[发明专利]集成电路中可靠性分析的测试结构及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造业中的可靠性(Reliability)领域，特别是涉及一种集成电路中可靠性分析的测试结构及其测试方法。

背景技术

应力迁移(Stress Migration，简称SM)是造成半导体器件失效的一个重要原因，故在进行半导体器件的可靠性评估中，应力迁移测试是评价金属互连线可靠性重要的测试项目之一。应力迁移是在一定温度下，由于各种材料热膨胀系数不同，所以在不同的材料间形成应力，从而使金属互连线或者通孔中晶粒间的小空隙向应力集中的地方聚集形成空洞的物理现象。应力迁移形成的空洞到达一定程度就使集成电路中的金属互连线发生断路，从而造成器件的失效。

为了评价由于应力迁移而产生的可靠性问题，现有技术通常采用将具有测试结构的晶圆在恒温下进行168小时、500小时、1000小时和1500小时的烘焙，该测试结构具有四个测试点，并采用开尔文四端法测量电阻的阻值。图1为现有技术中的可靠性分析的测试结构的俯视图，图2为图1沿剖开线A-A’的剖面图，图3为图1沿剖开线B-B’的剖面图。如图1所示，所述测试结构100包括第一层结构110、第二层结构120以及通孔结构130，所述通孔结构130用于连接所述第一层结构110和第二层结构120，所述第一层结构110包括第一电压测试端111和第一电流测试端112，所述第二结构120包括第二电压测试端121和第二电流测试端122，其中，所述第一电压测试端111和第一电流测试端112连接所述通孔结构130的一端，所述第二电压测试端121和第二电流测试端122连接所述通孔结构130的另一端。所述测试结构100经高温烘焙后，易在所述通孔结构130的另一端处形成空洞140，从而使所述测试结构100失效。

在现有技术中的可靠性分析的测试结构在进行应力迁移的测试方时，需要分别测量所述测试结构100在高温烘焙前后的电阻值，根据所述测试结构100的电阻值的变化判断所述测试结构是否在高温烘焙后失效，例如，如果所述测试结构的电阻值的变化超过20%，则所述测试结构100经高温烘焙后失效。其中，所述测试结构的电阻值的测量方法如下:

所述第一电压测试端111接一第一电压v1，所述第一电流测试端112接一第一电流i，所述第二电流测试端122接低电压，如接地，测量所述第二电压测试端121的电压为第二电压v2。所以，所述测试结构100的电阻为:

其中，δ为测试机台的系统误差。

然而，但随着集成电路的发展，在先进制程应力迁移测试中单通孔结构电阻值很小(小于1欧姆)，所以，测试机台的系统误差δ对测试结构影响很大。图4为现有技术中的可靠性分析的测试结构的应力迁移的测试结果，在图4中，对同一所述测试结构100进行高温烘焙后，分别采用同一测试机台进行两次应力迁移的测试。如图4所示，横坐标为电阻(单位为欧姆)，纵坐标为统计数量的百分比，可见，第一次测试的结果和第二次测试的结果的差异较大，所以，在现有技术中的可靠性分析的测试结构以及测量方法在电阻值较小时，测试机台的系统误差不能忽略，从而影响了应力迁移可靠性评估的准确性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种集成电路中可靠性分析的测试结构及其测试方法，能够避免测试机台系统误差的影响，准确评估应力迁移对器件的影响，从而保证可靠性分析的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种集成电路中可靠性分析的测试结构，包括：第一层结构、第二层结构以及通孔结构，所述通孔结构用于连接所述第一层结构和第二层结构，所述第一层结构包括第一电压测试端和第一电流测试端，所述第二层结构包括第二电压测试端、第二电流测试端、电阻结构以及第三电压测试端，其中，所述第一电压测试端和第一电流测试端连接所述通孔结构的一端，所述第二电压测试端连接所述通孔结构的另一端，所述电阻结构的一端连接所述通孔结构的另一端，所述电阻结构的另一端连接所述第三电压测试端和所述第二电流测试端。

进一步的，在所述集成电路中可靠性分析的测试结构中，所述电阻结构为一层结构。

进一步的，在所述集成电路中可靠性分析的测试结构中，所述电阻结构为条形结构或“弓”形结构。

进一步的，在所述集成电路中可靠性分析的测试结构中，所述第一层结构为上层，所述第二层结构为下层；或者，所述第一层结构为下层，所述第二层结构为上层。

进一步的，在所述集成电路中可靠性分析的测试结构中，所述电阻结构的长度大于等于10μm。