DE10211569A1

DE10211569A1 - Elektromigration-Teststruktur, Substrat, Elektromigration-Testanordnung und Verfahren zum Ermitteln von Elektromigration

Info

Publication number: DE10211569A1
Application number: DE2002111569
Authority: DE
Inventors: Bakuri Lanchava; Josef Fazekas
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-10-09

Abstract

Eine Elektromigration-Teststruktur weist auf, ein erstes Anschlusspad (104) und ein zweites Anschlusspad (105), welche mit einer elektrischen Auswerteschaltung koppelbar sind, eine elektrisch leitfähige Struktur (101), welche mit dem ersten (104) und dem zweiten Anschlusspad (105) gekoppelt ist, eine an das erste Anschlusspad (104) gekoppelte elektrisch leitfähige Hilfsstruktur (102, 103), welche derart neben der leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, wobei zwischen der Hilfsstruktur (102, 103) und der leitfähigen Struktur (101) ein elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur (101) zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der leitfähigen Struktur (101) und der leitfähigen Hilfsstruktur (102, 103) über den elektrisch nichtleitenden Bereich hinweg, kommen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektromigration-Teststruktur, ein Substrat, eine Elektromigration-Testanordnung sowie ein Verfahren zum Ermitteln von Elektromigration.
Mit den steigenden Ansprüchen an mikroelektronische Bauelemente gewinnen Tests zum Bestimmen der Leiterbahnzuverlässigkeit zunehmend größere Bedeutung. Ein Mechanismus, welcher Bauelemente schädigen kann ist die Elektromigration. Unter Elektromigration wird der Materialtransport innerhalb einer Leiterbahn unter Einwirkung des durch die Leiterbahn fließenden elektrischen Stroms verstanden. Der Materialtransport findet in Richtung des Flusses der Elektronen durch die Leiterbahn statt. Anschaulich reißen die Elektronen die Gitteratome des Leiterbahnmaterials aufgrund des aufgrund der Bewegung der Elektronen entstehenden sogenannten Elektronenwindes mit. Dieser Materialtransport kann zu verschiedenen Schädigungen führen. Eine Schädigung sind zum Beispiel sogenannte Voids, d. h. Lücken innerhalb der Gitterstruktur, und sich daraus entwickelnde Unterbrechungen in der Leiterbahn. Ein weiteres Beispiel sind sogenannte Extrusionen, d. h. seitliche Ausflüsse von Leiterbahnmaterial aus der eigentlichen Leiterbahn. Diese Extrusionen können zu Kurzschlüssen zwischen nebeneinander liegenden Leiterbahnen und damit zum Ausfall eines mit den kurzgeschlossenen Leiterbahnen gekoppelten Bauelements führen.
Der Grad der Elektromigration hängt hauptsächlich von dem Material der Leiterbahn, der Temperatur und der Stromdichte in der Leiterbahn ab, wobei der Grad der Elektromigration mit steigender Temperatur und steigender Stromdichte zunimmt.
Für moderne Zuverlässigkeitstests von in einem Wafer integrierten elektronischen Schaltungen werden schnelle Tests an speziellen, ebenfalls in dem Wafer integrierten Teststrukturen durchgeführt. Die Teststrukturen werden im allgemeinen gemeinsam mit den Bauelementen der elektronischen Schaltungen auf dem gleichen Substrat und aus den gleichen Materialien wie die Bauelemente hergestellt. Die in den Teststrukturen enthaltenen Leiterbahnen unterliegen somit den gleichen Herstellungsprozessen wie die Leiterbahnen der elektronischen Schaltungen und können dazu dienen, die Elektromigration-Festigkeit der Leiterbahnen der elektronischen Schaltungen zu beurteilen.
Gemäß dem Stand der Technik wird für jede Art einer Schädigung, die an einer leitfähigen Struktur durch Elektromigration hervorgerufen wird, eine spezielle Teststruktur verwendet, welche dann im Test einer erhöhten Belastung unterzogen wird, indem Parameter, welche die Elektromigration beeinflussen, in einer Weise eingestellt werden, dass die Elektromigration verstärkt wird. Somit können innerhalb kurzer Zeit Aussagen über die Elektromigration-Festigkeit der Elemente der elektronischen Schaltungen erhalten werden.
Teststrukturen gemäß dem sogenannten NIST-Standard weisen üblicherweise eine Länge von 0,8 mm auf.
Eine Schädigung, welche durch Elektromigration hervorgerufen werden kann, sind wie oben erwähnt zum Beispiel die sogenannten Voids, d. h. Lücken innerhalb der Gitterstruktur und daraus entstehende Unterbrechungen der leitfähigen Struktur z. B. Leiterbahnen einer integrierten Schaltung. Zum Untersuchen solcher Schädigungen wird eine Leiterbahn der Teststruktur mit ihren entsprechenden Anschlüssen verwendet. Die Leiterbahn wird unter Stress, d. h. erhöhte Temperatur und erhöhte Stromdichte, gesetzt. Es wird die Zeit, welche bis zum Versagen der Teststruktur vergeht, gemessen. Die Zeit stellt ein Maß für die Degradationsneigung durch Elektromigration dar, repräsentativ für ein Bauelement der elektronischen Schaltung bei Betriebsbedingung. Unter Verwendung der Zeit bis zum Versagen der Struktur und der sogenannten Blackschen Gleichung wird die durchschnittliche Lebensdauer der Elemente der elektronischen Schaltung unter normalen Betriebsbedingungen berechnet.
Eine weitere Art der Schädigung, welche durch Elektromigration hervorgerufen werden kann, sind wie erwähnt zum Beispiel sogenannte Extrusionen, d. h. ein Ausfluss von Material aus der Leiterbahn unter Einwirkung der Elektromigration. Die Extrusionen können zu Kurzschlüssen und damit zum Ausfall der Schaltung führen. Eine Teststruktur, mit der eine solche Schädigung ermittelt werden kann, weist gemäß dem Stand der Technik eine Leiterbahn, die den oben beschriebenen Stress-Bedingungen unterzogen wird und deren Elektromigration-Verhalten untersucht werden soll sowie Anschlusspads für diese Leiterbahn auf. Weiterhin sind parallel zu der Leiterbahn angeordnete sogenannte Fühler- Leiterbahnen auch als Sense-Leiterbahnen bezeichnet in die Teststruktur integriert. Die Sense-Leiterbahnen weisen eigene Anschlüsse auf, über die beispielsweise ein durch die Sense- Leiterbahnen fließender elektrischer Strom ausgelesen wird, woraus der elektrische Widerstand der Sense-Leiterbahn ermittelt wird und daraus ein aufgrund Extrusion auftretender Kurzschluss detektiert werden kann.
Ein Nachteil der Teststrukturen gemäß dem Stand der Technik, liegt darin, dass für beide oben beschriebenen Arten der Schädigung eine eigene Teststruktur verwendet werden muss. Diese verschiedenen Teststrukturen werden bei der Produktion zusammen mit den integrierten Schaltungen auf einem Wafer ausgeformt und benötigen zusätzlichen Platz. Insbesondere bei Teststrukturen zum Untersuchen der Auswirkungen von Extrusionen wird zusätzlicher Platz auf dem Wafer benötigt, da die zusätzlichen Pads der Sense-Leiterbahnen Platz benötigen.
Weiterhin benötigt jeder der mittels der Teststrukturen durchgeführten Tests Zeit. Somit steigt der Zeitbedarf mit jeder zusätzlich untersuchten Teststruktur. Auch die Messung der elektrischen Parameter und deren Auswertung wird mit jeder zusätzlichen untersuchten Teststruktur komplizierter. Es müssen zusätzliche Parameter gemessen und kontinuierlich aufgezeichnet werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache Teststruktur bereitzustellen, welche eine gleichzeitige Untersuchung von verschiedenen Schädigungsarten ermöglicht.

