-
Gebiet der vorliegenden Erfindung
-
Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von
Mikrostrukturen, etwa moderne integrierte Schaltungen, und betrifft
insbesondere die Herstellung und die Prüfung von leitenden Strukturen,
etwa Metallgebieten und ihre Eigenschaften während Belastungsbedingungen.
-
Beschreibung des Stands der
Technik
-
Bei
der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen,
gibt es ein ständiges
Bestreben, die Strukturgrößen von
Mikrostrukturelementen stets zu verringern, wodurch die Funktion dieser
Strukturen verbessert wird. Beispielsweise ist in modernen integrierten
Schaltungen die minimale Strukturgröße, etwa die Kanallänge von
Feldeffekttransistoren, auf den Bereich deutlich unter 1 μm gesunken,
wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf
Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme gestiegen ist. Wenn die
Größe einzelner
Schaltungselemente mit jeder neuen Schaltungsgeneration reduziert
wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente
verbessert wird, wird auch der verfügbare Platz für Verbindungsleitungen
geringer, die elektrisch die einzelnen Schaltungselemente verbinden.
Folglich müssen
die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen verringert werden, um
dem geringeren Anteil an verfügbarem
Platz und der höheren Anzahl
an Schaltungselementen pro Einheitsfläche Rechnung zu tragen. Die
geringere Querschnittsfläche
der Verbindungsleitungen kann möglicherweise in
Verbindung mit einem Anstieg der statischen Leistungsaufnahme äußerst größenreduzierter
Transistorelemente mehrere gestapelte Metallisierungsschichten erforderlich
machen, um die Anforderungen im Hinblick auf eine akzeptable Stromdichte
in den Metallleitungen zu erfüllen.
-
Moderne
integrierte Schaltungen mit Transistorelementen, die eine kritische
Abmessung von 0,13 μm
und deutlich weniger aufweisen, können jedoch deutlich erhöhte Stromdichten
in den einzelnen Verbindungsleitungen trotz des Vorsehens einer
relativ großen
Anzahl an Metallisierungsschichten auf Grund der großen Anzahl
an Schaltungselementen pro Einheitsfläche erforderlich machen. Das
Betreiben der Verbindungsleitungen bei erhöhten Stromdichten kann jedoch
eine Reihe von Problemen nach sich ziehen, die mit einer belastungshervorgerufenen Leitungsbeeinträchtigung
in Beziehung stehen, was schließlich
zu einem vorzeitigen Ausfall der integrierten Schaltung führen kann.
Ein wichtiges Phänomen in
dieser Hinsicht ist der strominduzierte Materialtransport in Metallgebieten,
d. h. in Leitungen und Kontaktdurchführungen, das auch als „Elektromigration” bezeichnet
wird, was zur Ausbildung von Hohlräumen innerhalb und von Materialanhäufungen
oder Erhebungen angrenzend zu dem Metallgebiet führen kann, woraus sich ein
reduziertes Leistungsverhalten und eine geringere Zuverlässigkeit
oder ein vollständiger
Ausfall des Bauelements ergibt. Beispielsweise werden Aluminiumleitungen
und Kontaktdurchführungen,
die in Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid eingebettet sind,
häufig
als Metall für
Metallisierungsschichten verwendet, wobei, wie zuvor erläutert ist,
in modernen integrierten Schaltungen mit kritischen Abmessungen
von 0,18 μm
oder weniger eine deutlich geringere Querschnittsfläche der
Metallleitungen und damit erhöhte
Stromdichten erforderlich sein können, wodurch
Aluminium zu einem wenig attraktiven Material für die Herstellung von Metallisierungsschichten
wird.
-
Folglich
wird Aluminium zunehmend durch Kupfer ersetzt, da Kupfer einen deutlich
geringen Widerstand aufweist und merkliche Elektromigrationseffekte
erst bei deutlich höheren
Stromdichten im Vergleich zu Aluminium zeigt. Die Einführung von
Kupfer bei der Herstellung von Mikrostrukturen und integrierten
Schaltungen ist mit einer Reihe von schwerwiegenden Problemen begleitet,
die in der Eigenschaft des Kupfers begründet liegen, leicht in Siliziumdioxid und
einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu diffundieren.
Um die nötige
Haftung bereitzustellen und um die unerwünschte Diffusion von Kupferatomen
in empfindliche Bauteilgebiete zu vermeiden, ist es daher für gewöhnlich erforderlich,
eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen
Material, in dem die Kupferleitungen und die Kontaktdurchführungen
eingebettet sind, vorzusehen. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches
Material ist, das in effizienter Weise die Diffusion von Kupferatomen
unterdrückt,
ist die Auswahl von Siliziumnitrid als ein Zwischenschichtdielektrikumsmaterial wenig
wünschenswert,
da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität aufweist, wodurch die parasitäre Kapazität benachbarter
Kupferleitungen erhöht
wird. Daher wird eine dünne
leitende Barrierenschicht, die dem Kupfer ebenfalls die erforderliche
mechanische Stabilität
verleiht, so gebildet, dass der Hauptanteil des Kupfers von dem
umge benden dielektrischen Material getrennt ist, und es wird lediglich
eine dünne Siliziumnitrid- oder Siliziumkarbid-
oder eine kohlenstoffangereichtere Siliziumnitridschicht in Form
einer Deckschicht häufig
in Metallisierungsschichten auf Kupferbasis eingesetzt. Aktuell
werden Tantal, Titan, Wolfram, Wolfram/Kobalt/Phosphor-Verbindungen, Wolfram/Kobalt/Bor-Verbindungen und
ihre Verbindungen mit Stickstoff und Silizium und dergleichen als
bevorzugte Kandidaten für
eine leitende Barrierenschicht verwendet, wobei die Barrierenschicht zwei
oder mehrere Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung
aufweisen kann, um damit die Erfordernisse im Hinblick auf die diffusionsunterdrückenden
Eigenschaften und Hafteigenschaften zu erfüllen.
-
Eine
weitere Eigenschaft des Kupfers, die es deutlich von Aluminium unterscheidet,
ist die Tatsache, dass Kupfer nicht in einfacher Weise in großen Mengen
durch chemische und physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht
werden kann, wozu sich die Tatsache gesellt, dass Kupfer nicht in
effizienter Weise durch anisotrope Trockenätzprozesse strukturiert werden
kann, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich ist, die häufig als
die Damaszener- oder Einlegetechnik bezeichnet wird. In einem Damaszener-Prozess
wird zunächst
eine dielektrische Schicht gebildet, die dann strukturiert wird,
um Gräben
und Kontaktöffnungen
zu erhalten, die nachfolgend mit Kupfer oder Kupferlegierungen gefüllt werden,
wobei, wie zuvor erläutert
ist, vor dem Einfüllen des
kupferbasierten Metalls eine leitende Barrierenschicht innerhalb
der Gräben
und Kontaktöffnungen gebildet
wird. Das Abscheiden des Hauptanteils des Kupfermaterials in die
Gräben
und Kontaktöffnungen wird
möglicherweise
durch nasschemische Abscheideprozesse, etwa Elektroplattieren und
stromloses Plattieren, bewerkstelligt, wobei das zuverlässige Auffüllen von
Kontaktöffnungen
mit einem Aspektverhältnis
von 5 oder mehr mit einem Durchmesser von 0,1 μm oder weniger in Verbindung
mit Gräben
mit einer Breite im Bereich von 0,1 μm bis mehrere Mikrometer erforderlich
ist. Obwohl elektrochemische Abscheideprozesse für Kupfer auf dem Gebiet der
Herstellung von Leiterplatten gut etabliert sind, ist ein im Wesentlichen
hohlraumfreies Füllen
von Kontaktöffnungen
mit hohem Aspektverhältnis
eine äußerst komplexe
und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften der schließlich erhaltenen
Kupfermetallleitung deutlich von Prozessparametern, Materialien
und der Geometrie der interessierenden Struktur abhängen. Da
die Abmessungen von Verbindungsstrukturen durch die Entwurfserfordernisse
bestimmt sind und daher nicht wesentlich für eine vorgegebene Mikrostruktur
geändert
werden können,
ist es von großer
Bedeutung, den Einfluss von Materialien, etwa leitende und nicht
leitende Barrierenschichten, der kupferbasierten Mikrostruktur und
ihre wechselseitige Einflussnahme auf die Eigenschaften der Verbindungsstruktur
abzuschätzen
und zu steuern, um sowohl eine hohe Ausbeute als auch die erforderliche Produktzuverlässigkeit
sicherzustellen. Insbesondere ist es wichtig, Mechanismen zur Beeinträchtigung und
für Fehler
in Verbindungsstrukturen für
diverse Konfigurationen zu erkennen und zu überwachen, um damit die Bauteilzuverlässigkeit
für jede
neue Bauteilgeneration oder jeden Technologiestandard beizubehalten.
-
Daher
wurde in den vergangenen Jahrzehnten ein hoher Aufwand betrieben,
um die Beeinträchtigung
von Kupferleitungen und Kontaktdurchführungen zu untersuchen, insbesondere
im Hinblick auf die Elektromigration, um neue Materialien und Prozessstrategien
zur Herstellung kupferbasierter Metallleitungen und Kontaktdurchführungen
zu finden. Obwohl der genaue Mechanismus der Elektromigration in
Kupferleitungen und Kontaktdurchführungen noch nicht vollständig verstanden
ist, so zeigt sich dennoch, dass Hohlräume, die in und an Seitenwänden und
Grenzflächen
angeordnet sind, und Hohlräume und
Reste an der Unterseite der Kontaktdurchführungen einen deutlichen Einfluss
auf die Produktionsausbeute und Zuverlässigkeit ausüben. Mit
Ausnahme von großflächigen Defekten,
sind derartige Defekte in Kontaktöffnungen, die in Form von Kontaktlochketten
als Überwachungsstrukturen
in Schneidelinien von Scheiben vorgesehen sein können, schwer in standardmäßigen elektrischen
Testverfahren zu erkennen. Daher werden große Anstrengungen bei der Gestaltung
geeignet ausgebildeter Teststrukturen unternommen, um das Elektromigrationsverhalten von
Kontaktdurchführungen
abzuschätzen
und um die erwartete Zeit bis zum Ausfall für derartige Kontaktdurchführungen
und Metallleitungen abzuschätzen,
wobei die Ergebnisse für
die Eigenschaften tatsächlicher
Metallisierungsstrukturen nur dann kennzeichnend sind, wenn gut
definierte Bedingungen in der Teststruktur eingerichtet werden.
