金属互连线电迁移测试结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种金属互连线电迁移测试结构，通过节点垫的多个输入端从不同方向接入第一金属层相应的一端，通过分流汇总的形式使得流入第一金属层与通孔填充接触处的电流得以分流与汇总，有效减小了该接触处周围区域中的电流密度，改善第一金属层的电迁移效应，避免在接触处周围区域的第一金属层中的意外的孔隙的产生，保证了第二金属层的电迁移测试的成功进行，提高了金属互连线电迁移测试的成功率。
【专利说明】金属互连线电迁移测试结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属互连线电迁移测试结构。
【背景技术】
[0002]在集成电路制造过程中，金属互连线的电迁移(Electro-Migration, EM)现象造成金属互连线的开路和短路，使器件漏电流增加。随着集成电路规模不断扩大，器件尺寸不断缩小，金属互连线的宽度不断减小，电流密度不断上升，更易于因电迁移而失效，已经成为一个重要的可靠性问题。
[0003]导致电迁移的直接原因是金属原子的移动。集成电路的电迁移现象是指集成电路器件工作时，金属互连线内有一定的电流通过，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收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金属原子，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，使阴极产生金属离子的空位，并累积而导致金属互连线的断路，同时在阳极由于金属离子的堆积而导致晶须或小丘，并有可能和旁边的金属线短路。
[0004]图1A和IB所示分别为现有的一种用于金属互连线电迁移测试的标准结构的仰视图和剖视图，金属互连线电迁移测试标准结构通常包括第一金属层以及第二金属层101，两者之间填充有层间介质(未图示)，第一金属层具有阳极部分103b和阴极部分103a，阴极部分103a具有第一加载电压节点Fl和第一感测电压节点SI，阳极部分103b具有第二加载电压节点F2和第二感测电压节点S2，第一加载电压节点Fl和第二加载电压节点F2具有较大尺寸，以允许较高加载电压进行偏置。通孔填充102a导通第二金属层101以及第一金属层的阴极部分103a，通孔填充102b导通第二金属层101以及第一金属层的阴极部分103b。为了识别互连结构的第二金属层101中的电迁移，对第一加载电压节点Fl施加加载偏压，然后，在第一感测电压节点SI感测产生的电压。根据欧姆定律由在第一感测电压节点SI感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层101的电阻变化来表示在第二金属层101中电迁移的存在。还可以在第二加载电压节点F2上施加加载偏压，并在第二感测电压节点S2感测产生的电压。根据欧姆定律由在第二感测电压节点S2感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层101的电阻变化来表示已在第二金属层101中出现了电迁移。
[0005]然而，在实际生产中发现，应用上述金属互连线电迁移测试标准结构进行第二金属层101的电迁移测试时，常常发生测试失败情况，一个原因是由于通孔填充102b的厚度比阳极部分103b的厚度大(有的甚至超过10倍)，因此在电流从阳极部分103b流入通孔填充102b时，造成阳极部分103b电流密度过大，更易于因电迁移而在通孔填充102b与阳极部分103b接触处产生意外的孔隙(Void) 105，阳极部分103b失效，造成阳极部分103b与通孔填充102的连接的断路，第二金属层101电迁移测试失败。即，成功的第二金属层101电迁移测试应该是在第二金属层101位于阴极部分103a上方的部分104中产生空隙是金属层101电迁移测试，而不是在第一金属层的阳极部分103b中意外产生孔隙105。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种金属互连线电迁移测试结构，可以有效地避免因电迁移而产生意外的孔隙，提高金属互连线电迁移测试的成功率。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种金属互连线电迁移测试结构，包括第一金属层和待电迁移测试的第二金属层，所述第一金属层具有第一端和第二端，并分别通过一通孔填充与所述第二金属层电导通；所述金属互连线电迁移测试结构还包括位于所述第一端和/或第二端的节点垫，所述节点垫用于施加测试电压和感测电压，且所述节点垫具有多个输入端，所述多个输入端从不同方向连接第一端或第二端。