Das Problem wird gelöst mittels einer Elektromigration- Teststruktur, welche ein erstes Anschlusspad und ein zweites Anschlusspad, welche mit einer elektrischen Auswerteschaltung koppelbar sind, aufweist. Die Elektromigration-Teststruktur weist eine elektrisch leitfähige Struktur auf, welche mit dem ersten und dem zweiten Anschlusspad gekoppelt ist. Ein elektrisches Potential kann an die beiden Anschlusspads und damit an die leitfähige Struktur angelegt werden, wodurch ein elektrischer Stromfluss in der leitfähigen Struktur hervorgerufen wird. Weiterhin weist die Elektromigration- Teststruktur eine an das erste Anschlusspad gekoppelte elektrisch leitfähige Hilfsstruktur auf. Diese Hilfsstruktur (anschaulich die Sense-Leiterbahn) ist derart neben der elektrisch leitfähigen Struktur (Stressleiterbahn), wobei zwischen der Sense-Leiterbahn und der Stressleiterbahn ein elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, der die Hilfsstruktur und die elektrisch leitfähige Struktur voneinander elektrisch isoliert, angeordnet, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur, d. h. bei Extrusion, zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der Stressleiterbahn und der Sense-Leiterbahn über den elektrisch nichtleitenden Bereich hinweg, kommen kann.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung weist eine mit dem ersten Anschlusspad gekoppelte leitfähige zusätzliche Hilfsstruktur auf, welche auf einer der Hilfsstruktur gegenüberliegenden Seite der leitfähigen Struktur neben der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet ist, wobei zwischen der zusätzlichen Hilfsstruktur und der elektrisch leitfähigen Struktur ein zusätzlicher elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, wobei die zusätzliche Hilfsstruktur derart neben der elektrisch leitfähigen Struktur angeordnet ist, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der leitfähigen Struktur und der leitfähigen zusätzlichen Hilfsstruktur über den zusätzlichen elektrisch nichtleitfähigen Bereich hinweg kommen kann.

