CN203895445U

CN203895445U - 应力迁移测试结构

Info

Publication number: CN203895445U
Application number: CN201420235204.9U
Authority: CN
Inventors: 胡永锋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2024-05-08

Abstract

本实用新型提供了一种应力迁移测试结构，在对连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值进行测试时，通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值实现，由此能避免由于通孔阻值过小而不能精确判断应力迁移情况的问题，该方案对提高UTM，RDL等新工艺中的大尺寸小电阻的通孔的应力迁移表征的精确度尤高。此外，n层金属互连线的测试中，仅需2n个测试信号接入点，相对于现有的需要4(n-1)个测试信号接入点而言，减少了测试信号接入点，从而减少了对于晶圆切割道的占用。同时可以连接不同的信号接入端，实现部分和整体通孔应力水平的表征。

Description

应力迁移测试结构

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，特别涉及一种应力迁移测试结构。

背景技术

应力迁移(SM：Stress Migration)是半导体工艺中评价金属互连结构可靠性的重要测试项目之一。其中，所述金属互连结构包括：多根金属互连线及连接所述金属互连线的通孔。应力迁移是在一定温度下，由于各种材料热膨胀系数不同在材料间形成应力，从而使金属互连线或者通孔中晶粒间的小空隙向应力集中的地方聚集形成空洞的物理现象。应力迁移形成的空洞到达一定程度就导致金属互连结构断路。如图1所示，由于应力迁移而产生的空洞10，从而使得金属互连结构11发生了断路问题。

应力迁移测试能够检测半导体工艺的可靠性，并进而判断所形成的金属互连结构的可靠性。具体进行应力迁移测试时，首先形成一应力迁移测试结构，对所述应力迁移测试结构执行高温烘烤，通过所述应力迁移测试结构的阻值变化评价应力迁移状况。通常的，在烘烤前、烘烤了168小时、500小时及1000小时的时候，测试所述应力迁移测试结构的阻值变化，当阻值变化大于等于20％时(相对于烘烤前的阻值而言)，即可认为本次半导体工艺中的应力迁移比较严重，将影响所形成的金属互连结构的可靠性。

请参考图2a和图2b，其中，图2a为现有的应力迁移测试结构的俯视示意图；图2b为现有的应力迁移测试结构的(部分)主视示意图。如图2a和图2b所示，现有的应力迁移测试结构采用单通孔结构，其通常制作于晶圆的切割道上，具体的，包括两层金属互连线M1、M2；连接两层金属线M1、M2的通孔V1；以及测试信号接入点P1、P2、P3、P4。

随着金属互连线层数的增加，将需要多个如图2a和图2b所示的结构，例如，在9层金属互连线的测试中，将用到8个如图2a和图2b所示的结构，由此将产生32个测试信号接入点，从而极大的占用晶圆上切割道的使用。此外，随着RDL(Re-distribution layer)、UTM(ultra thick metal)金属层的应用，通孔孔径越来越大(约为2微米)，由此，其对应的通孔阻值也变得越来越小(约60毫欧)，从而给现有的测试机台的精确性提出了愈加严格的要求。即由于通孔阻值的减小，对于精确判断应力迁移越来越困难。

因此，提供一种应力迁移测试结构，其能够精确判断应力迁移情况并且还能减小对于晶圆切割道的使用，成了本领域技术人员需要解决的一个难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应力迁移测试结构，以解决利用现有的应力迁移测试结构不能精确判断应力迁移情况并且对于晶圆切割道的占用比较多的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种应力迁移测试结构，所述应力迁移测试结构包括：n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，其中，n为大于等于2的整数。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，所述金属互连线的层数为3层～20层。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，所述n层金属互连线中，第n层金属互连线位于顶层位置，其中，连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值最小。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔截面宽度最大。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，当测试连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值时，通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值而实现。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，所述金属互连线、测试信号接入点以及通孔均为铜材料结构。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，所述金属互连线、测试信号接入点以及通孔均为铝材料结构。

