電遷移測試結(jié)構(gòu)及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電迀移測試結(jié)構(gòu)及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電迀移效應(yīng)(EM)是指因電子在電場的作用下沿傳導(dǎo)方向?qū)饘俚霓Z擊作用造成的金屬互連線原子迀移、擠出(造成短路)、斷裂(break，造成斷路)或缺口(gap)等現(xiàn)象，阻止電的流動，這種缺陷被稱為空洞(void)或內(nèi)部失效(internal failure)，即開路(OPen) ο電迀移還會導(dǎo)致一個導(dǎo)體中的原子堆積(pile up)并向鄰近導(dǎo)體漂移(drift)形成意料之外的電連接，這種缺陷被稱為突起失效(hillock failure)或晶須失效(whiskerfailure)，即短路。上述兩類缺陷都會引起芯片失效，是集成電路損壞的重要原因(如圖Do因而分析導(dǎo)致金屬過早擠出的原因成為提升集成電路可靠性的一個重要研究方向?，F(xiàn)在主流的EM測試結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要是有兩層金屬層形成，其中包括間隔開來并相對設(shè)置的兩個檢測結(jié)構(gòu)11、設(shè)置在兩個間隔的檢測結(jié)構(gòu)11之間的待檢測部件12、在兩個檢測結(jié)構(gòu)11上方形成的一環(huán)繞待檢測部件12的待測金屬線(Test line) 121的金屬環(huán)線13、以及從檢測結(jié)構(gòu)11以及金屬環(huán)13上各連出的多個測試焊盤(Pad) 14，所述金屬環(huán)線13環(huán)繞待測金屬線121的位置上無斷點(diǎn)且與待測金屬線121 —起形成于頂層金屬層中，兩個檢測結(jié)構(gòu)11形成于底層金屬層中，所述測試焊盤14由頂層金屬層和底層金屬層兩層金屬中的焊盤串聯(lián)而成。金屬環(huán)線13作為信號輸出線(extrus1n line)，用于監(jiān)測待測金屬線(Testline) 121的金屬擠出，當(dāng)待測金屬線(Test line) 121由于金屬擠出而形成突起或晶須時，會造成短路，從而產(chǎn)生漏電流，則由金屬環(huán)線13檢測到漏電流并輸出至其連接的測試焊盤，檢測結(jié)構(gòu)11上連出的測試焊盤用作電源端(Force)和檢測端(sense)，電源端連接直流電流提供設(shè)備，檢測端用于檢測電壓，從而算得電阻，當(dāng)出現(xiàn)空洞時，測得的電阻值變大。由于EM測試結(jié)構(gòu)中待測金屬線(test line)很長(一般在200 μ m左右)，而金屬擠出處的信號微弱(導(dǎo)致俯視測試結(jié)構(gòu)時不容易觀察到金屬擠出處)，所以給失效分析過程中金屬擠出處的精確定位和大面積平整去層次制樣帶來很大挑戰(zhàn)。更重要的是，EM測試過程中待測金屬線121和金屬環(huán)線(extrus1n line) 13間加有恒定的監(jiān)測電壓，在監(jiān)測電壓下待測金屬線121中會有金屬擠出現(xiàn)象，在擠出的金屬與金屬環(huán)13的連接瞬間會形成局部超高的電流密度，而引發(fā)電爆炸(burnout) 151，電爆炸151破壞了金屬擠出處的結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致難以觀測到金屬擠出的初始形貌(如圖3電爆炸處的截面結(jié)構(gòu)SEM圖)，為失效分析帶來巨大困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電迀移測試結(jié)構(gòu)及電迀移測試方法，能夠避免測試過程中待測金屬線上發(fā)生電爆炸現(xiàn)象，保證金屬擠出處的初始形貌，為失效分析提供便利。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種電迀移測試結(jié)構(gòu)，位于晶圓切割道上，包括測試結(jié)構(gòu)主體、虛擬金屬環(huán)、多個金屬測試焊盤，所述測試結(jié)構(gòu)主體包括間隔開來并相對設(shè)置的兩個檢測結(jié)構(gòu)以及位于兩個檢測結(jié)構(gòu)的間隔處的待測金屬線，所述虛擬金屬環(huán)位于兩個檢測結(jié)構(gòu)的間隔處并圍繞所述待測金屬線，主要由多個虛擬金屬塊相互間隔并環(huán)列形成，且虛擬金屬環(huán)用于測試的上表面高于待測金屬線用于測試的上表面，虛擬金屬環(huán)的下表面低于待測金屬線的上表面；所述多個測試焊盤位于測試結(jié)構(gòu)主體和虛擬金屬環(huán)外圍，并分別連接所述兩個檢測結(jié)構(gòu)以及虛擬測試環(huán)的各個虛擬金屬塊。
[0005]進(jìn)一步的，所述兩個檢測結(jié)構(gòu)的輸出端分別包括電流測量端和電壓測量端，測試焊盤包括信號輸出端和信號輸入端。
[0006]進(jìn)一步的，所述電迀移測試結(jié)構(gòu)包括連續(xù)的至少三層金屬層，所述兩個檢測結(jié)構(gòu)形成于最底層的第η層金屬層中，所述待測金屬線形成于中間的第η+1層金屬層中，虛擬金屬環(huán)為過孔連接的多層金屬結(jié)構(gòu)，虛擬金屬環(huán)的最低層形成于第η+1層金屬層中，虛擬金屬環(huán)的最頂層形成于第η+2層金屬層及以上金屬層，所述測試焊盤通過各層金屬層中對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)串聯(lián)形成，η大于等于I。
