减少应力导致孔洞形成的线路结构制造技术

本发明专利技术是关于一种减少应力导致孔洞形成的线路结构，线路结构具有第一导电层，第一导电层包括一大区域部分，连接于突出部的一端，而突出部具有复数个“ｎ”重叠部分与至少一弯曲部分。突出部的另一端连接介层窗的底部，介层窗之上具有一第二导电层。弯曲部是由重叠两相邻重叠部分的该端而形成，且其具有一角度介于４５°至１３５°。突出部也可包括至少一延伸部，位于向着一弯曲部的一部分中。弯曲部分与延伸部是用做为障碍物，以延缓空缺由大区域部分扩散至介层窗的附近地区，特别是有用于铜内连线或用在介层窗测试结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种集成电路与其他电子元件的领域，特别是涉及一种在介层窗可靠度测试与在多层内连线中应力导致孔洞形成的具高电阻的减少应力导致孔洞形成的线路结构。
技术介绍
在制造微电子元件的“后段制程(back end of line，BEOL)”期间，数个导电层在连续的制造步骤中会互相堆叠。这些导电层又称为内连线，其分别被一个或数个介电层隔开，以电性隔离相邻的内连线及防止导电层间的非预期干扰。内连线例如可为介层窗及导线或是接触窗与源极/汲极的型态。由于透过电子电路的重复电流通道施压于(金属)导体上，可能导致孔洞而造成元件错误，故要改善最终元件的可靠度成为一个重要的挑战。在多层内连线中，应力导致孔洞形成是一个常见的问题，特别是含铜的内连线。随着内连线变的更小及使用更高电流密度，可靠度更为重要。元件错误的一个主要原因是电致迁移，当电流流过时，会经由导电元件中的金属离子或空缺的移动而形成孔洞。一种持续的趋势为制造元件以实质延缓其失效机构的发生，或经由结合新设计及改良式材料以防止其失效机构的发生。在操作集成电路元件时，电流通常是由第一导电层透过介层窗流到第二导电层，在到达第二导电层之前，会经过位在介层窗底部的扩散障碍。举例来说，考虑到图1的内连线结构，其中第一导电层3是形成于基材1上的第一介电层2中。传统上，第一导电层3和第一介电层2是共平面。第二介电层4是沉积于第一介电层2与第一导电层3上。可选择的是，第一与第二介电层2，4是介电层堆叠结构的一部份，而此堆叠结构更可包括一个或数个蚀刻中止层或阻障层，如同熟习此项技艺者所知。使用传统的图案化及金属沉积(镶嵌)过程，以形成一介层窗5于第一导电层3上，并形成一第二导电层7于介层窗5上。传统上，在第二金属沉积过程之前，沉积扩散阻障层6于镶嵌开口中。在扩散阻障层6的下面侧壁上的压缩力增大，而在介层窗5底部的扩散阻障层6的相反面上的张力随时间而增加。其为第一导电层3中的金属移动之故，致使孔洞8形成于张力位置，例如来自阻障层6的电流上游位置。因此，由于电致迁移的关系，邻近介层窗5的部份第一导电层易受孔洞形成的影响。此外，具大表面积的第一导电层3也较为容易地形成孔洞。用于监视第一与第二导电层图案对孔洞形成的影响的介层窗测试结构是有需要的，以便能够清楚得知如何设计及使用何种材料，以提供更高的可靠度。在金属化图案中执行孔洞侦测的方案，如美国专利第5,504,017号所示，其使电流穿越一金属层，以产生一热点于邻近孔洞的阻障层中。此热点是由红外线技术侦测，或经涂布液态晶体材料于金属上及测量热量回应。一种测试结构如美国专利第6,004,827号所揭露，其中形成一金属滑道于基材上。在烧结过程之后，移除介电层，以暴露出滑道上的凸块。当特定位置的凸块浓度比平均凸块密度高20％时，则预期在此处会有长期错误。在美国专利第6,498,384号中，是在半导体晶圆上制造一种测试结构，其包括一第一金属层，第一金属层具有第二与第四通道，且经由介层窗连接第二金属层中的第一、第三与第五通道。覆盖层中的开口使得第一与第五通道的电阻可被探测出，并且可和一测定测量结果做比较。美国专利第6,320,391号描述一种长窄型测试结构，当只有安置一介层窗于测试导体的各末端时，其经由复数个介层窗连接至一延长金属导体的各末端，以避免电流聚集效应。此测试结构相容于高应力电流。在美国专利第6,570,181号中，描述一种可靠度测试结构，其具有一连串复数个长型测试环节形成于第一金属层中，可经由形成于第二金属层中的复数个短环节交替相互连接。此长与短型环节可以一弯曲架构来配置。K.Yoshida，T.Fujimaki，K.Miyamoto，T.Honma，H.Kaneko，H.Nakazawa，M.Morita在Electron Devices Meeting，2002，IEEE，Vol.8-11，pages 753-756的“Stress-Induced Voiding Phenomena for anActual CMOS LSI Interconnects”指出，在到达连接金属层的介层窗前，主金属中的空缺可透过一宽金属层而扩散或透过一窄金属层而延缓。