Eine weitere Ausführungsform weist eine leitfähige Struktur auf, welche in eine erste Teilstruktur in einer ersten Ebene und eine zweite Teilstruktur in einer zweiten Ebene aufgeteilt ist, wobei die beiden Ebenen durch eine isolierende Schicht voneinander elektrisch isoliert und räumlich getrennt sind und wobei die erste Teilstruktur und die zweite Teilstruktur durch ein Kontaktloch in der isolierenden Schicht hindurch mittels eines leitfähigen Materials, mit dem das Kontaktloch gefüllt ist, miteinander verbunden sind.

Die oben beschriebenen Teststrukturen sind vorzugsweise in einem Sägerahmen eines Wafers angeordnet und mit einer Auswerteschaltung versehen, welche direkt oder indirekt an Anschlusspads der Elektromigration-Teststruktur gekoppelt ist. Die Auswerteschaltung ist eingerichtet, einen für die Elektromigration in der Elektromigration-Teststruktur charakteristischen elektrischen Parameter zu ermitteln, wobei der charakteristische Parameter vorzugsweise der elektrische Widerstand der elektrisch leitfähigen Struktur ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln von Elektromigration innerhalb einer erfindungsgemäßen Elektromigration-Teststruktur weist folgende Schritte auf. Es wird kontinuierlich ein elektrischer Parameter der Elektromigration-Teststruktur, welche der Elektromigration unterliegt, ermittelt. Dieser elektrische Parameter ist vorzugsweise der elektrische Widerstand der Elektromigration- Teststruktur. Weiterhin werden Parameter, welche die Elektromigration beeinflussen, so geregelt, dass eine Belastung, welche die Elektromigration in der Elektromigration-Teststruktur beeinflusst, konstant gehalten wird. Hierzu werden die Parameter der Belastung, vorzugsweise Temperatur und Stromdichte in der Elektromigration- Teststruktur, so geregelt, dass die Belastung im Wesentlichen konstant gehalten wird und vorzugsweise so, dass innerhalb eines Zeitraumes von 0,1 bis 10 Minuten vorzugsweise innerhalb eines Zeitraumes von 1 bis 2 Minuten eine ausreichend genaue und verlässliche Aussage über den Grad der Elektromigration getroffen werden kann. Aufgrund der ermittelten Werte des Widerstandes der Elektromigration- Teststruktur wird ein Grad der Schädigung der Elektromigration-Teststruktur bestimmt. Dies erfolgt vorzugsweise, nachdem ein Schwellenwert der Änderung des elektrischen Widerstandes überschritten wurde, oder nachdem der Wert des elektrischen Widerstands selbst einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Durch die Einsparung der zusätzlichen Anschlusspads für die Sense-Leiterbahnen wird Platz eingespart. Die erfindungsgemäßen Teststrukturen besitzen vorzugsweise eine Länge von 60 µm bis 200 µm. Damit können die Teststrukturen in dem Sägerahmen eines Wafers untergebracht werden und benötigen damit keinen Platz, welcher für zusätzliche elektronische Schaltungen verwendet werden könnte. Die Länge von 60 µm ist auch nur noch unbedeutend größer als die sogenannte Blechlänge, die je nach Stromstärke und Material etwa 20 µm bis 30 µm beträgt, unterhalb derer keine Schäden durch Elektromigration mehr auftreten können.

