阅读说明：本技术 电迁移可靠性测试结构及电迁移可靠性测试方法 (Electromigration reliability test structure and electromigration reliability test method ) 是由 马琼 曹巍 陈雷刚 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种电迁移可靠性测试结构及电迁移可靠性测试方法,该测试结构包括：测试线,测试线为集成电路中的互连线；第一通孔,第一通孔的第一端和测试线的第一端连接；第一引线,第一引线与第一通孔的第二端以及第一电流线连接,第一引线和第一通孔的第二端的连接位置和至少一对电压感测线连接；第二通孔,第二通孔的第一端和测试线的第二端连接；第二引线,第二引线与第二通孔的第二端以及第二电流线连接,第二引线和第二通孔的第二端的连接位置和至少一根电压感测线连接。本申请通过在通孔附近连接至少一对电压感测线,能够增加捕捉到测试线电阻变化的几率,提高了电迁移可靠性测试的精确度；同时,当通孔附近设置有一对以上的电压感测线时,能够进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率。(The application discloses electromigration reliability test structure and electromigration reliability test method, this test structure includes: the test line is an interconnection line in the integrated circuit; the first end of the first through hole is connected with the first end of the test line; the first lead is connected with the second end of the first through hole and the first current line, and the connection position of the first lead and the second end of the first through hole is connected with at least one pair of voltage sensing lines; the first end of the second through hole is connected with the second end of the test line; and the second lead is connected with the second end of the second through hole and the second current line, and the connection position of the second lead and the second end of the second through hole is connected with at least one voltage sensing line. According to the electromigration reliability testing device, at least one pair of voltage sensing lines are connected near the through hole, so that the probability of capturing resistance change of the testing lines can be increased, and the electromigration reliability testing accuracy is improved; meanwhile, when more than one pair of voltage sensing lines are arranged near the through hole, the probability of capturing the resistance change of the testing line can be further increased.)

电迁移可靠性测试结构及电迁移可靠性测试方法

技术领域

本申请涉及半导体制造领域中的可靠性评估技术领域，具体涉及一种电迁移可靠性测试结构及电迁移可靠性测试方法。

背景技术

电迁移现象是指半导体器件中的集成电路工作时金属线内部有电流通过，在电流的作用下金属离子产生物质运输的现象。由此，金属线的某些部位会因该电迁移现象而出现空洞(Void)，进而发生断路，而某些部位会因该电迁移现象而出现小丘(Hillock)，进而造成电路短路。

在集成电路工艺开发阶段，可靠性评估是工艺开发是否成功评估的重要一环，而针对上述电迁移现象的电迁移可靠性测试是后段工艺评估中的一项必不可少的测试。

参考图1，其示出了相关技术中提供的电迁移可靠性测试结构。该电迁移可靠性测试结构包括测试线110、第一通孔121、第二通孔122、第一引线131以及第二引线132。其中，第一引线131与第一通孔121连接，第一通孔121与测试线110的一端连接，第二通孔122与测试线110的另一端连接，第二通孔122与第二引线132连接。

在测试时，第一引线131分别与第一电压感测线和第一电流线连接，第二引线132分别与第二电压感测线和第二电流线连接，第一电压感测线、第二电压感测线、第一电流线以及第二电流线分别于各自对应的焊盘连接，通过第一电流线和第二电流线向测试结构通入电流，通过第一电压感测线和第二电压感测线测量测试线的电压监测测试线的电阻。

上述测试结构在测试过程中，由于通孔体积小，金属离子被推移产生空洞(例如图1中的空洞101)所需的时间很短，且测试线一般较宽且厚，空洞形成的范围较大，空洞累积过程中还会有邻近的原子补充，所以当电阻完全跳变时，空洞已经在通孔底部或上部形成，故难以及时捕捉到测试线电阻的跳变瞬间。

发明内容

本申请提供了一种电迁移可靠性测试结构及电迁移可靠性测试方法，可以解决相关技术中提供的电迁移可靠性测试结构难以捕捉测试线电阻的变化的问题。

一方面，本申请实施例提供了一种电迁移可靠性测试结构，所述电迁移可靠性测试结构用于对集成电路中的互连线的电迁移可靠性进行检测，包括：

测试线，所述测试线为所述集成电路中的互连线；

第一通孔，所述第一通孔的第一端和所述测试线的第一端连接；

第一引线，所述第一引线与所述第一通孔的第二端以及第一电流线连接，所述第一引线和所述第一通孔的第二端的连接位置和至少一对电压感测线连接；

第二通孔，所述第二通孔的第一端和所述测试线的第二端连接；

第二引线，所述第二引线与所述第二通孔的第二端以及第二电流线连接，所述第二引线和所述第二通孔的第二端的连接位置和至少一根电压感测线连接。

可选的，所述测试线和所述第一通孔的第一端的连接位置还与至少一对电压感测线连接；

所述测试线和所述第二通孔的第一端的连接位置还与至少一根电压感测线连接。

可选的，所述第二引线和所述第二通孔的第二端的连接位置还与至少一对电压感测线连接。

可选的，所述测试线和所述第二通孔的第一端的连接位置还与至少一对电压感测线连接。

可选的，当所述电迁移可靠性测试结构工作时，通过所述第一电流线和所述第二电流线向所述电迁移可靠性测试结构通入电流；测量以下电压中的至少一种：

所述第一引线和所述第一通孔的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线和所述第二引线和所述第二通孔的第二端的连接位置的任一电压感测线之间的电压；

