[发明专利]集成电路的电迁移预警电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路相关技术领域，特别是涉及集成电路的电迁移预警电路。

背景技术

金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）器件的集成电路在各行业中的应用广泛，在生产和使用过程中电学特性退化引起的可靠性问题也变得越来越突出。集成电路技术的进步和更新换代是以其生产的最小金属线尺寸的缩小和芯片集成度的提高为标志的。随着现代电子技术的飞速发展，电子元器件及器件组的尺寸己进入纳米量级，其金属互连在整个集成电路芯片中所占的面积越来越大。金属互连的电迁移（Electromigration,EM）失效问题已成为制约大规模集成电路技术发展的瓶颈，同时也成为当前MOS器件可靠性研究的热点。电迁移现象是引起集成电路失效的一种重要原因，由其引起的集成电路可靠性问题也就成为研究热点。电迁移现象是由于在电流分布密度作用下金属中的离子位移所致，是金属互连中的金属原子受到运动的电子作用引起的物质输运现象，体现为电阻值的线性增加，到一定程度后就会引起金属膜局部亏损而出现空洞，或引起金属膜局部堆积而出现小丘或晶须，最终导致突变失效，严重影响集成电路的寿命。电迁移引起集成电路失效主要表现为以下四方面：（1）在互连引线中形成空洞，增加了电阻；（2）空洞长大，最终贯穿互连引线，形成断路；（3）在互连引线中形成晶须，造成层间短路；（4）晶须长大，穿透钝化层，产生腐蚀源。

现有技术根据MOS器件电迁移失效机理，设计了相应预警电路，在电阻增大到指定阈值时发出报警信号，从而避免系统因电迁移失效而引起的致命故障。然而，在实际应用中，电迁移导致电阻增大和晶须引起短路现象都有发生，这种方案只对因电迁移导致电阻增大而失效的情况进行提前报警，而没有实现对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警的电路。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术没有实现对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警的电路的技术问题，提供一种集成电路的电迁移预警电路。

一种集成电路的电迁移预警电路，包括电流监测结构，所述电流监测结构包括：与监测金属导线电气连接的电流输出模块，以及被所述氧化层包裹且与所述监测金属导线电气绝缘的一个或多个导电金属，所述电流输出模块包括至少一个电流源，所述导电金属与电流监测结构的输出端电气互连，所述导电金属环绕监测金属导线。

在其中一个实施例中，所述导电金属包括设置在监测金属导线上方的第一金属、设置在监测金属导线下方的第二金属，以及分别设置在监测金属导线两侧的第三金属，所述第一金属、第二金属和第三金属通过多个穿过氧化层的通孔金属电气互连。

在其中一个实施例中，所述第二金属在监测金属导线的正下面，且相互平行，第二金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述第三金属在监测金属导线的两旁，且相互平行，第三金属和监测金属导线通过氧化层电气绝缘；所述第一金属在监测金属导线的正上面，且相互平行，第一金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述多个通孔金属包括第一通孔金属和第二通孔金属，所述第三金属与第二金属之间通过第一通孔金属电气互连；所述第三金属与第一金属之间通过第二通孔金属电气互连。

在其中一个实施例中，还包括与所述监测金属导线连接的电阻监测结构，所述电阻监测结构用于将所述监测金属导线的电阻变化转变为电压变化并输出。

在其中一个实施例中，所述电阻监测结构包括：对比金属导线，所述电流输出模块与监测金属导线的第一端连接；所述监测金属导线的第二端与所述对比金属导线串联，形成监测串联电路。

在其中一个实施例中，所述对比金属导线的阻值与所述监测金属导线的阻值相同。

在其中一个实施例中，还包括：电流比较结构、电压比较结构和输出结构；

所述电流比较结构，用于与电流监测结构的输出端连接，当电流监测结构的输出与电流比较结构基准单元之间的比较结果超过电流监测结构监测条件时，输出电流报警信号到输出结构；

所述电压比较结构，用于与电阻监测结构的监测交点处连接，当电阻监测结构的监测交点处的输出与电压比较结构基准单元之间的比较结果超过电阻比较监测条件时，输出电阻报警信号到输出结构；其中，所述监测金属导线与对比金属导线的交点处为监测交点处；

所述输出结构，用于当接收到电流报警信号和/或电阻报警信号，则输出电迁移预警信号。

在其中一个实施例中：