具有底端連接的感測引腳的互連類似物的電遷移測試的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有底端連接的感測引腳的互連類似物的電遷移測試，其揭示一種用于電遷移測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳導(dǎo)構(gòu)件、位在該傳導(dǎo)構(gòu)件的頂端表面的一部分上方的由絕緣材料構(gòu)成的覆蓋層、傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端的陰極；傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第二端的陽極、以及傳導(dǎo)性連接至該陰極與該陽極的電流源。多個感測引腳沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端與第二端之間的傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置。所述感測引腳傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面。至少一個測量裝置傳導(dǎo)性連接至該多個感測引腳的至少一個感測引腳。該至少一個測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件的至少一個部分的電阻。
【專利說明】
具有底端連接的感測引腳的互連類似物的電遷移測試
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明基本上關(guān)于集成電路測試系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地說，關(guān)于電迀移測試系統(tǒng)及使用電迀移測試系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電迀移(EM)是導(dǎo)體中金屬原子因傳導(dǎo)電子與金屬原子之間動量轉(zhuǎn)移而漸近移動所造成的材料輸送。電迀移誘發(fā)的空洞在金屬離子自導(dǎo)體的晶格去除時集結(jié)?？斩磿L、迀移、并且凝聚。電迀移也會在金屬原子凝聚的區(qū)域中誘發(fā)擠壓?？斩茨奂皵D壓基本上出現(xiàn)在傳導(dǎo)構(gòu)件的對立端?？斩椿旧显陔娮釉锤浇?，而擠壓基本上在電子排曳處附近出現(xiàn)。電迀移會有負(fù)作用，例如:集成電路可靠度降低。當(dāng)空洞生長或凝聚且破壞互連件時、及/或當(dāng)電迀移誘發(fā)的擠壓造成短路時，集成電路會因電迀移而故障。
[0003]典型的電迀移測試系統(tǒng)使電流通過互連件，并且以時間為函數(shù)測量電阻，以便偵檢電迀移?？斩椿旧显诨ミB件晶格中的缺陷部位集結(jié)?？斩瓷L及凝聚隨著時間縮減互連件的局部截面積，因而增加互連件的電阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一項具體實施例，提供一種用于電迀移測試的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:傳導(dǎo)構(gòu)件;位在該傳導(dǎo)構(gòu)件的頂端表面的至少一部分上方的由絕緣材料構(gòu)成的覆蓋層;傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端的陰極;傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第二端的陽極，其中該傳導(dǎo)構(gòu)件傳導(dǎo)性連接該陽極與該陰極;傳導(dǎo)性連接至該陰極與陽極的電流源;其中該電流源提供流經(jīng)該傳導(dǎo)構(gòu)件的電流;沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的該第一端與該第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置的多個感測引腳，所述感測引腳傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面；以及傳導(dǎo)性連接至該多個感測引腳的至少一個感測引腳的至少一個測量裝置，其中該至少一個測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件的至少一個部分的電阻。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，提供一種用于電迀移測試的方法。