度变化，可得到一个温度变化量ΔT；以及
利用该温度变化量ΔT得知该内连线金属层结构产生的一个新的电阻值R1，该新电阻值R1与该初始电阻值R并不相同，通过电阻值的变化，可以得知该应力迁移的变化。
2.根据权利要求1所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该热功率Q、该电流I及电阻值R的关系方程式为Q＝I2R。
3.根据权利要求1所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该内连线金属层结构所产生焦耳效应产生该温度变化量ΔT。
4.根据权利要求1所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该电阻值变化为该新电阻值R1是与该温度变化量ΔT、一个常温下的电阻值R0及一个电阻温度系数α有关，其关系方程式为R1＝R0(1+αΔT)。
5.根据权利要求1所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该内连线金属层结构包括至少两个金属层。
6.根据权利要求5所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该金属层为铜金属。
7.根据权利要求5所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该金属层为铜化铝。
8.根据权利要求5所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：在该两个金属层是以一个介电层分隔的。
9.根据权利要求8所述的内连线金属层结构的应力迁移测试方法，其特征在于：该介电层为氮化钛。
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