专利名称：一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构。
背景技术：
可靠性测试有两个主要作用①评估器件实际的工作寿命；②为工艺提供器件退化失效机理，从而优化工艺。芯片级可靠性(WLR，Wafer Level Reliability)它是在芯片制造工艺完成后或过程中对可靠性参数进行测试，与传统可靠性测试比较，这种测试相当于一种在线测试。WLR可以具体地对不同的可靠性问题分门别类进行监控，因此可以及时为工艺提供可靠性方面的测试数据。总体上讲，WLR测试包括以下几部分①器件可靠性测试包括可移动离子、热载流子、工艺诱发损伤等；②互连可靠性测试包括接触孔、通孔、金属布线电迁移现象等；③ 绝缘介质可靠性测试包括栅氧化层完整性、隔离介质漏电等。电迁移(EM，Electromigration)是由于电子动量转移使金属原子定向移动造成， 其后果是产生空洞和小丘。空洞是流出的离子流量大于流入离子流量的地方，小丘是流出离子流量小于流入离子流量的地方。空洞和小丘的长期积累最终就会导致金属互连结构失效。现有技术中用于测试通孔型金属互连结构的可靠性的测试结构的侧视图如图1所示， 该测试结构的俯视图如图2所示。101和102为上层金属线，101和102之间没有连接。105 为下层金属线，上层金属线和下层金属线之间由绝缘介质层隔开(图1和图2中未显示绝缘介质层)。上层金属线101和下层金属线105之间由金属通孔103实现导通，上层金属线102和下层金属线105之间通过金属通孔104实现导通。上层金属线101连接电负极， 上层金属线102连接电正极，下层金属线105中的电子流动方向如箭头所示。由于空洞与小丘是由离子流通量分歧导致的，因此空洞与小丘一般都出现在金属通孔与金属线的接触面附近。现有技术中通常采用的通孔型金属互连的电迁移可靠性分析方法为通过扫描电子显微镜(SEM)获得测试结构表面的图像，在该图像的指导下，通过聚焦离子束(FIB， Focus Ion Beam)将测试结构两端通孔与上层金属线以及下层金属线切横截面，再通过SEM 观察并研究横截面的轮廓，通孔和金属线的尺寸及其接触面，并测量空洞与小丘的位置、形状、尺寸等参数。在当今的大规模半导体芯片加工中，需要用到六层以上的金属薄膜层，在这些金属薄膜层之间构造金属通孔连线实现相互连接。绝缘材料淀积在金属薄膜层之间形成电绝缘层以提供充分的隔离保护。而最上层的电绝缘层之上淀积氮化硅作为钝化保护层。在 SEM里只能观测到绝缘介质层，而很难直到金属通孔的确切位置，往往需要猜测估计金属通孔的大概位置进行盲切，如果位置不对则再次切割。这样会极大浪费机台的使用时间和成本，效率很低。现有技术中还有另一种金属通孔失效性分析方法首先，通过研磨的方式去除上层金属线之上的绝缘介质层，使上层金属线露出表面，这样在SEM就可以看到测试结构的结构。但这样就破坏了测试结构的完整性，不利于全面分析芯片的每个层次。
发明内容
本发明提供了一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构，可以直观地清楚知道金属通孔的位置，从而快速进行可靠性分析。本发明实施例提出的一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构， 所述测试结构包括至少两层金属线，每一层中的相邻的金属线之间填充绝缘介质层，相邻层的金属线之间由绝缘介质层隔开，且相邻层的金属线由金属通孔实现导通，顶层金属线之上覆盖至少一层绝缘介质层，其特征在于，所述顶层金属线之上覆盖的绝缘介质层中含有用于指示金属通孔位置的金属标记。较佳地，至少有2个金属标记指示一个金属通孔的位置。较佳地，用于指示同一个金属通孔位置的多个金属标记长度方向之间具有夹角， 所述多个金属标记的长度方向的延长线的交点为金属通孔所在位置。较佳地，指示一个金属通孔的位置的金属标记的数目为2，且这2个金属标记的长度方向相互垂直。较佳地，所述金属标记的长度范围为0. 2微米至1微米，宽度范围为0. 2微米至 0. 5微米。较佳地，顶层金属线之上覆盖的每一层绝缘介质层中含有的金属标记垂直对齐。从以上技术方案可以看出，在测试结构的顶层金属线之上覆盖的绝缘介质层中均增加了用于指示金属通孔所在位置的金属标记，使得在无论在哪一层用SEM观测均可以知道金属通孔的位置，也不必进行研磨剥层，FIB切削时可以方便快捷地定位，提高效率，节省机台的使用时间。
图1为现有技术中的测试结构的侧视图；图2为现有技术中的测试结构的俯视图；图3为本发明实施例提出的测试结构的俯视图；图4为在SEM中观察本发明实施例提出的测试结构上表面所得图像的示意图；图5为沿着图4中的X方向切割该测试结构得到剖面图；图6为沿着图4中的Y方向切割该测试结构得到剖面图。