在此段时间，充分的空缺累积而形成孔洞于介层窗底部。举例来说，在图8A中宽金属50上的介层窗51下方的孔洞生成速度，会比在图8B中宽金属层50的延伸部52上的介层窗51下面的孔洞的生成速度快。因此，当于内连线上执行可靠度测试时，在元件错误出现之前，由于无法考虑大块金属(例如一焊垫或一大面积金属层)中的孔洞，故传统的测试结构通常会低估寿命。大块金属中的孔洞会透过连接介层窗的窄金属扩散。图2为传统四通道Kelvin测试结构10的上视图，用于执行电阻测量。由焊垫11、焊垫12与金属线13，14构成的第一金属层形成于半导体基材(图中未示)上。由焊垫15、焊垫16与金属线17，18构成的第二金属层形成第一金属层上，且经由一介电层19而和第一金属层隔开。第一金属线13，14连接介层窗20的底部，而第二金属线17，18连接介层窗20的顶部。举例来说，提供大约1毫安培(mA)的电流至焊垫11，接着测量焊垫12的电压V1及测量焊垫16的电压V2。焊垫15接地至0伏特。介层窗20的电阻R测定为R＝(V1-V2)/1mA。以大约200℃的高温加热具测试结构的基材一段时间，可能包含数百个小时，以进行可靠度测试。在基材加热的这段期间执行周期性电阻测量，然后将这些测量结果和原始电阻值做比较。不幸的是，由于焊垫11的空缺(图中未示)会透过金属线13迁移而形成孔洞于(图中未示)于介层窗20底部，此可靠度测试低估了元件错误前的时间，而使介层窗电阻R增大成不能接受的程度。此外，焊垫12的空缺可能会透过金属线14迁移，而使介层窗20底部中孔洞形成的速度增大。可以知道的是，介电层19通常是一堆叠介电层，为简化图式故未绘示出。此外，第一与第二金属层通常是被包围在一个或数个扩散阻障层内，此亦未多加描述。一种改良式测试结构是有需要的，以防止焊垫中的空缺干扰到介层窗底部的孔洞形成的速度，藉以当预期会发生元件错误时，能够更准确的确认介层窗寿命。一种常用方法以补偿内连线中孔洞形成的趋势为使用一设计规则，以使较多的介层窗连接至大块金属层。然而，这种补偿方式有其本身缺点，此乃因这种设计将会造成一高总电阻，并且在介层窗制造过程中较为危险。增加较多介层窗的方法也会增加在检查设计规则中的困难度。在美国专利第5,614,764号中，添加一末端覆盖储藏部(endcapreservoir)至内连线中，以延长电致迁移寿命，以及防止孔洞形成。然而，此储藏部不是放置在内连线与邻接的介层窗之间，因此无法防止空缺在内连线内迁移至介层窗。一种用以缓和电致迁移效应的替代方案如美国专利第6,306,732号所述，是使用一残缺阻障层于介层窗底部，其中介层窗具有坚固阻障层，且位于介层窗的所有其他部分中。不幸的是，无法防止介层窗的上面侧壁上的空缺累积的问题。因此，一种改良式内连线结构是有需要的，以解决大区域金属层中空缺迁移至介层窗上侧壁的驱动力及形成降低元件执行效能的孔洞。由此可见，上述现有的线路结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种介层窗测试结构，形成于一半导体基材上，其特征在于其包括：（ａ）一第一金属层，包括一第一金属线与一第二金属线，二者各包括一第一部分、一中间部分与一第三部分，其中该第一与该第三部分具有一长度、一宽度及一厚度，该中间部分具有复数个“ｎ ”重叠子部分，各重叠子部分具有一宽度、一长度、一厚度与两端，其中该第一重叠子部分的一端连接该第一部分，该第ｎ重叠子部分的一端连接该第三部分，以及其中一重叠子部分的一端与相邻的一重叠子部分的一端形成具一角度θ的一弯曲部，而该中间部分包括至少一弯曲部分；（ｂ）一第二金属层，包括一第一金属线与第二金属线，其各包括一第一部分、一中间部分与一第三部分，其中该第一与该第三部分具有一长度、一宽度及一厚度，该中间部分具有复数个“ｎ”重叠子部分，各重叠子部分具有一宽度、一长度、一厚度与 两端，其中该第一重叠子部分的一端连接该第一部分，该第ｎ重叠子部分的一端连接该第三部分，以及其中一重叠子部分的一端与一相邻重叠子部分的一端形成具一角度θ的一弯曲部，而该中间部分包括至少一弯曲部分；（ｃ）一介层窗，形成于该第一金属层的该 第一部分与该第二金属层的该第一部分之间；（ｄ）位于该第一金属层中的一第一与一第二焊垫，分别连接该第一金属层中的该第一与该第二金属线的该些第三部分；以及（ｅ）位于该第二金属层中的一第一与一第二焊垫，分别连接该第二金属层中的该第 一与该第二金属线的该些第三部分。...