該方法包括:令電流流經(jīng)傳導(dǎo)構(gòu)件；以及使用至少一個測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件的至少一個部分的電阻，并且其中:由絕緣材料構(gòu)成的覆蓋層布置在該傳導(dǎo)構(gòu)件的頂端表面的至少一部分上方，多個感測引腳沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端與該傳導(dǎo)構(gòu)件的第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置，該多個感測引腳的各感測引腳傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面，該傳導(dǎo)構(gòu)件的各至少一個部分包括該多個感測引腳的至少一個感測引腳，以及該至少一個測量裝置傳導(dǎo)性連接至該多個感測引腳的至少一個感測引腳。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例，提供一種用于電迀移測試的設(shè)備。該設(shè)備包括多個嵌埋于基材中的傳導(dǎo)構(gòu)件，其中該多個傳導(dǎo)構(gòu)件的各傳導(dǎo)構(gòu)件包含:傳導(dǎo)性連接至第一主動貫孔的第一端;傳導(dǎo)性連接至第二主動貫孔的第二端；以及多個沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的該第一端與該第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置的感測引腳，其中各感測引腳具有傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面的第一端，并且其中各感測引腳具有至少部分曝露的第 _-上山
【附圖說明】
[0007]圖1A根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，電迀移測試系統(tǒng)的功能方塊圖；
[0008]圖1B繪示晶圓的邊緣圖的功能方塊圖，該晶圓包括基材、及圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的嵌埋元件；
[0009]圖2根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0010]圖3根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0011 ]圖4根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0012]圖5根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0013]圖6根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0014]圖7根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，圖1A所示電迀移測試系統(tǒng)的例示性電阻譜；
[0015]圖8A至8D根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，繪示以時間為函數(shù)，電迀移測試系統(tǒng)的選定測試段的電阻；
[0016]圖9A根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，繪示電迀移測試系統(tǒng)中多個漏電監(jiān)測器及一安培計的電連接的功能方塊圖；
[0017]圖9B繪示晶圓截面俯視圖的功能方塊圖，該晶圓包括基材及多個漏電監(jiān)測器；以及
[0018]圖9C繪示晶圓截面邊緣圖的功能方塊圖，該晶圓包括基材及多個漏電監(jiān)測器；以及
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的具體實施例認(rèn)知有必要研究空洞在集結(jié)及生長階段的演化。隨著集成電路技術(shù)朝向愈來愈小的節(jié)點進(jìn)步，對于電迀移的考量因素日益增加。更小的節(jié)點導(dǎo)致從鋁互連件轉(zhuǎn)變?yōu)殂~互連件成為必要。雖然銅比鋁具有更小的體電阻及更高的EM電阻，但銅互連件需要襯墊材料才能防止銅擴(kuò)散到周圍材料。然而，襯墊厚度及電路電壓在比例縮放率方面，基本上與各節(jié)點互連件的橫向截面積不相同。所以，電流密度及電迀移考量因素基本上隨著節(jié)點尺寸變大而跟著增加。此外，銅互連件基本上需要后沉積處理，這會在銅互連件晶格中誘發(fā)缺陷。舉例而言，后段制造方法(BEOL)處理可包括沉積及化學(xué)機(jī)械平坦化步驟，其中銅是在過量填充互連溝槽的厚層中的絕緣體上沉積，而研磨墊在絕緣體的覆蓋層涂敷前先移除銅蓋層。然而，研磨步驟會在銅互連件晶格中誘發(fā)缺陷。愈來愈有需要更加了解空洞集結(jié)的時間及部位，以便改進(jìn)BEOL程序及EM可靠度動力模型化(例如:模型化電迀移及擠壓)。
[0020]傳統(tǒng)的EM測試系統(tǒng)對于改進(jìn)BEOL程序及EM可靠度動力模型化功效有限。傳統(tǒng)的EM測試系統(tǒng)隨著時間測量互連件整體的平均相對電阻變化，但相比于互連件整體的基礎(chǔ)、零時(T(O))電阻，空洞集結(jié)及早期階段空洞生長所誘發(fā)的絕對電阻增加狀況基本上較小。此夕卜，目前的節(jié)點尺寸(例如:22nm及14nm節(jié)點)比舊有節(jié)點尺寸具有顯著更高的T(O)電阻。一般來說，傳統(tǒng)的EM測試系統(tǒng)對于目前的節(jié)點尺寸缺乏足以可靠偵檢空洞集結(jié)及空洞生成的靈敏度。此外，傳統(tǒng)的EM測試系統(tǒng)無法測定空洞集結(jié)部位及生長空洞的位置。盡管空洞集結(jié)及生長可在原位電迀移測試期間經(jīng)由掃描電子顯微術(shù)(SEM)或穿透電子顯微術(shù)(TEM)來觀測，SEM及TEM樣本制備仍然耗時，使得大型樣本尺寸不切實際。