[0007]進(jìn)一步的，所述測試結(jié)構(gòu)主體還包括分布于所述虛擬金屬環(huán)兩側(cè)的若干測試金屬線，所述測試金屬線與所述待測金屬線形成于同一層金屬層中。
[0008]進(jìn)一步的，所述電迀移測試結(jié)構(gòu)包括金屬的區(qū)域?qū)挾刃∮诨虻扔?0微米，所述測試焊盤位于所述切割道中部，且各測試焊盤的頂層金屬寬度小于或等于30微米。
[0009]本發(fā)明還提供一種電迀移測試方法，包括
[0010]提供上述的電迀移測試結(jié)構(gòu)；
[0011]在所述電迀移測試結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)測試焊盤上施加測試電流或電壓，來對所述電迀移測試結(jié)構(gòu)的待測金屬線進(jìn)行電迀移測試，以獲得待測金屬線的金屬擠出結(jié)構(gòu)；
[0012]將測試后的電迀移測試結(jié)構(gòu)中與虛擬金屬環(huán)連接的測試焊盤接地，并對所述電迀移測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓襯度檢查，電壓襯度檢查時，所述電迀移測試結(jié)構(gòu)的虛擬金屬環(huán)用于測試的上表面暴露而待測金屬線的上表面尚未暴露，根據(jù)電壓襯度圖像中虛擬金屬環(huán)的發(fā)亮位置定位所述電迀移測試結(jié)構(gòu)中待測金屬線的金屬擠出處；
[0013]利用聚焦離子束機(jī)臺對所述金屬擠出處的初始形貌進(jìn)行觀察。
[0014]進(jìn)一步的，所述接地的測試焊盤在進(jìn)行所述電壓襯度檢查時的電壓襯度為亮，虛擬金屬環(huán)中與金屬擠出處連接的虛擬金屬塊的電壓襯度為亮。
[0015]進(jìn)一步，所述電迀移測試方法還包括
[0016]提供與所述電迀移測試結(jié)構(gòu)的工藝條件一致的傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)，所述傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)包括形成于連續(xù)兩層的金屬層中的測試結(jié)構(gòu)主體、金屬環(huán)線、多個金屬測試焊盤，所述測試結(jié)構(gòu)主體包括間隔開來并相對設(shè)置的兩個檢測結(jié)構(gòu)以及位于兩個檢測結(jié)構(gòu)的間隔處的待測金屬線，所述金屬環(huán)線位于兩個檢測結(jié)構(gòu)的間隔處并圍繞所述待測金屬線，所述金屬環(huán)線環(huán)繞待測金屬線的位置上無斷點(diǎn)且與傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)的待測金屬線一起形成于頂層金屬層中，兩個檢測結(jié)構(gòu)形成于底層金屬層中，所述測試焊盤由兩層金屬中的焊盤串聯(lián)而成；
[0017]對所述傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)的待測金屬線進(jìn)行金屬擠出性能分析；
[0018]根據(jù)所述金屬擠出性能分析的結(jié)果確定所述電迀移測試結(jié)構(gòu)的電迀移測試的測試條件。
[0019]進(jìn)一步的，所述傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)的金屬環(huán)線還具有連接測試焊盤的部分，通過金屬環(huán)線監(jiān)測金屬擠出性能分析時金屬擠出處產(chǎn)生的漏電流，金屬環(huán)線將所述漏電流傳導(dǎo)至其連接的測試焊盤。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的電迀移測試結(jié)構(gòu)及測試方法，采用由多個虛擬金屬塊相互間隔并環(huán)列形成的虛擬金屬環(huán)來圍繞待測金屬線，為待測金屬線電迀移產(chǎn)生的金屬擠出處提供了擠出空間以及降低了失效分析制樣平整度要求；而且虛擬金屬環(huán)的每個虛擬金屬塊均作為一個漏電流測量端，金屬擠出處與對應(yīng)的虛擬金屬塊連接時會直接導(dǎo)出測試結(jié)構(gòu)，而不會形成超高的電流密度而發(fā)生電爆炸，從而獲得了金屬擠出處的初始形貌，對于分析電迀移現(xiàn)象造成金屬過早擠出的原因具有較高幫助，對于提高集成電路的可靠性具有較高的實(shí)用價值。
【附圖說明】
[0021]圖1是金屬線電迀移原理圖；
[0022]圖2是傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)的EM測試導(dǎo)致金屬擠出并引發(fā)電爆炸的示意圖；
[0023]圖3是傳統(tǒng)EM測試結(jié)構(gòu)的金屬擠出處電爆炸后的截面SEM圖；
[0024]圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例的電迀移測試結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5是本發(fā)明具體實(shí)施例的電迀移測試方法流程圖；
[0026]圖6是本發(fā)明具體實(shí)施例的電迀移測試后的電迀移測試結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7是本發(fā)明具體實(shí)施例的對電迀移測試后的電迀移測試結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓襯度檢查的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8是PVC