專利名稱：內連線金屬層結構的測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試金屬層結構應力遷移的方法，特別涉及一種常溫狀態(tài)下對內連線金屬層結構的測試方法。
背景技術：
集成電路制造技術已邁入ULSI(ultralarge-scale integration)的階段，隨著半導體技術的進步，元件的尺寸也不斷地縮小，而進入深亞微米領域。當集成電路的集成度增加時，使得晶片的表面無法提供足夠的面積來制作所需的內連線(Interconnects)，因此為了配合元件縮小后所增加的內連線，多層金屬導體連線的設計便成為超大型集成電路技術所必需采用的方式。目前用來測試多層金屬連線中的金屬層的方法，多半為在半導體業(yè)中大量使用的應力遷移測試，以測出應力所造成的應力遷移現(xiàn)象(Stress Migration)。此現(xiàn)象主要是金屬線上的應力梯度(Stress gradient)所造成的，會導致元件使用壽命變短。
傳統(tǒng)的方法是將待測多層金屬連線中的金屬層置于一個高溫定溫的條件環(huán)境之下，記錄多層金屬連線中的金屬層在不同時間下的電阻值變化，通過電阻值的變化，得知多層金屬連線中的金屬層的應力遷移變化。但由于此傳統(tǒng)方法是在一個高溫的條件環(huán)境之下，使得該多層金屬連線中的金屬層容易因熱遷移效應而產生孔隙(void)，愈多的孔隙會引發(fā)更多的焦耳效應(Joule heating)并持續(xù)發(fā)生熱遷移現(xiàn)象，將會使多層金屬連線中的金屬層的壽命縮短和降低產品的成品率。
為此，本發(fā)明提供了一種可以在常溫之下測量應力遷移變化的測試方法，解決現(xiàn)有技術因高溫環(huán)境所引發(fā)的熱遷移效應及孔隙，提出一種特別適用于內連線金屬層結構的測試方法，以有效克服現(xiàn)有缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在提供一種內連線金屬層結構測試的方法，它是對內連線金屬層結構導入電源，利用所產生的焦耳效應及溫度變化量來測量出內連線金屬層結構的電阻值變化，以了解內連線金屬層結構應力遷移的變化。
本發(fā)明的另一個目的在提供一種內連線金屬層結構測試方法，它通過了解內連線金屬層結構應力遷移的變化，來得知金屬層結構是否因應力遷移而導致元件失效或壽命變短。
本發(fā)明的再一個目的在提供一種內連線金屬層結構測試方法，它可以在常溫下進行，可避免現(xiàn)有技術在高溫環(huán)境下進行測試所產生的缺點。
本發(fā)明的又一目的在提供一種內連線金屬層結構測試方法，它利用導入電源測試內連線金屬層結構的電阻值變化，相較于現(xiàn)有技術所需耗費的時間及成本，更為精簡。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種內連線金屬層結構測試方法，它設于一個常溫條件環(huán)境下，對內連線金屬層結構導入電源，利用所產生的焦耳效應及溫度變化量來測量出內連線金屬層結構的電阻值變化，以了解內連線金屬層結構應力遷移的變化。


圖1為本發(fā)明使用的金屬層結構示意圖。
圖2為本發(fā)明的對內連線金屬層結構進行測試的流程示意圖。
標號說明20內連線金屬層結構22金屬層24介層洞26接觸窗28介電層具體實施方式
為了能更詳細說明本發(fā)明的測試方法，將配合以下的實施例及附圖加以詳細描述。如圖1所示，為本發(fā)明使用的金屬結構示意圖，包括一個內連線金屬層結構20；此金屬層結構20主要是兩個金屬層22、兩個介層洞24、一個接觸窗26及兩個介電層28所組成；金屬層結構20中的金屬層22材料可選用具有低電阻率的銅金屬，在本實施例中采用銅化鋁為金屬層22材料；兩個介電層28用以分隔兩個金屬層22及接觸窗26，介電層28的材料在本實施例選用氮化鈦(TiN)；在介電層28中設有介層洞24用以連接兩個金屬層22及一個接觸窗26。
當本發(fā)明對圖1的金屬層結構進行測試方法時，如圖2所示，是本發(fā)明所提出的實施方法的流程示意圖，首先如步驟S10所示，先提供一個常溫條件環(huán)境使金屬層結構20發(fā)生應力遷移；接著，如步驟S20所示，提供一個電源導入金屬層結構20；接著，如步驟S30所示，并測量出單位時間內電源導入金屬層結構的熱功率(Q)及通過金屬層結構20的電流(I)；之后，如步驟S40所示，利用熱功率(Q)與電流(I)的關系式為Q＝I2R，可以得知初始電阻值R；再者，如步驟S50所示對測量溫度變化量，因為電源持續(xù)通過金屬層結構20產生的焦耳效應會使溫度持續(xù)上升并可得到一個溫度變化量ΔT。