Ansonsten können
die entsprechenden Testergebnisse zu im Wesentlichen bedeutungslosen
Aussagen im Hinblick auf die tatsächlichen Schaltungselemente
führen. Beispielsweise
wird zum Abschätzen
der mittleren Zeit bis zum Ausfall einer Kontaktdurchführung und einer
Leitung, die damit verbunden ist, die gemäß einem spezifizierten Prozessablauf
auf der Grundlage spezieller Materialien, etwa Kupfer, Aluminium,
Silber, und dergleichen mit speziellen Barrierenmaterialien hergestellt
sind, eine Teststruktur auf der Grundlage des speziellen Prozessablaufs
hergestellt, wobei die Gestaltung der Teststruktur so gewählt ist, dass
ein durch Elektromigration hervorgerufener Fehler, d. h. eine entsprechende
Flussdivergenz des Materialflusses in der Leitung oder der Kontaktdurchführung, nur
in einem spezifizierten Abschnitt der Teststruktur hervorgerufen
wird. Somit kann durch Ausüben
gut definierter Belastungsbedingungen, etwa Temperatur und eines
eingeprägten
Stromes, der entsprechende Abschnitt im Hinblick auf einen Widerstandsanstieg überwacht
werden, der eine durch Elektromigration hervorgerufene Hohlraumbildung
und damit einen Leitungsfehler oder Kontaktlochfehler anzeigt.
-
Mit
Bezug zu den 1a und 1b wird nunmehr
eine typische konventionelle Teststruktur zum Abschätzen von
Elektromigrationseffekten in Metallisierungsschichten von Halbleiterbauelementen
detaillierter beschrieben, um die Prinzipien und die mit dem konventionellen
Testablauf verknüpften Probleme
zu veranschaulichen.
-
1a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht einer Teststruktur 100 mit
einem Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Substrat
für die Herstellung
von Halbleiterbauelementen oder anderen Mikrostrukturelemente repräsentieren
kann, die eine Metallisierungsschicht zum Bereitstellen elektrischer
Verbindungen gemäß einer
speziellen Schaltungsanordnung erfordern. Beispielsweise kann das Substrat 101 ein
Halbleitersubstrat, etwa ein Siliziumsubstrat, repräsentieren,
das darauf ausgebildet eine entsprechende Halbleiterschicht aufweist,
die für
die Herstellung von Schaltungselementen, etwa Transistoren, Kondensatoren,
und dergleichen geeignet ist. Eine erste dielektrische Schicht 102,
die aus einem beliebigen geeigneten dielektrischen Material aufgebaut
sein kann, wie es in der interessierenden Metallisierungsschicht
verwendet wird, ist über
dem Substrat 101 ausgebildete und kann das dielektrische
Material einer entsprechenden Metallisierungsschicht repräsentieren.
Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 102 auf der
Grundlage der gleichen Prozesstechniken und der gleichen Materialien hergestellt
werden, wie sie für
Metallisierungsschichten und anderen Substraten verwendet werden,
oder die Schicht 102 kann einen Teil einer Metallisierungsschicht
eines Halbleiterbauelements repräsentieren, das
die Teststruktur 100 an einer speziellen Substratposition
beinhaltet. Ferner ist eine Metallleitung 103, die auch
als Speiseleitung bezeichnet wird, in der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet
und kann spezielle Abmessungen und Eigenschaften aufweisen, so dass
diese eine reduzierte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Elektromigrationswirkungen,
etwa einer Metalldiffusion, zeigt, wenn die vordefinierten Testbedingungen
ausgeübt
werden.
-
Wie
zuvor erläutert
ist, sind Elektromigrationswirkungen der Gegenstand intensiver Forschungen über die
vergangenen Jahrzehnte, wobei erkannt wurde, dass Elektromigration,
die sich aus der Wechselwirkung der bewegenden Elektronen mit diffundierenden
Metall atomen ergibt, wodurch eine Nettokraft auf die diffundierenden
Metallatome bei hohen Ladungsträgerdichten
ausgeübt
wird, ein wesentlicher Grund für
einen vorzeitigen Bauteilausfall sein kann, wodurch effiziente Mechanismen
zum Erkennen und Vermeiden oder Reduzieren von Mechanismen zur Beeinträchtigung
von Metallleitungen und Kontaktöffnungen
erforderlich sind. Da beispielsweise Elektromigration eine Wechselwirkung
zwischen Elektronen und diffundierenden Metallatomen ist, ist eine
erhöhte
Diffusionsaktivität
beispielsweise auf Grund einer erhöhten Temperatur, eines erhöhten Maßes an Gitterdefekten
oder im Allgemeinen auf Grund des Vorhandenseins größerer Diffusionswege,
etwa Korngrenzen entsprechender Grenzflächen, und dergleichen ein wichtiger
Aspekt und die Elektromigration ist äußerst abhängig von den speziellen Herstellungsverfahren
und den verwendeten Materialien. In modernen Halbleiterbauelementen
können auch
die Abmessungen der entsprechenden Kontaktdurchführungen und Metallleitungen
einen deutlichen Einfluss auf das schließlich erreichte Maß an Materialtransport
innerhalb der Metallleitungen besitzen. Obwohl in modernen Halbleiterbauelementen häufig Kupfer
und Kupferlegierungen verwendet werden, die eine deutlich höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Elektromigration
und einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen, hat die
ständige Reduzierung
der Linienbreite zu moderat hohen Stromdichten geführt, wodurch
auch ein hohes Maß an
Elektromigration in Metallisierungsschichten auf Kupferbasis auftritt.
Da eine Vielzahl komplexer Mechanismen einen deutlichen Einfluss
auf das Elektromigrationsverhalten besitzen kann, etwa die Korngröße, die
Kornorientierung, die Art des verwendeten Barrierenmaterials, die
Art dielektrischer Barrierenmaterialien und dergleichen, ist es
von großer
Wichtigkeit, Fertigungstechniken effizient zu überwachen, um die Produktzuverlässigkeit
zu steuern und zu verbessern. Daher wurden speziell gestaltete Teststrukturen
entwickelt, die aussagekräftige
Abschätzungen im
Hinblick auf die Elektromigrationseigenschaften ermöglichen.
-
Daher
wird die Speiseleitung 103 typischerweise so gestaltet,
dass im Hinblick auf entsprechende Elektromigrationsbedingungen
ein entsprechender Materialtransport in der Speiseleitung 103 nicht stattfindet.
Zu diesem Zweck wird in konventionellen Verfahren die Speiseleitung 103 beispielsweise
so gestaltet, dass die Blech-Länge
nicht überschritten wird,
die eine charakteristische Länge
definiert, unterhalb derer ein Materialtransport durch Elektromigrationswirkungen
nicht stattfindet.
-
Des
weiteren besitzt die Teststruktur 100 eine Anschlussleitung 104,
die mit der Speiseleitung 103 auf der Grundlage entsprechender
Kontaktdurchführungen 105 verbunden
ist, wobei die Anschlussleitung 104 Abmessungen aufweist,
die deutlich größer sind
im Vergleich zu den Abmessungen einer entsprechenden Testmetallleitung 106,
die mit der Speiseleitung 103 über eine Testkontaktdurchführung 107 verbunden
ist. Die Testkontaktdurchführung 107 und
die Metallleitung 106 sind entsprechend den Entwurfserregeln
für tatsächliche
Schaltungselemente dimensioniert, um eine entsprechende Zeit bis
zum Ausfall der entsprechenden Produktbauelemente auf der Grundlage
der Teststruktur 100 abzuschätzen. Auf Grund der Ausbildung
der Speiseleitung 103 und der großen Abmessungen der Anschlussleitung 104,
die mit einer geeigneten Sondierungsfläche (nicht gezeigt) verbunden
sein kann, ist im Prinzip sichergestellt, dass Elektromigrationseffekte,
etwa die durch Materialtransport hervorgerufenen Hohlräume, in
der Testkontaktdurchführung 107 und
in der entsprechenden Testmetallleitung 106 stattfinden.
Da typischerweise die Teststruktur 100 gemäß tatsächlicher
Fertigungsprozesse hergestellt wird, können die entsprechenden Metallkomponenten 105, 104, 107 und 106 in
einer entsprechenden dielektrischen Schicht 108 gebildet
werden, die auf einer entsprechenden Ätzstoppschicht 109 ausgebildet
ist, wobei eine zusätzliche
Deckschicht oder Ätzstoppschicht 110 die
Metallleitung 104 und 106 einschließen kann.
-
1b zeigt
schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 100, wie sie
in 1a gezeigt ist, wobei ein Spannungsanschluss 111 gezeigt
ist, der mit der Speiseleitung 103 verbunden ist, oder
mit der Anschlussleitung 104 verbunden sein kann, abhängig von
den Entwurfserfordernissen. Wie aus 1b hervorgeht,
ist die Anschlussleitung 104 mit mehreren Kontaktdurchführungen 105 mit
der Speiseleitung 103 verbunden, die wiederum eine geeignete Länge aufweist,
um damit einen Materialtransport auf Grund von Elektromigration
während
spezifizierter Belastungsbedingungen zu vermeiden, etwa eine spezifizierten
Stromdichte, die in die Testkontaktdurchführung 107 und in die
Metallleitung 106 eingeprägt wird.
