电迁移测试结构及测试方法与流程

本发明涉及半导体电路设计领域，特别是涉及一种电迁移测试结构。本发明还涉及基于该结构的测试方法。

背景技术：

随着技术结点的日益缩小，技术的日益更新金属互联线电迁移可靠性变得越来越重要，越来越具有挑战性。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。

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。

目前后端制程的电迁移是我们常用的可靠性评估测试方法。传统的em测试结构如图1所示(viauporviadown测试，图1为viaup结构，反之同理)。

在业界目前的技术点越来越缩至28纳米及以下之后，后端的金属关键尺寸(cd)变得越来越小。而对器件的电压和电流密度的要求却没有对应减少。同时电迁移又需要一定的长度才能明显发生电迁移现象，一般来说长度需要大于blechlength，如图1中电迁移线≥400um(jedec标准)。这样，根据r＝ρl/s，在相同测试长度下电阻值变得越来越大。而em的失效标准是

因此在初始阻值比较大，em效应造成的失效物理空洞大小差不多的情况下，探测10％的阻值变化变得越来越困难。影响了em失效时间点(timetofailure，ttf)的正确判断，从而影响测试寿命(lifetime)的评估。

同时,随着技术结点的缩小，em失效以及通孔的制程好坏造成的应力效应都有可能导致阻值变化。这样的话需要探测到失效点在金属线中发生位置(阴极还是阳极)，来初步判断有可能的失效原因。以进一步fa验证。目前的测试结构无法判断阻值的变化时哪里导致的。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题是，设计一种电迁移测试结构，能提升测试系统对于每个测试样品的失效时间判断并能提升测试寿命的推荐准确性。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种电迁移测试结构，包括：金属测试结构，所述金属测试结构具有首端和末端，所述金属测试结构包括至少两条金属测试线；金属连接结构，其与所述金属测试结构的首端和末端电连接以使所述金属测试结构中的金属测试线并联，所述金属连接结构还设有加载电流节点和量测电压节点，所述加载电流节点用于施加所述第一测试金属线及第二测试金属线的电流，所述量测电压节点用于量测所述第一测试金属线及第二测试金属线并联后的电压。

优选地，所述金属连接结构设置有阴极结构和阳极结构，所述金属连接结构的一端与阴极结构电连接，所述金属连接结构的另一端与阳极结构电连接。

优选地，所述加载电流节点包括第一加载电流节点和第二加载电流节点，所述量测电压节点包括第一量测电压节点和第二量测电压节点，所述第一加载电流节点和第一量测电压节点设置在所述阳极结构上，所述第二加载电流节点和所述第二量测电压节点设置在所述阴极结构上。

优选地，所述金属测试结构包括第一测试金属线和第二测试金属线，所述第一测试金属线和第二测试金属线的电阻值相同。

优选地，所述金属测试结构还包括冗余金属条，所述冗余金属条设置在所述第一测试金属线和第二测试金属线之间。

优选地，所述金属测试结构位于所述金属连接结构的上层金属层中。

优选地，所述金属测试结构位于顶层金属层中。

优选地，还设有通孔，所述金属连接结构与第一测试金属线通过通孔电连接。

优选地，还设有通孔，所述金属连接结构与第二测试金属线通过通孔电连接。

优选地，所述加载电流节点与焊盘电连接，所述量测电压节点与焊盘电连接。

优选地，所述金属测试结构还包括中间位置节点，所述中间位置节点电连接到焊盘用于量测电压。

本发明还提供一种基于电迁移测试结构的测试方法，包括以下步骤：步骤一，将电迁移测试结构的加载电流节点与焊盘电连接，所述量测电压节点与焊盘电连接；步骤二，在金属测试结构的中间位置设节点并连接到焊盘；步骤三，在测试过程中实时监控阻值变化。

优选地，还包括步骤四，直到最终电阻值达到10％变化，测试结束。

附图说明

图1是现有技术的电迁移测试结构示意图。

图2是本发明的电迁移测试结构示意图。

图3是本发明的电迁移测试结构等效电路示意图。

附图标记说明

10金属测试结构11第一测试金属线

12第二测试金属线20金属连接结构

21第一加载电流节点22第二加载电流节点

23第一量测电压节点24第二量测电压节点

25中间位置节点30通孔

40下层金属层50上层金属层

60冗余金属条

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。

实施例一电迁移测试结构

本发明的电迁移测试结构包括金属测试结构10和金属连接结构20；所述金属测试结构10具有首端和末端，所述金属测试结构包括至少两条金属测试线；所述金属连接结构20与所述金属测试结构10的首端和末端电连接以使所述金属测试结构中的金属测试线并联，所述金属连接结构还设有加载电流节点和量测电压节点，所述加载电流节点用于施加所述第一测试金属线及第二测试金属线的电流，所述量测电压节点用于量测所述第一测试金属线及第二测试金属线并联后的电压。

在本实施例中，所述金属测试结构包括第一测试金属线11和第二测试金属线12，所述第一测试金属线11和第二测试金属线12的电阻值相同。由于并联两个相同测试金属线,降低了电路阻值，对于探测阻值变化10％变得容易探测。从有利于em测试判断失效，而提升了测试系统对于每个测试样品的失效时间判断，提升了测试寿命的推荐准确性。

