專利名稱：電遷移測試結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種電遷移測試結構，尤其涉及ー種能夠提高使用壽命的電遷移測試結構。
背景技術：
電遷移現象(Electromigration)是集成電路互連制造中一種常見的問題。電遷移通常是指在電流密度極高的區域中，在電場的作用下金屬離子物理遷移運動造成元件或 電路失效的現象。電遷移現象發生在相鄰界面的表面，如常見的金屬離子遷移和發生在金屬導體內部的金屬化電子遷移。金屬是晶體，在晶體內部金屬離子按序排列。當不存在外電場時，金屬離子可以在晶格內通過空位而變換位置，這種金屬離子運動稱為自由擴散。因為移向鄰近空位的離子有相同的概率，所以自由擴散的結果并不產生質量輸運。當有直流電流通過金屬導體時，在電場的作用下，金屬離子產生定向運動，形成金屬離子的遷移現象，電遷移伴隨著質量的輸運。所謂金屬電遷移失效，通常是指金屬層因金屬離子的遷移在局部區域由于出現凸起物(Hillocks)和空洞(Voids),在銅連線的器件中，在陰極會產生大量的空洞聚集，當凸起物或空洞達到一定程度時而造成的連線電阻大大增加，電阻増大到一定程度導致互連斷開，造成器件或互連性能退化或失效。為監控半導體器件中的電遷移情況，現通常在半導體器件中或晶圓的切割道中設置電遷移測試結構來監控電遷移對半導體器件的影響。圖I為現有技術中ー種電遷移測試結構的示意圖。如圖I所示，現有技術中的電遷移測試結構，包括第一導線段11、第二導線段12和第三導線段13，其中第一導線段11通過垂直設置的第一通孔插塞21連接于第三導線段13的一端，所述第二導線段12通過垂直設置的第二通孔插塞22連接于第三導線段13的另一端，其中第一通孔插塞21和第二通孔插塞22分別距離第三導線段13的兩端留有預設段。在本實施例中，第一導線段11為陰極測試端，第二導線段12為陽極測試端，當有電遷移測試結構工作通入電流時，在第三導線段13中產生電遷移效應，在靠近第一通孔插塞21的一端產生空洞，預設段能夠轉移部分空洞，從而延長電遷移測試結構的使用壽命，提高電遷移測試結構的可靠性。然而，采用預設段結構只能有限地延長電遷移測試結構的使用壽命，因為預設段沒有與其他導電介質連接，故只能轉移部分空洞。若空洞聚集過大，第三導線段13靠近第一通孔插塞21處仍會聚集大量的孔洞1，導致電遷移測試結構斷路。圖2為現有技術中電遷移測試結構使用壽命與其第三導線段上預設距離的關系示意圖。其中圖2中橫軸表示電遷移測試結構的壽命，即使用時間，縱軸表示累計分布函數(Cumulative Distribution Function, Q)F),例如多個待測試樣品的累積概率。結合圖I和圖2，通常在所述預設段的預設距離L在小于60nm吋，隨著預設距離L増大，電遷移測試結構的使用壽命可以大大增加，其中預設距離L = 60nm時使用壽命是預設距離L = Onm使用壽命的一倍，然而，當預設距離在60nm以上后，電遷移測試結構的使用壽命沒有明顯的増加，預設距離L = 120nm使用壽命與L = 60nm使用壽命相差不大。隨著半導體器件的最小特征尺寸不斷減小，金屬互連導線的尺寸不斷減小，電流密度不斷増加，電遷移現象更加明顯，更易造成半導體器件的失效，采用預設距離的結構無法進ー步延長電遷移測試結構的使用壽命，進而限制其性能的提高。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供ー種能夠提高使用壽命的電遷移測試結構，從而大大提高電遷移測試的可靠 性。為解決上述問題，本發明提供ー種電遷移測試結構，包括第一導線段、第二導線段和第三導線段，所述第一導線段通過垂直設置的第一通孔插塞與所述第三導線段連接，所述第二導線段通過垂直設置的第二通孔插塞與所述第三導線段連接，此外還包括第一虛設導線段，所述第一虛設導線段與所述第三導線段連接，所述第一導線段介于所述第一虛設導線段與所述第二導線段之間，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段有電流通過。進ー步的，所述第一導線段為陰極測試端，所述第二導線段為陽極測試端。進ー步的，所述第一虛設導線段的長度小于20um。進ー步的，所述第一虛設導線段一端與所述第三導線段連接，另一端通過垂直設置的第三通孔插塞與第四導線段連接。進ー步的，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段中的電流小于所述第三導線中電流的1/3。