[0021]本發(fā)明的具體實施例提供空洞偵檢靈敏度已改善的EM測試系統(tǒng)。EM測試系統(tǒng)的具體實施例對現(xiàn)成的空洞及空洞演化進(jìn)行電氣偵檢及特性分析。空洞演化包括空洞集結(jié)、空洞生長、空洞迀移、及空洞凝聚。EM測試系統(tǒng)的具體實施例亦測定空洞的大約位置。EM測試系統(tǒng)的具體實施例可例如通過識別缺陷誘發(fā)程序來幫助改進(jìn)BEOL程序。EM測試系統(tǒng)的具體實施例亦可例如通過識別相似的空洞集結(jié)部位來幫助改進(jìn)EM可靠度動力模型。
[0022]本發(fā)明現(xiàn)將參照圖示詳述。圖1A根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，繪示EM測試系統(tǒng)100的功能方塊圖。EM測試系統(tǒng)100包括傳導(dǎo)構(gòu)件102。傳導(dǎo)構(gòu)件102是互連件的類似物。EM測試系統(tǒng)100測定傳導(dǎo)構(gòu)件102的EM特性，以便至少部分產(chǎn)生在互連件中模型化電迀移時使用的數(shù)據(jù)。傳導(dǎo)構(gòu)件102可由適用于當(dāng)作互連件的任何傳導(dǎo)材料制成。傳導(dǎo)構(gòu)件102亦經(jīng)塑形并調(diào)整尺寸以近似互連件。
[0023]圖1B是從由傳導(dǎo)構(gòu)件102的一端繪示的晶圓截面的功能方塊圖，該晶圓包括基材103、及EM測試系統(tǒng)100的元件。在一些具體實施例中，基材103是一或多層形成晶圓的絕緣或介電材料(例如:單晶硅)，該晶圓包括一或多個傳導(dǎo)構(gòu)件。在一些具體實施例中，襯墊材料(為了澄清未展示;例如:有別于基材103的材料)插置于傳導(dǎo)構(gòu)件102及基材103的一或多個表面之間。基材103的一部分(或在一些具體實施例中，襯墊的一部分)形成覆蓋層104。覆蓋層104與傳導(dǎo)構(gòu)件102的頂端表面的至少一部分實體接觸。傳導(dǎo)構(gòu)件102的頂端表面連接至覆蓋層104的部分產(chǎn)生頂端表面/覆蓋層介面。圖1B亦繪示嵌埋于基材103中的主動貫孔112及感測引腳114中的一個感測引腳。主動貫孔110、主動貫孔112、及感測引腳114至少部分曝露至基材103的各別表面，并且可傳導(dǎo)性連接至外部裝置，如下文引用圖1A所述。
[0024]在圖1A所示的具體實施例中，EM測試系統(tǒng)100包括陰極106及陽極108。陰極106通過主動貫孔110(即“貫孔VI”)電連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102的第一端，稱為“VI”端。陽極108通過主動貫孔112(即“貫孔V2”)電連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102的第二端，稱為“V2”。陰極106及陽極108亦電連接至電流源124。電流源124提供流經(jīng)傳導(dǎo)構(gòu)件102的電流。陰極106及陽極108可由鋁、銅、鎢、或任何其它合適的材料制成。
[0025]EM測試系統(tǒng)100包括感測引腳114。感測引腳114縱向分布成一列，該列介于傳導(dǎo)構(gòu)件102的Vl與傳導(dǎo)構(gòu)件102的V2之間(例如:介于陰極106與陽極108之間)。感測引腳114連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102的底端表面。傳導(dǎo)構(gòu)件102的底端表面是對立于傳導(dǎo)構(gòu)件102的頂端表面。在一些具體實施例中，感測引腳114實際上是與傳導(dǎo)構(gòu)件102的底端表面整合、并且延展自該底端表面的貫孔。舉例而言，在硅晶圓中形成溝槽及適當(dāng)數(shù)量的貫孔、并且以銅填充該溝槽及貫孔可產(chǎn)生傳導(dǎo)構(gòu)件102及感測引腳114，作為雙鑲嵌((1皿1-0&111&806116)程序的部分。在其它具體實施例中，傳導(dǎo)構(gòu)件102及感測引腳114是實體接觸中的獨立特征。舉例而言，溝槽及貫孔可在不同鑲嵌程序中進(jìn)行填充，其中該貫孔先填充，之后是填充溝槽。不同鑲嵌程序可讓傳導(dǎo)構(gòu)件102及感測引腳114由不同材料制成、或容許在傳導(dǎo)構(gòu)件102與感測引腳114之間包括材料。
