識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構的制作方法

本實用新型涉及半導體測試技術領域，特別是涉及一種識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構。

背景技術：

隨著先進的超大規模集成技術的發展，超低k(介電常數)介質材料的時間相關介質擊穿(Time Dependent Dielectric Breakdown，簡稱TDDB)問題逐漸成為一項重大挑戰。對于銅/超低k介質互連中，目前行業中討論最多的是以下兩種主要的失效模式：

其一是在銅互連結構中，化學機械研磨(CMP)會造成超低k介質材料上表面出現損傷、缺陷以及形成懸空鍵等，銅離子容易在硅及其氧化物中擴散，但由于擴散阻擋層的存在，銅原子無法直接向低k介質層擴散，轉而沿著CMP后的表面進入，再向低k介質層中擴散，形成了泄漏電流并最終導致了擊穿發生；

其二是由于銅互連介質層所用的低介電常數材料的介電常數k越來越低，孔隙率越來越高，疏松多孔性結構容易吸收水分，增加導電性，從而導致TDDB變得更差。

目前，這兩種失效模式很常見，但是業界并沒有一個有效的可靠性測試結構來識別這兩種失效模式。所以，這里面臨的問題是，如何識別上述兩種失效模式，以便采取相應的措施來提高測試的可靠性。

技術實現要素：

鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構，用于解決現有技術無法識別超低k介質TDDB失效屬于水分滲透模式還是銅離子擴散模式的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供一種識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構，包括：TDDB測試結構，包括間隔且并排設置的第一TDDB測試結構、第二TDDB測試結構和第三TDDB測試結構；大塊源區域，對稱位于所述第二TDDB測試結構的兩側，適于提供銅離子源或水汽源；其中，所述水汽源的外周設有環狀的隔水結構，且所述隔水結構面對所述第二TDDB測試結構的一側均設有開口；偽柵結構，分別位于所述大塊源區域與所述第一TDDB測試結構之間以及所述大塊源區域與所述第三TDDB測試結構之間，適于隔離所述第一TDDB測試結構、所述第二TDDB測試結構和所述第三TDDB測試結構，使三者獨立工作。

于本實用新型的一實施方式中，包括第一測試結構和第二測試結構，所述第一測試結構和所述和第二測試結構均包括所述TDDB測試結構、所述偽柵結構以及所述大塊源區域，且所述第一測試結構中的所述大塊源區域為大馬士革工藝制程形成的銅墊，所述第二測試結構中的所述大塊源區域為超低k介質薄膜。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一測試結構中的所述銅墊為矩形結構。

于本實用新型的一實施方式中，所述第二測試結構中的所述超低k介質薄膜外周的所述隔水結構為銅環，所述銅環為矩形結構，且所述銅環面對所述第二TDDB測試結構的一側均設有開口。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一測試結構和所述第二測試結構均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

于本實用新型的一實施方式中，所述偽柵結構為任何金屬圖案。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一TDDB測試結構、所述第二TDDB測試結構和所述第三TDDB測試結構均相同。

于本實用新型的一實施方式中，所述第一TDDB測試結構、所述第二TDDB測試結構和所述第三TDDB測試結構均為堆棧的梳齒狀結構。

如上所述，本實用新型的識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構，具有以下有益效果：

1、所述第一測試結構和所述第二測試結構分別用于判斷銅離子擴散模式和水分滲透模式的超低k介質TDDB失效問題，有利于故障的排除，便于作出相應的改進措施，提高測試的可靠性；

2、可同時識別兩種主要的失效模式，節約時間；

3、所述第一測試結構和所述第二測試結構結構簡單且相似，利于節約資源；

4、所述第一測試結構和所述和第二測試結構均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

附圖說明

圖1為本實用新型識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構中的第一測試結構的示意圖。

圖2為本實用新型識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構中的第二測試結構的示意圖。

元件標號說明

1 第一TDDB測試結構

2 第二TDDB測試結構

3 第三TDDB測試結構

4 大塊源區域

41 隔水結構

5 偽柵結構

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點及功效。

請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本實用新型所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。

