半导体可靠性测试结构的制作方法

本实用新型涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及一种半导体可靠性测试结构。

背景技术：

随着半导体技术的发展，集成电路元件的尺寸也持续收缩，在半导体工艺的后段工艺(BEOL)中通常采用金属互连层结构来实现电连接。

而应力迁移(Stress Migration，SM)是评价BEOL中金属互连层结构可靠性的重要测试项目之一。通常，所述金属互连层结构包括：两层以上的金属互连层，每层金属互连层中包括若干条金属互连线，若干金属互连线间填充有介电材料予以隔离，上下相邻的金属互连层结构之间也利用介电材料予以隔离，上下相邻的金属互连线通过通孔相连。由于金属互连线与介电材料的热膨胀系数差异相当大，因此当多层金属互连层结构的金属互连线所处的环境的温度产生较大的变化时，金属互连线与介电材料所受到的热应力差异也非常大，而使所述金属互连层结构内产生了所谓的应力迁移，在晶粒边界处会形成很对空洞甚至出现开路。

同时，在金属互连层结构中，还容易出现金属互连线的分层(Delamination)现象，一旦出现金属互连线分层现象，将会导致金属互连线与周围无电连接的其他金属互连线(包括同层或者上下相邻层的无电连接的其他金属互连线)之间造成短路连通，影响器件正常工作。然而，目前，针对金属互连线是否分层现象只能通过后续的物理特性分析和高温寿命测试(HTOL)去检测。

因此，还没有一种半导体可靠性测试结构既能够实现SM监测，又能够检测金属互连线是否分层现象。

技术实现要素：

本实用新型提供一种新的半导体可靠性测试结构，既可实现SM监测，又能够检测金属互连线是否分层现象。

为解决上述技术问题及相关问题，本实用新型提供的半导体可靠性测试结构，包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端；

每层金属互连层结构包括若干条金属互连线；

所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线；

在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路；

其中，N为大于或等于2的整数。

进一步的，在所述的半导体可靠性测试结构中，每层金属互连结构具有两个端口，所述单向导通电路结构分别连接上下相邻的所述金属互连层结构的一个端口；两个所述测试端分别连接底层金属互连层结构和顶层金属互连层结构的另一个端口。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述单向导通电路结构为单个二极管或者多个串联的二极管。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述半导体可靠性测试结构包括上、下两层金属互连层结构；上层金属互连层结构包括第一上层金属互连线、第二上层金属互连线和第三上层金属互连线；下层金属互连层结构包括第一下层金属互连线、第二下层金属互连线和第三下层金属互连线。

进一步的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述第一下层金属互连线和第一上层金属互连线排列成多第一条形结构，所述第一条形结构在第一方向延伸，在每一第一条形结构中，多个所述第一下层金属互连线和多个第一上层金属互连线通过所述通孔结构依次首尾连接，且每一第一条形结构的两端均为第一下层金属互连线，多第一条形结构通过所述第三下层金属互连线连接呈第一蛇形结构。

进一步的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述第二上层金属互连线和第二下层金属互连线排列成多第二条形结构，所述第二条形结构在第二方向延伸，在每一第二条形结构中，多个所述第二上层金属互连线和多个第二下层金属互连线通过所述通孔结构依次首尾连接，且每一第二条形结构的两端均为第二上层金属互连线，多第二条形结构通过所述第三上层金属互连线连接呈第二蛇形结构。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述多第一条形结构和多第二条形结构均等间距排列。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述第一方向和第二方向相垂直。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述第一蛇形结构的一端与第二蛇形结构的一端通过所述单向导通电路结构连接。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，所述第一蛇形结构的另一端连接一测试端，所述第二蛇形结构的另一端连接另一测试端。

可选的，所述半导体可靠性测试结构呈方形或者长方形结构。

可选的，在所述的半导体可靠性测试结构中，两个所述测试端分别连接两个焊盘，其中一测试端连接第一施加焊盘(F+)和第一感应焊盘(S+)；另一测试端连接第二施加焊盘(F-)和第二感应焊盘(S-)。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的半导体可靠性测试结构包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端；每层金属互连层结构包括若干条金属互连线；所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线；在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路；其中，N为大于或等于2的整数。因此，在进行测试时，首先通过两个测试端可以使所述单向导通电路结构处于反向截止状态，则所述半导体可靠性测试结构处于不导通状态，然后，再观察两个所述测试端的电性情况，如果所述半导体可靠性测试结构处于短路状态(如所述测试端有电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构出现分层现象，导致所述半导体可靠性测试结构中出现了无电连接的金属互连线间的短路情况。当所述半导体可靠性测试结构出现分层现象时，则反映出半导体制程线上后段制程出现问题；如果所述半导体可靠性测试结构处于开路状态(如所述测试端无电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象。