可选的，在所述的应力迁移测试结构中，所述应力迁移测试结构形成于晶圆的切割道上。

在本实用新型提供的应力迁移测试结构中，在对连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值进行测试时，可通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值而实现，由此能够避免由于通孔阻值过小而不能够精确判断应力迁移情况的问题。此外，通过形成n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，由此n层金属互连线的测试中，仅需2n个测试信号接入点，相对于现有技术中同样n层金属互连线的测试中，需要4(n-1)个测试信号接入点而言，极大的减少了测试信号接入点，从而减少了对于晶圆切割道的占用。同时可以连接不同的信号接入端，实现部分和整体通孔应力水平的表征。

附图说明

图1为现有技术中因应力迁移而导致断路的金属互连结构示意图；

图2a为现有的应力迁移测试结构的俯视示意图；

图2b为现有的应力迁移测试结构的(部分)主视示意图；

图3a为本实用新型实施例的应力迁移测试结构的俯视示意图；

图3b为本实用新型实施例的应力迁移测试结构的(部分)主视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的应力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，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本申请的核心思想在于，提供一种应力迁移测试结构，其在对连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值进行测试时，可通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值而实现，由此能够避免由于通孔阻值过小而不能够精确判断应力迁移情况的问题。此外，通过形成n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，由此n层金属互连线的测试中，仅需2n个测试信号接入点，相对于现有技术中同样n层金属互连线的测试中，需要4(n-1)个测试信号接入点而言，极大的减少了测试信号接入点，从而减少了对于晶圆切割道的占用。

具体的，请参考图3a和图3b，其中，图3a为本实用新型实施例的应力迁移测试结构的俯视示意图；图3b为本实用新型实施例的应力迁移测试结构的(部分)主视示意图。

如图3a和图3b所示，所述应力迁移测试结构3包括：n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，其中，n为大于等于2的整数。在此，所述n为5。

具体的，所述5层金属互连线分别为第一层金属互连线M1、第二层金属互连线M2、第三层金属互连线M3、第四层金属互连线M4及第五层金属互连线M5，在此，所述第五层金属互连线M5也可以称为顶层金属互连线，所述第一层金属互连线M1也可以称为底层金属互连线。每根金属互连线两端各连接一测试信号接入点，其中，第一层金属互连线M1两端各连接测试信号接入点P5、P6，第二层金属互连线M2两端各连接测试信号接入点P4、P7，第三层金属互连线M3两端各连接测试信号接入点P3、P8，第四层金属互连线M4两端各连接测试信号接入点P2、P9，第五层金属互连线M5两端各连接测试信号接入点P1、P10。其中，第一层金属互连线M1通过通孔V1与第二层金属互连线M2连接，第二层金属互连线M2通过通孔V2与第三层金属互连线M3，第三层金属互连线M3通过通孔V3与第四层金属互连线M4，第四层金属互连线M4通过通孔V4与第五层金属互连线M5。

在本申请实施例中，当测试通孔V1的阻值时，可通过在测试信号接入点P4接入电流I、测试信号接入点P5接地、测试信号接入点P6接入电压V2以及测试信号接入点P7接入电压V1，利用Kelvin四端法测量得到通孔V1的阻值。

而当测试通孔V4的阻值时，可通过在测试信号接入点P1接入电流I、测试信号接入点P5接地、测试信号接入点P6接入电压V2以及测试信号接入点P10接入电压V1，利用Kelvin四端法测量得到通孔V1、V2、V3和V4的阻值；再通过在测试信号接入点P2接入电流I、测试信号接入点P5接地、测试信号接入点P6接入电压V2以及测试信号接入点P9接入电压V1，利用Kelvin四端法测量得到通孔V1、V2和V3的阻值；两者相减，从而得到测试通孔V4的阻值。