請參閱圖1-圖2，本實用新型提供一種識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構，包括：TDDB測試結構，包括間隔且并排設置的第一TDDB測試結構1、第二TDDB測試結構2和第三TDDB測試結構3；大塊源區域4，對稱位于所述第二TDDB測試結構2的兩側，適于提供銅離子源或水汽源；其中，所述水汽源的外周設有環狀的隔水結構41，且所述隔水結構41面對所述第二TDDB測試結構2的一側均設有開口；偽柵結構5，分別位于所述大塊源區域4與所述第一TDDB測試結構1之間以及所述大塊源區域4與所述第三TDDB測試結構3之間，適用于隔離所述第一TDDB測試結構1、所述第二TDDB測試結構2和所述第三TDDB測試結構，使三者獨立工作，例如，阻止銅離子源游離至所述第一TDDB測試結構1和所述第三TDDB測試結構3。

需要說明的是，這里所述的第一TDDB測試結構1、所述第二TDDB測試結構2和所述第三TDDB測試結構3均相同，以便于測試；且所述第一TDDB測試結構1、所述第二TDDB測試結構2和所述第三TDDB測試結構3均為堆棧的梳齒狀結構，當然也可以是其它現有技術中的TDDB測試結構。

所述大塊源區域4用于提供銅離子源或水汽源，適于判斷識別銅離子擴散和水分滲透兩種超低k介質TDDB失效模式。

具體的，所述識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構包括第一測試結構和第二測試結構，分別如圖1和圖2所示，圖1為本實用新型識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構中的第一測試結構的示意圖。由圖可知，所述第一測試結構包括所述TDDB測試結構、所述偽柵結構5以及所述大塊源區域4，其中，所述TDDB測試結構包括并排設置的所述第一TDDB測試結構1、所述第二TDDB測試結構2和所述第三TDDB測試結構3，且三者之間均留有間距；所述第一測試結構中的所述大塊源區域4為大馬士革工藝制程形成的銅墊，所述銅墊對稱位于所述第二TDDB測試結構2的兩側，適于提供銅離子源，所述銅離子源在化學機械研磨后會沿著CMP后的表面進入，再向所述第二TDDB測試結構2中擴散；偽柵結構5，包括兩個，分別位于所述銅墊與所述第一TDDB測試結構1之間以及所述銅墊與所述第三TDDB測試結構3之間，適于阻止所述銅離子源滲透或擴散至所述第一TDDB測試結構1和所述第三TDDB測試結構3。

所述第一測試結構的測試過程為：同時對所述第一TDDB測試結構1、所述第二TDDB測試結構2和所述第三TDDB測試結構3進行常規的TDDB測試，比較所述第二TDDB測試結構2和所述第一TDDB測試結構1、所述第三TDDB測試結構3的TDDB測試時間，如果前者的時間均小于后兩者的經時擊穿時間，則可判斷是銅離子擴散模式導致的超低k介質TDDB失效，反之，這排除這種失效模式。

作為示例，所述第一測試結構中的所述銅墊為矩形結構。

圖2為本實用新型識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構中的第二測試結構的示意圖，所述和第二測試結構和所述第一測試結構的區別在于，所述第二測試結構中的所述大塊源區域4為超低k介質薄膜。

作為示例，所述第二測試結構中的所述超低k介質薄膜外周的所述隔水結構41為銅環，所述銅環為矩形結構，且所述銅環面對所述第二TDDB測試結構2的一側均設有開口，所述超低k介質薄膜吸收的水汽會通過所述開口滲入到所述第二TDDB測試結構2，這樣，在測試所述第二TDDB測試結構2的經時擊穿時間會小于所述第一TDDB測試結構1和所述第三TDDB測試結構3的TDDB測試時間，即可判斷是水分滲透模式導致的超低k介質TDDB失效。

作為示例，所述第一測試結構和所述第二測試結構均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試。

作為示例，所述偽柵結構5為任何金屬圖案。需要注意的是，所述偽柵結構5實際上是一些虛設的金屬圖案，在一些設計規則中，系統為控制關鍵尺寸均勻性而自動添加虛設的金屬圖案，以此提高芯片的平坦性。

如上所述，本實用新型的識別超低k介質TDDB失效模式的測試結構，通過設計第一測試結構和第二測試結構用于識別銅離子擴散模式和水分滲透模式的超低k介質TDDB失效問題，有利于故障的排除，便于作出相應的改進措施，提高測試可靠性；可同時識別兩種主要的失效模式，節約時間和檢修效率；第一測試結構和第二測試結構的結構對稱、簡單且二者相似，利于布局和節約資源；第一測試結構和第二測試結構均適于電容測試、斜坡電壓測試、TDDB測試以及漏電流測試；測試過程和一般的TDDB測試一樣，只需要對結果進行比較和判斷，簡單方便。

上述實施例僅示例性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。