于是，当所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象时，便可接着通过两个所述测试端使所述单向导通电路结构处于正向导通状态，使所述半导体可靠性测试结构实现电连接，通过两个所述测试端进行SM监测。并且，所述半导体可靠性测试结构可以在进行完不同环境下的SM监测后，重复检测所述半导体可靠性测试结构是否有分层现象，进一步提高所述增强了半导体后段工艺监测的灵敏度。因此，所述半导体可靠性测试结构既可以进行SM监测，又可以进行是否分层现象的检测，从而增强了半导体后段工艺监测的灵敏度。

进一步的，所述半导体可靠性测试结构包括上、下两层金属互连层结构，所述半导体可靠性测试结构呈第一蛇形结构和第二蛇型结构嵌套分布。这样，所述半导体可靠性测试结构的SM监测敏感度大大提升；有效提高了切割道面积的利用率；而且线上缺陷扫描能快速侦测到弱点。

附图说明

图1为一种半导体可靠性测试结构的示意图；

图2为本实用新型实施例中所述半导体可靠性测试结构的立体结构图。

图3为本实用新型实施例中所述半导体可靠性测试结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，为一种半导体可靠性测试结构的示意图，所述半导体可靠性测试结构为蛇形结构，所述半导体可靠性测试结构包括上、下两层金属互连层结构和通孔结构，下层金属互连层结构包括若干条第一下层金属互连线11，上层金属互连层结构包括若干条第一上层金属互连线121和第二上层金属互连线122，所述第一下层金属互连线11和第一上层金属互连线121排列成多个第一条形结构，所述第一条形结构在第一方向(水平方向)延伸，在每一第一条形结构中，多个所述第一下层金属互连线11和多个第一上层金属互连线121通过所述通孔结构13依次首尾连接，且每一第一条形结构的两端均为第一上层金属互连线121，多个第一条形结构通过所述第二上层金属互连线122连接呈蛇形结构。

通常，采用开尔文四端测试法(图1中的测试端的示意图省略)对所述半导体可靠性测试结构进行测试，所述半导体可靠性测试结构可以进行SM监测，具体的，SM监测会对所述半导体可靠性测试结构执行高温烘烤，通过所述半导体可靠性测试结构的阻值变化来评价应力迁移状况。例如在烘烤前、烘烤了168小时、500小时及1000小时时，分别测试所述半导体可靠性测试结构的阻值变化，即可知晓所述半导体可靠性测试结构的应力迁移的情况，从而判断所形成的金属互连层结构的可靠性。

然而，上述半导体可靠性测试结构只能进行SM监测，对所述第一下层金属互连线11、第一上层金属互连线121或第二上层金属互连线122的分层现象却无法进行检测；并且，上述半导体可靠性测试结构中的第一下层金属互连线11和第一上层金属互连线121仅呈现一个方向(一维)分布，其应力并不集中，难以准确的反映出实际半导体器件中的应力集中情况。

于是，发明人通过研究，提出一种新的半导体可靠性测试结构，包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端；

每层金属互连层结构包括若干条金属互连线；

所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线；

在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路；

其中，N为大于或等于2的整数。

本实用新型提供的半导体可靠性测试结构包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端；每层金属互连层结构包括若干条金属互连线；所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线；在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路；其中，N为大于或等于2的整数。因此，在进行测试时，首先通过两个测试端可以使所述单向导通电路结构处于反向截止状态，则所述半导体可靠性测试结构处于不导通状态，然后，再观察两个所述测试端的电性情况，如果所述半导体可靠性测试结构处于短路状态(如所述测试端有电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构出现分层现象，导致所述半导体可靠性测试结构中出现了无电连接的金属互连线间的短路情况。当所述半导体可靠性测试结构出现分层现象时，则反映出半导体制程线上后段制程出现问题。如果所述半导体可靠性测试结构处于开路状态(如所述测试端无电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象。

于是，当所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象时，便可接着通过两个所述测试端使所述单向导通电路结构处于正向导通状态，使所述半导体可靠性测试结构实现电连接，通过两个所述测试端进行SM监测。并且，所述半导体可靠性测试结构可以在进行完不同烘烤时间的SM监测后，重复检测所述半导体可靠性测试结构是否有分层现象，进一步增强了半导体后段工艺监测的灵敏度。因此，所述半导体可靠性测试结构既可以进行SM监测，又可以进行是否分层现象的检测。