具体实施例方式本发明实施例提出的用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构的俯视图如图3所示。所述测试结构包括至少两层金属线，每一层中的相邻的金属线之间填充绝缘介质层，相邻层的金属线之间由绝缘介质层隔开，且相邻层的金属线由金属通孔实现导通，顶层金属线之上覆盖至少一层绝缘介质层。与图2所示现有的测试结构的俯视图相比，其不同之处是在测试结构的顶层金属线之上覆盖的绝缘介质层中含有用于指示金属通孔位置的金属标记。
每一个金属标记的形状最好是矩形(或类似于矩形的其他形状，例如圆角矩形， 或者类似体育场跑道的形状)，长度范围为0. 2微米至1微米，宽度范围为0. 2微米至0. 5 微米。长度方向的延长线经过金属通孔。至少有两个金属标记指示一个金属通孔。这些金属标记长度方向之间具有一定的夹角，这样多个金属标记的长度方向的延长线的交点即为金属通孔所在位置。较佳地，两个金属标记指示一个金属通孔，这两个金属标记的长度方向相互垂直。这些金属标记可以看作是一种面积和厚度较小的特殊金属线，因此可以采用金属化的方法构造这些金属标记，即通过绝缘介质上刻蚀出凹槽，金属淀积、平坦化过程得到。 金属标记的构造过程无需增加新的工艺，只要在原先的金属化过程中在绝缘介质刻蚀的步骤采用的光掩膜图样中，设置金属标记对应的图样即可。在SEM中观察本发明实施例提出的测试结构上表面所得图像如图4所示，只能观察到四个金属标记107、108、109和110。图5为沿着图4中的X方向切割该测试结构得到剖面，水平虚线标记出相邻绝缘介质层的界面。可以看出，金属标记107实际是在金属线 101之上的各个绝缘介质层的垂直对齐的一系列金属标记叠加构成。同理，金属标记110实际是在金属线102之上的各个绝缘介质层的垂直对齐的一系列金属标记叠加构成。图6为沿着图4中的Y方向切割该测试结构得到剖面，可以看出，金属标记109实际是在金属线102之上的各个绝缘介质层的垂直对齐的一系列金属标记叠加构成。以上所述测试结构包括两个类型的结构一种是结构两端金属引线在主体电迁移金属线的下层，下层金属线和上层金属线之间由金属通孔实现导通，电子流从上层引线流向下层的主体电迁移金属线，这种结构被称作向下电子流测试结构(英文为Down Stream, 数字简称为212)结构。另一种测试结构是结构两端金属引线在主体电迁移金属线的上层， 下层金属线和上层金属线之间由金属通孔实现导通，电子流从下层引线流向上层的主体电迁移金属线，这种结构被称作向上电子流测试结构(英文为Up Mream，数字简称为121)结构。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
1.一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构，所述测试结构包括至少两层金属线，每一层中的相邻的金属线之间填充绝缘介质层，相邻层的金属线之间由绝缘介质层隔开，且相邻层的金属线由金属通孔实现导通，顶层金属线之上覆盖至少一层绝缘介质层，其特征在于，所述顶层金属线之上覆盖的绝缘介质层中含有用于指示金属通孔位置的金属标记。
2.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，至少有2个金属标记指示1个金属通孔的位置。
3.根据权利要求2所述的测试结构，其特征在于，用于指示同一个金属通孔位置的多个金属标记长度方向之间具有夹角，所述多个金属标记的长度方向的延长线的交点为金属通孔所在位置。
4.根据权利要求2所述的测试结构，其特征在于，指示一个金属通孔的位置的金属标记的数目为2，且这2个金属标记的长度方向相互垂直。
5.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述金属标记的长度范围为0.2微米至1微米，宽度范围为0. 2微米至0. 5微米。
6.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，顶层金属线之上覆盖的每1层绝缘介质层中含有的金属标记垂直对齐。
全文摘要
本发明提供了一种用于分析通孔型金属互连的电迁移可靠性的测试结构，所述测试结构包括至少两层金属线，每一层中的相邻的金属线之间填充绝缘介质层，相邻层的金属线之间由绝缘介质层隔开，且相邻层的金属线由金属通孔实现导通，顶层金属线之上覆盖至少一层绝缘介质层，其特征在于，所述顶层金属线之上覆盖的绝缘介质层中含有用于指示金属通孔位置的金属标记。本发明提出的测试结构使得在无论在哪一层用SEM观测均可以知道金属通孔的位置，也不必进行研磨剥层，FIB切削时可以方便快捷地定位，提高效率，节省机台的使用时间。
文档编号H01L23/544GK102339815SQ201010233199
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月15日 优先权日2010年7月15日
发明者务林凤, 梁山安, 郭强 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司