Zusätzlich wird auch der Zeitaufwand der Tests reduziert, da zwei Schädigungsarten gleichzeitig mittels einer Teststruktur untersucht werden. Zwischen diesen beiden Schädigungsarten (Unterbrechung mittels Bildens von Voids bzw. Kurzschluss durch Extrusion) kann aufgrund des unterschiedlichen Vorzeichens einer Änderung des ermittelten Widerstandswertes unterschieden werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 4 dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer Elektromigration-Testanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 1b eine schematische Teilansicht eines Wafers mit einer erfindungsgemäßen Elektromigration- Teststruktur;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Elektromigration-Teststruktur, welche eine Stressleiterbahn, zwei Anschlusspads und zwei Sense-Leiterbahnen aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf eine Elektromigration-Teststruktur, wobei die Stressleiterbahn auf zwei Ebenen verlaufend ausgebildet ist, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3b eine schematische Querschnittsansicht der Elektromigration-Teststruktur aus Fig. 3a.

Fig. 1a zeigt eine schematische erfindungsgemäße Elektromigration-Testanordnung 15. Die Elektromigration- Testanordnung 15 weist ein Substrat 10 mit einer Vielzahl von Computerchips (nicht dargestellt) auf, welche von eingebrachten Sägerahmen 11 umrahmt sind. Die Sägerahmen 11 dienen später zur Vereinzelung der Computerchips. In mindestens einem der Sägerahmen 11 des Substrats 10 ist eine Elektromigration-Teststruktur 100 angeordnet. Die Elektromigration-Teststruktur 100 weist ein erstes Anschlusspad 104 und ein zweites Anschlusspad 105 auf. Ferner weist die Elektromigration-Testanordnung 15 eine Auswerteschaltung 16 auf, welche direkt oder indirekt an die Anschlusspads 104, 105 der Elektromigration-Teststruktur 100 gekoppelt ist und welche Auswerteschaltung 16 eingerichtet ist, einen für die Elektromigration in der Elektromigration- Teststruktur 100 charakteristischen elektrischen Parameter aufzunehmen.