[0026]感測引腳114操作地連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102的底端表面，以至少部分提供近似典型互連件電迀移特性的測試系統(tǒng)。BEOL程序如本文所述，會在互連件的晶格中產(chǎn)生缺陷?；瘜W(xué)機(jī)械平坦化程序尤其有可能用以在互連件的頂端表面上產(chǎn)生缺陷。實驗結(jié)果指出，位于頂端表面/覆蓋層介面的空洞演化基本上決定典型銅互連件的EM衰減特性。然而，感測引腳可改變空洞演化特性。舉例而言，感測引腳提供可增加EM無故障工作時間(time-to-fai Iure)的附加銅原子源。另外，感測引腳會將大型阻隔顆粒引入其它的多晶系統(tǒng)，所述阻隔顆粒放慢銅原子擴(kuò)散速度并且增加EM無故障工作時間。感測引腳114操作地連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102的底端表面，用以至少部分將這些機(jī)制對頂端表面/覆蓋層介面空洞演化特性造成的效應(yīng)降到最小。然而，其它組態(tài)會顯著改變EM衰減特性。舉例而言，自晶圓平面中測試互連件側(cè)邊伸出的縱向分布感測引腳(即“面內(nèi)(in-plane)”感測引腳)會如本文中所述改變空洞演化特性。由實驗得知，包括面內(nèi)感測引腳的組態(tài)的EM無故障工作時間約略是未連接至感測引腳的互連件的EM無故障工作時間的兩倍長。相比之下，使用EM測試系統(tǒng)100測試的互連件與未連接至感測引腳的互連件有類似的EM無故障工作時間值。
[0027]在各項具體實施例中，感測引腳114包括任意數(shù)量的個別感測引腳。然而，實際上，約略20至45個感測引腳提供可接受空洞偵檢靈敏度及空洞位置尋找解析度。介于感測引腳114之間的間距約略比傳導(dǎo)構(gòu)件102的總長度小20至45倍。介于感測引腳114之間的間距取決使用的感測引腳數(shù)量、及傳導(dǎo)構(gòu)件102的長度。感測引腳114、陰極106、及陽極108將傳導(dǎo)構(gòu)件102區(qū)分成多個測試段。測試段是通過相鄰感測器引腳之間的空間、或介于連接至陰極106或陽極108的感測引線(例如:貫孔110、貫孔112)與各另U、相鄰感測引腳之間的空間來界定。在一些具體實施例中，介于感測引腳114、陰極106、及陽極108之間的間距有變化。在其它具體實施例中，間距均勻。
[0028]感測分接頭116將感測引腳114操作地連接至開關(guān)118。感測分接頭116的數(shù)量等于或大于感測引腳的數(shù)量(感測分接頭116亦可將開關(guān)118連接至引線，所述引線連接至陰極106或陽極108)。在一些具體實施例中，EM測試系統(tǒng)100包括多個傳導(dǎo)構(gòu)件，所述傳導(dǎo)構(gòu)件嵌埋于用以至少部分形成晶圓的基材103(其傳導(dǎo)構(gòu)件102是一實施例)中，其中各傳導(dǎo)構(gòu)件連接至若干感測引腳。在此類具體實施例中，感測分接頭116是以可卸除方式連接至感測引腳114，并且可用可卸除方式連接至不同組的感測引腳。在傳導(dǎo)構(gòu)件102受應(yīng)力而失效之后，舉例而言，陰極106、陽極108、及感測分接頭116可經(jīng)由不同組的感測引腳及主動貫孔移動并連接至另一傳導(dǎo)構(gòu)件。
[0029]在圖1A所示的具體實施例中，開關(guān)118操作地連接至伏特計120。開關(guān)118包括多個繼電器，并且經(jīng)組態(tài)以容許伏特計120測量介于感測引腳114中的兩個感測引腳之間、陰極106與一感測引腳之間、及陽極108與一感測引腳之間的電壓。在一些具體實施例中，開關(guān)118經(jīng)組態(tài)以容許伏特計120測量介于任兩個感測引腳之間的電壓。在其它具體實施例中，開關(guān)118經(jīng)組態(tài)以容許伏特計120測量介于任兩個相鄰感測引腳之間(及介于陰極106或陽極108與其各別、相鄰感測引腳之間)的電壓。換句話說，開關(guān)118經(jīng)組態(tài)以容許伏特計120測量若干連續(xù)測試段的電壓。在一些具體實施例中，伏特計120可測量包括多個測試段的傳導(dǎo)構(gòu)件102的一段的電壓。又其它具體實施例省略開關(guān)118，為各測試段提供不同伏特計。所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員將會了解的是，各測試段的電阻可經(jīng)由測量跨布各別測試段的電壓來測定。EM測試系統(tǒng)100可經(jīng)組態(tài)以測量任意計量，該任意計量容許測定各測試段的電阻或阻抗。一般來說，EM測試系統(tǒng)100經(jīng)組態(tài)以使用四端感測技術(shù)測定多個測試段各者的電阻或阻抗。
[0030]在圖1A所示的具體實施例中，電腦122操作地連接至開關(guān)118、伏特計120、及電流源124。電腦122可用于控制電流源124對傳導(dǎo)構(gòu)件102施加的電流量。電腦122亦可記錄、分析、并顯示取自伏特計120的數(shù)據(jù)。電腦122亦提供使用者介面，此外，容許使用者選擇取樣間隔及/或電流源124提供至傳導(dǎo)構(gòu)件102的電流量。根據(jù)該取樣間隔，電腦122可引導(dǎo)開關(guān)118將伏特計120連接至連續(xù)測試段(例如:成對的感測引腳或陰極106或陽極108及其各別、相鄰的感測引腳)。電腦122可分析各測試段的測量結(jié)果并顯示電阻譜，該電阻譜展示各測試段于一時間點的電阻。舉例而言，圖2至7繪示電阻譜在“Τ(0Γ及“Τ(η+χΓ時的實施例。
