一种金属电迁移测试结构的制作方法

本发明设计半导体制造领域，尤其涉及一种金属电迁移测试结构

背景技术：

集成电路中对金属的可靠性要求很高，因此在集成电路制造中，需要测试金属层的电迁移性能。为了满足对金属层电迁移性能测试，需要设计相应的测试结构。

电迁移测试结构主要有金属线组成，通过对金属线施加电流应力，使得被测金属线上通过适当的电流，电流会引起金属线中的金属原子发生移动，经过长时间累积，造成金属物质出现了位置上的漂移，破坏了原来金属线的结构，引发金属线的短路与金属线之间的短路。金属线上金属物质的漂移体现在金属线的电学性质上，如电阻值，通过测量金属线的电学性质，就可以评估金属线电迁移性能。

为了在较短时间内得到金属电迁移性能，电迁移测试通常是在高温环境和大电流应力下进行的，因此被测金属线自身也会发热，造成测量的不准确；另外，实际制造过程中，金属线的两端通常是电迁移阻挡结构，具体来说是半导体工艺中的通孔和接触孔，而且这些结构是不可避免的，因此电迁移测试的结果会受到这些结构的影响。所以，需要设计特殊的电迁移测试结构来精确的测试金属的电迁移性能。

技术实现要素：

本发明公开了一种金属电迁移测试结构，这种结构可以减少温度和电迁移阻挡结构对电迁移性能测试精度的影响。

上述金属电迁移测试结构具有两个测试端口，这两个测试端口用来给被测金属线提供应力电流。上述金属电迁移测试结构还具有一个电迁移被测结构和电迁移阻挡结构。电迁移被测结构位于两个测试端口之间，电迁移被测结构被设计成在电流应力下具有较为均匀、一致的温度的结构。电迁移阻挡结构实现了对金属物质的阻挡，使得电迁移现象仅仅发生在电迁移被测结构上。在电迁移被测结构上引出了两个探测端口，用来探测金属线是否发生了电迁移失效。在电迁移阻挡结构处引出了第三个探测端口，第三个探测端口是一段金属线，这段金属线至少有一部分与电迁移被测结构平行，而且这段金属线的宽度小于电迁移被测结构。

通过使用第三个探测端口，也就是与电迁移被测结构相连，并且最靠近电迁移阻挡结构，这样就保证了在进行电迁移性能测试时能保证电迁移被测结构的温度分布尽可能的均匀，即时使用了通孔或者接触口结构，电迁移性能的测试仍然保持较高的准确度。

电迁移阻挡结构是一个接触孔，电迁移被测结构是一根具有恒定宽度的金属线

第一个测试端口和第二个测试端口，这两个测试端口的末端逐渐变细，以便避免宽金属引起过大的应力导致被测金属线出现变形，也避免了半导体工艺过程中的不一致性引起的被测金属线尺寸的不准确。变细的过程是呈阶梯型逐渐降低的，并且每一次收窄保持相同的比 例，这样保证了能够更加准确的设置电流应力。

为了进一步增加测试精度，测试结构中使用了探测端口。探测端口的设置考虑了电迁移被测结构和测试端口结构的相对位置，使得两者之间能够产生一定的温度补偿，最大程度上避免探测端口对测试结构的影响。

附图说明

图1是电迁移测试结构示意图以及对应的温度特性曲线示意图

图2是图1中线段1C-1C处的剖面图

图3是图1中的电迁移阻挡结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明

如附图中的图1中温度曲线图所示，图中有一个电迁移被测结构L与一个电迁移阻挡结构V。具体来说，电迁移被测结构L为一根宽度为B1的金属线，由半导体工艺制作而成，L的长度足够长，L上会在测试中出现电迁移现象。

电迁移阻挡结构V的电迁移现象较弱，电迁移阻挡结构V，具体来说由半导体工艺中的通孔构成，通孔的一侧连接电迁移被测结构中的金属，另一侧连接测试端口中的金属，这样就将测试端口与电迁移被测结构连接在了一起。由于半导体工艺中在制作通孔时，会使用多种材料，因此通孔处的电迁移效应比较微弱，所以将其称为电迁移阻挡结构。

图2中所示为图1中温度曲线图中线段1C-1C处的剖面图，图1中温度曲线图与图2中相同的编号表示同一个位置。

如图1中温度曲线图和图2所示，第一个探测端口S1和第三个探测端口S3的宽度较小，为B4，S1和S3位于与V尽可能近的位置。S1和3的宽度很小，因此对电迁移被测结构的影响也很小。同时，测试端口末端的宽度与电迁移被测结构的宽度B1保持一致，避免了不同宽度带来的电流密度不均匀带来的热效应。

为了更加精确的控制被测金属线的温度应力，也为了获得准确的温度梯度，测试端口的金属结构的宽度按一定的比例递减，直到达到电迁移金属线结构的宽度B1。这样，整个测试结构上的温度梯度是可知的，实现了更加精确的测试。

为了更加精确的得到电迁移被测结构L的温度，第二个测试端口I2处有第二个探测端口S2，探测端口S2的位置如图1中温度曲线图所示，位于测试端口的宽度第一次增加处，以减少探测端口S2对电迁移被测结构的影响。探测端口S2的宽度仍然为最小值，以最大程度的避免探测端口对电迁移被测结构的影响。

图1中电迁移测试机构图所示为相对于图1中温度曲线图中的结构来说的整个测试结构的温度曲线示意图，如图1中电迁移测试机构图中所示，电迁移被测结构的温度是保持恒定的，而且精确的温度可以通过探测端口S2和S3来确定。这样的测试结构能够精确的推算出电迁移被测结构再测试时的温度，以便在试验中设置合适的应力电流，进而得到更精确的结 果。

推测电迁移被测结构的温度需要两个量，一个是流经电迁移被测结构的电流值，另一个是电迁移被测结构的电阻值。流经电迁移被测结构的电流是已知的，而电迁移被测结构的电阻值可以通过测量探测端口S2和S3之间的电势差得出。由于电迁移被测结构的几何形状非常简单，因此很容易精确地推算出电迁移被测结构上的电流密度与温度。

为了尽可能的减少探测端口上的散热带来的电迁移被测结构上的温度不均匀，探测端口都不是直接引出的，而是要在电迁移金属线上方向上有一定延伸后引出。同样，对于S2来说，也是在测试端口金属线第一次增加的末端处。

通过说明书和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施实例，基于本发明精神，还可以作其他转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看做是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属于本发明的意图和范畴内。