[0008]进一步的，所述第一金属层与通孔填充接触处的宽度大于第二金属层的宽度和通孔填充直径。
[0009]进一步的，所述输入端通过导电插塞与第一金属层电导通。
[0010]进一步的，每个方向的导电插塞的数量为多个。
[0011 ] 进一步的，每个方向的导电插塞构成一个阵列。
[0012]进一步的，所述阵列为圆形或矩形。
[0013]进一步的，所述输入端的数量为2?4个。
[0014]进一步的，所述第一金属层接有节点垫的一端在所述不同方向上分别设有一个用于连接所述节点垫的输入端的接触臂。
[0015]进一步的，所述导电插塞为接触孔插塞或通孔插塞。
[0016]进一步的，所述第二金属层为多层互连线结构中的第一层金属线M1，所述第一金属层为其他层金属线Mx，其中，X大于等于2。
[0017]进一步的，所述第一金属层为多层互连线结构中的第一层金属线M1，所述第二金属层为其他层金属线Mx，其中，X大于等于2。
[0018]与现有技术相比，本发明提供的金属互连线电迁移测试结构，通过节点垫的多个输入端从不同方向接入第一金属层相应的一端，通过分流汇总的形式使得流入第一金属层与通孔填充接触处的电流得以分流与汇总，有效减小了该接触处周围区域中的电流密度，改善第一金属层的电迁移效应，避免在接触处周围区域的第一金属层中的意外的孔隙的产生，保证了第二金属层的电迁移测试的成功进行，提高了金属互连线电迁移测试的成功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1A是现有技术的金属互连线电迁移测试标准结构的仰视图；
[0020]图1B是沿图1A的XX’的金属互连线电迁移测试标准结构的剖视图；
[0021]图2A是本发明实施例一的金属互连线电迁移测试结构的仰视图；
[0022]图2B是沿图2A的XX’的金属互连线电迁移测试结构的剖视图；
[0023]图2C是沿图2A的YV的金属互连线电迁移测试结构的剖视图；
[0024]图3A是本发明实施例二的金属互连线电迁移测试结构的仰视图；
[0025]图3B是沿图3A的XX’的金属互连线电迁移测试结构的剖视图；
[0026]图4A是本发明实施例三的金属互连线电迁移测试结构的仰视图；[0027]图4B是沿图4A的XX’的金属互连线电迁移测试结构的剖视图；
[0028]图4C是沿图4A的YV的金属互连线电迁移测试结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和具体实施例对本发明提出的金属互连线电迁移测试结构作进一步详细说明。
[0030]实施例一
[0031]请参考图2A、2B、2C，本实施例提供一种金属互连线电迁移测试结构，包括具有第一端201a和第二端201b的第一金属层、待电迁移测试的第二金属层203、以及与两层直接接触的第一通孔填充202a和第二通孔填充202b，所述第一端201a通过第一通孔填充202a与所述第二金属层203电导通，所述第二端201b通过第二通孔填充202b与所述第二金属层203电导通。
[0032]本实施例中，所述金属互连线电迁移测试结构还包括位于所述第一端201a的节点垫204，所述节点垫204用于施加测试电压和感测电压，并具有3个输入端204a、204b、204c，第一端20Ia通过绝缘介质(未图示)隔离出3个方向上的接触臂1、I1、III，导电插塞205阵列位于节点垫204与第一端201a之间的层间介质(未图示)中，上下底部分别接触输入端 204a、204b、204c 与接触臂 1、I1、III，输入端 204a、204b、204c 与接触臂 1、I1、III 通过导电插塞205阵列电导通。
[0033]其中，所述第二金属层203为多层互连线结构中的第一层金属线Ml ;所述第一金属层为其他层金属线Mx，X大于等于2，以用于多层互连线结构中第一层金属线Ml的电迁移测试；也可以是，所述第一金属层为多层互连线结构中的第一层金属线Ml ;所述第二金属层为其他层金属线Mx，X大于等于2，以用于多层互连线结构中第X层金属线Mx的电迁移测试。