[0031]圖2繪示T(O)電阻譜的實施例。T(O)電阻譜通過施加初始低電流至傳導(dǎo)構(gòu)件102并測定各測試段的電阻所獲得。T(O)電阻譜未展示預(yù)存(pre-existing)空洞的明顯號訊(例如:比其它測試段顯著更高的電阻)，但測試段14具有恰好高過I歐姆的最大電阻。
[0032]圖3繪示電阻譜在T(η)時的實施例。于T(η)，伏特計120已對傳導(dǎo)構(gòu)件102提供η個時間單位(例如:分、時、或日的計數(shù))的應(yīng)力電流。一般來說，經(jīng)過傳導(dǎo)構(gòu)件102的應(yīng)力電流在正常操作條件下，高于經(jīng)過實質(zhì)類似互連件的電流，以便加速電迀移。在圖3中，測試段14的電阻相比于區(qū)段14在T(O)時的電阻已顯著增大。在這項實施例中，測試段14在T(O)與T(η)之間電阻增大表示空洞正在測試段14內(nèi)生長。隨著空洞生長，測試段14的局部截面積縮減且電流密度增大。所以，測試段的電阻增大。
[0033]圖4繪示電阻譜在Τ(η+1)時的實施例。在圖4中，測試段14的電阻已下降，但測試段15的電阻已顯著升高。測試段15在Τ(η+1)時的電阻與測試段14在T(W)時的電阻相當(dāng)。圖4指示該空洞在測試段14于T(O)至Τ(η)之間集結(jié)并生長以及于Τ(η)至Τ(η+1)之間迀移至測試段15。
[0034]圖5繪示電阻譜在Τ(η+2)時的實施例。在圖5中，測試段15的電阻已下降，但測試段17的電阻已顯著升高。圖5指示該空洞于Τ(η+1)至Τ(η+2)之間自測試段15迀移至測試段17。
[0035]圖6繪示電阻譜在Τ(η+3)時的實施例。在圖5中，測試段17的電阻已下降，但測試段19的電阻已顯著升高。圖6指示該空洞于Τ(η+2)至Τ(η+3)之間自測試段17至迀移測試段19。
[0036]圖7繪示電阻譜在Τ(η+4)時的實施例。在圖7中，測試段19的電阻已下降，但測試段21的電阻已升高到超過先前測定電阻的任一者。圖7指示該空洞于Τ(η+3)至Τ(η+4)之間自測試段19迀移至測試段21。另外，圖7指示空洞已在測試段21中持續(xù)生長及/或空洞已在測試段21中凝聚。測試段21繪示空洞生長及/或凝聚橫斷傳導(dǎo)構(gòu)件102之前的傳導(dǎo)構(gòu)件102，從而破壞傳導(dǎo)構(gòu)件102并且使傳導(dǎo)構(gòu)件102中的電迀移失效。
[0037]電阻譜在圖2至7雖然為簡單起見而省略，但仍可指示擠壓的區(qū)域。空洞演化縮減傳導(dǎo)構(gòu)件102的區(qū)域的局部截面積，而EM誘發(fā)的擠壓則增大傳導(dǎo)構(gòu)件102的區(qū)域的截面積。局部截面積增大會降低局部電流密度，因而降低局部電阻。實際上，電阻譜亦可展示與圖2至7所示相反的趨勢。舉例而言，亦可偵檢并繪示自約略測試段13至測試段I的低電阻區(qū)域的傳播及電阻降低的區(qū)域。
[0038]圖8Α至8D繪示EM測試系統(tǒng)的選定測試段以時間為函數(shù)的電阻的例示圖，該EM測試系統(tǒng)具有20個測試段并且類似于EM測試系統(tǒng)100。舉例而言，測試段I自陰極延展至感測引腳;測試段20自陽極延展至感測引腳；以及測試段2至19依序均勻分布于測試段I的感測引腳與測試段20的感測引腳之間。圖8Α繪示測試段I在測試周期內(nèi)以時間為函數(shù)的電阻。測試段I展示電阻隨著時間稍微但連續(xù)降低。電阻降低表明出現(xiàn)雜質(zhì)自銅分凝(segregat1n)、或測試段I出現(xiàn)電迀移誘發(fā)的擠壓。圖SB繪示測試段10在測試周期內(nèi)以時間為函數(shù)的電阻。測試段10位在傳導(dǎo)構(gòu)件的中間部分，并且展示出在測試周期內(nèi)不會實質(zhì)增大或?qū)嵸|(zhì)降低電阻。此結(jié)果結(jié)合，由測試段I得到的結(jié)果，表明測試周期內(nèi)在測試段10中集結(jié)的任何空洞都是通過使金屬離子迀移來填充。圖SC繪示測試段19在測試周期內(nèi)以時間為函數(shù)的電阻。測試段19的電阻在測試周期內(nèi)稍微增大。圖8D繪示測試段20在測試周期內(nèi)以時間為函數(shù)的電阻。測試段20的電阻在測試周期內(nèi)實質(zhì)增大。圖SC及8D展示空洞在傳導(dǎo)構(gòu)件的V2末端部分演化，但空洞演化的機(jī)制(例如:空洞生長及/或空洞凝聚)單獨從這些觀測來看并不清楚。
[0039]圖9A、9B及9C繪示一或多個用以對EM誘發(fā)的擠壓進(jìn)行偵檢及特性分析的裝置的具體實施例。在本具體實施例中，EM誘發(fā)的擠壓是通過測量漏電流來偵檢并監(jiān)測。量子穿隧使電荷載子能夠穿隧通過絕緣區(qū)域。電荷載子穿隧會產(chǎn)生與絕緣區(qū)域厚度成反比的漏電流。EM誘發(fā)的擠壓縮減測試互連件與漏電監(jiān)測器之間的絕緣區(qū)域厚度。所以，漏電流增加表示出現(xiàn)EM誘發(fā)的擠壓。
