互连线失效检测方法技术

本发明专利技术公开了一种互连线失效检测方法，包括，将至少两个以上具有相同互连线规模的互连线单元串接起来构成失效探测电路；向失效探测电路输入测试电流，并测量失效探测电路两端的电压；如果所测得的电压大于或等于设定电压值时，则失效探测电路中出现互连线失效；将出现互连线失效的失效探测电路的输入与输出相连构成惠斯通电桥；向惠斯通电桥输入电流，测量惠斯通电桥的中点上的电流方向，并根据电流方向来定位失效互连线的位置。本发明专利技术互连线失效检测方法不但能够快速检测到互连线失效的现象，还能够快速定位出现失效的互连线位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
多层互连技术业已成为大规模集成电路和特大规模集成电路制备工艺的重要组成部分。当前高性能的特大规模集成电路已具有多达7-8层的铜互连 线。因此，寻求较低电阻率的金属互连材料和较低介电常数的绝缘材料已成 为深亚微米和纳米器件的 一 大研究方向。当前，多层互连中采用低k介质，即介电常数较低(k<3.2)的材料来取 代传统的二氧化硅(Si02)作为层间绝缘。低k介质的材料可在不降低布线密 度的条件下，有效地减小互连电容值，使芯片工作速度加快、功耗降低。目 前最有前途和有可能应用的低k介质是①新型的掺碳氧化物，可提高芯片 内信号传输速度并降低功耗，该氧化物通过简单的双层堆叠来设置，易于制 作；②硅低k绝缘介质， 一种旋转涂敷聚合物；③多孔硅低k绝缘介质；④黑 金刚石， 一种无机和有机的混合物；⑤超薄氟化氮化物，该超薄氟化氮化物 加上由有机层构成的隔离薄膜，使得铜扩散减少一个数量级或更多，从而增 强多层互连芯片工作的可靠性。而金属互连线选用铜或铝两种材料，目前大多数公司都使用铜作为互连 线，因为铜有比铝低的电阻率(铜的电阻率为1.69uQ -cm,铝的电阻率为2.62 uQ .cm)和较高的抗电迁移性，故铜被普遍认为是深亚微米和纳米集成电路 多层互连线的一种首选材料。然而，随着集成电路器件的最小特征尺寸的越 来越小，电迁移引起的可靠性问题也逐渐成为了影响芯片性能的一个重要因 素。电迁移程度加剧就可能造成互连线开路，现在一般都是利用BLACK方程M7TF = ^exp(^^X/—"来研究互连线的电迁移现象，其中MTTF表示电迁移允r导致互连线失效所需时间的中间值，A是由金属层本身特性决定的系数，Ea 为激活能，k为波尔兹曼常数，T为温度，j为测试电流密度，n为拟和系数，这 种方法也被称为是加速寿命试验方法。但是一旦互连线出现了早期失效的现 象(early fail),即位于同一个互连线单元中的互连线在极短时间内全部失效 的现象，现有的BLACK方程是无法根据这种现象来对于互连线的电迁移作出 准确分析的。早期失效现象的过程描述如下，图l所示为一个铜互连线的单元， 当由于电迁移的加剧导致其中的一条互连线开路时，其他四条互连线上将会 有更大的电流通过， 一般可能会增加到原来电流强度的125%，因此其他四条 互连线也将会在极短的时间内失效。因此，寻找一种可以发现互连线早期失 效现象的方法对于解决互连线早期失效现象以及研究互连线电迁移现象都显 得很重要。然而现有的方法都是通过^r测每一根互连线的电阻来发现失效互 连线的，这样的方法对于互连线规模较大的芯片来说显然速度太慢，不能满 足检测的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有技术发现互连线早期失效现象的速度太慢， 不能满足检测的要求。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括，将至少两个以上具有相同互连线规模的互连线单元串接起来构成失效探 测电^各；向失效探测电路输入测试电流，并测量失效探测电路两端的电压；如果所测得的电压大于或等于设定电压值时，则失效探测电路中出现互 连线失效。本专利技术还提供了另外一种，包括，将至少两个以上具有相同互连线规模的互连线单元串接起来构成失效探测电^各；向失效探测电路输入测试电流，并测量失效探测电路两端的电压；如果所测得的电压大于或等于设定电压值时，则失效探测电路中出现互 连线失效；将出现互连线失效的失效探测电路的输入与输出相连构成惠斯通电桥；向惠斯通电桥输入电流，测量惠斯通电桥的中点上的电流方向，并根据 电流方向来定位失效互连线的位置。