电迁移测试结构的制作方法

电迁移测试结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电迁移测试结构，在现有的电迁移测试结构的基础上，于被测试导线上下表面间距预定距离的布线层形成两条监测线，用以监控及测量由电迁移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
【专利说明】电迁移测试结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种电迁移测试结构。
【背景技术】
[0002]电迁移(electromigration)是一种由于导体中离子的逐步运动而导致的物质转移现象，其是由导电电子与扩散的金属原子之间的动量转移导致的。当电迁移发生时，一个运动电子的部分动量转移到邻近的激活离子，这会导致该离子离开原始位置。当电流密度较大时，电子在静电场力的驱动下从阴极向阳极定向移动形成电子风(electron wind),进而会引起庞大数量的原子远离它们的原始位置。随着时间推移，电迁移会导致导体，尤其是狭窄的导线中出现断裂或缺口进而导致阻止电的流动，这种缺陷被称为空洞(void)或内部失效，即开路。电迁移还会导致导体中的原子堆积并向邻近导体漂移形成突起物(hillock)，产生意外的电连接，即短路。随着半导体集成电路器件的特征尺寸不断减小，金属互连线的尺寸也不断减小，从而导致电流密度不断增加，由电迁移造成的器件失效更为显著。
[0003]为了监控半导体器件中的电迁移，现有技术通常在半导体器件中或晶圆的切割道中设置电迁移测试结构来监控电迁移对半导体器件的影响。如图1所示的现有技术中电迁移测试结构示意图，该电迁移测试结构包括被测试导线LI (为方便显示其结构，层间介质层未示出)，与所述被测试导线LI位于同一布线层的短路监控线L2，以及位于另一布线层的检测导线L3和L4 ;其中，短路监控线L2包括一个漏电流测量端E1，检测导线L3包括电流端SI和电压端Fl，检测导线L4包括测试电流端S2和电压端F2，且检测导线L3下表面通过通孔Vl与被测试导线LI的一端上表面连接，检测导线L4下表面通过通孔V2与被测试导线LI的另一端上表面连接。使用该电迁移测试结构时，通过检测导线L3和L4的电流端SI和S2对被测试导线LI施加电流，使被测试导线LI产生电迁移，通过电压端Fl和F2进行电压测量，并计算得到电阻，通过电阻的变化判断被测试导线LI是否产生开路失效；当被测试导线LI发生电迁移进而产生突起物后，随着突起物的逐渐增大，其边缘会与短路监控线L2接触，进而导通短路监控线L2，因此，通过测量短路监控线L2的漏电流测量端El的电流即可检测被测试导线LI是否发生短路失效。
[0004]但是，基于现有技术的电迁移测试结构，由于短路监控线L2与被测试导线LI处于同一层，因此，被测试导线LI产生的突起物只有在长度(图1中的X方向)或宽度(图1中的y方向)上与短路监控线L2接触时才能通过漏电流测量端El判断被测试导线LI短路失效，而对被测试导线LI产生的突起物高度超过限制于其他临近金属线层发生短路失效则无法测量，因此，现有技术中的电迁移测试结构存在缺陷。

【发明内容】

[0005]有鉴于此，本发明提供了一种电迁移测试结构，以解决现有电迁移测试结构无法测量与临近金属线层发生短路失效的问题。[0006]本发明采用的技术手段如下:一种电迁移测试结构，包括位于第一布线层的被测试导线和第一短路监测线、位于第一布线层之上的第二布线层的两条检测导线；
[0007]所述两条检测导线中的每一条均包括电流端和电压端，并且所述两条检测导线分别通过一个第一接触孔与被测试导线电连接，
[0008]所述第一短路监测线包括一个漏电流测量端；所述第一短路监测线封闭环绕所述被测试导线，且所述第一短路监测线内边缘与对应的被检测导线边缘的间距皆为第一距离；