下面将结合示意图对本实用新型的半导体可靠性测试结构进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

以下列举所述半导体可靠性测试结构的实施例，以清楚说明本实用新型的内容，应当明确的是，本实用新型的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本实用新型的思想范围之内。

请参阅图2和图3，为本实施例中提供的一种半导体可靠性测试结构的立体结构图和俯视结构示意图，所述半导体可靠性测试结构包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端，每层金属互连层结构包括若干条金属互连线，所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线，在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路，其中，N为大于或等于2的整数。所述半导体可靠性测试结构可以为但不限于呈方形或者长方形结构，每层金属互连结构具有两个端口，所述单向导通电路结构分别连接上下相邻的所述金属互连层结构的一个端口；两个所述测试端分别连接其中任意两层的所述金属互连层结构的另一个端口，如：两个所述测试端分别连接底层金属互连层结构和顶层金属互连层结构的另一个端口。较佳的，在本实施列中，所述半导体可靠性测试结构包括上、下两层金属互连层结构，在其他实施例中，所述半导体可靠性测试结构还可以包括若干层金属互连层结构。

具体的，在本实施例中，下层金属互连层结构的下层金属互连线呈二维分布，所述下层金属互连层结构包括第一下层金属互连线211、第二下层金属互连线212和第三下层金属互连线213；上层金属互连层结构的上层金属互连线也呈二维分布，所述上层金属互连层结构包括第一上层金属互连线212、第二上层金属互连线222和第三上层金属互连线223。为了使所述半导体可靠性测试结构更加紧凑，应力更加集中，第一下层金属互连线211和所述第一上层金属互连线221排列成多个第一条形结构，所述第一条形结构在第一方向延伸，在每一第一条形结构中，多个所述第一下层金属互连线211和多个所述第一上层金属互连线221通过所述通孔结构23依次首尾连接，且每一第一条形结构的两端均为第一下层金属互连线211，多个第一条形结构通过所述第三下层金属互连线213连接呈第一蛇形结构；所述第二上层金属互连线222和第二下层金属互连线212排列成多个第二条形结构，所述第二条形结构在第二方向延伸，在每一第二条形结构中，多个所述第二上层金属互连222线和多个第二下层金属互连线212通过所述通孔结构23依次首尾连接，且每一第二条形结构的两端均为第二上层金属互连线222，多第二条形结构通过所述第三上层金属互连线223连接呈第二蛇形结构，并且，所述多个第一条形结构和多个第二条形结构均等间距排列。所述第一方向(水平方向)和第二方向(垂直方向)相垂直。

进一步的，所述半导体可靠性测试结构还包括至少一个单向导通电路结构24，所述单向导通电路结构24只要能够实现单向电路导通的功能即可，如可以为一个二极管24或者多个串联的二极管24，本实施例中，所述半导体可靠性测试结构包括一个单向导通电路结构24，以所述单向导通电路结构24为一个二极管(PN结)24为例。如图2和图3所示，将所述第一蛇形结构的一端A1与第二蛇形结构的一端B1通过所述二极管24连接(可以将所述第一蛇形结构的一端A1连接所述二极管24的正极，第二蛇形结构的一端B1连接所述二极管24的负极)。于是，将所述第一蛇形结构的另一端A2连接一测试端，所述第二蛇形结构的另一端B2连接另一测试端。

通常，采用开尔文四端法对所述半导体可靠性测试结构进行测试，因此，本实施例中，两个所述测试端分别连接两个焊盘，如，所述第一蛇形结构的另一端A2连接的测试端作为第一测试端，所述第一测试端连接第一施加焊盘(Force，F+)和第一感知焊盘(Sense，S+)；所述第二蛇形结构的另一端B2连接的另一测试端作为第二测试端，所述第二测试端连接第二施加焊盘(F-)和第二感知焊盘(S-)，这是本领域技术人员所知晓的，在此不做赘述。