-
Die
Teststruktur 100 kann auf der Grundlage gut etablierter
Verfahren hergestellt werden, wobei in anspruchsvollen Anwendungen
eine sogenannte Einlege- oder Damaszener-Technik zur Herstellung von Kupfer basierten
Metallgebieten eingesetzt wird, wobei, wie zuvor erläutert ist,
eine geeignete leitende Barrierenschicht, etwa die Schicht 112,
vorgesehen wird, um die erforderlichen Eigenschaften im Hinblick auf
das Unterdrücken
einer Kupferdiffusion in das dielektrische Material und einer Diffusion
reaktiver Komponenten in die kupferbasierten Metallgebiete zu erreichen,
wobei zusätzlich
die Eigenschaften der Barrierenschicht 112 deutlich das
Elektromigrationsverhalten beeinflussen können.
-
Während des
Betriebs der Teststruktur 100 wird ein entsprechender Strom
in die Teststruktur 100 beispielsweise dadurch eingeprägt, dass
eine entsprechende Sondierungsfläche
(nicht gezeigt), die mit der Anschlussleitung 104 verbunden
ist, mit einer geeigneten Stromquelle verbunden wird, so dass ein Elektronenstrom
von der Anschlussleitung 104 in die Metallleitung 106 über die
Speiseleitung 103 und die Kontaktdurchführung 107 erfolgt,
wobei die Metallleitung 106 auch mit einer entsprechenden
Sondierungsfläche
mit geeigneten Abmessungen verbunden ist. Mittels des Spannungsabgriffs 111 kann
ein entsprechender Widerstandsanstieg erkannt werden, der auf eine
entsprechende Bildung eines Hohlraums in der Kontaktdurchführung 107 und/oder
der Metallleitung 106 hindeutet, da diese Komponenten erwartungsgemäß die „schwächsten” Glieder
des gesamten leitenden Weges von einer Sondierungsfläche zur
anderen sind. Folglich kann ein entsprechender Schwellwert für die Widerstandsänderung
definiert werden und kann damit als eine Angabe für einen Fehler
der Kontaktdurchführung 107 und/oder
der Metallleitung 106 verwendet werden, wodurch eine entsprechende
Zeit bis zum Ausfall abgeleitet werden kann. In der Praxis können die
entsprechenden Zeiten bis zum Ausfall und damit Zuverlässigkeitswerte,
die aus der Teststruktur 100 abgeleitet werden, in einigen
Fällen
zu unrealistischen Vorhersagen für
eigentliche Bauteile führen,
insbesondere wenn äußerst größenreduzierte
Metallisierungsstrukturen das Herstellen entsprechender Barrierenschichten
beinhalten, wodurch die entsprechende Teststruktur 100 sowie
die damit einhergehende Prüfprozedur
wenig zuverlässig
und damit kostenintensiv wird.
-
Die
US 6,762,597 B1 offenbart
eine Teststruktur zum Bewerten von Elektromigrationseigenschaften
von Barrierenschichten in Kontaktdurchführungen, wobei die Teststruktur
eine weitere „blockierende” Kontaktdurchführung aufweist,
die in einem separaten Herstellungsprozess gefertigt wird.
-
Angesichts
der zuvor erkannten Probleme besteht ein Bedarf für eine verbesserte
Technik zum Prüfen
von Elektromigrationseffekten für
Metallisierungsstrukturen mit Barrierenschichten, wobei eines oder
mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert
werden.
-
Überblick über die Erfindung
-
Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik
zum Bewerten von Elektromigrationseffekten komplexer Metallisierungsstrukturen,
wobei Kontaktdurchführungen
und Metallleitungen vorgesehen werden, die eine Barrierenschicht
aufweisen, wobei Eigenschaften der Barrierenschicht innerhalb der
Testkontaktdurchführungen bewertet
werden können,
indem eine geeignet gestaltete Teststruktur vorgesehen wird. Es
wurde erkannt, dass in konventionellen Teststrukturen mit einer
Testkontaktdurchführung
und einer Metallleitung, die auf der Grundlage einer Barrierenschicht
hergestellt sind, das Maß an
Bedeckung der Unterseite der Kontaktdurchführung durch die Barrierenschicht deutlich
das Gesamtverhalten einer konventionellen Teststruktur beeinflussen
kann. Beispielsweise kann das Vorhandensein poröser Bereiche oder Löcher innerhalb
der Barrierenschicht an der Unterseite der Kontaktdurchführung zur
Ausbildung eines Hohlraumes in der Speiseleitung auf Grund der modifizierten elektrischen
Eigenschaften der Kontaktdurchführung auf
Grund des Fehlens oder zumindest des teilweise Fehlens der Barrierenschicht
an der Unterseite führen,
was beispielsweise den Reihenwiderstand von der Speiseleitung zu
der Kontaktdurchführung
reduzieren und damit auch den entsprechenden Einfluss der Speiseleitung
schwächen
kann, der ansonsten erreicht würde,
wenn die entsprechende Barrierenschicht intakt bleibt. Da der Elektromigrationsfehler von
der eigentlichen Teststruktur zur Speiseleitung verschoben wird,
kann die schließlich
gewonnene Zeit bis zum Ausfall aus der entsprechenden Teststruktur
zu einer scheinbar längeren
Lebensdauer im Vergleich zu einer Teststruktur führen, die eine im Wesentlichen
kontinuierlich bedeckte Testkontaktdurchführung aufweist. Um die nachteiligen
Auswirkungen einer fehlerhaften Barrierenschicht bei der Bewertung
von Elektromigrationseffekten auf der Grundlage einer entsprechenden
Teststruktur zu verringern, wird in der vorliegenden Erfindung eine
entsprechende Speiseleitung vorgesehen, die die höchste Wahrscheinlichkeit
aller beteiligten elektrischen Komponenten in der Teststruktur für die Ausbildung
eines Hohlraumes aufweist, wenn eine entsprechende Testkontaktdurchführung der
Teststruktur eine fehlerhafte Barrierenschicht an ihrer Unterseite
besitzt. Zu diesem Zweck wird die entsprechende Speiseleitung so
gestaltet, dass die Ausbildung von Hohlräumen zuerst in der Speiseleitung
stattfindet, wenn die entsprechende Testkontaktdurchführung der
Teststruktur eine poröse
Barrierenschicht oder ein Loch in der Barriere an der Unterseite
der Kontaktdurchführung
aufweist. Folglich wird beim Ausführen eines Elektromigrationstests
auf der Grundlage einer fehlerhaften Barrierenschicht innerhalb
der Testkontaktdurchführung
ein rascher Anstieg des Widerstands in der Speiseleitung erkannt, wodurch
daher ein entsprechender Fehler der Barrierenschicht angezeigt wird,
so dass das entsprechende Testergebnis unter Berücksichtigung des entsprechenden
Barrierenfehlers analysiert werden kann. Somit kann eine deutlich
zuverlässigere
Einschätzung
einer Teststruktur im Hinblick auf Elektromigration erreicht werden.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Vorrichtung des
Anspruches 1 gelöst.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Weitere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird,
in denen:
-
1a schematisch
eine Querschnittsansicht einer konventionellen Teststruktur zeigt,
die in einer Metallisierungsschicht ausgebildet ist, die gemäß einem
Prozessablauf zur Herstellung von Halbleiterbauelementen gebildet
ist, wobei eine Testkontaktdurchführung und eine Testmetallleitung
mit einer entsprechenden Sondierungsfläche auf der Grundlage einer
Speiseleitung mit einer spezifizierten Konfiguration verbunden sind,
um damit Elektromigrationseffekte zu unterdrücken, wenn die Testkontaktdurchführung mittels
einer Barrierenschicht zuverlässig
mit der Speiseleitung verbunden ist;
-
1b schematisch
eine Draufsicht der Teststruktur aus 1a zeigt;
-
2a und 2b schematisch
Querschnittsansichten einer Teststruktur während diverser Fertigungsphasen
zeigen, wobei die Struktur eine Testkontaktdurchführung und
eine Testmetallleitung aufweist, die mit einer Speiseleitung verbunden
sind, die eine höhere
Wahrscheinlichkeit für
Elektromigrationsfehler aufweist, wenn eine nicht zusammenhängende Barrierenschicht
an der Unterseite vorgesehen ist, gemäß anschaulicher Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung;
-
2c schematisch
eine Draufsicht der in 2a und 2b gezeigten
Teststruktur darstellt;
-
2d schematisch
eine Querschnittsansicht einer Teststruktur zeigt, wie sie in 2c dargestellt
ist, während
des Betriebs gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung; und
-
2e schematisch
eine Teststruktur zeigt, die mehrere Testkontaktdurchführungen
und Testmetallleitungen, die mit entsprechenden Speiseleitungen
mit unterschiedlichen Wahr scheinlichkeiten für Elektromigrationsfehler verbunden
sind, gemäß noch weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung enthalten.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur
Verbesserung des Leistungsvermögens
von Elektromigrationstestverfahren, um Bewertungen der betrachteten
Teststrukturen mit erhöhter
Zuverlässigkeit
zu erhalten. Wie zuvor erläutert
ist, ist die Elektromigration ein äußerst komplexer dynamischer
Vorgang, in welchem der Impulsaustausch zwischen Ladungsträgern, d.
h. Elektronen in Metallen, und diffundierenden Metallatomen zu einer gerichteten
Bewegung der diffundierenden Atome führen kann, wenn eine ausreichend
hohe Stromdichte erreicht wird. Auf Grund der geringeren Querschnittsflächen von
Metallleitungen und Kontaktdurchführungen in modernen integrierten
Schaltungen und der Tatsache, dass im Prinzip die entsprechenden
Metallleitungen in entsprechenden dielektrischen Materialien eingeschlossen
sind, wodurch ein effizienter Wärmetransfer
in die umgebenden Chipflächen
möglich
ist, können äußerst hohe
Stromdichten von ungefähr
106 Ampere pro cm2 erreicht
werden, wodurch merklich Elektromigrationseffekte hervorgerufen
werden. Sofern die Metallisierungsstruktur entsprechender Halbleiterbauelemente
nicht so gestaltet und hergestellt ist, dass entsprechend hohe Stromdichten
zuverlässig
in jedem Metallgebiet des Halbleiterbauelements vermieden werden,
tritt folglich eine merkliche Elektromigration während des Betriebs der entsprechenden
Halbleiterbauelemente auf. Jedoch würde eine entsprechende Gestaltung von
Halbleiterbauelementen deutlich die Entwurfsflexibilität verringern
und würde
auch geringere Packungsdichten erforderlich machen, wodurch das Leistungsverhalten
und die Kosteneffizienz der entsprechenden Halbleiterbauelemente
merklich beeinträchtigt
würde.