進ー步的，電遷移測試結構還包括第二虛設導線段，所述第二導線段介于所述第ニ虛設導線段與所述第一導線段之間，所述第二虛設導線段與所述第三導線段連接，在所述電遷移測試結構工作時，所述第二虛設導線段有電流通過。進ー步的，所述第二虛設導線段的長度小于20um。進ー步的，所述第二虛設導線段一端與所述第三導線段連接，另一端通過垂直設置的第四通孔插塞與第五導線段連接。進ー步的，在所述電遷移測試結構工作時，所述第二虛設導線段中的電流小于所述第三導線中電流的1/3。與現有技術在第三導線段兩端部設置預留段相比，本發明第三導線段至少一端部設置虛設導線段，所述虛設導線段在電遷移測試結構工作時有電流通過，從而減小電遷移現象引起的在第三導線段兩端部處通孔插塞之上的空洞或凸起物的聚集，從而提高了電遷移測試結構的使用壽命，并提高電遷移測試結構，尤其是該電遷移測試結構中位于第三導線段兩端部處通孔插塞之上的可靠性。
圖I為現有技術中ー種電遷移測試結構的示意圖。圖2為現有技術中電遷移測試結構使用壽命與預設距離的關系示意圖。圖3為本發明電遷移測試結構的第一實施例的示意圖。圖4為本發明電遷移測試結構的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本發明的內容作進ー步說明。當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發明的保護范圍內。其次，本發明利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本發明實例時，為了便于說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本發明的限定。圖3為本發明電遷移測試結構的第一實施例的示意圖。如圖3所示，本發明提供ー種電遷移測試結構，包括第一導線段101、第二導線段102和第三導線段103和第一虛設導線段104，所述第一導線段101通過垂直設置的第一通孔插塞201與所述第三導線段103連接，所述第二導線段102通過垂直設置的第二通孔插塞202與所述第三導線段103連接， 所述第一虛設導線段104與所述第三導線段103連接，所述第一導線段101介于所述第一虛設導線段104與所述第二導線段102之間，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段104有電流通過。在本實施例中，所述第一導線段101為陰極測試端，所述第二導線段102為陽極測試端，即所述第一虛設導線段104設置于第三導線段103靠近陰極測試端。其中較佳的，所述第一虛設導線段104與所述第三導線段103為一體成型。所述第一虛設導線段104通過金屬連線可以與器件的金屬層頂部的接合焊盤(Bonding Pad)直接連接，接通外部電源，亦可如圖3所示通過垂直設置的第三通孔插塞203與第四導線段105連接，進而所述第四導線段105通過金屬連線與外部電源連通。進ー步的，為防止第一虛設導線段104自身產生電遷移現象，所述第一虛設導線段104的長度Ldummy小于20um。當電遷移測試結構工作時，第三導線段103靠近第一通孔插塞201處聚集的空洞，轉移至第一虛設導線段104，由于第一虛設導線段104中有電流通過，故聚集在第三導線段103靠近陰極測試端的空洞能夠更好地轉移至第一虛設導線段104，從而延長電遷移測試 結構的使用壽命，大大提聞性能。在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段104中的電流小于所述第三導線段103中電流的1/3。較小的電流不易影響電遷移測試結構的正常工作，且降低電遷移測試結構的功耗。圖4為本發明電遷移測試結構的第二實施例的示意圖。在圖3所示結構基礎上，所述電遷移測試結構還包括第二虛設導線段106，所述第二導線段102介于所述第二虛設導線段106與所述第一導線段103之間。在本實施例中，所述第一導線段101既可為陰極測試端，亦可為陽極測試端，則第二導線段102則相應地為陽極測試端或陰極測試端。對于金屬導線段為銅吋，電遷移現象在陰極測試端聚集的空穴更為顯著，因而在第一導線段101為陰極測試端過程中，所述第一虛設導線段104起到更重要地減小電遷移現象的作用，在第二導線段101為陽極測試端過程中，所述第二虛設導線段106起到更重要地減小電遷移測試的作用。此外，對于導線段為鋁或其他材質時，會在兩級測試端分別出現空洞和凸起物，第一虛設導線段104與第二虛設導線段106可分別轉移陰極測試端聚集的空洞和及陽極測試端聚集的凸起物，從而降低電遷移現象，延長電遷移測試結構的使用壽命，提高電遷移測試結構的性能。