[0009]其中，所述电迁移测试结构还包括位于第三布线层的所述第二短路监测线和位于第四布线层的所述第三短路监测线；所述第三布线层位于第一布线层和第二布线层之间，所述第四布线层位于第一布线层之下；所述第二短路监测线覆盖所述第一短路监测线的上表面，且所述第二短路监测线下表面与所述第一短路监测线的最小距离为第一间距，所述第一接触孔与所述第二短路监测线绝缘设置；所述第三短路监测线覆盖所述第一短路监测线的下表面，且所述第三短路监测线的上表面与所述第一短路监测线的下表面的最小距离为第一间距；所述第二短路监测线和第三短路监测线通过第二接触孔与第一短路监测线电连接。
[0010]进一步，所述第二短路监测线还包括与两个所述第一接触孔位置对应的两个绝缘孔，每个所述第一接触孔穿过其对应的所述绝缘孔与被测试导线电连接，且每个所述第一接触孔的外表面与该第一接触孔对应的绝缘孔的内表面之间的距离大于第一间距。
[0011]进一步，两个所述第一接触孔包括位于第二短路监测线上表面之上的第一部分和第二短路监测线下表面之下的第二部分，所述第一部分和第二部分通过位于所述绝缘孔中的垫片连接；所述垫片的外表面与对应的绝缘孔的内表面之间的距离不小于第一间距。
[0012]进一步，所述第一间距的大小由集成电路最小设计规则确定。
[0013]采用本发明所提供的电迁移测试结构，在现有的电迁移测试结构的基础上，于被测试导线上下表面间距预定距离的布线层形成两条监测线，用以监控及测量由电迁移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为现有技术中电迁移测试结构的典型结构示意图；
[0015]图2为本发明一种电迁移测试结构的示意图；
[0016]图3为图2的主视图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0018]如图2和图3所示，并结合图1，本发明提供了一种电迁移测试结构，包括:
[0019]位于第一布线层的被测试导线LI和第一短路监测线L2、位于第一布线层之上的第二布线层的两条检测导线L3和L4 ；
[0020]检测导线L3包括电流端SI和电压端F1，并且检测导线L3通过一个第一接触孔Vl与被测试导线LI电连接；检测导线L4包括电流端S2和电压端F2，并且检测导线L4通过另一个第一接触孔V2与被测试导线电连接；
[0021]第一短路监测线L2包括一个漏电流测量端El，漏电流测量端El由第一短路监测线L2在第一布线层中延伸出的端部构成；第一短路监测线L2封闭环绕被测试导线LI，且第一短路监测线L2内边缘与对应的被检测导线dl边缘的间距皆为第一距离dl ；
[0022]电迁移测试结构还包括位于第三布线层的第二短路监测线L5和位于第四布线层的第三短路监测线L6 ;第三布线层位于第一布线层和第二布线层之间，第四布线层位于第一布线层之下；
[0023]其中，第二短路监测线L5覆盖第一短路监测线LI的上表面，且第二短路监测线L5下表面与第一短路监测线L2的最小距离为第一间距dl，第一接触孔Vl和V2与第二短路监测线L5绝缘设置，作为优选的，在本实施例中采用以下绝缘设置:第二短路监测线L5设置有与两个第一接触孔位置Vl和V2对应的两个绝缘孔Hl和H2，第一接触孔Vl和V2分别穿过其对应的绝缘孔H1、H2与被测试导线LI电连接，且每个第一接触孔的外表面与该第一接触孔对应的绝缘孔的内表面之间的距离不小于第一间距dl ;作为进一步的方案，为了适用于现有的接触孔制造工艺，第一接触孔Vl和V2分别包括位于第二短路监测线L5上表面之上的第一部分Vla和V2a，以及位于第二短路监测线L5下表面之下的Vlb和V2b，而第一部分Vla、V2a和第二部分Vlb、V2b通过位于对应绝缘孔H1、H2中的垫片(未示出)连接，且垫片的外表面与对应的绝缘孔的内表面之间的距离不小于第一间距dl。