[0040]圖9A根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例，繪示EM測試系統(tǒng)900中的電連接。EM測試系統(tǒng)900包括電連接至安培計910的漏電監(jiān)測器902、904、906及908，如圖9A所示。在一些具體實施例中，諸如貫孔的附加結(jié)構(gòu)有助于漏電監(jiān)測器與安培計910之間的連接。安培計910可以是可偵檢漏電監(jiān)測器中一(多)個EM誘發(fā)的漏電流的任何裝置或裝置組合。一般而言，漏電監(jiān)測器902、904、906及908各是一或多個傳導(dǎo)構(gòu)件。在圖9A、9B及9C中所示的具體實施例中，漏電監(jiān)測器902、904、906及908各是單一傳導(dǎo)構(gòu)件。在其它具體實施例中，漏電監(jiān)測器902、904、906及908各可以是單一傳導(dǎo)構(gòu)件，或包括一或多個子元件，其中各子元件電連接至安培計910的傳導(dǎo)構(gòu)件。舉例而言，漏電監(jiān)測器902、904及908各可具有若干在陰極與陽極之間縱向分布成一列的子元件。EM測試系統(tǒng)900的漏電監(jiān)測器可有效連接至安培計910，以容許安培計910在時間周期內(nèi)獲得各傳導(dǎo)構(gòu)件的漏電流數(shù)據(jù)。因此，EM測試系統(tǒng)900可使用與如參閱EM測試系統(tǒng)100所述空洞演化偵檢及特性分析類似的方法，容許測定受擠壓材料的近似位置。
[0041]在一些具體實施例中，EM測試系統(tǒng)900用于測試互連件類似物中EM誘發(fā)的擠壓的單機(jī)型測試系統(tǒng)。在其它具體實施例中，EM測試系統(tǒng)900結(jié)合EM測試系統(tǒng)100用于對傳導(dǎo)構(gòu)件102中的空洞演化及EM誘發(fā)的擠壓進(jìn)行特性分析。EM測試系統(tǒng)900的元件從而可與EM測試系統(tǒng)100的元件有效整合。圖9A、9B及9C中所示的具體實施例舉例而言，包括EM測試系統(tǒng)100的元件。
[0042]圖9B是晶圓的截面的俯視圖，該晶圓包括基材103及EM測試系統(tǒng)100與900的元件。圖9B繪示基材103中嵌埋的漏電監(jiān)測器902、904及906。所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者將了解的是，圖9A、9B及9C中元件的相對尺寸及間距只是為了用于說明。漏電監(jiān)測器902及漏電監(jiān)測器904各是實質(zhì)平行于傳導(dǎo)構(gòu)件102的傳導(dǎo)構(gòu)件。傳導(dǎo)構(gòu)件102、漏電監(jiān)測器902、及漏電監(jiān)測器904在水平平面中實質(zhì)共面。漏電監(jiān)測器902及漏電監(jiān)測器904各操作地水平偏離傳導(dǎo)構(gòu)件102。圖9B中所示的具體實施例亦包括漏電監(jiān)測器906。漏電監(jiān)測器906與傳導(dǎo)構(gòu)件102、漏電監(jiān)測器902及漏電監(jiān)測器904實質(zhì)共面。漏電監(jiān)測器906亦與傳導(dǎo)構(gòu)件102實質(zhì)共線，但操作地偏離傳導(dǎo)構(gòu)件102的V2端。
[0043 ]圖9C繪示晶圓截面邊緣圖旳功能方塊圖，該晶圓包括基材1 3及EM測試系統(tǒng)100與900的元件。圖9C(還有圖9A及9B)中所示的具體實施例包括例如圖1A及IB所示的感測引腳114。為簡單起見，感測引腳114未在圖9C中展示。類似的是，EM測試系統(tǒng)900的具體實施例包括陰極106、陽極108、感測分接頭116、開關(guān)118、伏特計120、及電腦122，舉例如圖1A及IB中所示。如圖9C所示，漏電監(jiān)測器908實質(zhì)平行于傳導(dǎo)構(gòu)件102，并且與傳導(dǎo)構(gòu)件102及漏電監(jiān)測器906在垂直平面中共面。漏電監(jiān)測器908操作地偏離垂直平面中的傳導(dǎo)構(gòu)件102，用以偵檢漏電流。漏電監(jiān)測器908亦經(jīng)調(diào)整尺寸及/或定位而容許主動貫孔112及陽極108操作地連接至傳導(dǎo)構(gòu)件102。圖9C亦繪示與如本文中在圖9B中所述傳導(dǎo)構(gòu)件102有關(guān)的漏電元件906。
[0044]除了用以偵檢漏電流的硬件外，EM測試系統(tǒng)900還可包括能夠使漏電監(jiān)測器902、904、906及908的任一者或組合如電阻性加熱器或溫度計般作用的硬件及/或軟件。漏電監(jiān)測器902、904、906及908從而可修改成用以進(jìn)行這些功能。舉例而言，一或多個漏電監(jiān)測器可連接至溫度計并且經(jīng)修改而作用為熱電偶。一或多個熱電偶可用于在EM應(yīng)力期間，沿著傳導(dǎo)構(gòu)件102研究熱分布。在另一實施例中，直接測量一或多個漏電監(jiān)測器的溫度，以便估測傳導(dǎo)構(gòu)件102周圍環(huán)境的溫度。所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者將了解的是，因空洞演化而增加電性電阻會導(dǎo)致對圍繞互連件的環(huán)境的散熱效果提升。所以，傳導(dǎo)構(gòu)件102周圍環(huán)境的周圍溫度升高是空洞演化的另一指示。在其它具體實施例中，一或多個漏電監(jiān)測器在施加電流時作用為電阻性加熱器。一或多個電阻性加熱器可用于模擬具有已知熱設(shè)計功率的集成電路的互連件的操作環(huán)境。此類具體實施例使在操作條件研究空洞演化及EM誘發(fā)的擠壓成為可能。