[0034]应用本实施例的金属互连线电迁移测试结构对第二金属层203进行电迁移测试时，为了识别互连结构的第二金属层203中的电迁移,第一金属层的第一端201a作为阳极，在节点垫204施加加载正向偏压，同时在节点垫204处感测产生的电压。根据欧姆定律由感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层203的电阻变化来表示在第二金属层203中电迁移的存在。由于在节点垫204在施加偏压后，产生的电流被3个输入端204a、204b、204c分流，然后从第一端201a的三个接触臂1、I1、III汇总到第一通孔填充202a接触处，导入第一通孔填充202a，有效减小了该接触处周围区域中的第一金属层电流密度，改善第一金属层的电迁移效应，避免在接触处周围区域中的意外的孔隙的产生，保证了第二金属层203的电迁移测试的成功进行，提高了金属互连线电迁移测试的成功率。
[0035]实施例二
[0036]请参考图3A和3B，本实施例提供一种金属互连线电迁移测试结构，包括具有第一端301a和第二端301b的第一金属层、待电迁移测试的第二金属层303以及与两层直接接触的第一、第二通孔填充302a、302b,所述第一端301a通过第一通孔填充302a与所述第二金属层303电导通，所述第二端301b通过第二通孔填充302b与所述第二金属层303电导通。
[0037]本实施例中，所述金属互连线电迁移测试结构还包括位于所述第一端301a的第一节点垫304以及位于所述第二端301b的第一节点垫304’ ；所述第一节点垫304用于施加测试电压和感测电压，并具有3个输入端304a、304b、304c，第一端30Ia通过绝缘介质(未图示)隔离出3个方向上的接触臂1、I1、III，导电插塞305阵列位于节点垫304与第一端301a之间的层间介质(未图示)中，上下底部分别接触输入端304a、304b、304c与接触臂1、I1、III，输入端304a、304b、304c与接触臂1、I1、III通过导电插塞305阵列电导通；所述第二节点垫304’用于施加测试电压和感测电压，并具有3个输入端304a’、304b’、304c’，第二端301b通过绝缘介质(未图示)隔离出3个方向上的接触臂I’、II’、III’，导电插塞305阵列位于节点垫304’与第二端301b之间的层间介质(未图示)中，上下底部分别接触输入端 304’ a、304，b、304，c 与接触臂 I’、II’、III’，输入端 304’ a、304，b、304，c 与接触臂I’、II’、III’通过导电插塞305阵列电导通。
[0038]应用本实施例的金属互连线电迁移测试结构对第二金属层303进行电迁移测试时，可以第一金属层的第一端301a作为阳极,第二端302b作为阴极,在第一节点垫304施加加载正向偏压，同时在第一节点垫304处感测产生的电压。根据欧姆定律由感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层303的电阻变化来表示在第二金属层303中电迁移的存在；还可以，第一金属层的第一端301a作为阴极，第二端302b作为阳极，在第二节点垫304’施加加载正向偏压，同时在第二节点垫304’处感测产生的电压。根据欧姆定律由感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层303的电阻变化来表示在第二金属层303中电迁移的存在。
[0039]本实施例无论是在第一节点垫304还是第二节点垫304’上施加偏压，产生的电流被相应的节点垫的3个输入端分流成3股，然后从第一金属层的相应端的三个接触臂汇总到通孔填充，有效减小了该接触处周围区域中的第一金属层电流密度，改善第一金属层的电迁移效应，避免在第一金属层与通孔填充接触处周围区域中的意外的孔隙的产生，保证了第二金属层的电迁移测试的成功进行，提高了金属互连线电迁移测试的成功率。
[0040]实施例三
[0041]请参考图4A和4B，本实施例提供一种金属互连线电迁移测试结构，包括具有第一端401a和第二端401b的第一金属层、待电迁移测试的第二金属层403以及与两层直接接触的第一通孔填充402a和第二通孔填充402b，所述第一端401a通过第一通孔填充402a与所述第二金属层403电导通，所述第二端401b通过第二通孔填充402b与所述第二金属层403电导通。