[0024]第三短路监测线L6覆盖第一短路监测线L2的下表面，且第三短路监测线L6的上表面与第一短路监测线L2的下表面的最小距离为第一间距dl ;第二短路监测线L5和第三短路监测线L6通过第二接触孔V3与第一短路监测线L2电连接，其中，作为优选的，第二短路监测线L5和第三短路监测线L6通过多个第二接触孔V3与第一短路监测线L2电连接。
[0025]需要说明的是，在本申请中第一间距dl的大小由集成电路设计中最小规则所确定，作为本领域技术人员公知的，根据不同技术节点，该第一间距dl具有不同的大小。
[0026]使用本发明所提供的电迁移测试结构进行测试时，通过检测导线L3和L4的电流端SI和S2对被测试导线LI施加电流，使被测试导线LI产生电迁移，通过电压端Fl和F2进行电压测量，并计算得到电阻，通过电阻的变化判断被测试导线LI是否产生开路失效；当被测试导线LI发生电迁移进而产生突起物后，随着突起物的逐渐增大，在长度(X方向)和宽度(y方向)上，突起物的边缘与短路监控线L2接触，或在高度(z方向)上，突起物的边缘与第二短路监测线L5或第三短路监测线L6接触，均会导通短路监控线L2，因此，通过测量短路监控线L2的漏电流测量端El的电流即可在三个方向上检测被测试导线LI是否发生短路失效。
[0027]综上所述，采用本发明所提供的电迁移测试结构，在现有的电迁移测试结构的基础上，于被测试导线上下表面间距预定距离的布线层形成两条监测线，用以监控及测量由电迁移形成的突起物在高度方向上引起的短路失效。
[0028]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种电迁移测试结构，包括位于第一布线层的被测试导线和第一短路监测线、位于第一布线层之上的第二布线层的两条检测导线；所述两条检测导线中的每一条均包括电流端和电压端，并且所述两条检测导线分别通过一个第一接触孔与被测试导线电连接，所述第一短路监测线包括一个漏电流测量端；所述第一短路监测线封闭环绕所述被测试导线，且所述第一短路监测线内边缘与对应的被检测导线边缘的间距皆为第一距离；其特征在于，所述电迁移测试结构还包括位于第三布线层的所述第二短路监测线和位于第四布线层的所述第三短路监测线；其中，所述第三布线层位于第一布线层和第二布线层之间，所述第四布线层位于第一布线层之下；所述第二短路监测线覆盖所述第一短路监测线的上表面，且所述第二短路监测线下表面与所述第一短路监测线的最小距离为第一间距，所述第一接触孔与所述第二短路监测线绝缘设置；所述第三短路监测线覆盖所述第一短路监测线的下表面，且所述第三短路监测线的上表面与所述第一短路监测线的下表面的最小距离为第一间距；所述第二短路监测线和第三短路监测线通过第二接触孔与第一短路监测线电连接。
2.根据权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第二短路监测线还包括与两个所述第一接触孔位置对应的两个绝缘孔，每个所述第一接触孔穿过其对应的所述绝缘孔与被测试导线电连接，且每个所述第一接触孔的外表面与该第一接触孔对应的绝缘孔的内表面之间的距离不小于第一间距。
3.根据权利要求2所述的电迁移测试结构，其特征在于，两个所述第一接触孔包括位于第二短路监测线上表面之上的第一部分和第二短路监测线下表面之下的第二部分，所述第一部分和第二部分通过位于所述绝缘孔中的垫片连接；所述垫片的外表面与对应的绝缘孔的内表面之间的距离不小于第一间距。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一间距的大小由集成电路最小设计规则确定。
【文档编号】G01R31/02GK103809062SQ201210442014
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月7日 优先权日:2012年11月7日
【发明者】王笃林, 郑雅文, 胡永锋, 陆黎明 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司