CN220895507U - 一种电迁移测试结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体工艺可靠性测试领域，公开了一种电迁移测试结构，包括：至少一个测试模组；测试模组包括待测试线、第一引线、第二引线、第一通孔、第二通孔、第一测试端、第二测试端和至少一个第三测试端；待测试线通过第一通孔与第一引线电连接，待测试线通过第二通孔与第二引线电连接；第一测试端与第一引线电连接，第二测试端与第二引线电连接，第三测试端与待测试线电连接。本申请在待测试线上至少引出一个第三测试端，第三测试端与第一测试端、第二测试端相结合，可以对电迁移测试结构中不同位置处的电阻进行测试，通过与初始电阻对比，从而判断出电迁移测试结构中失效所在位置。

Description

一种电迁移测试结构

技术领域

本申请涉及半导体工艺可靠性测试领域，特别是涉及一种电迁移测试结构。

背景技术

在半导体工艺制造中，电迁移是影响半导体器件可靠性性能的主要因素。电迁移是在器件工作时，金属互连线内有一定电流通过并产生电场，在该电场的作用下，金属离子会沿着导体产生质量的输运，形成金属离子的迁移，金属离子的迁移容易在金属互连线的局部区域产生空洞。当空洞达到一定程度时，金属互连线的电阻大大增加，容易导致半导体器件的性能退化或失效。

目前，判断电迁移性能时常用的测试结构见图1和图2，待测试线11通过第一通孔14和第二通孔15分别连接第一引线12和第二引线13，第一引线12和第二引线13上分别连接有两个测试端(焊盘(pad))。测试时，通过对比施加应力测试前后测试结构电阻的变化，判断结构是否失效。测试电阻既包含金属通孔电阻，又包含金属线电阻。当该测试结构失效时，即电阻变化超过一定范围时，不能区分电阻发生变化的位置，即不能判断失效位置。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种电迁移测试结构，以确定出失效位置。

为解决上述技术问题，本申请提供一种电迁移测试结构，包括：至少一个测试模组；

所述测试模组包括待测试线、第一引线、第二引线、第一通孔、第二通孔、第一测试端、第二测试端和至少一个第三测试端；

所述待测试线通过所述第一通孔与所述第一引线电连接，所述待测试线通过所述第二通孔与所述第二引线电连接；

所述第一测试端与所述第一引线电连接，所述第二测试端与所述第二引线电连接，所述第三测试端与所述待测试线电连接。

可选的，所述第三测试端的数量为一个。

可选的，所述第三测试端的数量为两个。

可选的，还包括：

第一电流线和第一电压线，所述第一电流线和所述第一电压线分别与所述第一引线电连接。

可选的，还包括：

第二电流线和第二电压线，所述第二电流线和所述第二电压线分别与所述第二引线电连接。

可选的，还包括：

第三电流线和/或第三电压线，所述第三电流线、所述第三电压线与所述待测试线中局部测试线的电连接，所述局部测试线为位于两个所述第三测试端之间的部分区域。

可选的，所述第三电流线、所述第三电压线的宽度大于或等于所述局部测试线的宽度。

可选的，所述第三电流线、所述第三电压线包括单层的金属线。

可选的，所述第三电流线、所述第三电压线包括金属线和第三通孔。

可选的，所述测试模组的数量在两个以上，相邻两个所述测试模组中的所述待测试线连接同一个所述第一引线或者同一个所述第二引线。

本申请所提供的一种电迁移测试结构，包括：至少一个测试模组；所述测试模组包括待测试线、第一引线、第二引线、第一通孔、第二通孔、第一测试端、第二测试端和至少一个第三测试端；所述待测试线通过所述第一通孔与所述第一引线电连接，所述待测试线通过所述第二通孔与所述第二引线电连接；所述第一测试端与所述第一引线电连接，所述第二测试端与所述第二引线电连接，所述第三测试端与所述待测试线电连接。