In Fig. 1b ist eine Teilansicht des Substrats 10 dargestellt. Das Substrat 10 weist den Sägerahmen 11 mit der darin angeordneten Elektromigration-Teststruktur 100 und elektronische Schaltungen 17 auf einem herzustellenden Computerchip auf.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird eine Elektromigration- Teststruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Eine Elektromigration-Teststruktur 100 weist eine Stressleiterbahn 101, eine Sense-Leiterbahn 102, welche auf einer ersten Seite neben der Stressleiterbahn 101 angeordnet ist, und eine zusätzliche Sense-Leiterbahn 103 auf, welche auf der anderen Seite, welche der ersten Seite gegenüberliegt, neben der Stressleiterbahn 101 angeordnet ist. Sowohl die Stressleiterbahn 101 als auch die Sense- Leiterbahn 102 und die zusätzliche Sense-Leiterbahn 103 sind an ein erstes Anschlusspad 104 angeschlossen. Die Stressleiterbahn 101 ist zusätzlich auch an ein zweites Anschlusspad 105 angeschlossen. Die Sense-Leiterbahnen 102, 103 sind nicht an das zweite Anschlusspad 105 angeschlossen. Mittels Anlegens einer elektrischen Spannung zwischen die beiden Anschlusspads 104, 105 kommt es zu einem elektrischen Stromfluss durch die Stressleiterbahn 101, wobei die Polung der elektrischen Spannung bevorzugt so gewählt wird, dass sich die Elektronen vom zweiten Anschlusspad 105 zum ersten Anschlusspad 104 bewegen. Dieser elektrische Stromfluss führt in der Stressleiterbahn 101 zu Prozessen, welche unter den Begriff Elektromigration zusammengefasst werden. Aufgrund der sich bewegenden Elektronen in der Leiterbahn werden die Atome der Gitter zu einer langsamen Fliessbewegung in Richtung der sich bewegenden Elektronen angeregt. Dies führt über längere Zeiträume hinweg zu einer Ansammlung von Material bevorzugt in dem Bereich der Stressleiterbahn 101, welcher sich im Bezug auf die Bewegungsrichtung der Elektronen am Ende der Stressleiterbahn 101 befindet, während es bevorzugt in dem Bereich der Stressleiterbahn 101, welcher sich im Bezug auf die Bewegungsrichtung der Elektronen am Anfang der Stressleiterbahn 101 befindet, zu einer Abreicherung von Material kommt. Hierdurch entstehen im Anfangsbereich bevorzugt sogenannte Voids, d. h. Bereiche in denen es zu einer Abreicherung von Material kommt, welche letztendlich zu einer Unterbrechung der Stressleiterbahn 101 führen können. Im Endbereich der Stressleiterbahn 101 kommt es zu einer Anhäufung von Material, welche letztendlich zu einer sogenannten Extrusion führen kann, d. h. Material der Stressleiterbahn 101 tritt seitlich aus der Stressleiterbahn 101 aus und ergießt sich über den Bereich, welcher die Stressleiterbahn von einer der Sense-Leiterbahnen 102, 103trennt. Hierbei kommt es zu einen Kurzschluss der Stressleiterbahn 101 und mindestens einer der Sense- Leiterbahnen 102, 103.

Der Grad der Elektromigration hängt von verschiedenen Parametern ab. Ein Parameter ist das Material, aus welchem die Stressleiterbahn gebildet wird. Ein weiterer Parameter, welcher die Elektromigration beeinflusst ist die Temperatur der Stressleiterbahn. Je höher die Temperatur ist desto stärker unterliegt die Leiterbahn der Elektromigration. Auch die Stromdichte ist ein Parameter, welcher die Elektromigration beeinflusst. Mit zunehmender Stromdichte nimmt die Elektromigration-Bewegung der Gitteratome zu.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Testen der Elektromigration werden die Temperatur und die angelegte Spannung und damit der elektrische Stromsfluss durch die Stressleiterbahn so geregelt, dass die Elektromigration- Belastung konstant gehalten wird. Hierzu werden die Temperatur und der Stromfluss in der Stressleiterbahn kontinuierlich gemessen und geregelt, um die Belastung konstant zu halten. Denn nur im Falle von konstanten Belastungsbedingungen ist es möglich, mittels der Blackschen Gleichung aus den gemessenen Widerstandsänderungen auf die Ausfallzeiten unter normalen Bedingungen zurückzuschließen und somit eine Aussage über die Zuverlässigkeit der Struktur zu treffen. Gleichzeitig wird der Wert des elektrischen Widerstands der Stressleiterbahn gemessen.

Kommt es in Folge von Elektromigration-Bewegung der Gitteratome zu einer Umlagerung von Material in der Stressleiterbahn, dies geschieht hauptsächlich durch Umlagerungen an den Korngrenzen, so verändert sich der Widerstandswert der Stressleiterbahn. Bei einer Bildung von Voids in der Leiterbahn kommt es zu einem Anstieg des Widerstandswertes, während es bei Auftreten einer Extrusion, welche die Stressleiterbahn mit einer der Sense-Leiterbahnen kurzschließt zu einer Reduktion des Widerstandswertes kommt. Diese Änderungen des Widerstandswertes werden aufgenommen und als Maß für die Elektromigration in der Stressleiterbahn verwendet, wobei eine Variation des Widerstandswertes um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert als Versagen der Struktur gewertet wird. Der vorgegebene Schwellenwert kann eine Änderung des Widerstandswertes um eine bestimmte Größe z. B. 5% bis 10% sein. In einem anderen Testverfahren wird die erfindungsgemäße Teststruktur bis zum vollständigen Versagen, d. h. zu einer vollständigen Unterbrechung bzw. einen Kurzschluss mittels Extrusion belastet. Aus der Zeit, welche bis zu dem Versagen verstreicht, können mittels der sogenannten Blackschen Gleichung Rückschlüsse auf die Lebensdauer des Elements in der Teststruktur und damit auf die Lebensdauer eines entsprechenden Elements in der elektronischen Schaltung gezogen werden.