通常的，连接第二层金属互连线与第一层金属互连线的通孔V1的阻值最大；而连接第五层(顶层)金属互连线与第四层金属互连线的通孔V4长度最短、截面宽度最大，从而阻值最小。因此，在测试通孔V1的阻值时，可利用Kelvin四端法直接测出通孔V1的阻值，由于该阻值比较大，其精确性也将比较高，从而对于应力迁移情况的判断也会比较准确；而在测试通孔V4的阻值时，由于该阻值比较小，利用Kelvin四端法直接测出通孔V1的阻值时，其精确性也将比较低，但是，通孔V1、V2、V3和V4的阻值以及通孔V1、V2和V3的阻值是非常大的，通过Kelvin四端法测量的结果也是非常精确的，因此，在此通过两相相减所得到的结果也将非常精确。从而据此对于应力迁移情况的判断也将非常精确。

此外，对于通孔V3和通孔V2的阻值的测量，既可以仿照对通孔V4的测量方法，也可以仿照对通孔V1的测量方法。通常的，若通孔V2、V3的长度较短、截面宽度较大时，可得出阻值较小，从而可仿照对通孔V4的测量方法；若通孔V2、V3的长度较长、截面宽度较小时，可得出阻值较大，从而可仿照对通孔V1的测量方法。

在本申请实施例中，所述金属互连线的层数为5层，在本申请的其他实施例中，所述金属互连线的层数也可以更少或者更多，例如，所述金属互连线的层数为2层、3层、4层、7层、11层、15层、17层、20层、22层或者25层等。考虑到采用本申请的应力迁移测试结构所能够得到对晶圆切割道的节省量以及现有的工艺状况，优选的，所述金属互连线的层数为3层～20层。

通过计算可知，采用本申请的应力迁移测试结构，在n层金属互连线的测试中，仅需2n个测试信号接入点，相对于现有技术中同样n层金属互连线的测试中，需要4(n-1)个测试信号接入点而言，极大的减少了测试信号接入点，从而减少了对于晶圆切割道的占用。以背景技术中所举的9层金属互连线为例，本申请的应力迁移测试结构仅需18个测试信号接入点，而现有技术中将需要32个测试信号接入点，可见极大地减少了对于晶圆切割道的占用。

进一步的，在本申请实施例中，所述应力迁移测试结构3形成于晶圆的切割道上；所述金属互连线、测试信号接入点以及通孔均为铜材料结构或者铝材料结构。

综上可见，在本实用新型实施例提供的应力迁移测试结构中，在对连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值进行测试时，可通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值而实现，由此能够避免由于通孔阻值过小而不能够精确判断应力迁移情况的问题。此外，通过形成n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，由此n层金属互连线的测试中，仅需2n个测试信号接入点，相对于现有技术中同样n层金属互连线的测试中，需要4(n-1)个测试信号接入点而言，极大的减少了测试信号接入点，从而减少了对于晶圆切割道的占用。同时可以连接不同的信号接入端，实现部分和整体通孔应力水平的表征。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型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

1.一种应力迁移测试结构，其特征在于，包括：n层金属互连线，每层金属互连线两端各连接一测试信号接入点，每相邻两层金属互连线之间通过一通孔连接，其中，n为大于等于2的整数。

2.如权利要求1所述的应力迁移测试结构，其特征在于，所述金属互连线的层数为3层～20层。

3.如权利要求1所述的应力迁移测试结构，其特征在于，所述n层金属互连线中，第n层金属互连线位于顶层位置，其中，连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值最小。

4.如权利要求3所述的应力迁移测试结构，其特征在于，连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔截面宽度最大。

5.如权利要求3所述的应力迁移测试结构，其特征在于，当测试连接第n层金属互连线与第n-1层金属互连线的通孔阻值时，通过将第n层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值减去第n-1层金属互连线与第1层金属互连线间的所有通孔阻值而实现。

6.如权利要求1所述的应力迁移测试结构，其特征在于，所述金属互连线、测试信号接入点以及通孔均为铜材料结构。

7.如权利要求1所述的应力迁移测试结构，其特征在于，所述金属互连线、测试信号接入点以及通孔均为铝材料结构。

8.如权利要求1～7中任一项所述的应力迁移测试结构，其特征在于，所述应力迁移测试结构形成于晶圆的切割道上。