可见，本申请电迁移测试结构中包括待测试线、第一引线、第二引线、第一通孔、第二通孔、第一测试端、第二测试端和至少一个第三测试端，第三测试端与待测试线电连接。即本申请在待测试线上至少引出一个第三测试端，第三测试端与第一测试端、第二测试端相结合，可以对电迁移测试结构中不同位置处的电阻进行测试，通过与初始电阻对比，从而判断出电迁移测试结构中失效所在位置。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术中电迁移测试结构的截面图；

图2为图1中电迁移测试结构的俯视图；

图3为本申请实施例所提供的一种电迁移测试结构的截面图；

图4为图3中电迁移测试结构的俯视图；

图5为本申请实施例所提供的另一种电迁移测试结构的截面图；

图6为图5中电迁移测试结构的俯视图；

图7为本申请实施例所提供的另一种电迁移测试结构的截面图；

图中，1、测试模组，11、待测试线，12、第一引线，13、第二引线，14、第一通孔，15、第二通孔，16、第一测试端，17、第二测试端，18、第三测试端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前常用的电迁移测试结构在测试时，通过对比施加应力测试前后测试结构电阻的变化，判断结构是否失效。测试电阻既包含金属通孔电阻，又包含金属线电阻。当该测试结构失效时，即电阻变化超过一定范围时，不能区分电阻发生变化的位置，即不能判断失效位置。

有鉴于此，本申请提供了一种电迁移测试结构，请参考图3至图6，包括：

至少一个测试模组1；

所述测试模组1包括待测试线11、第一引线12、第二引线13、第一通孔14、第二通孔15、第一测试端16、第二测试端17和至少一个第三测试端18；

所述待测试线11通过所述第一通孔14与所述第一引线12电连接，所述待测试线11通过所述第二通孔15与所述第二引线13电连接；

所述第一测试端16与所述第一引线12电连接，所述第二测试端17与所述第二引线13电连接，所述第三测试端18与所述待测试线11电连接。

待测试线11、第一引线12、第二引线13均为金属材料。第一引线12可以是同一层金属，也可以是不同层金属。第一通孔14和第二通孔15均为金属通孔。

测试模组1的数量可以为一个，也可以在两个以上，视情况而定。

第一测试端16的数量为两个，第二测试端17的数量为两个。

作为一种可实施方式，迁移测试结构还包括：

第一电流线和第一电压线，所述第一电流线和所述第一电压线分别与所述第一引线12电连接。

作为一种可实施方式，迁移测试结构还包括：

第二电流线和第二电压线，所述第二电流线和所述第二电压线分别与所述第二引线13电连接。

本申请中对测试模组1中第三测试端18的数量不做限定，可自行设置。下面根据不同数量的第三测试端18对电迁移测试结构分别进行介绍。

如图3和图4所示，作为一种可实施方式，所述第三测试端18的数量为一个。

待测试线11的一端由第一通孔14和第一引线12引出，第一引线12连接至第一测试端16，待测试线11的另一端由第二通孔15和第二引线13引出，第二引线13连接至第二测试端17，待测试线11上引出有一条金属线，连接至一个第三测试端18上。迁移测试结构共存在五个测试端。

优选地，从待测试线11上引出的连接第三测试端18的金属线远离第一通孔14和第二通孔15一定的距离，即第三测试端18的金属线靠近第一通孔14和第二通孔15中的其中一个通孔，且第三测试端18的金属线与待测试线11的连接区域远离第一通孔14或第二通孔15一定距离。利用图3和图4所示的迁移测试结构进行测试的测试方法如下。

EM(electro-migrationeffect，电迁移)测试开始前对第一通孔14和第二通孔15的电阻值进行测试具体测试如下：

通过两个第一测试端16、一个第三测试端18以及任意一个第二测试端17，得到第一通孔14的初始电阻R(Vn)0及位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11的电阻R’(Mn+1)0；

通过任意一个第一测试端16、一个第三测试端18以及两个第二测试端17，得到第二通孔15的初始电阻R(Vn+1)0及位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11的电阻R”(Mn+1)0；