Der Stress für die Stressleiterbahn wird vorzugsweise gesteuert, indem die Temperatur variiert wird. Hierzu wird die erfindungsgemäße Teststruktur einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Eine weitere Möglichkeit der Temperaturerhöhung ist die Ausnutzung der Selbstheizung der Stressleiterbahn. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die Stressleiterbahn wegen ihres ohmschen Widerstandes erwärmt, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Zu beachten ist hierbei jedoch, dass die Selbstheizung vom Widerstand der Stressleiterbahn abhängt, welcher sich mit zunehmender Erwärmung verändert, d. h. bei dieser Art der Regelung muss ständig der Strom, d. h. die angelegte Spannung angepasst werden.

Die Temperatur und/oder die Stromstärke werden so eingestellt, dass das Versagen der Struktur vorzugsweise innerhalb von 0.1 bis 10 Minuten weiter vorzugsweise innerhalb von 1 bis 2 Minuten eintritt. Hierbei sind typische Belastungen, denen die Teststrukturen ausgesetzt werden, Stromdichten im Bereich von etwa 10⁷ A/cm² und Temperaturen von 300°C im Falle, dass die Stressleiterbahn aus Aluminium bzw. von 500°C im Falle, dass die Stressleiterbahn aus Kupfer besteht. Dies wird typisch erreicht mit einer angelegten Spannung von etwa 10 V.

Durch die kurze Zeit, welche benötigt wird, um ein aussagefähiges Ergebnis zu erhalten, eignet sich die erfindungsgemäße Elektromigration-Teststruktur, um mittels Stichproben Untersuchungen während des Herstellungsprozesses auftretende Änderungen der Qualität der Produktion festzustellen.

Wie in Fig. 1b dargestellt wird die Elektromigration- Teststruktur 100 vorzugsweise auf einem Substrat 10 angeordnet. Dieses Substrat 10 wird typischerweise ein Wafer sein, in dessen Sägerahmen 11 die Elektromigration- Teststruktur 100 angebracht ist. Typische Materialien für eine Elektromigration-Teststruktur sind die Materialien, welche auch für die Leiterbahnen der elektronischen Schaltungen 17 verwendet werden. Insbesondere sind dies Aluminium und Kupfer.

Nun auf die Fig. 3a und 3b bezugnehmend wird eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Elektromigration- Teststruktur 100 erläutert. Diese Teststruktur 100 weist eine zweischichtige Struktur auf. Die Stressleiterbahn 101 ist in zwei Teilbereiche aufgeteilt. Ein erster Teilbereich 101a befindet sich in einer Schicht einer ersten Ebene, während sich ein zweiter Teilbereich 101b in einer Schicht einer zweiten Ebene befindet. Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich eine isolierende Schicht 106, welche in dem Bereich, in dem beide Teilbereiche 101a, 101b der Stressleiterbahn 101 angeordnet sind, ein Kontaktloch (Via) 207 aufweist. Die beiden Teilbereiche 101a, 101b werden durch das Via 207 mittels eines leitfähigen Materials elektrisch verbunden. Die Polung einer elektrischen Spannung, welche an die beiden Anschlusspads 104 und 105 angelegt wird, wird vorzugsweise so gewählt, dass sich die Elektronen vom zweiten Anschlusspad 105 zum ersten Anschlusspad 104 bewegen. Die Sense-Leiterbahnen 102, 103 befinden sich in der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform nur auf der zweiten oberen Ebene, da sich durch die gegebene Struktur im Bereich nach dem Via 207 eine Schwachstelle, an der bei Auftreten von Elektromigration bevorzugt Voids bzw. Unterbrechungen der Stressleiterbahn 101b auftreten, ergibt. Dies rührt einerseits daher, dass die untere erste Ebene direkt auf den Substrat 10 angeordnet ist. Das Substrat 10 führt zu einer guten Wärmeableitung, wodurch die Temperatur geringer und damit die Elektromigration in der unteren Ebene nur in geringerem Maße ausgeprägt ist. Weiterhin bildet das Via 207 ein Hindernis für den Materialtransport unter dem Einfluss der Elektromigration. Das vom, in Richtung des Flusses der Elektronen, vorderen Teil der Stressleiterbahn 101a abtransportierte Material staut sich vor dem Via 207. Im Bereich unmittelbar nach dem Via 207 kommt es hierdurch bevorzugt zu Unterbrechungen der Stressleiterbahn 101b. Dies kommt daher, dass Material, welches im Bereich unmittelbar nach dem Via 207 mittels der Elektromigration abgetragen wird, nicht mehr durch Material, welches aus vor diesem Bereich liegenden Bereichen kommt, ersetzt werden kann.