为了更加清楚的说明本实施例中半导体可靠性测试结构的有益效果，现对所述半导体可靠性测试结构的具体工作原理进行详细的解释。

所述半导体可靠性测试结构既可以进行SM监测，还可以进行分层现象的检测。

具体的，首先，在所述第一施加焊盘(F+)和第二施加焊盘(F-)上施加反向电压，使所述二极管24处于反向截止状态，则在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线(包括第一下层金属互连线211、第二下层金属互连线212、第三金属互连线213和第一上层金属互连线221、第二上层金属互连线222、第三上层金属互连线223)、通孔结构23以及单向导通电路结构24之间形成的回路是不导通的，通过所述第一感知焊盘(S+)和第二感知焊盘(S-)检测是否有电流。当所述第一感知焊盘(S+)和第二感知焊盘(S-)检测到电流时(即所述半导体可靠性测试结构处于短路状态)，则说明所述半导体可靠性测试结构中出现分层现象，则将影响所形成的金属互连层结构的可靠性。当所述第一感知焊盘(S+)和第二感知焊盘(S-)检测不到电流时(即所述半导体可靠性测试结构处于开路状态)，则说明所述半导体可靠性测试结构中没有分层现象。

当检测到所述半导体可靠性测试结构中没有分层现象时，接下来，就可以进行SM监测了。接着，在所述第一施加焊盘(F+)和第二施加焊盘(F-)上再施加正向电压，使所述二极管24处于正向导通状态，这样，在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构23以及单向导通电路结构24之间形成的回路都是连通的，可以进行SM监测。详细的，如SM监测通常会在烘烤前测试所述半导体可靠性测试结构的阻值，然后，将所述半导体可靠性测试结构烘烤168小时后，再测试所述半导体可靠性测试结构的阻值，通过前后阻值变化情况去判断所述半导测试结构的应力迁移状况。并且，在对烘烤完168小时的半导体可靠性测试结构进行完SM监测后，还可以重复检测所述半导体可靠性测试结构是否出现分层现象，然后，再进行烘烤下一时间段(如烘烤500小时或1000小时等)的SM监测，SM监测后，同样可以继续检测所述半导体可靠性测试结构是否出现分层现象。这样，可以检测在不同环境下的所述半导体可靠性测试结构是否出现分层现象。

综上，本实施例的半导体可靠性测试结构不仅可以进行SM监测，还可以检测分层现象。并且，所述半导体可靠性测试结构呈嵌套式的蛇形结构(即第一蛇形结构和第二蛇形结构嵌套在一起)，所述半导体可靠性测试结构非常紧凑，应力很集中，更加有利于检测金属互连线是否分层的现象，从而提高所述半导体可靠性测试结构的SM监测敏感度大大提升；有效提高了切割道面积的利用率；而且线上缺陷扫描能快速侦测到弱点。

综上，本实用新型提供的半导体可靠性测试结构包括N层金属互连层结构、通孔结构、至少一个单向导通电路结构以及两个测试端；每层金属互连层结构包括若干条金属互连线；所述通孔结构用于电连接上下相邻层的所述金属互连线；在两个所述测试端之间，所有的所述金属互连线、通孔结构以及单向导通电路结构之间形成一条回路；其中，N为大于或等于2的整数。因此，在进行测试时，首先通过两个测试端可以使所述单向导通电路结构处于反向截止状态，则所述半导体可靠性测试结构处于不导通状态，然后，再观察两个所述测试端的电性情况，如果所述半导体可靠性测试结构处于短路状态(如所述测试端有电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构出现分层现象，导致所述半导体可靠性测试结构中出现了无电连接的金属互连线间的短路情况。当所述半导体可靠性测试结构出现分层现象时，则反映出半导体制程线上后段制程出现问题；如果所述半导体可靠性测试结构处于开路状态(如所述测试端无电流情况)，则说明所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象。

于是，当所述半导体可靠性测试结构没有出现分层现象时，便可接着通过两个所述测试端使所述单向导通电路结构处于正向导通状态，使所述半导体可靠性测试结构实现电连接，通过两个所述测试端进行SM监测。并且，所述半导体可靠性测试结构可以在进行完不同环境下的SM监测后，重复检测所述半导体可靠性测试结构是否有分层现象，进一步增强了半导体后段工艺监测的灵敏度。因此，所述半导体可靠性测试结构既可以进行SM监测，又可以进行是否分层现象的检测。

进一步的，所述半导体可靠性测试结构包括上、下两层金属互连层结构，所述半导体可靠性测试结构呈第一蛇形结构和第二蛇型结构嵌套分布。这样，所述半导体可靠性测试结构的SM监测敏感度大大提升；有效提高了切割道面积的利用率；而且线上缺陷扫描能快速侦测到弱点。

显然，在上述实施例中仅为本实用新型的较佳实施例而已，因此，上述实施例并不用以限制本实用新型。本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。