所述测试线和所述第一通孔的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线和所述测试线和所述第二通孔的第一端的连接位置的任一电压感测线之间的电压；

所述第二引线和所述第二通孔的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线和所述第一引线和所述第一通孔的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线之间的电压；

所述测试线和所述第二通孔的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线和所述测试线和所述第一通孔的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线之间的电压。

可选的，所述测试线、所述第一通孔、所述第二通孔、所述第一引线以及所述第二引线的宽度小于130纳米。

可选的，所述第一电流线、所述第二电流线以及所述电压感测线的宽度小于130纳米。

可选的，所述第一电流线、所述第二电流线以及所述电压感测线两两之间的距离小于130纳米。

可选的，所述测试线包括铜和钽，所述第一通孔和所述第二通孔包括铜和钽。

可选的，所述测试线包括铝和钛，所述第一通孔和所述第二通孔包括钨。

另一方面，本申请提供了一种电迁移可靠性测试方法，所述方法用于对集成电路中的互连线的电迁移可靠性进行检测，包括：

对上述任一所述的电迁移可靠性测试结构通入电流；

监测每对电压感测线之间的电压值，当至少一对电压感测线中任一对电压检测线之间监测到电压时，取出测试线，对所述测试线进行失效物性分析以捕捉空洞形成的现场；或者

监测每对电压感测线之间的电压值，当至少一对电压感测线中任一对电压检测线之间监测到电压时，开始记录时间，直到电压不再变化从而记录得到空洞形成的时间；根据所述空洞形成的时间对所述测试线进行失效物性分析。

可选的，通入所述电迁移可靠性测试结构的电流密度的取值范围为1毫安/平方厘米至10毫安/平方厘米。

可选的，所述电迁移可靠性测试方法的测试温度范围为150摄氏度至450摄氏度。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过在第一通孔附近连接至少一对电压感测线，由于空洞通常是在通孔附近生成，从而能够增加捕捉到测试线电阻变化的几率，提高了电迁移可靠性测试的精确度；同时，当通孔附近设置有一对以上的电压感测线时，能够进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请

具体实施方式

或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中提供的电迁移可靠性测试结构的示意图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的电迁移可靠性测试结构的俯视示意图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的电迁移可靠性测试方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本申请实施例中，定义测试线的长度所在的方向为X轴，定义通孔的长度所在的方向为Z轴，定义分别与X轴和Z轴垂直的方向为Y轴。

实施例1：

参考图2，本实施例提供的电迁移可靠性测试结构200包括：

测试线210，该测试线210为集成电路中的互连线。

第一通孔221，第一通孔221的第一端和测试线210的第一端连接。

第一引线231，第一引线231与第一通孔221的第二端以及第一电流线241连接，第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置和至少一对电压感测线250连接。需要说明的是，图2中以一对电压感测线进行示例性说明，实际结构中第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置可设置一对以上的电压感测线。

可选的，第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置和至少两对电压感测线连接；可选的，作为“第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置和至少一对电压感测线250连接”的一个替代方案：第一通孔221的第二端和至少一对电压感测线连接。

第二通孔222，第二通孔222的第一端和测试线210的第二端连接。

第二引线232，第二引线232与第二通孔222的第二端以及第二电流线242连接，第二引线232和所述第二通孔222的第二端的连接位置和至少一根电压感测线250连接。

综上所述，本实施例中，通过在第一通孔的下层附近(第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置，或者，第一通孔221的第二端)连接至少一对电压感测线，由于空洞通常是在通孔附近生成，从而能够增加捕捉到测试线电阻变化的几率，提高了电迁移可靠性测试的精确度；同时，当通孔附近设置有一对以上的电压感测线时，能够进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率。

实施例2：

参考实施例1，实施例2和实施例2的区别在于：测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置还与至少一对电压感测线连接，测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置还与至少一根电压感测线250连接。

示例性的，如图2所示，测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置与一对电压感测线250连接。需要说明的是，图2中以一对电压感测线进行示例性说明，实际结构中测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置可设置一对以上的电压感测线。

可选的，测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置和至少两对电压感测线连接；可选的，作为“测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置与至少一对电压感测线连接”的一个替代方案：第一通孔221的第一端和至少一对电压感测线连接。

本实施例中，通过在第一通孔的上层附近(测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置，或者，第一通孔221的第一端)连接至少一对电压感测线，进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率，提高了电迁移可靠性测试的精确度。