【技术特征摘要】
US 2004-7-26 10/899,2521.一种介层窗测试结构，形成于一半导体基材上，其特征在于其包括(a)一第一金属层，包括一第一金属线与一第二金属线，二者各包括一第一部分、一中间部分与一第三部分，其中该第一与该第三部分具有一长度、一宽度及一厚度，该中间部分具有复数个“n”重叠子部分，各重叠子部分具有一宽度、一长度、一厚度与两端，其中该第一重叠子部分的一端连接该第一部分，该第n重叠子部分的一端连接该第三部分，以及其中一重叠子部分的一端与相邻的一重叠子部分的一端形成具一角度θ的一弯曲部，而该中间部分包括至少一弯曲部分；(b)一第二金属层，包括一第一金属线与第二金属线，其各包括一第一部分、一中间部分与一第三部分，其中该第一与该第三部分具有一长度、一宽度及一厚度，该中间部分具有复数个“n”重叠子部分，各重叠子部分具有一宽度、一长度、一厚度与两端，其中该第一重叠子部分的一端连接该第一部分，该第n重叠子部分的一端连接该第三部分，以及其中一重叠子部分的一端与一相邻重叠子部分的一端形成具一角度θ的一弯曲部，而该中间部分包括至少一弯曲部分；(c)一介层窗，形成于该第一金属层的该第一部分与该第二金属层的该第一部分之间；(d)位于该第一金属层中的一第一与一第二焊垫，分别连接该第一金属层中的该第一与该第二金属线的该些第三部分；以及(e)位于该第二金属层中的一第一与一第二焊垫，分别连接该第二金属层中的该第一与该第二金属线的该些第三部分。2.根据权利要求1所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第一金属层的该第一金属线中的该第一部分、该第一重叠子部分、该第n重叠子部分与该第三部分都是沿着一第一轴线而形成。3.根据权利要求2所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第一金属层的该第二金属线中的该第一部分、该第一重叠子部分、该第n重叠子部分与该第三部分都是沿着垂直该第一轴线的一第二轴线而形成。4.根据权利要求2所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第二金属层的该第一金属线中的该第一部分、该第一重叠子部分、该第n重叠子部分与该第三部分都是沿着平行该第一轴线的一第三轴线而形成。5.根据权利要求4所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第二金属层的该第二金属线中的该第一部分、该第一重叠子部分、该第n重叠子部分与该第三部分都是沿着垂直该第三轴线的一第四轴线而形成。6.根据权利要求1所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第一金属层中该第一与第二金属线的该些第一部分是同一部分，且其连接至该介层窗的底部。7.根据权利要求1所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的第二金属层中该第一与第二金属线的该些第一部分是同一部分，且其连接至该介层窗的顶部。8.根据权利要求1所述的介层窗测试结构，其特征在于其中所述的弯曲部分包括未沿着该些第一、第二、第三或第四轴线而排成直线的复数个重叠子部分。9.一种在可靠度应力测试期间于一测试结构中确认介层窗电阻的方法，该测试结构包括一第一金属层与一第二金属层，该第一金属层连接一介层窗的底部，而该第二金属层连接该介层窗的顶部，其特征在于其包括以下步骤(a)提供一电流至形成于一基材上一第一金属层中的一第一焊垫，该第一焊垫经由一第一金属线连接该介层窗的底部，该第一金属线包括两端与一重叠部分，而该重叠部分具有一蜿蜒样式；(b)测量该第一金属层中一第二焊垫的电压，该第二焊垫经由一第二金属线连接该介层窗的底部，该第二金属线包括两端与一重叠部分，而该重叠部分具有一蜿蜒样式；连接(c)...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建荣，范淑贞，胡顶达，陈学忠，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]