Daher wird typischerweise ein Kompromiss zwischen dem Leistungsverhalten
und der Packungsdichte im Hinblick auf die Elektromigration dahingehend
gemacht, dass anstelle der Herstellung von im Wesentlichen „unsterblichen” Metallisierungsstrukturen
Gestaltungs- und Herstellungskriterien so gewählt werden, dass eine gewünschte Lebensdauer unter
spezifizierten Betriebsbedingungen erreicht wird. Folglich ist es äußerst wichtig,
in zuverlässiger Weise
die erwartete Lebensdauer der Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen
abzuschätzen,
was typischerweise auf der Grundlage entsprechender Teststrukturen
durchgeführt
wird, die auf der Grundlage von Belastungsbedingungen betrieben
werden, zu denen hohe Stromdichten und hohe Temperaturen gehören, wobei
die Zeit bis zum Ausfall eine Angabe für die Lebensdauer der entsprechenden
Metallisierungsstrukturen unter realen Betriebsbedingungen liefert.
Obwohl gewisse theoretische Modelle der kinetischen Vorgänge der
Elektromigration entwickelt werden, die beispielsweise als Blacks
Gesetz bekannt sind, das eine Abhängigkeit zwischen einer typischen
Ausfallzeit und dem Quadrat der inversen Stromdichte angibt, was
quantitativ die Auswirkung von Elektromigration für eine gewisse
Klasse an Bedingungen beschreibt, beispielsweise für Metallleitungen
ohne umschließende
Barrierenschichten, und dergleichen, wobei eine moderat hohe Genauigkeit
erreicht wird, und wobei andere Effekte, etwa der Blech-Effekt entdeckt
wurden, womit Elektromigrationseffekte vollständig vermieden werden können, wenn
die Länge
eines Metallgebiets bei einer spezifizierten Stromdichte so gewählt ist,
dass diese gleich oder größer ist
als ein sogenanntes kritisches Produkt der Länge und der Stromdichte, so zeigt
es sich dennoch, dass auf Grund des deutlichen Einflusses von Diffusion
auf die schließlich
erreichte Elektromigrationswirkung eine theoretische Vorhersage
der schließlich
erreichten Zeit bis zum Ausfall äußerst komplex
ist und nicht ausreichend ist, um zuverlässig die Eigenschaften komplexer
Metallisierungsstrukturen abzuschätzen, wie sie typischerweise
in modernen integrierten Schaltungen verwendet sind. Selbst die
Konfiguration einer entsprechenden Teststruktur kann einen deutlichen
Einfluss auf das Ergebnis der entsprechenden Lebensdauerprüfungen aufweisen,
wobei beispielsweise eine nicht korrekte vorhergesagte Zeit bis
zum Ausfall während entsprechender
Elektromigrationsprüfungen
zu einer nicht korrekt vorhergesagten Lebensdauer der eigentlichen
Halbleiterbauelemente führen
kann, wodurch zu einer geringeren Zuverlässigkeit der entsprechenden
Produkte beigetragen wird, was zu einem großen wirtschaftlichen Risiko
für den
Halbleiterhersteller führen
kann.
-
Erfindungsgemäß wird eine
verbesserte Technik zum Abschätzen
der Zeit bis zum Ausfall während
Elektromigrationsprüfungen
auf der Grundlage einer Teststruktur erreicht, in der der Status
einer entsprechenden Barrierenschicht in einer Testkontaktdurchführung zuverlässig im
Zusammenhang des Elektromigrationstests abgeschätzt werden kann, um damit die
Zuverlässigkeit
der entsprechenden Testergebnisse zu bewerten. Ferner wird in einigen
anschaulichen Ausführungsformen
das Maß an Barrierenschäden in den
entsprechenden Testkontaktdurchführungen
auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Teststruktur abgeschätzt. Zu
diesem Zweck wird im Gegensatz zu konventionellen Gestaltungen,
eine zusätzliche „Engstelle” in der
eigentlichen Teststruktur, die eine Testkontaktdurchführung beinhaltet,
vorgesehen, um damit eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Ausbildung
von Hohlräumen
in der Engstelle der Speiseleitung zu erreichen, wenn die Testkontaktdurchführung keine
im Wesentlichen zusammenhängende
Barrierenschicht insbesondere an ihrer Unterseite aufweist. Folglich
kann während eines
entsprechenden Elektromigrationstests eine entsprechende Widerstandsänderung
in der Speiseleitung erkannt werden, um damit das Vorhandensein einer
im Wesentlichen nicht zusammenhängenden Barrierenschicht
in der Testkontaktdurchführung
abzuschätzen.
Auf diese Weise kann die Qualität
der Testkontaktdurchführungen
und damit der Kontaktdurchführungen
der eigentlichen Metallisierungsstruktur abgeschätzt werden, während gleichzeitig zusätzliche
aussagekräftige
Lebensdauerergebnisse von der entsprechenden Teststruktur gewonnen
werden können,
da erkannt werden kann, ob ein Barrierenfehler außerhalb
der Engstelle der Speiseleitung aufgetreten ist oder nicht.
-
Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung äußerst vorteilhaft
im Zusammenhang mit modernen Halbleiterbauelementen ist, in denen
eine Metallisierungsstruktur, beispielsweise auf Grundlage von Kupfer,
Kupferlegierungen oder anderen gut leitenden Metallen in Verbindung
mit Schaltungselementen mit kritischen Abmessungen von 100 nm und
deutlich weniger, erforderlich ist, da hier äußerst komplexe Fertigungsverfahren,
etwa Einlegetechniken in Form von Einzel- oder Dual-Damaszener-Prozessen
typischerweise während
der Herstellung von Metallisierungsschichten eingesetzt werden.
Beispielsweise ist in Verbindung mit mehreren Metallen, etwa Kupfer
und Kupferlegierungen, die gemäß einer
Einzel- oder Dualeinlegetechnik hergestellt werden, eine geeignete
Barrierenschicht typischerweise in entsprechenden Kontaktöffnungen und
Grabenöffnungen
vor dem Einfüllen
der gut leitenden Metalle erforderlich. Während der Abscheidung des Barrierenmaterials
können
Prozessungleichförmigkeiten
insbesondere an entsprechenden Unterseiten der Kontaktöffnungen
daher einen kritischen Aspekt des gesamten Fertigungsprozesses repräsentieren,
da diese kritischen Bauteilbereiche zu nicht realistischen Lebensdauerabschät zungen führen können, wodurch
eine hohe Wahrscheinlichkeit für
einen vorzeitigen Ausfall in eigentlichen Produkten hervorgerufen
wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Prinzipien der
Erfindung auch für eine
beliebige Metallisierungsschicht unabhängig von den Gegebenheiten
der verwendeten Materialien und der eingesetzten Fertigungstechnik
angewendet werden können,
solange Metallkontaktdurchführungen
vorgesehen sind, in denen eine Barrierenschicht erforderlich ist,
deren Eigenschaften deutlich das gesamte Elektromigrationsverhalten
beeinflussen kann. Wenn daher in der Beschreibung und den angefügten Patentansprüchen nichts
anderes dargelegt ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht als
auf kupferbasierte Metallisierungsstrukturen, die auf der Grundlage
von Einlegeverfahren hergestellt sind, eingeschränkt betrachtet werden.
-
Mit
Bezug zu den 2a bis 2e werden nunmehr
weitere anschauliche Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
-
2a zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht einer Teststruktur 200,
die über
einem Substrat 201 ausgebildet ist, das ein beliebiges
Substrat zur Herstellung von Halbleiterbauelementen darauf und darin
repräsentieren
kann, die eine Metallisierungsstruktur erfordern, die mehrere Metallisierungsschichten
enthalten kann, wie sie typischerweise in modernen integrierten
Schaltungen vorgesehen sind, wobei entsprechende Metallleitungen
die elektrische Verbindung von Schaltungselementen innerhalb einer
Ebene bereitstellen, wohingegen entsprechende Kontaktdurchführungen
die Verbindung zu benachbarten Metallisierungsschichten herstellen.