实施例3：

参考实施例1和实施例2，实施例3和实施例1、实施例2的区别在于：第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置还与至少一对电压感测线连接。

可选的，第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置和至少两对电压感测线连接；可选的，作为“第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置与至少一对电压感测线连接”的一个替代方案：第二通孔222的第二端和至少一对电压感测线连接。

本实施例中，通过在第二通孔的下层附近(第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置，或者，第二通孔222的第二端)连接至少一对电压感测线，进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率，提高了电迁移可靠性测试的精确度。

实施例4：

参考实施例1和实施例2，实施例3和实施例1、实施例2的区别在于：测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置还与至少一对电压感测线连接。

可选的，测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置和至少两对电压感测线连接；可选的，作为“测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置与至少一对电压感测线连接”的一个替代方案：第二通孔222的第一端和至少一对电压感测线连接。

本实施例中，通过在第二通孔的上层附近(测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置，或者，第二通孔222的第一端)连接至少一对电压感测线，进一步增加捕捉到测试线电阻变化的几率，提高了电迁移可靠性测试的精确度。

上述实施例中，测试线210、第一通孔221、第二通孔222、第一引线231以及第二引线232的宽度，以及上述结构之间的间距为工艺或者设计所允许的最小间距。可选的，测试线210、第一通孔221、第二通孔222、第一引线231以及第二引线232的宽度小于130纳米。

上述实施例中，第一电流线241、第二电流线242以及电压感测线250的宽度，以及上述结构之间的间距为工艺或者设计所允许的最小间距。可选的，第一电流线241、第二电流线242以及电压感测线250的宽度小于130纳米；可选的，第一电流线241、第二电流线242以及电压感测线250两两之间的距离小于130纳米。

上述实施例中，测试线210包括铜(Cu)和钽(Ta)，第一通孔221和所述第二通孔222包括铜和钽。例如，测试线210可以是包括周期性堆叠的铜/钽合金层的多层金属互连线。

上述实施例中，测试线210包括铝(Al)和钛(Ti)，第一通孔221和第二通孔222包括钨(W)。例如，测试线210可以是包括周期性堆叠的铝/钛合金层的多层金属互连线。

上述实施例中，第一电流线241、第二电流线242以及电压感测线250与各自对应的焊盘连接。例如，如图2所示，第一电流线241和焊盘1连接，第二电流线242和焊盘5连接，第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置的电压感测线250分别与焊盘2和焊盘3连接，测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置的电压感测线250分别与焊盘8和焊盘7连接，第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置的电压感测线250与焊盘4连接，测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置的电压感测线250与焊盘6连接。

上述实施例中，当电迁移可靠性测试结构工作时，通过第一电流线和第二电流线向电迁移可靠性测试结构通入电流，测量电压。其中，该电压可以是以下电压中的至少一种：

(1)第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线，和，第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置的任一电压感测线之间的电压。

例如，如图2所示，该电压可通过测量焊盘2和焊盘4之间的电压，或者，焊盘3和焊盘4之间的电压测量得到。

(2)测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线，和，测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置的任一电压感测线之间的电压。

例如，如图2所示，该电压可通过测量焊盘8和焊盘6之间的电压，或者，焊盘7和焊盘4之间的电压测量得到。

(3)第二引线232和第二通孔222的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线，和，第一引线231和第一通孔221的第二端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线之间的电压。

(4)测试线210和第二通孔222的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线，和，测试线210和第一通孔221的第一端的连接位置的每对电压感测线中的任一电压感测线之间的电压。

具体测试方法可参考以下实施例。

实施例5：

图3示出了本申请一个示例性实施例提供的电迁移可靠性测试方法的流程图。该方法使用上述任一实施例提供的电迁移可靠性测试结构进行测试，该方法包括：

步骤301，对上述实施例中任一实施例提出的电迁移可靠性测试结构通入电流。

通过第一电流线和第二电流线向电迁移可靠性测试结构通入电流。例如，可通过在第一电流线连接的焊盘，以及与第二电流线连接的焊盘之间通入电流向电迁移可靠性测试结构通入电流。执行步骤301之后，可执行步骤302a或者执行步骤302b。

步骤302a，监测电压，当监测到电压时，取出测试线，对测试线进行失效物性分析以捕捉空洞形成的现场。

步骤302b，监测电压，当监测到电压时，开始记录时间，直到电压不再变化从而记录得到空洞形成的时间，根据空洞形成的时间对测试线进行失效物性分析。

上述实施例中的电压可以是上述电压(1)至(4)中的至少一种电压。

上述实施例中，通入电迁移可靠性测试结构的电流密度的取值范围为1毫安/平方厘米至10毫安/平方厘米。优选的，通入电迁移可靠性测试结构的电流密度为2.22毫安/平方厘米。

上述实施例中，电迁移可靠性测试方法的测试温度范围为150摄氏度至450摄氏度。优选的，电迁移可靠性测试方法的测试温度为300摄氏度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。