根據(jù)金屬層結構溫度產生變化量ΔT，可得知金屬層結構20的電阻值必定產生變化，經(jīng)變化后的新電阻值命名為新電阻值R1，新電阻值R1與初始電阻值R并不相同；其后，如步驟S60所示，可得知經(jīng)焦耳效應后的新電阻值R1，新電阻值R1可從R1＝R0(1+αΔT)的方程式得到，其中R0為常溫下金屬層22的電阻值，α為一個電阻溫度系數(shù)(temperature coefficient ofresistance TCR)；最后如步驟S70所示，根據(jù)金屬層結構20的電阻值變化，可得知金屬層結構20應力遷移的變化。
在本發(fā)明中，利用提供電源方式對金屬層結構導入電源，并針對金屬層結構20電阻值的變化了解應力遷移的變化，根據(jù)應力遷移的變化來得知金屬層結構20是否因應力遷移而導致元件失效或壽命變短，相比于現(xiàn)有技術而言所需耗費的時間及成本均更為精簡。另外，本發(fā)明是在常溫下進行測試的，可避免現(xiàn)有技術因處于高溫條件環(huán)境下而引發(fā)的熱遷移效應及孔隙。
以上所述的實施例僅為了說明本發(fā)明的技術思想及特點，其目的在使本領域的普通技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，本專利的范圍并不僅局限于上述具體實施例，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其包括下列步驟提供一個內連線金屬層結構；將該內連線金屬層結構置于一個環(huán)境條件下，以此在該內連線金屬層結構中產生一個應力遷移現(xiàn)象；提供一個電源導入該內連線金屬層結構；計算出單位時間內將該電源導入該內連線金屬層結構的熱功率Q及通過該內連線金屬層結構的電流I；利用該熱功率Q與該電流I的關系得到一個初始電阻值R；該內連線金屬層結構因該電源而溫度變化，可得到一個溫度變化量ΔT；以及利用該溫度變化量ΔT得知該內連線金屬層結構產生的一個新的電阻值R1，該新電阻值R1與該初始電阻值R并不相同，通過電阻值的變化，可以得知該應力遷移的變化。
2.根據(jù)權利要求1所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該熱功率Q、該電流I及電阻值R的關系方程式為Q＝I2R。
3.根據(jù)權利要求1所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該內連線金屬層結構所產生焦耳效應產生該溫度變化量ΔT。
4.根據(jù)權利要求1所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該電阻值變化為該新電阻值R1是與該溫度變化量ΔT、一個常溫下的電阻值R0及一個電阻溫度系數(shù)α有關，其關系方程式為R1＝R0(1+αΔT)。
5.根據(jù)權利要求1所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該內連線金屬層結構包括至少兩個金屬層。
6.根據(jù)權利要求5所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該金屬層為銅金屬。
7.根據(jù)權利要求5所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該金屬層為銅化鋁。
8.根據(jù)權利要求5所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于在該兩個金屬層是以一個介電層分隔的。
9.根據(jù)權利要求8所述的內連線金屬層結構的應力遷移測試方法，其特征在于該介電層為氮化鈦。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種內連線金屬層結構的測試方法，它可以在常溫下，將內連線金屬層結構置于一個環(huán)境條件下，以此在內連線金屬層結構中產生應力遷移現(xiàn)象，并對內連線金屬層結構導入一個電源，該內連線金屬層結構因電源導入而產生的焦耳效應使內連線金屬層結構產生溫度變化量及電阻值變化量，根據(jù)內連線金屬層結構的電阻值變化，以得知內連線金屬層結構應力遷移的變化。本發(fā)明不僅相比于現(xiàn)有技術可更快測得電阻值的變化量，使操作應力遷移測試作業(yè)時間縮短并可節(jié)省成本，更具有避免因熱遷移效應使孔隙產生的功效，有效地提高了元件的壽命。
文檔編號H01L21/82GK1747144SQ200410054378
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權日2004年9月8日
發(fā)明者郭強, 曾旭, 李虹 申請人:上海宏力半導體制造有限公司