Beispielsweise kann das Substrat 201 ein Siliziumsubstrat,
ein SOI-(Silizium-auf-Halbleiter-)Substrat oder ein anderes geeignetes
Trägermaterial
mit darauf ausgebildeten entsprechenden Halbleitergebieten repräsentieren,
wie sie für
die Herstellung spezieller Schaltungselemente, etwa Transistoren,
Kondensatoren, und dergleichen erforderlich sind. In einigen anschaulichen
Ausführungsformen
weist das Substrat 201 darauf und darin ausgebildet Schaltungselemente,
etwa Transistoren mit einer kritischen Abmessung, etwa der Gatelänge, von
100 nm und deutlich weniger auf. Es sollte beachtet werden, dass
die Teststruktur 200 über
dem Substrat 201 ausgebildet sein kann, das auf entsprechenden
Chipbereichen funktionale integrierte Schaltungen aufweist, während in
anderen anschaulichen Ausführungsformen das
Substrat 201 ein spezielles Testsubstrat repräsentiert,
auf dem die Teststruktur 200 hergestellt ist, während im
Wesentlichen funktionale integrierte Schaltungen fehlen. Über dem
Substrat 201 und einer etwaigen Bauteilschicht und etwaigen
tieferliegenden Metallisierungsschichten ist eine dielektrische Schicht 202 vorgesehen,
beispielsweise auf der Grundlage eines geeigneten Materials, etwa
Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, dielektrische Materialien mit kleinem ε, und dergleichen.
Es sollte beachtet werden, dass die dielektrische Schicht 202 das
dielektrische Material einer speziellen Metallisierungsschicht repräsentieren
kann, wie sie typischerweise in anderen Bereichen des Substrats 201 gebildet
ist. Die dielektrische Schicht 202 weist darin eine Speiseleitung 203 auf,
die eine Konfiguration besitzt, so dass diese einer erhöhten Elektromigrationswirkung
unter spezifizierten Testbedingungen unterliegt. Beispielsweise
ist die Speiseleitung 203 aus einem geeigneten Metall (etwa
Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, und dergleichen) aufgebaut,
abhängig
von den Prozesserfordernissen. Wenn beispielsweise die Teststruktur 200 gemeinsam
mit tatsächlichen
Produkten auf dem Substrat 201 hergestellt ist, kann die Speiseleitung 203 gemäß spezieller
Fertigungsverfahren hergestellt sein. In diesem Falle können die gewünschten
Eigenschaften der Speiseleitung 203 auf der Grundlage der
entsprechenden Entwurfsabmessungen eingestellt werden, d. h. die
Querschnittsfläche
der Speiseleitung 203 kann geeignet ausgewählt werden,
beispielsweise indem eine geeignete Breite der Speiseleitung 203 festgelegt
wird, die die Richtung senkrecht zur Zeichenebene der 2a repräsentiert.
D. h., die Speiseleitung 203 ist so gestaltet, dass für eine vorgegebene
Stromdichte die höchste
Wahrscheinlichkeit für
die Ausbildung eines Hohlraumes, der durch Elektromigration hervorgerufen
wird, in der Speiseleitung 203 erreicht wird, wenn eine
nicht gewünschte
Konfiguration einer Barrierenschicht 212, die in einer
entsprechenden Testkontaktdurchführung 220 gebildet
ist, sich während eines
entsprechenden Fertigungsprozesses ergibt.
-
Es
sollte beachtet werden, dass andere Eigenschaften der Speiseleitung 203 in
geeigneter Weise eingestellt werden können, um das gewünschte Verhalten
zu erreichen. Wenn beispielsweise die Teststruktur 200 auf
einem speziellen Substrat hergestellt wird, etwa dem Substrat 201,
kann ein gewisses Maß an
Freiheit im Hinblick auf den Herstellungsprozess zur Herstellung
der Speiseleitung 203 ermöglicht werden, wodurch eine
spezielle Einstellung der Elektromigrationseigenschaften der Speiseleitung 203 ermöglicht wird,
indem beispielsweise nicht nur die entsprechende Breite sondern
auch eine spezielle Dicke der Speiseleitung 203, eine spezielle
Art an Material und/oder eine spezielle Fertigungstechnik zum Einstellen
der Korngröße und/oder
Orientierung, und dergleichen gewählt wird. Beispielsweise kann
die dielektrische Schicht 202 in Verbindung mit der Speiseleitung 203 auf
der Grundlage von Prozessstrategien hergestellt werden, die nicht
dem Fertigungsablauf für
die tatsächliche
Metallisierungsschichten entsprechen, da die Metallstrukturen, etwa die
Spei seleitung 203 in eigentlichen Produkten nicht verwendet
werden. In diesem Falle können
mehrere Parameter verwendet werden, um das gewünschte Elektromigrationsverhalten
zu erreichen. Somit kann im Gegensatz zu konventionellen Gestaltungen
die Speiseleitung 203 bewusst so gebildet werden, dass eine
große
Hohlraumbildung während
Elektromigrationstestbedingungen stattfindet, wenn die Barrierenschicht 212 in
der Testkontaktdurchführung 220 eine im
Wesentlichen nicht kontinuierliche Konfiguration insbesondere an
der Unterseite 220a aufweist. In der dargestellten Ausführungsform
kann angenommen werden, dass die Speiseleitung 203 und
die dielektrische Schicht 202 gemäß den Bauteil- und Prozesserfordernissen
hergestellt werden, wie sie auch für die Herstellung tatsächlicher
Halbleiterprodukte angewendet werden. Wenn beispielsweise eine kupferbasierte
Metallisierungsstruktur betrachtet wird, wird die Speiseleitung 203 typischerweise
von einer Barrierenschicht 213, etwa einem Barrierenmaterial,
wie es zuvor angegeben ist, eingeschlossen, wobei in einigen anschaulichen
Ausführungsformen
die Barrierenschicht 213 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration
wie die Barrierenschicht 212 aufweist. Des weiteren kann
die Speiseleitung 203 auf der Oberseite durch eine entsprechende
dielektrische Deckschicht 209, die beispielsweise aus Siliziumnitrid,
Siliziumkarbid, stickstoffangereichertem Siliziumkarbid, Kombinationen
davon, oder einem anderen geeigneten dielektrischen Deckmaterial,
eingeschlossen sein. Die Schicht 209 kann als eine effiziente Ätzstoppschicht
während
des Strukturierens einer dielektrischen Schicht 208 dienen,
in der die Testkontaktdurchführungsöffnung 220 und
eine entsprechende Testmetallleitungsöffnung 223 gebildet
werden. Ferner kann eine entsprechende Kontaktdurchführungsöffnung 221,
die mit einer entsprechenden Grabenöffnung 222 verbunden
ist, in der dielektrischen Schicht 208 ausgebildet sein,
um eine entsprechende Verdrahtungsstruktur zum Bereitstellen einer
elektrischen Verbindung zu einer geeigneten Sondierungsfläche (nicht
gezeigt) vorzusehen. Es sollte beachtet werden, dass die Testkontaktdurchführungsöffnung 220 und
die entsprechende Grabenöffnung 223 auf
der Grundlage typischer Bauteilabmessungen und Fertigungsverfahren
hergestellt werden können,
um ein hohes Maß an
Authentizität
in Bezug auf die entsprechende Metallisierungsstrukturen in eigentlichen
Produktbauelementen zu erhalten. Wenn beispielsweise die Teststruktur 200 gemeinsam
mit tatsächlichen
Produkten hergestellt wird, können
die Kontaktlochöffnung 220 und
die Grabenöffnung 223 zumindest über eine
spezifizierte Länge
davon Abmessungen aufweisen, die tatsächlichen Metallisierungsstrukturen
in Produktbereichen des Substrats 201 entsprechen. Somit
kann die dielektrische Schicht 208 eine Konfiguration aufweisen,
die identisch zu tatsächlichen
Produkten ist, und kann aus einem dielektrischen Material mit kleinem ε, einer Kombination
diverser dielektrischer Materialien, und dergleichen hergestellt
sein. Das gleiche gilt für
die Barrierenschicht 212, die aus einem beliebigen geeigneten
Barrierenmaterial aufgebaut sein kann, wie es tatsächlich in
dem Fertigungsprozess für
die betrachteten Halbleiterbauelemente verwendet wird.
-
Ein
typischer Prozessablauf zur Herstellung der Teststruktur 200,
wie sie in 2a gezeigt ist, kann die folgenden
Prozesse umfassen. Nach der Herstellung von Schaltungselementen,
falls diese vorgesehen sind, in und über dem Substrat 201 auf der
Grundlage gut etablierter Prozessverfahren einschließlich etablierter
mikromechanischer und/oder mikroelektronischer Fertigungsprozesse
wird die dielektrische Schicht 202 auf der Grundlage gut
etablierter Abscheideverfahren, etwa CVD-(chemische Dampfabscheide-),
Aufschleuder-Verfahren,
und dergleichen gebildet. Danach wird die dielektrische Schicht 202 auf
der Grundlage von Photolithographie und anisotropen Ätzverfahren
strukturiert, woran sich das Abscheiden der Barrierenschicht 213,
falls diese vorgesehen ist, anschließt, was auf der Grundlage von
Sputter-Abscheidung, stromloser Abscheidung, CVD und dergleichen
bewerkstelligt werden kann. Danach wird ein entsprechendes Material,
etwa Kupfer, Kupferlegierungen und dergleichen in die entsprechende Öffnung durch
elektrochemische Abscheideverfahren, etwa Elektroplattieren, stromloses Plattieren,
und dergleichen eingefüllt.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass, wie zuvor erläutert ist, eine
andere Prozesssequenz in Abhängigkeit
von den Prozess- und Bauteilerfordernissen, wie sie zuvor spezifiziert
sind, angewendet werden kann. Anschließend wird bei Bedarf die resultierende
Oberflächentopographie
eingeebnet, beispielsweise indem überschüssiges Material entfernt wird,
und die dielektrische Barrierenschicht 209 kann auf der
Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik, etwa CVD, hergestellt
werden. Als nächstes
wird die dielektrische Schicht 208 auf der Grundlage von
Prozessverfahren gebildet, wie sie auch in tatsächlichen Halbleiterbauelementen
eingesetzt werden, d. h. für äußerst moderne
Halbleiterbauelemente kann typischerweise das dielektrische Material 208 zumindest
teilweise ein dielektrisches Material mit kleinem ε enthalten,
d. h. ein dielektrisches Material mit einer relativen Permittivität von 3,0
und deutlich weniger. Da die letztlich erreichten Eigenschaften
einer Metallisierungsstruktur im Hinblick auf die Elektromigration
von einer Vielzahl sich gegenseitig beeinflussender Eigenschaften abhängen, etwa
dem Diffusionsverhalten, das deutlich von den Eigenschaften der
entsprechenden Grenzflächen,
und dergleichen abhängen
kann, werden in speziellen Ausführungsformen
die gleichen Prozessrezepte zur Herstellung der dielektrischen Schicht 208 eingesetzt,
selbst wenn die Teststruktur 200 auf separaten Substraten gebildet
wird, die keine tatsächlichen
Halbleiterprodukte enthalten. Folglich werden die entsprechenden
Kontaktlochöffnungen und
Grabenöffnungen 221, 220, 222 und 223 auf
der Grundlage einer speziellen Prozesstechnik hergestellt, wie sie
auch für
tatsächliche
Halbleiterprodukte eingesetzt wird.