【主權(quán)項】
1.一種用于電迀移測試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含: 傳導(dǎo)構(gòu)件； 位在該傳導(dǎo)構(gòu)件的頂端表面的至少一部分上方的由絕緣材料構(gòu)成的覆蓋層； 傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端的陰極； 傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的第二端的陽極，其中，該傳導(dǎo)構(gòu)件傳導(dǎo)性連接該陽極與該陰極； 傳導(dǎo)性連接至該陰極與陽極的電流源;其中，該電流源提供流經(jīng)該傳導(dǎo)構(gòu)件的電流； 沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的該第一端與該第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置的多個感測引腳，所述感測引腳傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面;以及 傳導(dǎo)性連接至該多個感測引腳的至少一個感測引腳的至少一個測量裝置，其中，該至少一個測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件的至少一個部分的電阻。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其更包含: 傳導(dǎo)性連接至該至少一個測量裝置、及該多個感測引腳的各感測引腳的開關(guān)，其中，該開關(guān)選擇性地在該至少一個測量裝置的一測量裝置、第一結(jié)構(gòu)、與第二結(jié)構(gòu)之間容許電連接，其中，該測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件介于該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間的一部分的電阻。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該第一結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第一感測引腳，并且其中，該第二結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第二感測引腳。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該第一結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第一感測引腳，并且其中，該第二結(jié)構(gòu)是該陰極。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該第一結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第一感測引腳，并且其中，該第二結(jié)構(gòu)是該陽極。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個測量裝置測量該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間的電壓，并且其中，該至少一個測量裝置至少部分基于該電壓的量值測定該電阻。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其更包含: 至少一個漏電監(jiān)測器，該至少一個漏電監(jiān)測器各定位成用以偵檢漏電流，其中，該漏電流是在該漏電監(jiān)測器中由流經(jīng)該傳導(dǎo)構(gòu)件的電流所誘發(fā)的電性電流。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括一漏電監(jiān)測器，電流選擇性地施加至該漏電監(jiān)測器以便加熱該傳導(dǎo)構(gòu)件。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其更包含: 溫度計，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括傳導(dǎo)性連接至該溫度計的漏電監(jiān)測器，使得該溫度計測定包括該傳導(dǎo)構(gòu)件的環(huán)境中的一或多個點的周圍溫度。