Das Via 207 wird in der dargestellten Ausführungsform bevorzugt so in einem Bereich der Stressleiterbahn 101 angebracht, dass bei einer auftretenden Extrusion eine möglichst große Änderung des gemessenen Widerstandswertes der Stressleiterbahn 101 auftritt. Hierzu befindet sich das Via 207 in dem Bereich der Stressleiterbahn 101, neben welchen sich auch die Sense-Leiterbahnen 102, 103 befinden. Zusätzlich ist das Via 207 im vorderen Bereich der Stressleiterbahn 101 ausgebildet. D. h. die Polung der angelegten elektrischen Spannung ist im dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise so, dass sich die Elektronen des elektrischen Stroms vom zweiten Anschlusspad 105 zum ersten Anschlusspad 104 bewegen.

Zusammenfassend schafft die Erfindung eine Elektromigration- Teststruktur, mittels derer auf einfache Weise zwei Schädigungsarten von Leiterbahnen elektronischer Bauelemente untersucht werden können. Bezugszeichenliste 6 isolierende Schicht
10 Substrat
11 Sägerahmen
15 Elektromigration-Testanordnung
16 Auswerteschaltung
17 elektronische Schaltung
100 Elektromigration-Teststruktur
101 elektrisch leitfähige Struktur (Stressleiterbahn)
101a erster Teilbereich einer Stressleiterbahn
101b zweiter Teilbereich einer Stressleiterbahn
102 elektrisch leitfähige Hilfsstruktur (Sense- Leiterbahn)
103 zusätzliche elektrisch leitfähige Hilfsstruktur (Sense-Leiterbahn)
104 erstes Anschlusspad
105 zweites Anschlusspad
207 Kontaktloch (Via)

Claims

1. Elektromigration-Teststruktur (100), welche aufweist:
ein erstes Anschlusspad (104) und ein zweites Anschlusspad (105), welche mit einer elektrischen Auswerteschaltung koppelbar sind;
eine elektrisch leitfähige Struktur (101), welche mit dem ersten Anschlusspad (104) und dem zweiten Anschlusspad (105) gekoppelt ist; und
eine mit dem ersten Anschlusspad (104) gekoppelte elektrisch leitfähige Hilfsstruktur (102), welche neben der elektrisch leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, wobei zwischen der Hilfsstruktur (102) und der elektrisch leitfähigen Struktur (101) ein elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, wobei die Hilfsstruktur (102) derart neben der elektrisch leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur (101) zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der leitfähigen Struktur (101) und der leitfähigen Hilfsstruktur (102) über den elektrisch nichtleitfähigen Bereich hinweg kommen kann.

2. Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß Anspruch 1, welche eine mit dem ersten Anschlusspad (104) gekoppelte elektrisch leitfähige zusätzliche Hilfsstruktur (103) aufweist, welche auf einer der Hilfsstruktur (102) gegenüberliegenden Seite der leitfähigen Struktur (101) neben der elektrisch leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, wobei zwischen der zusätzlichen Hilfsstruktur (103) und der elektrisch leitfähigen Struktur (101) ein elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, wobei die zusätzliche Hilfsstruktur (103) derart neben der elektrisch leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur (101) zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der leitfähigen Struktur (101) und der leitfähigen zusätzlichen Hilfsstruktur (103) über den elektrisch nichtleitfähigen Bereich hinweg kommen kann.

3. Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, in der die leitfähige Struktur (101), die leitfähige Hilfsstruktur (102) und/oder die zusätzliche leitfähige Hilfsstruktur (103) als Leiterbahn ausgebildet sind/ist.

4. Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in der die Hilfsstruktur (102) und/oder die zusätzliche Hilfsstruktur (103) im Wesentlichen parallel zur leitfähigen Struktur angeordnet sind/ist.

5. Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die leitfähige Struktur (101) eine erste Teilstruktur (101a) in einer ersten Ebene und eine zweite Teilstruktur (101b) in einer zweiten Ebene aufweist, wobei die beiden Ebenen durch eine isolierende Schicht 6 getrennt und wobei die erste Teilstruktur (101a) und die zweite Teilstruktur (101b) durch ein Kontaktloch (207) in der isolierenden Schicht (6) hindurch mittels eines leitfähigen Materials miteinander verbunden sind.

6. Substrat (10) mit mindestens einem Sägerahmen (11) und einer darin angeordneten Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.

7. Elektromigration-Testanordnung (15) welche aufweist:
ein Substrat (10) mit mindestens einem Sägerahmen (11);
eine Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, welche im Sägerahmen (11) des Substrates (10) angeordnet ist, wobei die Elektromigration-Teststruktur (100) folgende Bestandteile aufweist;
ein erstes Anschlusspad (104) und ein zweites Anschlusspad (105), welche mit einer elektrischen Auswerteschaltung koppelbar sind;
eine elektrisch leitfähige Struktur (101), welche mit dem ersten Anschlusspad (104) und dem zweiten Anschlusspad (105) gekoppelt ist; und
eine mit dem ersten Anschlusspad (104) gekoppelte elektrisch leitfähige Hilfsstruktur (102), welche neben der elektrisch leitfähigen Struktur (101) angeordnet ist, wobei zwischen der Hilfsstruktur (102) und der elektrisch leitfähigen Struktur (101) ein elektrisch nichtleitender Bereich angeordnet ist, wobei die Hilfsstruktur (102) derart neben der elektrisch leitfähigen Struktur (1001) angeordnet ist, dass es bei Elektromigration in der leitfähigen Struktur (101) zu einer leitfähigen Verbindung zwischen der leitfähigen Struktur (101) und der leitfähigen Hilfsstruktur (102) über den elektrisch nichtleitfähigen Bereich hinweg kommen kann; und wobei die Testanordnung (15) weiterhin aufweist:
eine Auswerteschaltung, welche direkt oder indirekt an die Anschlusspads (104, 105) der Elektromigration- Teststruktur (100) koppelbar ist und welche eingerichtet ist, einen für die Elektromigration in der Elektromigration-Teststruktur (100) charakteristischen elektrischen Parameter zu erfassen.

8. Elektromigration-Testanordnung gemäß Anspruch 7, bei der der charakteristische elektrische Parameter ein Widerstand ist.

9. Verfahren zum Ermitteln von Elektromigration einer Elektromigration-Teststruktur (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, welches folgende Schritte aufweist:
Erfassen eines für die Elektromigration charakteristischen elektrischen Parameters bei der der Elektromigration unterliegenden Elektromigration- Teststruktur (100);
Regeln von Parametern, welche die Elektromigration beeinflussen, so dass eine Belastung, welche die Elektromigration in der Elektromigration-Teststruktur (100) beeinflusst, im Wesentlichen konstant gehalten wird;
Bestimmen eines Grades an Elektromigration in der Elektromigration-Teststruktur (100) mittels des erfassten elektrischen Parameters.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die Parameter, welche die Elektromigration beeinflussen, insbesondere Temperatur und Stromdichte in der Elektromigration- Teststruktur (100) derart eingestellt werden, dass innerhalb eines Zeitraumes von etwa 0,1 bis 10 Minuten der Grad der Elektromigration bestimmt wird.