所述金属连接结构设置有阴极结构和阳极结构，所述金属连接结构的一端与阴极结构电连接，所述金属连接结构的另一端与阳极结构电连接。

所述加载电流节点包括第一加载电流节点21和第二加载电流节点22，所述量测电压节点包括第一量测电压节点23和第二量测电压节点24，所述第一加载电流节点和第一量测电压节点设置在所述阳极结构上，所述第二加载电流节点和所述第二量测电压节点设置在所述阴极结构上。

所述第一加载电流节点21和第二加载电流节点22与焊盘(pad)连接，用于加载(force)电流；所述第一量测电压节点23和第二量测电压节点24与焊盘(pad)连接，用于量测(sense)电压。

所述金属测试结构还包括冗余(dummy)金属条60，所述冗余金属条设置在所述第一测试金属线和第二测试金属线之间。由于金属分布密度保持在一定范围内对工艺制备起着关键作用，而金属密度小于规定区域就需要用冗余(dummy)金属条60来填充，使得整个芯片该层金属分布比较均匀。

所述金属测试结构位于所述金属连接结构的上层金属层中。优选地，所述第一金属层为顶层金属层。

本发明的电迁移测试结构还设有通孔30，所述金属连接结构与第一测试金属线通过通孔30电连接，所述金属连接结构与第二测试金属线通过通孔30电连接。

所述金属测试结构还包括中间位置节点25，所述中间位置节点25电连接到焊盘用于量测电压。这样可以在测试过程中实时监控如图三的四部分等效电路的阻值变化，直到最终达到10％变化，测试结束。通过对各部分阻值的分析可以进一步知道导致em失效阻值变化的空洞部分在测试结构哪里，比如阴极还是阳极部分以初步判断制程问题同时提供fa分析位置。

实施例二基于电迁移测试结构的测试方法

步骤一，将电迁移测试结构的加载电流节点与焊盘电连接，所述量测电压节点与焊盘电连接。所述电迁移测试结构包括：金属测试结构10和金属连接结构20；所述金属测试结构10具有首端和末端，所述金属测试结构包括至少两条金属测试线；在本实施例中，所述金属测试结构包括第一测试金属线11和第二测试金属线12，所述第一测试金属线11和第二测试金属线12的电阻值相同。所述金属连接结构20与所述金属测试结构10的首端和末端电连接以使所述金属测试结构中的金属测试线并联，所述金属连接结构还设有加载电流节点和量测电压节点，所述加载电流节点用于施加所述第一测试金属线及第二测试金属线的电流，所述量测电压节点用于量测所述第一测试金属线及第二测试金属线并联后的电压。所述金属连接结构设置有阴极结构和阳极结构，所述金属连接结构的一端与阴极结构电连接，所述金属连接结构的另一端与阳极结构电连接。所述加载电流节点包括第一加载电流节点21和第二加载电流节点22，所述量测电压节点包括第一量测电压节点23和第二量测电压节点24，所述第一加载电流节点和第一量测电压节点设置在所述阳极结构上，所述第二加载电流节点和所述第二量测电压节点设置在所述阴极结构上。所述第一加载电流节点21和第二加载电流节点22与焊盘(pad)连接，用于加载(force)电流；所述第一量测电压节点23和第二量测电压节点24与焊盘(pad)连接，用于量测电压。所述金属测试结构还包括冗余(dummy)金属条，所述冗余金属条设置在所述第一测试金属线和第二测试金属线之间。所述金属测试结构位于所述金属连接结构的上层金属层中。优选地，所述第一金属层为顶层金属层。

本发明的电迁移测试结构还设有通孔30，所述金属连接结构20与第一测试金属线通过通孔30电连接，所述金属连接结构与第二测试金属线通过通孔30电连接。

由于本测试结构并联两个相同的测试金属线以及通孔，根据并联电路的阻值计算：

r1和r2分别为并联电路上的第一测试金属线和第二测试金属线的阻值，这样并联后总的阻值减半，对于探测阻值变化10％变得容易探测。从而提升了测试系统对于每个测试样品的失效时间判断，提升了测试寿命的推荐准确性。

步骤二，在金属测试结构的中间位置设节点并连接到焊盘；

在第一测试金属线和第二测试金属线的中间位置外加两个连线连接到焊盘(pad)，用于量测(sense)电压，这样可以在测试过程中实时监控如图三的四部分等效电路的阻值变化，直到最终达到10％变化，测试结束。通过对各部分阻值的分析可以进一步知道导致em失效阻值变化的空洞部分在测试结构哪里，比如阴极还是阳极部分以初步判断制程问题同时提供fa分析位置。

步骤三，在测试过程中实时监控阻值变化。

步骤四，直到最终电阻值达到10％变化，测试结束。

本发明的电迁移em测试电路设计方法,通过并联两个相同测试金属线,降低了电路阻值，对于探测阻值变化10％变得容易探测。从有利于em测试判断失效，而提升了测试系统对于每个测试样品的失效时间判断，提升了测试寿命的推荐准确性。本发明适用于28纳米及以下新技术结点。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。