[0042]本实施例中，所述金属互连线电迁移测试结构还包括位于所述第一端301a的第一节点垫404以及位于所述第二端401b的第一节点垫404’ ；所述第一节点垫404用于施加测试电压和感测电压，并具有2个输入端404a、404b，第一端401a通过绝缘介质(未图示)隔离出2个方向上的接触臂1、II，导电插塞405阵列位于节点垫404与第一端401a之间的层间介质(未图示)中，其上下底部分别接触输入端404a、404b与接触臂1、II，输入端404a、404b与接触臂1、11通过导电插塞405阵列电导通；所述第二节点垫404’用于施加测试电压和感测电压，并具有2个输入端404a’、404b’，第二端401b通过绝缘介质(未图示)隔离出2个方向上的接触臂I'll’，导电插塞405阵列位于节点垫404’与第二端401b之间的层间介质(未图示)中，上下底部分别接触输入端404’ a、404’ b、与接触臂I’、II’，输入端404’ a、404’ b与接触臂I’、II’通过导电插塞405阵列电导通。[0043]应用本实施例的金属互连线电迁移测试结构对第二金属层403进行电迁移测试时，可以第一金属层的第一端401a作为阳极，第二端402b作为阴极，在第一节点垫404施加加载正向偏压，同时在第一节点垫404处感测产生的电压。根据欧姆定律由感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层403的电阻变化来表示在第二金属层403中电迁移的存在；还可以，第一金属层的第一端401a作为阴极，第二端402b作为阳极，在第二节点垫304’施加加载正向偏压，同时在第二节点垫404’处感测产生的电压。根据欧姆定律由感测的电压随时间的变化所反映的第二金属层403的电阻变化来表示在第二金属层403中电迁移的存在。
[0044]本实施例无论是在第一节点垫404还是第二节点垫404’上施加偏压，产生的电流被相应的节点垫的2个输入端分流成2股，然后从第一金属层的相应端的2个接触臂汇总到通孔填充，有效减小了该接触处周围区域中的第一金属层电流密度，改善第一金属层的电迁移效应，避免在第一金属层与通孔填充接触处周围区域中的意外的孔隙的产生，保证了第二金属层的电迁移测试的成功进行，提高了金属互连线电迁移测试的成功率。
[0045]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种金属互连线电迁移测试结构，包括第一金属层和待电迁移测试的第二金属层，所述第一金属层具有第一端和第二端，并分别通过一通孔填充与所述第二金属层电导通；所述金属互连线电迁移测试结构还包括位于所述第一端和/或第二端的节点垫，所述节点垫用于施加测试电压和感测电压，且所述节点垫具有多个输入端，所述多个输入端从不同方向连接第一端或第二端。
2.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述第一金属层与通孔填充接触处的宽度大于第二金属层的宽度和通孔填充直径。
3.如权利要求2所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述输入端通过导电插塞与第一金属层电导通。
4.如权利要求3所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，每个方向的导电插塞的数量为多个。
5.如权利要求4所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，每个方向的导电插塞构成一个阵列。
6.如权利要求5所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述阵列为圆形或矩形。
7.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述输入端的数量为个。
8.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述第一金属层接有节点垫的一端在所述不同方向上分别设有一个用于连接所述节点垫的输入端的接触臂。
9.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述导电插塞为接触孔插塞或通孔插塞。
10.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述第二金属层为多层互连线结构中的第一层金属线Ml，所述第一金属层为其他层金属线Mx，其中，X大于等于2。
11.如权利要求1所述的金属互连线电迁移测试结构，其特征在于，所述第一金属层为多层互连线结构中的第一层金属线Ml，所述第二金属层为其他层金属线Mx，其中，X大于等于2。
【文档编号】H01L23/544GK103456718SQ201210183140
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】陈芳, 甘正浩 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司