金属电迁移测试电路结构的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种金属电迁移测试电路结构。

背景技术：

金属电迁移的检测对于半导体制程是非常关键的技术，对于提高产品的良率和可靠性非常重要。集成电路芯片内部采用金属互连线来引导工作电流，但是在电流和温度的长期作用下，这些互连线中可能出现电迁移，引起互连线的开路或短路，从而导致产品失效。为了提前发现或评估此类可靠性问题的风险大小，需要对产品或相关制造工艺进行针对电迁移测试。

现有的金属电迁移测试结构如图1和图2所示，图1中，底层金属层111和上层金属层112通过通孔层113连接，测试线在底层金属层111上，图2中，底层金属层121和上层金属层122通过通孔层123连接，测试线在上层金属层122上。当金属电迁移测试结构某个位置在应力作用下出现缺陷,导致电阻变化达到一定量时,即可认定该结构失效。但是，由于电迁移失效有可能发生在金属互连线的不同位置,后续还需要通过失效分析定位失效位置,耗时费力。并且，这种金属电迁移测试结构还需要设置多个，才能测试后端各金属层的失效问题，然而电迁移的可靠性评估需要评测到后端的各层结构，经常由于切割道面积有限，不得不删减测试结构，这给产品的后端测试评估带来了很多困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属电迁移测试电路结构，可以同时测试多个待测试失效问题的位置，并且测试后能精确定位到具体失效的位置。

为了达到上述目的，本发明提供了一种金属电迁移测试电路结构，包括：

由下至上的多层金属层；

连接相邻所述金属层的通孔层；

与所有所述金属层连通并向所有所述金属层和所述通孔层提供电流的引线端；

以及，位于每层所述金属层上的测试线，通过测试所述测试线上的信号，以判断所述金属层或所述通孔层是否发生电迁移。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述引线端包括第一引线端和第二引线端，所述金属层包括底层金属层和顶层金属层，所述顶层金属层位于所述底层金属层上方，所述第一引线端连接所述底层金属层，所述第二引线端连接所述顶层金属层。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述第一引线端和第二引线端中一个是电流输入端，另一个是电流输出端。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述电流输入端输入的电流大于所述金属层和所述通孔层中的工作电流。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，每层所述金属层上至少设置一根测试线。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述多层金属层包括：第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层分别由下至上设置，所述第一金属层为底层金属层，所述第四金属层为顶层金属层。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述通孔层包括：第一通孔层、第二通孔层和第三通孔层；所述第一通孔层连接所述第一金属层和所述第二金属层；所述第二通孔层连接所述第二金属层和所述第三金属层；所述第三通孔层连接所述第三金属层和所述第四金属层。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述第一引线端连接所述第一金属层；所述第二引线端连接第四金属层。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，在所述第一金属层上位于所述第一通孔层和第一引线端之间并且靠近第一通孔层的地方设置有至少一根测试线；在第二金属层上位于相邻两通孔层之间并且分别靠近两通孔层的地方分别设置有至少一根测试线；在第三金属层上位于相邻两通孔层之间并且分别靠近两通孔层的地方分别设置有至少一根测试线；在所述第四金属层上位于所述第三通孔层和第二引线端之间并且靠近第三通孔层的地方设置有至少一根测试线。

可选的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述测试线包括：第一测试线、第二测试线、第三测试线、第四测试线、第五测试线和第六测试线；所述第一测试线在所述第一金属层上位于所述第一引线端与所述第一通孔层之间并且靠近第一通孔层的地方；所述第二测试线在第二金属层上位于所述第一通孔层和所述第二通孔层之间并且靠近第一通孔层的地方；所述第三测试线在第二金属层上位于所述第一通孔层和所述第二通孔层之间并且靠近第二通孔层的地方；所述第四测试线在第三金属层上位于所述第二通孔层和所述第三通孔层之间并且靠近第二通孔层的地方；所述第五测试线在第三金属层上位于所述第二通孔层和所述第三通孔层之间并且靠近第三通孔层的地方；所述第六金属线在第四金属层上位于所述第三通孔层与所述第二引线端之间并且靠近第三通孔层的地方。

在本发明提供的金属电迁移测试电路结构中，通过测试通孔层连接的相邻所述金属层上的测试线的信号，以判断所述金属层或所述通孔层是否发生电迁移，而多个测试线，可以同时测试到多个待测试失效问题的位置，并且测试后能根据不同测试线的位置精确定位到具体失效的位置。

附图说明

图1和图2是现有技术金属电迁移测试电路结构的示意图；

图3是本发明实施例的金属电迁移测试电路结构的示意图；

图中：111-底层金属层、112-上层金属层、113-通孔层、121-底层金属层、122-上层金属层、123-通孔层、211-第一金属层、212-第二金属层、213-第三金属层、214-第四金属层、221-第一通孔层、222-第一通孔层、223-第一通孔层、231-第一测试线、232-第二测试线、233-第三测试线、234-第四测试线、235-第五测试线、236-第六测试线、241-第一引线端、242-第二引线端。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。