-
Beispielweise
wird in der dargestellten Ausführungsform
eine sogenannte duale Einlegetechnik verwendet, in der die entsprechenden
Kontaktlochöffnungen
und Grabenöffnungen
in der dielektrischen Schicht 208 gemäß eines geeigneten Strukturierungsschemas
gebildet werden, wobei die entsprechenden Öffnungen dann in einem gemeinsamen Metallabscheideprozess
gefüllt
werden. Es sollte beachtet werden, dass andere Prozessverfahren
eingesetzt werden können,
beispielsweise ein Einzeldamaszenerschema, in welchem Kontaktdurchführungen
zuerst hergestellt und anschließend
die entsprechenden Metallleitungen gebildet werden. Während des
Strukturierens der dielektrischen Schicht 208 zur Herstellung
der Kontaktlochöffnungen 221 und 220 werden
die entsprechenden Entwurfsabmessungen 221w der Kontaktlochöffnung 221 so
gewählt,
dass eine deutlich erhöhte
Wahrscheinlichkeit für
eine zuverlässige
Bedeckung des entsprechenden Kontaktlochbodens während eines nachfolgenden Abscheideprozesses 224 erreicht
wird, d. h., die Entwurfsbreite oder der Durchmesser 221w der
Kontaktdurchführung 221 werden
größer im Vergleich
zu der Breite 220w der eigentlichen Testkontaktdurchführung 220 gewählt, die
im Wesentlichen tatsächlichen Kontaktdurchführungen
entspricht, wie sie in dem entsprechenden Halbleiterbauelementen
gebildet werden. In ähnlicher
Weise besitzt die entsprechende Grabenöffnung 221, die mit
der Kontaktdurchführung 221 verbunden
ist, eine ausreichende Breite, um im Wesentlichen eine Wahrscheinlichkeit
für das Auftreten
von Elektromigrationswirkungen im Hinblick auf die vordefinierten
Testbedingungen für
einen Elektromigrationstest, der mit der Struktur 200 auszuführen ist,
zu vermeiden. Nach dem Strukturieren der dielektrischen Schicht 208 auf
der Grundlage gut etablierter Verfahren wird der Abscheideprozess, etwa
ein Sputter-Abscheideprozess oder ein anderer Abscheideprozess,
wie er typischerweise für
die Herstellung von tatsächlichen
Metallisierungsstrukturen verwendet wird, ausgeführt, wobei insbesondere bei Öffnungen
mit hohem Aspektverhältnis,
etwa der Testkontaktdurchführungsöffnung 220,
eine deutliche Wahrscheinlichkeit für eine nicht kontinuierliche
Abdeckung des Kontaktlochbodens 220a auftreten kann. Folglich
kann ein Loch oder ein gewisses Maß an Porosität insbesondere
an dem Boden 220a geschaffen werden, was in tatsächlichen
Metallisierungsstrukturen zu einem unterschiedlichen Elektromigrationsverhalten
führen
kann und das zu weniger zuver lässigen
Lebensdauerabschätzungen
in konventionellen Teststrukturen führen kann, wie dies zuvor mit
Bezug zu den 1a und 1b erläutert ist. Im
Gegensatz zu der Kontaktdurchführung 220 ist
die Kontaktlochöffnung 221 im
Wesentlichen zusammenhängend
von der Barrierenschicht 212 bedeckt, da hier das Aspektverhältnis deutlich
kleiner ist, wodurch die entsprechenden Anforderungen für den Abscheideprozess 224 deutlich
geringer sind.
-
2b zeigt
schematisch die Teststruktur 200 in einem weiter fortgeschrittenen
Herstellungsstadium. Hier sind entsprechende Öffnungen mit einem geeigneten
Metall, etwa Kupfer, eine Kupferlegierung, und dergleichen gefüllt, um
damit die Testkontaktdurchführung 207 bereitzustellen,
die mit einer entsprechenden Testmetallleitung 206 verbunden
ist, während
eine Kontaktdurchführung 205 mit einem
kontinuierlich bedeckten Boden und die entsprechende Anschlussleitung 204 vorgesehen
sind. Ferner ist eine entsprechende Deckschicht 210, die beispielsweise
aus einem dielektrischen Material aufgebaut ist, das entsprechend
den Bauteilerfordernissen ausgewählt
ist, so gebildet, dass die entsprechenden Metallleitungen 206 und 204 eingeschlossen
werden. Wie zuvor erläutert
ist, können
die entsprechenden Metalle gemäß einem
spezifizierten Fertigungsablauf einschließlich nachgeschalteter Behandlungen
eingefüllt
werden, um damit die gewünschten
Eigenschaften beispielsweise im Hinblick auf die Korngröße, die
Kornorientierung und dergleichen zu erhalten; das gleiche gilt für die Herstellung der
Deckschicht 210.
-
2c zeigt
schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 200 gemäß anschaulicher
Ausführungsformen,
wobei zu beachten ist, dass die entsprechenden dielektrischen Materialien, 210, 208 und 209 nicht
gezeigt sind. In der dargestellten Ausführungsform können die
Eigenschaften der Speiseleitung 203 im Hinblick auf ihre
hohe Wahrscheinlichkeit für
die Ausbildung von Hohlräumen
während
der Elektromigrationsbedingungen für einen geringeren Serienwiderstand
der Kontaktdurchführung 207 auf Grund
einer porösen
oder nicht kontinuierlichen Barrierenschicht an der Unterseite (siehe 2b)
eingestellt werden, indem eine Breite 203w gewählt wird, um
damit eine entsprechend reduzierte Querschnittsfläche beispielsweise
im Vergleich zu der Metallleitung 206 zu erreichen, wenn
ein Fertigungsprozess angewendet wurde, in welchem eine Dicke oder
eine Tiefe der entsprechenden Metallleitungen durch den Prozessablauf
bestimmt ist. D. h., wenn die entsprechende Ätztiefe während des Strukturierens des
Grabens für
die Speiseleitung 203 durch Prozessablaufeigenheiten definiert
ist und im Wesentlichen gleich ist für die Grabenöffnung 223 der
Metalltestleitung 206 kann die Breite 203w in
geeigneter Weise als ein effizienter Mecha nismus zum Einstellen
der Wahrscheinlichkeit für
die Hohlraumausbildung während eines
Elektromigrationstests ausgewählt
werden. Auf Grund der Einstellung der Abmessungen der Anschlussleitung 204 und
der moderat größeren Breite oder
des Durchmessers der Kontaktdurchführung 205, die mit
der Speiseleitung 203 verbunden ist, kann ein entsprechender
Elektromigrationsfehler im Falle einer porösen Kontaktdurchführung 207 im
Wesentlichen auf die Speiseleitung 203 beschränkt werden.
Ferner sind in der in 2c gezeigten Ausführungsform
entsprechende Spannungsabgriffe 211 und 231 so
vorgesehen, dass eine entsprechende Spannung an spezifizierten Positionen
der Speiseleitung 203 erfasst werden kann. In der dargestellten Ausführungsform
ist der Spannungsabgriff 231 mit der Anschlussleitung 204 oder
einem ersten Ende der Speiseleitung 203 verbunden, während der
zweite Spannungsabgriff 211 mit der Speiseleitung 203 im Wesentlichen
an deren Ende vor der Testkontaktdurchführung 207 verbunden
ist. Auf diese Weise können
Widerstandsänderungen,
die vor dem Spannungsabgriff 231 und vor dem Spannungsabgriff 211 auftreten,
in effizienter Weise erkannt werden. Durch Vorsehen der entsprechenden
Spannungsabgriffe 231 und 211 an entsprechenden
Enden der Speiseleitung 203 kann eine entsprechende Bildung
von Hohlräumen
in effizienter Weise über
die gesamte Länge
der Speiseleitung 203 hinweg erkannt werden. Es sollte
jedoch beachtet werden, dass die entsprechenden Spannungsabgriffe 213, 211 auch
so vorgesehen werden können,
dass lediglich eine spezifizierte Länge der Speiseleitung 203 bei
Bedarf überwacht wird.
