电迁移测试结构及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体测试技术领域，尤其涉及一种电迀移测试结构及测试方法。
【背景技术】
[0002]电迀移效应(EM)是指因电子在电场的作用下沿传导方向对金属的轰击作用造成的金属互连线原子迀移、挤出(造成短路)、断裂(break，造成断路)或缺口(gap)等现象，阻止电的流动，这种缺陷被称为空洞(void)或内部失效(internal failure)，即开路(OPen) ο电迀移还会导致一个导体中的原子堆积(pile up)并向邻近导体漂移(drift)形成意料之外的电连接，这种缺陷被称为突起失效(hillock failure)或晶须失效(whiskerfailure)，即短路。上述两类缺陷都会引起芯片失效，是集成电路损坏的重要原因(如图Do因而分析导致金属过早挤出的原因成为提升集成电路可靠性的一个重要研究方向。现在主流的EM测试结构如图2所示，主要是有两层金属层形成，其中包括间隔开来并相对设置的两个检测结构11、设置在两个间隔的检测结构11之间的待检测部件12、在两个检测结构11上方形成的一环绕待检测部件12的待测金属线(Test line) 121的金属环线13、以及从检测结构11以及金属环13上各连出的多个测试焊盘(Pad) 14，所述金属环线13环绕待测金属线121的位置上无断点且与待测金属线121 —起形成于顶层金属层中，两个检测结构11形成于底层金属层中，所述测试焊盘14由顶层金属层和底层金属层两层金属中的焊盘串联而成。金属环线13作为信号输出线(extrus1n line)，用于监测待测金属线(Testline) 121的金属挤出，当待测金属线(Test line) 121由于金属挤出而形成突起或晶须时，会造成短路，从而产生漏电流，则由金属环线13检测到漏电流并输出至其连接的测试焊盘，检测结构11上连出的测试焊盘用作电源端(Force)和检测端(sense)，电源端连接直流电流提供设备，检测端用于检测电压，从而算得电阻，当出现空洞时，测得的电阻值变大。由于EM测试结构中待测金属线(test line)很长(一般在200 μ m左右)，而金属挤出处的信号微弱(导致俯视测试结构时不容易观察到金属挤出处)，所以给失效分析过程中金属挤出处的精确定位和大面积平整去层次制样带来很大挑战。更重要的是，EM测试过程中待测金属线121和金属环线(extrus1n line) 13间加有恒定的监测电压，在监测电压下待测金属线121中会有金属挤出现象，在挤出的金属与金属环13的连接瞬间会形成局部超高的电流密度，而引发电爆炸(burnout) 151，电爆炸151破坏了金属挤出处的结构，最终导致难以观测到金属挤出的初始形貌(如图3电爆炸处的截面结构SEM图)，为失效分析带来巨大困难。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种电迀移测试结构及电迀移测试方法，能够避免测试过程中待测金属线上发生电爆炸现象，保证金属挤出处的初始形貌，为失效分析提供便利。
[0004]为解决上述问题，本发明提出一种电迀移测试结构，位于晶圆切割道上，包括测试结构主体、虚拟金属环、多个金属测试焊盘，所述测试结构主体包括间隔开来并相对设置的两个检测结构以及位于两个检测结构的间隔处的待测金属线，所述虚拟金属环位于两个检测结构的间隔处并围绕所述待测金属线，主要由多个虚拟金属块相互间隔并环列形成，且虚拟金属环用于测试的上表面高于待测金属线用于测试的上表面，虚拟金属环的下表面低于待测金属线的上表面；所述多个测试焊盘位于测试结构主体和虚拟金属环外围，并分别连接所述两个检测结构以及虚拟测试环的各个虚拟金属块。
[0005]进一步的，所述两个检测结构的输出端分别包括电流测量端和电压测量端，测试焊盘包括信号输出端和信号输入端。