本发明提供了一种金属电迁移测试电路结构，包括：

由下至上的多层金属层；

连接相邻所述金属层的通孔层；

与所有所述金属层连通并向所有所述金属层和所述通孔层提供电流的引线端；

以及，位于每层所述金属层上的测试线，通过测试所述测试线上的信号，以判断所述金属层或所述通孔层是否发生电迁移。

进一步的，在所述的金属电迁移测试电路结构中，所述引线端包括第一引线端和第二引线端，所述金属层包括底层金属层和顶层金属层，所述顶层金属层位于所述底层金属层上方，所述第一引线端连接所述底层金属层，所述第二引线端连接所述顶层金属层。若所述第一引线端为电流输入端时，所述第二引线端为电流输出端，电流从第一引线端进入，从第二引线端输出，中间经过所有金属层和通孔层，电子流从第二引线端经过金属层和通孔层向第一引线端运动，此金属电迁移测试电路结构反映的是电子流向下的电迁移可靠性，反之，若所述第一引线端为电流输出端时，所述第二引线端为电流输入端。电流从第二引线端进入，则电子流从第一引线端流向第二引线端，金属层结构反映的是电子(e-)流向上移动(viaup)的电迁移可靠性，这两种方式可以反映所有金属层的电子流向上(viaup)和电子流向下(viadown)的测试情况。这样节省了很多测试资源、测试时间和在切割道上的摆放面积。

优选的，所述引线端输入的电流大于所述金属层和所述通孔层的工作电流。以使得金属层或者通孔层可以发生电迁移。

优选的，每层所述金属层上至少设置一根测试线。顶层金属层和底层金属层分别设置有至少一根测试线，在顶层金属层和底层金属层之间的其他金属层，每层至少设置有两根测试线。

具体的，如图3，所述金属层包括：第一金属层211、第二金属层212、第三金属层213和第四金属层214，所述第一金属层211、第二金属层212、第三金属层213和第四金属层214分别由下至上设置，其中：第一金属层211为底层金属层，第四金属层214为顶层金属层。本发明实施例采用4个金属层作为例子，在本发明的其他实施例中，还可以是其他数量的金属层。

优选的，所述通孔层为多个，具体的，可以为3个，分别为：第一通孔层、第二通孔层和第三通孔层。所述第一通孔层221连接所述第一金属层211和所述第二金属层212；所述第二通孔层222连接所述第二金属层212和所述第三金属层213；所述第三通孔层223连接所述第三金属层213和所述第四金属层214。所述第一引线端241连接所述第一金属层211；所述第二引线端242连接第四金属层214。本发明实施例采用3个通孔层作为例子，在本发明的其他实施例中，还可以是其他数量的通孔层。

优选的，在所述第一金属层211上位于所述第一通孔层221和第一引线端241之间并且靠近第一通孔层221的地方设置有至少一根测试线；在第二金属层212上位于相邻两通孔层之间并且分别靠近两通孔层的地方分别设置有至少一根测试线；在第三金属层213上位于相邻两通孔层之间并且分别靠近两通孔层的地方分别设置有至少一根测试线；在所述第四金属层214上位于所述第三通孔层223和第二引线端242之间并且靠近第三通孔层223的地方设置有至少一根测试线。

进一步的，所述测试线为多根，具体的，可以为6根，包括：第一测试线231、第二测试线232、第三测试线233、第四测试线234、第五测试线235和第六测试线236；所述第一测试线231在第一金属层211上位于所述第一引线端241与所述第二金属层232之间并且靠近第一通孔层221的地方；所述第二测试线232在第二金属层212上位于所述第一通孔层221和所述第二通孔层222之间并且靠近第一通孔层221的地方；所述第三测试线233在第二金属层212上位于所述第一通孔层221和所述第二通孔层222之间并且靠近第二通孔层222的地方；所述第四测试线234在第三金属层213上位于所述第二通孔层222和所述第三通孔层223之间并且靠近第二通孔层222的地方；所述第五测试线235在第三金属层213上位于所述第二通孔222层和所述第三通孔层223之间并且靠近第三通孔层223的地方；所述第六金属线236在第四金属层214上位于所述第三金属层213与所述第二引线端242之间并且靠近第三通孔层223的地方。本发明实施例采用6个测试线作为例子，在本发明的其他实施例中，还可以是其他数量的测试线。

如果从第一引线端241输入电流，电流经过第一金属层211、第一通孔层221、第二金属层212、第二通孔层222、第三金属层213、第三通孔层223和第四金属层214到达第二引线端242，而电子则从第二引线端242、第四金属层214、第三通孔层223、第三金属层213、第二通孔层222、第二金属层212、第一通孔层221到达第一引线端241，则可以反映金属层结构的电子流向下移动(viadown)的电迁移可靠性。测试第一测试线231和第二测试线232之间的电阻的变化就可以测试第一金属层211、第二金属层212和第一通孔层221是否发生电迁移。而测试第三测试线233和第四测试线234之间的电阻的变化就可以测试第二金属层212、第三金属层213和第二通孔层222是否发生电迁移。而测试第五测试线235和第六测试线236之间电阻的变化就可以测试第三金属层213、第四金属层214和第三通孔层223是否发生电迁移。如果从第二引线端242输入电流，电流和电子的流向均和从第一引线端241输入电流时相反，但是测试方法是一样的，在此不做赘述。

综上，在本发明实施例提供的金属电迁移测试电路结构中，通过测试通孔层连接的相邻所述金属层上的测试线的信号，以判断所述金属层或所述通孔层是否发生电迁移，而多个测试线，可以同时测试到多个待测试失效问题的位置，并且测试后能根据不同测试线的位置精确定位到具体失效的位置。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。