电迁移测试结构及其测试方法、以及测试封装结构与流程

本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种电迁移测试结构及其测试方法、以及测试封装结构。

背景技术：

1、在半导体制造中，金属互连线的电迁移(electron-migration，em)可靠性是评估半导体互连线制造工艺的一个重要的指标，也是限制工艺微缩技术瓶颈之一，还是影响半导体器件可靠性性能的主要因素。

2、其中，在器件工作时，金属互连线内有一定电流通过并产生电场，电子随电场的定向移动发生与金属原子发生动量交换，形成金属离子的迁移，金属离子的迁移容易在金属互连线的局部区域产生空洞，且当所述空洞达到一定程度时，金属互连线的电阻大大增加，从而导致电迁移可靠性下降或失效。

3、为了判断所形成的金属互连线的可靠性，电迁移测试成为了评估半导体器件可靠性的重要测试项目，进而检验半导体器件的性能。

技术实现思路

1、本发明实施例解决的问题是提供一种电迁移测试结构及其测试方法、以及测试封装结构，提高电迁移测试的数据可靠性、缩短测试周期、节省样品，以及提高失效分析的产能。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供一种电迁移测试结构，包括：分立设置的主测试结构和辅助测试结构，主测试结构和辅助测试结构均包括待测金属层以及电连接待测金属层的信号金属层；其中，主测试结构的待测金属层为第一待测金属层，主测试结构的信号金属层为第一信号金属层，第一待测金属层与第一信号金属层堆叠设置，并通过位于两者之间的通孔互连结构实现电连接；辅助测试结构的待测金属层为第二待测金属层，辅助测试结构的信号金属层为第二信号金属层，第二待测金属层与第二信号金属层同层设置并直接相连，第一待测金属层与第二待测金属层同层设置。

3、相应的，本发明实施例还提供一种测试封装结构，包括：测试体，测试体上设置有多个第一焊盘；本发明实施例的电迁移测试结构，电迁移测试结构的主测试结构和辅助测试结构安装于同一测试体上，电迁移测试结构还包括与信号金属层对应电连接的第二焊盘，主测试结构和辅助测试结构的第二焊盘与对应的第一焊盘电连接。

4、相应的，本发明实施例还提供一种电迁移测试方法，包括：本发明实施例的电迁移测试结构；在相同的测试条件下同时对主测试结构和辅助测试结构进行测试，得到相对应的可靠性测试数据；基于主测试结构和辅助测试结构的可靠性测试数据的比较结果，对电迁移测试结构进行失效分析。

5、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

6、本发明实施例提供的电迁移测试结构(test key)包括分立设置的主测试结构和辅助测试结构，主测试结构的第一待测金属层与第一信号金属层堆叠设置，并通过位于两者之间的通孔互连结构实现电连接，辅助测试结构的第二待测金属层与第二信号金属层同层设置并直接相连，且第一待测金属层与第二待测金属层同层设置；其中，通过在同一个测试结构中集成主测试结构和辅助测试结构，从而实现对同层设置、但不同类型的金属互连结构的待测金属层的同时测试及监控，主测试结构与实际产品的互连结构的结构相同，能够用于评估实际产品的电迁移可靠性，而辅助测试结构的设置，起到了同步补测和验证的作用(例如，若可重复出现失效现象，则代表此失效现象真实存在，主测试结构的数据真实可靠)，而且有利于规避因重新制样并补测所引起的不确定因素，从而有利于提高电迁移测试的数据可靠性；此外，由于实现了同步补测，相应能够缩短测试周期并节省样品，且提高了可靠性测试的产能；同时，辅助测试结构的第二待测金属层与第二信号金属层同层设置并直接相连，辅助测试结构未设有通孔互连结构，通过对有/无通孔互连结构这两种情况的分立分析，便于初步得出潜在的失效模式(例如，可判断失效位置是否为通孔互连结构)，从而有利于更有针对性进行失效分析(failure analysis，fa)，进而也提高了失效分析的产能。

7、本发明实施例提供的电迁移测试方法中，在相同的测试条件下同时对主测试结构和辅助测试结构进行测试，得到相对应的可靠性测试数据，基于主测试结构和辅助测试结构的可靠性测试数据的比较结果，对电迁移测试结构进行失效分析；其中，主测试结构与实际产品的互连结构的结构相同，能够用于评估实际产品的电迁移可靠性，而辅助测试结构的设置，起到了同步补测和验证的作用(例如，若可重复出现失效现象，则代表此失效现象真实存在，主测试结构的数据真实可靠)，而且有利于规避因重新制样并补测所引起的不确定因素，从而有利于提高电迁移测试的数据可靠性；此外，由于实现了同步补测，相应能够缩短测试周期并节省样品，且提高了可靠性测试的产能；同时，辅助测试结构的第二待测金属层与第二信号金属层同层设置并直接相连，辅助测试结构未设有通孔互连结构，通过对有/无通孔互连结构这两种情况的分立分析，便于初步得出潜在的失效模式(例如，可判断失效位置是否为通孔互连结构)，从而有利于更有针对性进行失效分析，进而也提高了失效分析的产能。