若在EM uptream测试过程中失效(fail)出现，失效大概率发生在金属通孔中，利用上述方法对第一通孔14及位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11的电阻R’(Mn+1)0，以及第二通孔15及位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11的电阻R”(Mn+1)0的电阻进行测试，得到第一通孔14的测试电阻R(Vn)和位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11的电阻R’(Mn+1)，以及第二通孔15的测试电阻R(Vn+1)和位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11的电阻R”(Mn+1)，通过对比电阻值的变化即可对测试失效位置进行判断：

1.若R(Vn)+R’(Mn+1)的阻值比初始阻值R(Vn)0+R’(Mn+1)0增大20％以上，R(Vn+1)+R”(Mn+1)阻值较初始阻值R(Vn+1)0+R”(Mn+1)0未发生明显变化，则失效位置发生在第一通孔14或位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11，因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断失效大概率出现在第一通孔14位置；

2.若R(Vn+1)+R”(Mn+1)的阻值比初始阻值R(Vn+1)0+R”(Mn+1)0增大20％以上，R(Vn)+R’(Mn+1)阻值较初始阻值未发生明显变化，则失效位置发生在第二通孔15或位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11。因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断失效大概率出现在第二通孔15位置；

3.若R(Vn)+R’(Mn+1)和R(Vn+1)+R”(Mn+1)都发生变化，且电阻变化值总和超过20％，则两部分都存在失效的情况。因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断第一通孔14及第二通孔15都出现了失效，根据每个位置电阻变化情况，可以判断每个位置失效的严重程度。

若在EM downtream测试过程中失效出现，失效大概率发生在金属线中，对第一通孔14及位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11和，以及第二通孔15及位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11的电阻进行测试，通过对比电阻值的变化，即可对测试失效位置进行判断：

1.若R(Vn)+R’(Mn+1)的电阻较初始值R(Vn)0+R’(Mn+1)0变化超过20％，R(Vn+1)+R”(Mn+1)电阻较初始值R(Vn+1)0+R”(Mn+1)0基本未发生变化，则失效发生在位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11或第一通孔14上。因downstream测试失效容易发生在金属线中，因此失效大概率出现在位于连接第三测试端18的金属线左侧的待测试线11上；

2.若R(Vn+1)+R”(Mn+1)的电阻值较初始值R(Vn)0+R’(Mn+1)0变化超过了20％，R(Vn)+R’(Mn+1)的电阻较初始值R(Vn+1)0+R”(Mn+1)0基本未发生变化，则失效发生在位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11或第二通孔15上。因downstream测试失效容易发生在金属线中，则失效大概率出现在位于连接第三测试端18的金属线右侧的待测试线11上；

3.若R(Vn)+R’(Mn+1)和R(Vn+1)+R”(Mn+1)都发生变化，且电阻变化值总和超过20％，则两部分都存在失效的情况。因downstream测试失效容易发生在金属线中，则位于连接第三测试端18的金属线左侧和右侧的待测试线11都存在失效的情况，根据每个位置电阻变化情况，判断每个位置失效的严重程度；

其中，uptream和downtream指电流的流向，通过调整加电流的方向实现。

如图5和图6所示，作为一种可实施方式，所述第三测试端18的数量为两个。

待测试线11的一端由第一通孔14和第一引线12引出，另一端由第二通孔15和第二引线13引出，待测试线11上引出有两条金属线，连接至两个第三测试端18上。迁移测试结构共存在六个测试端。

优选地，从待测试线11上引出的连接第三测试端18的金属线远离第一通孔14和第二通孔15一定的距离，即第三测试端18的金属线靠近第一通孔14和第二通孔15中的其中一个通孔，且第三测试端18的金属线与待测试线11的连接区域远离第一通孔14或第二通孔15一定距离。

利用图5和图6所示的迁移测试结构进行测试的测试方法如下。

EM测试开始前对第一通孔14和第二通孔15以及待测试线11三个位置的电阻进行测试并记录，具体的测试如下：

通过两个第一测试端16和两个第二测试端17可以得到第一通孔14和第二通孔15以及待测试线11的总初始电阻R0；

通过任一个第一测试端16、任一个第二测试端17以及两个第三测试端18可以得到待测试线11中局部测试线的初始电阻R””’(Mn+1)0；局部测试线为位于连接两个第三测试端18的金属线之间的部分区域；