進ー步的，所述第二虛設導線段106通過金屬連線可以與器件的金屬層頂部的接合焊盤(Bonding Pad)直接連接，接通外部電源，亦可如圖4所示通過垂直設置的第四通孔插塞204與第五導線段107連接，進而所述第五導線段107通過金屬連線與外部電源連通。進ー步的，為防止第二虛設導線段106自身產生電遷移現象，所述第二虛設導線段106的長度Ldummy小于20um。進ー步的，在所述電遷移測試結構工作時，所述第二虛設導線段106中的電流小于所述第三導線103中電流的1/3。較小的電流不易影響電遷移測試結構的正常工作，且降低電遷移測試結構的功耗。
所述電遷移測試結構并不僅限于第一實施例和第二實施例所述的結構示意，例如，在實際集成電路芯片制造過程中，所示第三金屬導線段103所在的金屬層位于所述第一金屬導線段101與第二金屬導線段102所在的金屬層上ー層，亦可所示第三金屬導線段103所在的金屬層位于所述第一金屬導線段101與第二金屬導線段102所在的金屬層下ー層，同樣在本發明的思想范圍之內。綜上所述，與現有技術在第三導線段兩端部設置預留段相比，本發明第三導線段至少一端部設置虛設導線段，所述虛設導線段在電遷移測試結構工作時有電流通過，從而減小電遷移現象引起的空洞或凸起物的聚集，從而大大提高了電遷移測試結構的使用壽命，并提高電遷移測試結構，尤其是該測試結構中位于所述通孔之上的可靠性。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.ー種電遷移測試結構，包括第一導線段、第二導線段和第三導線段，所述第一導線段通過垂直設置的第一通孔插塞與所述第三導線段連接，所述第二導線段通過垂直設置的第二通孔插塞與所述第三導線段連接，其特征在于，還包括第一虛設導線段，所述第一虛設導線段與所述第三導線段連接，所述第一導線段介于所述第一虛設導線段與所述第二導線段之間，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段有電流通過。
2.如權利要求I所述的電遷移測試結構，其特征在于，所述第一導線段為陰極測試端，所述第二導線段為陽極測試端。
3.如權利要求I所述的電遷移測試結構，其特征在于，所述第一虛設導線段的長度小于 20um。
4.如權利要求I所述的電遷移測試結構，其特征在于，所述第一虛設導線段一端與所述第三導線段連接，另一端通過垂直設置的第三通孔插塞與第四導線段連接。
5.如權利要求I所述的電遷移測試結構，其特征在于，在所述電遷移測試結構工作吋，所述第一虛設導線段中的電流小于所述第三導線中電流的1/3。
6.如權利要求I至5中任意一項所述的電遷移測試結構，其特征在于，還包括第二虛設導線段，所述第二導線段介于所述第二虛設導線段與所述第一導線段之間，所述第二虛設導線段與所述第三導線段連接，在所述電遷移測試結構工作時，所述第二虛設導線段有電流通過。
7.如權利要求6所述的電遷移測試結構，其特征在于，所述第二虛設導線段的長度小于 20um。
8.如權利要求6所述的電遷移測試結構，其特征在于，所述第二虛設導線段的一端與所述第三導線段連接，另一端通過垂直設置的第四通孔插塞與第五導線段連接。
9.如權利要求6所述的電遷移測試結構，其特征在于，在所述電遷移測試結構工作吋，所述第二虛設導線段中的電流小于所述第三導線中電流的1/3。
全文摘要
一種電遷移測試結構，包括第一導線段、第二導線段和第三導線段，還包括第一虛設導線段，所述第一虛設導線段與所述第三導線段連接，所述第一導線段介于所述第一虛設導線段與所述第二導線段之間，在所述電遷移測試結構工作時，所述第一虛設導線段有電流通過。與現有技術在第三導線段兩端部設置預留段相比，本發明第三導線段至少一端部設置虛設導線段，所述虛設導線段在電遷移測試結構工作時有電流通過，從而減小電遷移現象引起的空洞或凸起物的聚集，從而大大提高了電遷移測試結構的使用壽命，并提高電遷移測試結構的可靠性。
文檔編號H01L23/544GK102655137SQ20111005194
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者甘正浩 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司