一种电迁移的检测结构及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种电迁移的检测结构及检测方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路技术的持续发展，芯片上将集成更多器件，芯片也将采用更快的速度。在这些要求的推进下，器件的几何尺寸将不断缩小，在芯片的制造工艺中不断采用新材料、新技术和新的制造工艺。目前半导体器件的制备已经发展到纳米级别，同时常规器件的制备工艺逐渐成熟。
[0003]电迁移(EM)是微电子器件中主要的失效机理之一，电迁移造成金属化的开路和短路，使器件漏电流增加。在器件向亚微米、深亚微米发展后，金属线的宽度不断减小，电流密度不断增加，更易于因电迁移而失效。因此，随着工艺的进步，EM的评价备受重视。
[0004]导致电迁移的直接原因是金属原子的移动。当互连引线中通过大电流时，静电场力驱动电子由阴极向阳极运动，高速运动的电子与金属原子发生能量交换，原子受到猛烈的电子冲击力，这就是所谓的电子风力。但是，事实上金属原子同时还受到反方向的静电场力。当互连线中的电流密度较高时，向阳极运动的大量电子碰撞原子，使得金属原子受到的电子风力大于静电场力。因此，金属原子受到电子风力的驱动，使其从阴极向阳极定向扩散，从而发生电迁移。
[0005]电迁移是金属线在电流和温度作用下产生的金属迁移现象，它可能使金属线断裂，从而影响芯片的正常工作。电迁移在高电流密度和高频率变化的连线上比较容易产生，如电源、时钟线等。为了避免电迁移效应，可以增加连线的宽度，以保证通过连线的电流密度小于一个确定的值。
[0006]通常EMI效应引起的问题是电源网格电阻增加，从而导致IR降增加，从而影响电路时序。此外，与时间相关电介质击穿TDDB(time dependent dielectric breakdown)、热载流子注入效应HCI (hot carrier inject1n)、热载流子注入效应HCI (hot carrierinject1n)以及负偏压温度不稳定性(NBTI)都成为衡量器件稳定性的重要因素。
[0007]现有技术中电迁移(EM)通常被模型化以及适用于直流电(DC)，但是目前大多数产品连接和使用的为交流电(AC)，因此，对于交流电电迁移(EM)性能的评价也非常重要，不仅仅局限于直流电。
[0008]常规的交流电电迁移(AC EM)检测结构通过交流电应力设备而在所述直流电电迁移(DC EM)结构上运行，所述交流电电迁移(AC EM)检测结构和所述直流电设备完全不同，
而且价格非常昂贵。
[0009]因此，现有技术中交流电电迁移(AC EM)检测结构不仅价格非常昂贵，而且不能同时对DC EM进行检测，需要在直流电电迁移(DC EM)结构上运行，而所述交流电电迁移(ACEM)检测结构和所述直流电设备完全不同，给检测带来很多弊端，成为亟需解决的问题。
【发明内容】
[0010]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0011]本发明为了克服目前存在问题，提供了一种电迁移的检测结构，包括电迁移检测单元和应力电流单元；
[0012]所述应力电流单元包括环形振荡器、电阻器R。以及控制晶体管，其中所述环形振荡器的输出端与所述电阻器Re的第一端相连接，所述环形振荡器的输出端还与所述控制晶体管的栅极相连接；所述电阻器&的第二端与所述电迁移检测单元相连接，所述控制晶体管的漏极与所述电阻器&的第二端相连接；
[0013]其中所述环形振荡器分别连接至第一电源电压Vddl和第二电源电压Vdd2，所述控制晶体管的源极与所述第一电源电压Vddl相连接。
[0014]作为优选，所述电迁移检测单元包括:
[0015]待测器件；
[0016]第一电源连接端和第二电源连接端，分别和所述待测器件的两端相连接。
[0017]作为优选，所述电迁移检测单元还进一步包括金属通孔，用于将所述第一电源连接端和所述第二电源连接端与所述待测器件的两端相连接。
[0018]作为优选，所述电阻器R。的第二端与所述第一电源连接端相连接，所述控制晶体管的漏极与所述第一电源连接端相连接。
[0019]作为优选，所述环形振荡器包括3个或以上的奇数个非门，其中所述奇数个非门的输入端和输出端首尾相连，形成所述环形振荡器。
[0020]作为优选，所述每个非门中包括一个NMOS晶体管和一个PMOS晶体管。
[0021]作为优选，其中所述NMOS晶体管的栅极和所述PMOS晶体管的栅极相连，以形成所述非门的输入端；
[0022]所述NMOS晶体管的漏极和所述PMOS晶体管的漏极相连，以形成所述非门的输出端;
[0023]所述NMOS晶体管的源极连接所述第二电源电压Vdd2，所述PMOS晶体管的源极连接所述第一电源电压Vddl。
[0024]作为优选，所述电阻器R。的电阻值为1-10000欧姆。
[0025]作为优选，所述控制晶体管选用NMOS晶体管，以控制直流电与时间相关电介质击穿和交流电与时间相关电介质击穿。
[0026]本发明还提供了上述的检测结构的检测方法,包括:
[0027]步骤(a)在所述应力电流单元的两端施加相同的第一电源电压Vddl和第二电源电压Vdd2，所述控制晶体管处于断路状态，所述电阻器R。处于工作状态，所述应力电流单元产生交流电流；
[0028]或步骤(b)在所述应力电流单元的两端施加大小相同方向相反的第一电源电压Vddl和第二电源电压Vdd2，所述控制晶体管导通，所述电阻器R。处于短路状态，所述应力电流单元产生直流电流。
[0029]作为优选，所述步骤(a)中产生的交流电流的频率由所述电阻器R。的大小决定。
[0030]作为优选，所述步骤(a)中产生的交流电流的上升和下降的时间由所述环形振荡器中晶体管的沟道宽度决定。
[0031]本发明提供了一种电迁移测试结构，所述结构不仅能够提供交流电电迁移测试，还能够提供直流电电迁移测试。
[0032]本发明所述测试结构结合环形振荡器电路，控制栅极和电阻，以用来产生交流应力电流。所述测试结构易于操作和测试，而且几乎不需要额外的硬件以及其他价格昂贵的设备，降低了检测成本。
【附图说明】
[0033]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，
[0034]图1为现有是技术中电迁移检测结构的结构示意图；
[0035]图2为本发明一【具体实施方式】中电迁移检测结构的结构示意图；
[0036]图3a_3b为本发明一【具体实施方式】中电迁移检测结构上施加方向不同的电压时电流方向示意图以及电流形状示意图。
【具体实施方式】
[0037]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0038]应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
[0039]应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接至『或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
[0040]空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
[0041]在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
[0042]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0043]本发明为了解决现有技术中存在的问题提供了一种直流电电迁移的检测结构，包括两个部分:
[0044]电迁移检测单元，选用现有技术中普遍使用的常规EM测试结构，在所述测试结构包括:待测器件，以及第一电源连接端和第二电源连接端，分别与所述待测器件的两端相连接，作为优选，其中所述第一电源连接端和所述第二电源连接端通过通孔和所述待测器件连接。
[0045]作为进一步的优选，所述检测单元还包括测试连接端，所述测试连接端与所述待测器件相连接，以用于对检测所述待测器件的电迁移。
[0046]应力电流单元，包括环形振荡器、电阻器以及控制晶体管，其中所述环形振荡器的输出端和所述电阻器R0的第一端相连接，所述环形振荡器的输出端还和所述控制晶体管的栅极相连接，用于产生交流电和直流电。其中，所述环形振荡器