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括具有側(cè)面的漏電監(jiān)測器，該側(cè)面相鄰于、并實質(zhì)平行于該傳導(dǎo)構(gòu)件的側(cè)面的至少一部分。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括依實質(zhì)平行于該傳導(dǎo)構(gòu)件的方向取向、并置于該覆蓋層上面的漏電監(jiān)測器。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括具有長度的漏電監(jiān)測器，該長度與該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度實質(zhì)共線。13.一種用于電迀移測試的方法，該方法包含: 令電流流經(jīng)傳導(dǎo)構(gòu)件；以及 使用至少一個測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件的至少一個部分的電阻，并且其中: 由絕緣材料構(gòu)成的覆蓋層布置在該傳導(dǎo)構(gòu)件的頂端表面的至少一部分上方， 多個感測引腳沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的第一端與該傳導(dǎo)構(gòu)件的第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置， 該多個感測引腳的各感測引腳傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面， 該傳導(dǎo)構(gòu)件的各至少一個部分包括該多個感測引腳的至少一個感測引腳，以及 該至少一個測量裝置傳導(dǎo)性連接至該多個感測引腳的至少一個感測引腳。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，開關(guān)傳導(dǎo)性連接至該至少一個測量裝置、及該多個感測引腳的各感測引腳，其中，該開關(guān)選擇性地在該至少一個測量裝置的一測量裝置、第一結(jié)構(gòu)、與第二結(jié)構(gòu)之間容許電連接，其中，該測量裝置測定該傳導(dǎo)構(gòu)件介于該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間的一部分的電阻。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，該第一結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第一感測引腳，并且其中，該第二結(jié)構(gòu)是該多個感測引腳的第二感測引腳。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其更包含: 測量電壓，其中，該電壓是在該第一結(jié)構(gòu)與該第二結(jié)構(gòu)之間測得，并且其中，該至少一個測量裝置至少部分基于該電壓的量值測定該電阻。17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其更包含: 測定漏電流的量值，其中，該漏電流是在至少一個漏電監(jiān)測器中由流經(jīng)該傳導(dǎo)構(gòu)件的該電流所誘發(fā)的電性電流。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其更包含: 測定包括該傳導(dǎo)構(gòu)件的環(huán)境中一或多個點的周圍溫度，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括傳導(dǎo)性連接至溫度計的漏電監(jiān)測器，該溫度計測定該周圍溫度。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其更包含: 加熱該傳導(dǎo)構(gòu)件，其中，該至少一個漏電監(jiān)測器包括當(dāng)一電流施加時提供電阻性加熱的漏電監(jiān)測器。20.一種用于電迀移測試的設(shè)備，該設(shè)備包含: 多個嵌埋于基材中的傳導(dǎo)構(gòu)件，其中，該多個傳導(dǎo)構(gòu)件的各傳導(dǎo)構(gòu)件包含: 傳導(dǎo)性連接至第一主動貫孔的第一端； 傳導(dǎo)性連接至第二主動貫孔的第二端；以及 多個沿著介于該傳導(dǎo)構(gòu)件的該第一端與該第二端之間的該傳導(dǎo)構(gòu)件的長度布置的感測引腳，其中，各感測引腳具有傳導(dǎo)性連接至該傳導(dǎo)構(gòu)件的底端表面的第一端，并且其中，各感測引腳具有至少部分曝露的第二端。
【文檔編號】G01R31/28GK105938179SQ201610118349
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月2日
【發(fā)明人】F·陳, C·J·克里斯蒂安森, D·M·馬西, P·佩里阿薩米, M·A·希諾斯基
【申請人】格羅方德半導(dǎo)體公司