技术特征：

1.一种电迁移测试结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一待测金属层和第二待测金属层的各尺寸相同，所述尺寸包括有效长度、宽度和厚度。

3.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第二信号金属层包括主体部以及连接主体部和第二待测金属层的连接部，沿所述主体部指向第二待测金属层的方向，所述连接部的宽度递减，且所述连接部和第二待测金属层在交界处的宽度相同。

4.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述第一待测金属层和所述通孔互连结构为一体结构。

5.如权利要求1所述的电迁移测试结构，其特征在于，沿所述第一待测金属层与第一信号金属层的堆叠方向，所述第一待测金属层位于所述第一信号金属层的上方，或者，所述第一待测金属层位于所述第一信号金属层的下方。

6.如权利要求1～5任一项所述的电迁移测试结构，其特征在于，在所述主测试结构和辅助测试结构中的任意一个中，所述信号金属层分别位于相对应的所述待测金属层两侧，并分别与相对应的所述待测金属层的两端电连接，位于所述待测金属层一侧的信号金属层包括第一信号施加端和第一检测端，位于所述待测金属层另一侧的信号金属层包括第二信号施加端和第二检测端。

7.如权利要求1～5任一项所述的电迁移测试结构，其特征在于，所述待测金属层和信号金属层均包括：导电层、以及覆盖所述导电层的底部和侧壁的粘附阻挡层；

8.一种测试封装结构，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的测试封装结构，其特征在于，所述测试封装结构还包括：引线，电连接所述第一焊盘和相对应的第二焊盘。

10.一种电迁移测试方法，其特征在于，包括：

11.如权利要求10所述的电迁移测试方法，其特征在于，提供所述电迁移测试结构后，在相同的测试条件下同时对所述主测试结构和辅助测试结构进行测试之前，还包括：将所述电迁移测试结构安装于同一测试体上，并使所述测试结构的信号金属层与所述测试体对应的焊盘电连接，以实现对所述测试结构的封装；

12.如权利要求10所述的电迁移测试方法，其特征在于，基于所述主测试结构和辅助测试结构的可靠性测试数据的比较结果，对所述电迁移测试结构进行失效分析，包括：基于所述主测试结构和辅助测试结构各自的可靠性测试数据，确定所述主测试结构和辅助测试结构的失效位置，所述失效位置用于表示失效模式；

13.如权利要求12所述的电迁移测试方法，其特征在于，在所述主测试结构和辅助测试结构中的任意一个中，所述信号金属层分别位于相对应的所述待测金属层两侧，并分别与相对应的所述待测金属层的两端电连接，位于所述待测金属层一侧的信号金属层包括第一信号施加端，位于所述待测金属层另一侧的信号金属层包括第二信号施加端，且所述第一信号施加端和第二信号施加端中的其中一端为阴极，另一端为阳极；

14.如权利要求13所述的电迁移测试方法，其特征在于，所述失效时间区间包括最短失效时间区间，所述最短失效时间区间对应的失效位置为通孔互连接结构中；

15.如权利要求14所述的电迁移测试方法，其特征在于，通过比较所述主测试结构和辅助测试结构的失效位置，对所述主测试结构的可靠性测试数据进行验证，还包括：判定所述电迁移测试结构的失效位置为所述待测金属层中后，判断所述主测试结构和辅助测试结构的失效时间是否分布于相同类型的失效区间内；

技术总结
一种电迁移测试结构及其测试方法、以及测试封装结构，电迁移测试结构包括：分立设置的主测试结构和辅助测试结构，主测试结构和辅助测试结构均包括电连接的待测金属层和信号金属层，主测试结构的待测金属层为第一待测金属层，主测试结构的信号金属层为第一信号金属层，第一待测金属层与第一信号金属层堆叠设置，并通过位于两者之间的通孔互连结构实现电连接；辅助测试结构的待测金属层为第二待测金属层，辅助测试结构的信号金属层为第二信号金属层，第二待测金属层与第二信号金属层同层设置并直接相连，第一待测金属层与所述第二待测金属层同层设置。所述测试结构提高了电迁移测试的数据可靠性、缩短测试周期、节省样品，以及提高失效分析的产能。

技术研发人员：韩兆翔,杨莉娟
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15