通过两个第一测试端16和两个第三测试端18可以得到第一通孔14初始电阻R(Vn)0及位于连接靠近第一通孔14的第三测试端(图6中左侧的第三测试端)18的金属线左侧的待测试线11阻值R”’(Mn+1)；

通过两个第二测试端17和两个第三测试端18可以得到第二通孔15初始电阻R(Vn+1)0及位于连接靠近第二通孔15的第三测试端(图6中右侧的第三测试端)18的金属线右侧的待测试线11阻值R””(Mn+1)；

EM测试过程中，仅对总电阻进行测量并记录数据。

若EM upstream测试过程中发生失效，则失效大概率发生在金属通孔中，用上述测试方式对三个位置的电阻进行分别测量，得到第一通孔14的测试电阻及位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11阻值R(Vn)+R”’(Mn+1)、第二通孔15的测试电阻及位于连接靠近第二通孔的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11阻值R(Vn+1)+R””(Mn+1)以及局部测试线的测试电阻R””’(Mn+1)，并与初始电阻进行对比：

1.若R(Vn)+R”’(Mn+1)的阻值比初始阻值R(Vn)0+R”’(Mn+1)0增大20％以上，R(Vn+1)+R””(Mn+1)和R””’(Mn+1)阻值较初始阻值未发生明显变化，则失效位置发生在第一通孔14或位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11，因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断失效大概率出现在第一通孔14位置；

2.若R(Vn+1)+R””(Mn+1)的阻值比初始阻值R(Vn+1)0+R””(Mn+1)0增大20％以上，R(Vn)+R”’(Mn+1)和R””’(Mn+1)阻值较初始阻值未发生明显变化，则失效位置发生在第二通孔15或位于连接靠近第二通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11，因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断失效大概率出现在第二通孔15位置；

3.若R””’(Mn+1)的阻值比初始阻值R””’(Mn+1)0增大20％以上，R(Vn)+R”’(Mn+1)和R(Vn+1)+R””(Mn+1)阻值较初始阻值未发生明显变化，则失效位置发生在待测试线11位于两个第三测试端18之间的部分区域(即待测试线11中局部测试线)；

4.若R(Vn)+R”’(Mn+1)、R(Vn+1)+R””(Mn+1)电阻都发生变化，且电阻变化总和超过20％，R””’(Mn+1)的阻值较初始阻值R””’(Mn+1)0均未发生变化，则失效可能发生在第一通孔14和位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11，及第二通孔15和位于连接靠近第二通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11。因upstream测试过程容易出现通孔fail，因此判断第一通孔14和第二通孔15都出现了失效，根据每个位置电阻变化的情况，判断每个位置失效的严重程度。

若在EM downstream测试过程中发生失效，则失效大概率发生在第一引线12中，对三个位置的电阻进行分别测量并与初始电阻进行对比，即可判断失效位置：

1.若R””’(Mn+1)的阻值比初始阻值增大20％以上，R(Vn)+R”’(Mn+1)和R(Vn+1)+R””(Mn+1)阻值较初始阻值未发生明显变化，则失效位置发生在待测试线11中位于两个第三测试端18之间的部分区域(即待测试线11中局部测试线)；

2.若R(Vn)+R”’(Mn+1)的阻值较初始值增大20％以上，其余两个位置电阻值未发生明显变化，则失效位置发生在第一通孔14及位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11上。因downstream测试过程中失效容易出现在金属线中，因此失效位置大概率出现在位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11上。

3.若R(Vn+1)+R””(Mn+1)的阻值较初始值增大20％以上，其余两个位置电阻值未发生明显变化，则失效位置发生在第二通孔15及位于连接靠近第二通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11上。因downstream测试过程中失效容易出现在金属线中，因此失效位置大概率出现在位于连接靠近第二通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11上。