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1. 本专利技术通过将互连线单元串接构成失效探测电 路，并通过测量失效探测电路两端的电压来快速发现互连线单元的失 效现象。2. 本专利技术另 一种还通过将失效4果测电路的输入与 输出相连构成惠斯通电桥，通过向惠斯通电桥输入电流，并测量惠斯 通电桥的中点上的电流方向来快速定位失效互连线单元的位置，因此 本专利技术检测效率较高，并且能够准确定位失效互 连线的位置。附图说明图l是现有^t支术铜互连线单元结构示意图2是本专利技术实施例1流程图3是本专利技术实施例2互连线失效4企测方法流程图；图4是本专利技术实施例1和本专利技术实施例2失效探测电路示意图 图5是本专利技术实施例2失效定位电路示意图； 图6是本专利技术实施例2失效定位电路等效电路示意图。 具体实施例方式通过测量失效探测电路两端的电压来发现互连线单元的失效现象，并通过将 失效探测电路的输入与输出相连构成惠斯通电桥，通过向惠斯通电桥输入电 流，并测量惠斯通电桥的中点上的电流，并根据电流方向来定位失效互连线 的位置。本专利技术以两个具体的实施例来对于本专利技术的失效才企测方法进行详细说明。实施例1，如图2所示，本专利技术实施例1的互连线失效;险测方法包括如下 步骤，步骤sl，将至少两个以上具有相同互连线M^莫的互连线单元串接起来构 成失效探测电路。因为之前所述的电迁移现象只有在达到一定长度的互连线 中才能发现，因此挑选的互连线单元的规模其实是根据对于特定长度的互连 线的电迁移现象的研究需求而定的。本专利技术实施例1为了使叙述方便，仍采 用如图1所示的铜互连线单元。例如，假设图1所示的每一根长度为400微 米的铜互连线的阻值为500Qm,那么如图1所示的由5才艮铜互连线并联构成 的最小互连线单元就相当于一个阻值为100Qm的等效电阻。而将所述互连线 单元等效成电阻就能够根据简单地电压和电流测量来对于互连线失效现象进 行量化分析了。如图3所示，本实施例1将16个所述铜互连线单元串接起来构成失效探 测电3各。如前所述，本专利技术实施例1中的互连线单元的阻值为100Qm,而由16个互连线单元串接起来构成的失效纟冢测电路的总阻值就为16*100nm = 1600Qm。其实，用多个所述互连线单元串接起来构成失效探测电路的目的也 是为了构成一个等效大电阻。因为如之前所述，当电迁移导致互连线失效的 时候，互连线两端就会形成开路的状态，这时候构成的等效电阻的阻值会比 之前互连线正常情况下的阻值大大增加。而由失效探测电路构成的等效大电 阻将会使得所述的阻值增加的情况更加显著，以便于更早地发现互连线失效 的现象。步骤s2，向失效4冢测电路输入测试电流，并测量失效纟笨测电路两端的电 压来判定互连线是否失效。根据步骤sl所述，由电迁移导致的互连线失效会 使得互连线阻值大大增加，那么通过输入测试电流并对于失效探测电路两端 的电压进行测量就能够发现由于阻值增加而带来的电压变化。本专利技术实施例1中，向失效探测电路输入0.5mA的测试电流Iin，那么当 互连线未失效的时候，由于整个失效探测电路中的互连线单元都是串联的， 因此经过各互连线单元的电流都等于测试电流，在失效4冢测电路输入和输出 两端测得的电压应该为测试电流和失效纟冢测电^各总电阻的乘积，即失效纟果测 电路两端的电压U = 0.5mA*1600Qm = 0.8V,将此电压值U作为标准电压值。 而当互连线失效的时候，互连线的阻值一般至少会增加20%,因此整个失效 探测电路将至少增加的阻值AR- 1600Qm*20% =320nm。并且，将增加的 阻值AR与输入的测试电流Iin相乘就能获得由于互连线失效而导致的最小电 压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互连线失效检测方法，其特征在于，包括，将至少两个以上具有相同互连线规模的互连线单元串接起来构成失效探测电路；向失效探测电路输入测试电流，并测量失效探测电路两端的电压；如果所测得的电压大于或等于设定电压值时，则失效探测电路中出现互连线失效。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑屏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]