-
2d zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht der in 2c gezeigten
Teststruktur 200 während
des Betriebs. D. h., es sind vordefinierte Testbedingungen eingerichtet;
beispielsweise kann eine gewisse Temperatur ausgeübt und ein
spezieller Strom in die Teststruktur 200 auf der Grundlage
einer entsprechenden Spannungsquelle (nicht gezeigt) eingeprägt werden,
die mit den entsprechenden Sondierungsflächen (nicht gezeigt) verbunden
ist, wovon eine mit der Anschlussleitung 204 verbunden
ist, während
die andere mit der Metallleitung 206 dahinter verbunden
ist. In der in 2d gezeigten Situation wird
angenommen, dass ein Stromfluss eingerichtet wird, wobei Elektronen
von der Anschlussleitung 204 über die Kontaktdurchführung 205 zur
Speiseleitung 203 und weiter zur Testkontaktdurchführung 207 und
zur Testmetallleitung 206 fließen. Somit kann eine durch
Elektromigration hervorgerufene Materialwanderung von Metallatomen,
etwa von Kupfer, entlang der Flussrichtung der Elektronen stattfinden,
wie dies durch den Pfeil 233 angezeigt ist, wodurch den Kupferatomen
eine Nettokraft in Richtung der Anode der entsprechenden Stromquelle
verliehen wird. Es sollte beachtet werden, dass jegliche Information
im Hinblick auf die Position einer Komponente, etwa vor, nach, und
dergleichen in Bezug auf die Flussrichtung der Elektronen zu betrachten
ist, wie dies in 2d gezeigt ist. D. h., in 2d liegt
die Speiseleitung 203 vor der Testkontaktdurchführung 207.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die umgekehrte Stromrichtung
ebenso eingestellt werden kann, wodurch ein Materialtransport in
der umgekehrten Richtung stattfindet. Während des Testverfahrens wird
ein hoher Strom in die Testkontaktdurchführung 207 und in die
Testmetallleitung 206 eingeprägt, um darin eine erwünschte hohe
Stromdichte zu erhalten, die deutlich die typischen Stromdichten übersteigen
kann, die während
standardmäßiger Betriebsbedingungen
erreicht werden. Ferner können
andere Belastungsbedingungen ausgeübt werden, beispielsweise können erhöhte Temperaturen
oder Temperaturgradienten in der Teststruktur 200 eingerichtet
werden und/oder es kann eine mechanische Verspannung erzeugt werden,
um die abgeschätzte
Lebensdauer der entsprechenden Metallisierungsstrukturen in tatsächlichen Produkten
abzuschätzen.
Wie zuvor erläutert
ist, herrscht während
der Testprozedur eine hohe Stromdichte in der Testkontaktdurchführung 207 und
in der Testmetallleitung und ebenso in der Speiseleitung 203 vor,
wobei die Wahrscheinlichkeit eines strominduzierten Materialtransportes,
etwa eines Kupferflusses, wie er durch 232 angezeigt ist,
stattfinden kann, wenn eine im Wesentlichen nicht kontinuierliche
Bedeckung der Kontaktunterseite 220a durch die Barrierenschicht 212 sich
während
der Fertigungssequenz ergab. Wie beispielsweise zuvor erläutert ist, kann
die Querschnittsfläche
der Speiseleitung 203 oder eine andere geeignete Eigenschaft
so gewählt werden,
dass diese nahe an der minimalen Querschnittsfläche oder dem minimalen Parameterwert der
entsprechenden Eigenschaft liegt, um damit eine bevorzugte Wahrscheinlichkeit
zum Auftreten eines strominduzierten Materialtransports zu erhalten, wenn
eine Grenzfläche
zwischen der Speiseleitung 203 und der Kontaktdurchführung 207 zumindest
an dem unteren Bereich der Kontaktdurchführung 207 eine reduzierte
Abdeckung aufweist, wodurch beispielsweise ein geringerer Serienwiderstand,
und dergleichen hervorgerufen wird. Während in konventionellen Verfahren
die entsprechende Speiseleitung 103 als ausfallsicher während eines
Elektromigrationsprozesses betrachtet wird, kann eine deutlich übergroße Abschätzung der
erwarteten Lebensdauer einer Kontaktdurchführung, etwa der Kontaktdurchführung 207 mit
einer nicht kontinuierlichen Barrierenschicht, auftreten, da eine
entsprechende Beeinträchtigung
der entsprechenden Speiseleitung unerkannt bleiben kann, während das
modifizierte Elektromigrationsverhalten der Testkontaktdurchführung zu
einer zu hohen abgeschätzten
Lebensdauer der Teststruktur führen
kann. In der Speiseleitung 203 wird die entsprechende Wahrscheinlichkeit
für einen Elektromigrationsfehler
so erhöht,
dass ein Materialtransport, d. h. eine Ausbildung eines Hohlraumes, erkannt
wird, während
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
zusätzlich
entsprechende Messdaten auch von der Testkontaktdurchführung 207 gewonnen
werden, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, den Status der Testkontaktdurchführung mit
der Testmetallleitung 206, und der Speiseleitung 203 abzuschätzen.
-
In
einer anschaulichen Ausführungsform kann
eine entsprechende Widerstandsänderung
an dem Spannungsabgriff 231 (siehe 2c) zusammen
mit einer entsprechenden Widerstandsänderung erkannt werden, die
von dem zweiten Spannungsabgriff (siehe 2c) 211 erhalten
wird, wobei eine Differenz der entsprechenden Widerstandsänderungen
den Status der Speiseleitung 203 angibt. Wenn beispielsweise
ein merklicher Materialtransport, wie er durch 232 angezeigt
ist, während
des Testverfahrens aufgetreten ist, kann eine entsprechende Widerstandsänderung
vor einem entsprechenden Hohlraum beispielsweise an dem Spannungsabgriff 231 erkannt
werden, während
der zweite Spannungsabgriff 211 im Wesentlichen den gleichen
Widerstandswert ergibt oder einen geringeren Widerstandswert aufzeichnen
kann, abhängig
von den speziellen Eigenschaften, wobei zusätzliches Material sich in der
Nähe der
Kontaktdurchführung 207 oder
der Metallleitung 206 aufbauen kann. Beim Erkennen einer
spezifizierten Differenz der Widerstandsänderungen entlang einer spezifizierten
Länge der
Speiseleitung 203 kann die entsprechende Testkontaktdurchführung 207 so
bewertet werden, dass eine Schicht 202 mit im Wesentlichen
zusammenhängender
Fläche
an dem Kontaktdurchführungsboden 220a fehlt.
Die Kontaktdurchführung 205 besitzt vor
der Speiseleitung 203 einen ausreichend großen Durchmesser,
um eine intakte Barrierenschicht 212 bereitzustellen, so
dass die entsprechend erkannte Differenz der Widerstandsänderungen
der Speiseleitung 203 zugeordnet werden kann, die nunmehr
als eine Angabe zum Abschätzen
verwendet wird, ob die entsprechende betrachtete Struktur, d. h.
die Testkontaktöffnung 207 und
die Testmetallleitung 206, die Entwurfskriterien im Hinblick
auf die Barrierenschicht 212 erfüllen und kann ferner eine Angabe über die Zuverlässigkeit
der entsprechenden Lebensdauermessungen bereitstellen. Wenn beispielsweise
ein entsprechendes Messergebnis eine signifikante Hohlraumbildung
in der Speiseleitung 203 anzeigt, kann die entsprechende
Testkontaktdurchführung 207 als
eine nicht zusammenhängend
bedeckte Testkontaktdurchführung
bewertet werden und die resultierenden Lebensdauerwerte können nicht
zum Abschätzen
der Elektromigrationseigenschaften entsprechender Produktstrukturen,
die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Testkontaktdurchführung 207 und
die ent sprechende Metallleitung 206 aufweisen, verwendet
werden. Somit kann die Zuverlässigkeit
der entsprechenden Elektromigrationsprüfungen deutlich verbessert
werden, während
gleichzeitig ein effizientes Verfahren zum Abschätzen der Porosität einer
Testkontaktdurchführung
bereitgestellt wird.
-
2e zeigt
schematisch die Teststruktur 200 gemäß anderer anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In diesen Ausführungsformen umfasst die Teststruktur 200 zwei
oder mehr Testkontaktdurchführungen,
die mit entsprechenden Speiseleitungen verbunden sind. Wie in 2e gezeigt
ist, entspricht eine erste Testkontaktdurchführung der Testkontaktdurchführung 207,
wie sie in 2c gezeigt ist, die mit der
entsprechenden Speiseleitung 203 verbunden ist. In ähnlicher
Weise ist eine zweite Testkontaktdurchführung 207a mit einer
entsprechenden zweiten Testmetallleitung 206a verbunden
und ist mit einer entsprechenden Speiseleitung 203a mit
einer entsprechenden Anschlussleitung 204a mittels einer
entsprechenden Kontaktdurchführung 205a verbunden.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
können
drei oder mehr Testkontaktdurchführungen
und Metallleitungen 207b, 206b vorgesehen sein,
die mittels entsprechender Speiseleitungen 203b mit einer
Anschlussleitung 204b auf der Grundlage einer Kontaktdurchführung 205b verbunden
sind. In einigen anschaulichen Ausführungsformen besitzen die entsprechenden
Anschlussleitungen 204, ..., 204b und die Kontaktdurchführungen 205,
..., 205b im Wesentlichen den gleichen Aufbau. In ähnlicher
Weise können
die Testkontaktdurchführungen 207,
..., 207b und die Metallleitungen 206, ..., 206b im
Wesentlichen den gleichen Aufbau besitzen, d. h., diese Komponenten können auf
der Grundlage der gleichen Prozessverfahren und mit den gleichen
Entwurfsabmessungen hergestellt werden, so dass auf Grund der unmittelbaren
Nachbarschaft zueinander angenommen werden kann, dass die entsprechende
Fertigungssequenz zu im Wesentlichen der gleichen Konfiguration der
entsprechenden Kontaktlochböden
im Hinblick auf die Bedeckung durch die Barrierenschicht 212 führt. In ähnlicher
Weise können
entsprechende Spannungsabgriffe 231a, 231b und 211a, 211b vorgesehen
werden und sind mit den entsprechenden Speiseleitungen 203a, 203b verbunden.