4.若R(Vn)+R”’(Mn+1)、R(Vn+1)+R””(Mn+1)电阻都发生变化，且电阻变化总和超过20％，R””’(Mn+1)的阻值较初始阻值均未发生变化，则失效可能发生在第一通孔14和位于连接靠近第一通孔14的第三测试端左侧的待测金属线及Vn+1和靠近通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测金属线。因upstream测试过程容易出现在金属线中，因此判断位于连接靠近第一通孔14的第三测试端18的金属线左侧的待测试线11和位于连接靠近第二通孔15的第三测试端18的金属线右侧的待测试线11都出现了失效。根据每个位置电阻变化的情况，判断每个位置失效的严重程度。

本实施例中电迁移测试结构中包括待测试线11、第一引线12、第二引线13、第一通孔14、第二通孔15、第一测试端16、第二测试端17和至少一个第三测试端18，第三测试端18与待测试线11电连接。即本申请在待测试线11上至少引出一个第三测试端18，第三测试端18与第一测试端16、第二测试端17相结合，可以对电迁移测试结构中不同位置处的电阻进行测试，通过与初始电阻对比，从而判断出电迁移测试结构中失效所在位置。

当测试模组1中第三测试端18的数量为两个时，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，电迁移测试结构还包括：

第三电流线和/或第三电压线，所述第三电流线、所述第三电压线与所述待测试线11中局部测试线的电连接，所述局部测试线为位于两个所述第三测试端18之间的部分区域。

本实施例中电迁移测试结构可以包括第三电流线，或者包括第三电压线，或者同时包括第三电流线和第三电压线。

为了简化电迁移测试结构制作工艺，所述第三电流线、所述第三电压线的宽度大于或等于所述局部测试线的宽度。

作为一种可实施方式，所述第三电流线、所述第三电压线包括单层的金属线。但是，本申请对此并不做具体限定。在本申请的其他实施方式中，所述第三电流线、所述第三电压线包括金属线和第三通孔。其中，第三通孔的数量既可以为一个，也可以在两个以上。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述测试模组1的数量在两个以上，相邻两个所述测试模组1中的所述待测试线11连接同一个所述第一引线12或者同一个所述第二引线13。

图3至图6中以测试模组1数量为一个示出，当测试模组1的数量在两个以上时，即图3所示的一个测试模组1进行层叠，图5所示的一个测试模组1进行层叠。

例如，当测试模组1的数量为两个时，此时电迁移测试结构截面图如图7所示。

测试模组1数量为一个时，迁移测试结构包括三层金属层。由于相邻两个测试模组1可以共用一个第一引线12或者第二引线13，则测试模组1数量为两个时，迁移测试结构包括五层金属层；测试模组1数量为三个时，迁移测试结构包括七层金属层，依次类推。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的电迁移测试结构进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电迁移测试结构，其特征在于，包括：至少一个测试模组；

所述测试模组包括待测试线、第一引线、第二引线、第一通孔、第二通孔、第一测试端、第二测试端和至少一个第三测试端；

所述待测试线通过所述第一通孔与所述第一引线电连接，所述待测试线通过所述第二通孔与所述第二引线电连接；

所述第一测试端与所述第一引线电连接，所述第二测试端与所述第二引线电连接，所述第三测试端与所述待测试线电连接；所述待测试线上引出有金属线，连接至所述第三测试端上；

第一电流线和第一电压线，所述第一电流线和所述第一电压线分别与所述第一引线电连接。

2.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第三测试端的数量为一个。

3.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第三测试端的数量为两个。

4.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，还包括：

第二电流线和第二电压线，所述第二电流线和所述第二电压线分别与所述第二引线电连接。

5.如权利要求3所述的电迁移测试结构，其特征在于，还包括：

第三电流线和/或第三电压线，所述第三电流线、所述第三电压线与所述待测试线中局部测试线的电连接，所述局部测试线为位于两个所述第三测试端之间的部分区域。

6.如权利要求5所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第三电流线、所述第三电压线的宽度大于或等于所述局部测试线的宽度。

7.如权利要求5所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第三电流线、所述第三电压线包括单层的金属线。

8.如权利要求5所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第三电流线、所述第三电压线包括金属线和第三通孔。

9.如权利要求1至8任一项所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述测试模组的数量在两个以上，相邻两个所述测试模组中的所述待测试线连接同一个所述第一引线或者同一个所述第二引线。