[0006]进一步的，所述电迀移测试结构包括连续的至少三层金属层，所述两个检测结构形成于最底层的第η层金属层中，所述待测金属线形成于中间的第η+1层金属层中，虚拟金属环为过孔连接的多层金属结构，虚拟金属环的最低层形成于第η+1层金属层中，虚拟金属环的最顶层形成于第η+2层金属层及以上金属层，所述测试焊盘通过各层金属层中对应的焊盘结构串联形成，η大于等于I。
[0007]进一步的，所述测试结构主体还包括分布于所述虚拟金属环两侧的若干测试金属线，所述测试金属线与所述待测金属线形成于同一层金属层中。
[0008]进一步的，所述电迀移测试结构包括金属的区域宽度小于或等于30微米，所述测试焊盘位于所述切割道中部，且各测试焊盘的顶层金属宽度小于或等于30微米。
[0009]本发明还提供一种电迀移测试方法，包括
[0010]提供上述的电迀移测试结构；
[0011]在所述电迀移测试结构中的相应测试焊盘上施加测试电流或电压，来对所述电迀移测试结构的待测金属线进行电迀移测试，以获得待测金属线的金属挤出结构；
[0012]将测试后的电迀移测试结构中与虚拟金属环连接的测试焊盘接地，并对所述电迀移测试结构进行电压衬度检查，电压衬度检查时，所述电迀移测试结构的虚拟金属环用于测试的上表面暴露而待测金属线的上表面尚未暴露，根据电压衬度图像中虚拟金属环的发亮位置定位所述电迀移测试结构中待测金属线的金属挤出处；
[0013]利用聚焦离子束机台对所述金属挤出处的初始形貌进行观察。
[0014]进一步的，所述接地的测试焊盘在进行所述电压衬度检查时的电压衬度为亮，虚拟金属环中与金属挤出处连接的虚拟金属块的电压衬度为亮。
[0015]进一步，所述电迀移测试方法还包括
[0016]提供与所述电迀移测试结构的工艺条件一致的传统EM测试结构，所述传统EM测试结构包括形成于连续两层的金属层中的测试结构主体、金属环线、多个金属测试焊盘，所述测试结构主体包括间隔开来并相对设置的两个检测结构以及位于两个检测结构的间隔处的待测金属线，所述金属环线位于两个检测结构的间隔处并围绕所述待测金属线，所述金属环线环绕待测金属线的位置上无断点且与传统EM测试结构的待测金属线一起形成于顶层金属层中，两个检测结构形成于底层金属层中，所述测试焊盘由两层金属中的焊盘串联而成；
[0017]对所述传统EM测试结构的待测金属线进行金属挤出性能分析；
[0018]根据所述金属挤出性能分析的结果确定所述电迀移测试结构的电迀移测试的测试条件。
[0019]进一步的，所述传统EM测试结构的金属环线还具有连接测试焊盘的部分，通过金属环线监测金属挤出性能分析时金属挤出处产生的漏电流，金属环线将所述漏电流传导至其连接的测试焊盘。
[0020]与现有技术相比，本发明提供的电迀移测试结构及测试方法，采用由多个虚拟金属块相互间隔并环列形成的虚拟金属环来围绕待测金属线，为待测金属线电迀移产生的金属挤出处提供了挤出空间以及降低了失效分析制样平整度要求；而且虚拟金属环的每个虚拟金属块均作为一个漏电流测量端，金属挤出处与对应的虚拟金属块连接时会直接导出测试结构，而不会形成超高的电流密度而发生电爆炸，从而获得了金属挤出处的初始形貌，对于分析电迀移现象造成金属过早挤出的原因具有较高帮助，对于提高集成电路的可靠性具有较高的实用价值。
【附图说明】
[0021]图1是金属线电迀移原理图；
[0022]图2是传统EM测试结构的EM测试导致金属挤出并引发电爆炸的示意图；
[0023]图3是传统EM测试结构的金属挤出处电爆炸后的截面SEM图；
[0024]图4是本发明具体实施例的电迀移测试结构示意图；
[0025]图5是本发明具体实施例的电迀移测试方法流程图；
[0026]图6是本发明具体实施例的电迀移测试后的电迀移测试结构示意图；
[0027]图7是本发明具体实施例的对电迀移测试后的电迀移测试结构进行电压衬度检查的结构示意图；
[0028]图8是PVC