Es sollte beachtet werden, dass in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die entsprechenden Spannungsabgriffe zu entsprechenden Sondierungsflächen auf
der Grundlage des Schaltelements, etwa eines Transistors, geleitet
sind, um damit die Überwachung
der entsprechenden Spannungsabgriffe 231, ..., 231b, 211,
..., 211b in einer gebündelten
Weise zu ermöglichen,
wodurch entsprechende Sondierungsflächen eingespart werden können. Wenn
die Anzahl der Sondierungsflächen
zum Erhalten der entsprechenden Widerstandsänderungs information über die Spannungsabgriffe
unkritisch ist, kann eine entsprechende Anzahl an Sondierungsflächen vorgesehen werden.
Die diversen Speiseleitungen 203, ..., 203b unterscheiden
sich in ihrer Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen eines Hohlraums während spezifizierter Elektromigrationsbedingungen,
so dass eine Quantifizierung des Status der entsprechenden Barrierenschicht
in den diversen Testkontaktdurchführungen 207, ..., 207b möglich ist,
von denen angenommen wird, dass sie im Wesentlichen die gleiche
Konfiguration besitzen.
-
In
einer anschaulichen Ausführungsform
besitzt die Speiseleitung 203 die höchste Wahrscheinlichkeit, was
erreicht werden kann, indem eine geeignete Querschnittsfläche durch
Auswählen
einer spezifizierten Leitungsbreite 203b eingestellt wird,
um damit eine relativ schmale Metallleitung zu erhalten, wie in 2e gezeigt
ist. In ähnlicher
Weise kann eine der Speiseleitungen 203a, 203b eine
größere Breite
aufweisen, um eine geringere Wahrscheinlichkeit für die Hohlraumausbildung
im Vergleich zur Speiseleitung 203 zu erhalten. Beispielsweise
ist eine Breite 203wa der Speiseleitung 203a größer als die
Breite 203w, die kleiner ist als eine entsprechende Breite 203wb der
Speiseleitung 203b. Somit tritt während des Betriebs der Teststruktur 200,
wie sie in 2e gezeigt ist, beim Auftreten
einer porösen
oder nicht kontinuierlichen Barrierenschicht in den entsprechenden
Testkontaktdurchführungen 207,
..., 207b ein entsprechender Fehler in der Speiseleitung 203 zuerst
auf und kann dort erkannt werden. Ferner kann eine entsprechende
Hohlraumbildung auch in der zweiten Speiseleitung 203a erkannt
werden, jedoch zu einer späteren
Zeit auf Grund der reduzierten Wahrscheinlichkeit, d. h. in der
dargestellten Ausführungsform
auf Grund der größeren Linienbreite 203wa im
Vergleich zu 203w. Die Zeitdauer für einen entsprechenden Ausfall
in der Speiseleitung 203b ist noch größer auf Grund der weiter reduzierten
Wahrscheinlichkeit, d. h. in diesem Beispiel auf Grund der größeren Linienbreite 203wb im
Vergleich zur Linienbreite 203wa, wobei die größere Linienbreite 203wb dennoch
für eine
größere Wahrscheinlichkeit
für die Hohlraumbildung
im Vergleich zu den Metalltestleitungen 206, ..., 206b sorgt.
Folglich kann durch Ermitteln der entsprechenden Messergebnisse,
d. h. der entsprechenden Widerstandsänderungen an ersten und zweiten
Positionen der entsprechenden Speiseleitungen 203, ..., 203b eine
quantitative Abschätzung
des Ausmaßes
an Porosität
der entsprechenden Barrierenschicht 212 erhalten werden.
Zu diesem Zweck werden die entsprechenden Zeitintervalle bis zum
Auftreten von Fehlern, d. h. für
das Ermitteln eines vordefinierten Wertes des Unterschieds der Widerstandsänderungen
in den entsprechenden Speiseleitungen 203, ..., 203b,
ermittelt und daraus das Ausmaß an Porosität quantitativ
bestimmt. Beispielsweise können
entsprechende Querschnittsanalysen, etwa SEM-(Rasterelektronenmikroskopie)Messungen
als Referenz verwendet werden. Eine entsprechende Korrelation zwischen
eigentlichen Querschnittsanalyseergebnissen und den entsprechenden
Messergebnissen können
gegebenenfalls nur einmal oder einige wenige male ausgeführt werden,
um die gewünschte
Referenz zu erreichen. In anderen Fällen werden die entsprechenden
Messergebnisse selbst als quantitative Messung für den Status der Barrierenschicht 212 verwendet,
ohne dass eine spezielle Referenz zu Referenzdaten durchgeführt wird,
wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, die entsprechenden Konfigurationen auf der Grundlage
der Elektromigrationsergebnisse zu bewerten. Beispielsweise kann
ein entsprechender Elektromigrationsfehler nach einer moderat langen Zeitdauer
in der Speiseleitung 203b einen hohen Grad an Porosität der Barrierenschicht
in den Testkontaktdurchführungen 207,
..., 207b im Vergleich zu entsprechenden Testkontaktdurchführungen
einer anderen Struktur andeuten, in der ein entsprechender Elektromigrationsfehler
in der Speiseleitung 203b nach einer kurzen Zeitdauer erkannt
wurde. Beispielsweise können
die diversen Testkontaktdurchführungen
auf der Grundlage unterschiedlicher Entwurfsdurchmesser in jeder
der mehreren unterschiedlichen Teststrukturen hergestellt sein,
etwa der Struktur 200, wie sie in 2e gezeigt
ist, wodurch die Möglichkeit
geschaffen wird, nicht nur den Grad der Porosität für eine spezielle Testkontaktdurchführung abzuschätzen, sondern
auch den Status der entsprechenden Barrierenschicht für mehrere
unterschiedliche Testkontaktdurchführungskonfigurationen zu vergleichen.
Ferner kann auf der Grundlage der entsprechenden Widerstandsänderungen
in der Nähe
der entsprechenden Testkontaktdurchführungen 207, ..., 207b auch
der Status der entsprechenden Testkontaktdurchführungen und Testmetallleitungen
beispielsweise auf der Grundlage der entsprechenden Speiseleitung 203b mit
der geringsten Wahrscheinlichkeit für einen Elektromigrationsfehler abgeschätzt werden.
In diesem Falle wird die erwartete Lebensdauer von Kontaktdurchführungen,
die im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Testkontaktdurchführungen 207,
..., 207b aufweisen, gleichzeitig mit dem Bewerten des
Status der entsprechenden Barrierenschicht abgeschätzt. In
noch anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird die Breite einer entsprechenden Speiseleitung so vergrößert, dass
diese eine größere wirksame
Querschnittsfläche
und damit eine reduzierte Wahrscheinlichkeit für die Hohlraumausbildung im
Vergleich zu der Metallleitung, etwa der Metallleitung 206 aufweist,
wodurch eine moderat hohe Lebensdauer der Speiseleitung und ein
weniger effizienter Mechanismus für die Hohlraumbildung erzeugt
wird, um damit eine aussagekräf tige
Abschätzung
des tatsächlichen Elektromigrationsverhaltens
der entsprechenden Testkontaktdurchführung und der damit verbundenen Metallleitung
zu ermöglichen.
-
Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Teststruktur
und ein entsprechendes damit verknüpftes Testverfahren bereit,
um in effizienter Weise den Status einer Barrierenschicht in einer Testkontaktdurchführung während einer
Elektromigrationstestprozedur zu bestimmen, indem eine Speiseleitung
mit einer erhöhten
Wahrscheinlichkeit für die
Hohlraumbildung vorgesehen wird, wenn eine nicht intakte Barrierenschicht
an der Kontaktlochunterseite ausgebildet ist. Dies kann erreicht
werden, indem die entsprechende Speiseleitung mit einem deutlich
geringeren Querschnitt, etwa einer geringeren Leitungsbreite, vorgesehen
wird, die im Wesentlichen einer minimalen Leitungsbreite oder einem
in der Nähe
befindlichen Wert zum Widerstehen der Elektromigrationswirkung für ein spezifiziertes
Zeitintervall für
eine im Wesentlichen kontinuierlich abgedeckte Kontaktlochunterseite
der Testkontaktdurchführung
entspricht. Folglich kann bei Auftreten eines gewissen Maßes an Porosität oder anderer
Defekte der Barrierenschicht ein entsprechend modifiziertes Elektromigrationsverhalten
einen hohen Materialtransport in der Speiseleitung hervorrufen,
der dann effizient als entsprechende Widerstandsänderungen an diversen Positionen
an der Speiseleitung erkannt werden kann. Folglich können entsprechende
Elektromigrationsprüfungen,
die auf der Grundlage konventioneller Teststrukturen ausgeführt werden,
im Hinblick auf Barrierendefekte an der entsprechenden Unterseite
der Kontaktdurchführung „verifiziert” werden,
indem zusätzlich
eine entsprechende Teststruktur in der oben beschriebenen Weise
vorgesehen wird. In anderen Fällen
kann die entsprechende Teststruktur so gestaltet sein, dass eine
quantitative Abschätzung
des Ausmaßes
an Barrierendefekten erreicht wird, wodurch ein effizientes Mittel
zum Abschätzen
des entsprechenden Prozessablaufes vorgesehen wird, der zur Herstellung
der entsprechenden Testkontaktdurchführungen und damit entsprechender
Metallisierungsstrukturen in tatsächlichen Halbleiterprodukten
eingesetzt wird. In noch anderen Ausführungsformen können die
entsprechenden Teststrukturen auch gleichzeitig zum Abschätzen des Elektromigrationsverhaltens
der entsprechenden Testkontaktdurchführungen eingesetzt werden,
unabhängig
davon, ob ein Test eine poröse
Barrierenschicht und dergleichen angibt.