[发明专利]测试结构及测试方法

说明书

技术领域

本发明有关一种测试结构及测试方法，特别是有关一种晶片层次的可靠性测试的测试结构及测试方法。

背景技术

在半导体厂的半导体装置制造过程中，寿命测试实验通常可分为二类，分别称之为“产品可靠性”及“工艺可靠性”。“产品可靠性”测试是指在芯片制造完成并进行初步封装后，测试此产品在高温度、高压力、高湿度等的恶劣环境下的生命期。而“工艺可靠性”是指半导体元件在工厂初步生产完成时，针对半导体元件材料进行寿命测试，以确保产品在后续的制造过程中没有可靠性的疑虑。

晶片厂的可靠性测试依其测试方法可以分为“晶片层次”(wafer-levelreliability，以下简称WLR)及“封装层次”(package-level reliability，以下简称PLR)二种，其不同之处在于前者是将晶片直接放置入一般生产线上的测试机台做测试，而后者则必需先将晶片切割封装成一颗颗的测试样本(deviceunder test，DUT)之后，将这些样本插入测试板(burn-in board)，再将其放置于特殊的高温炉(例如最高350℃)内做测试。WLR的测试方法通常较快速且直接，不必等到封装后，即能在相当短的时间内判断晶片的可靠性是否有疑虑，以便后续的改进或处理。而传统的PLR可靠性品质测试需要较长的时间，且若测试结果不符合产品的设计规格，产品经过改善之后，又需要予以封装的时间再进行测试，所以实验的最后结果是需要等待一段长的时间才能确定。

于众多的测试项目中，举例来说有电子迁移(electron migration，EM)性质的测试。当用以连接各个晶体管间的金属导线(通常是铝线)有电流长时间通过时，铝原子会被电子流(electron wind force)由阴极端冲击至阳极端，最终导致金属线在阴极端因铝原子“空乏”而断线(open)或是在阳极端“堆积”铝原子而造成短路(short)的物理机制，这种现象会随时间增加愈来愈严重，最后会使得集成电路无法正常工作，因此EM测试是一项重要而基本的可靠性测试项目。

传统的EM测试是以PLR的方式进行，其测试条件较接近此金属的正常使用条件，并广为半导体业界所接受。但若能藉由WLR-EM测试来缩短PLR-EM的测试时间，对晶片厂缩短制造工时来说，将有莫大的帮助。然而此种晶片层次的EM测试在业界并未被普遍使用，主要原因是仍有些争议尚未厘清，首先是EM的失效机制(failure mechanism)问题，由于EM测试所施加的电流密度相当高(例如60至70毫安培)，其数量级约为传统PLR-EM测试的十倍，研究人员质疑金属导线的断线机制是由于铝线因高温而熔解(melting)，而非我们要量测的晶片层次EM现象。其次，晶片层次EM与传统PLR-EM测试的结果是否有相关性(correlation)，若是相关性差，则难判定晶片层次的EM的测试结果是正确的。

因此，仍需要一种更好的晶片层次的测试结构与测试方法，以便利的获得测试的结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试结构及测试方法，其中，待测元件的电性测试所需的电流与测试时所需的加热可分别独立给予，并且，电性测试可在半导体元件封装前直接于晶片上进行，所以可快速获知结果。

依据上述的目的，本发明的测试结构包括一加热层及一待测结构。加热层位于一晶片上，供接通电流以进行加热。待测结构位于加热层的上方或邻边，于加热层进行加热时被加热，以进行该待测结构的晶圆层次可靠性的电子迁移性质测试。

本发明的测试方法，包括下列步骤。首先，设置一加热层于一晶片上。其次，于加热层的上方或邻边设置一待测结构。然后，对加热层施加一电压，藉以将待测结构加热以进行该待测结构的晶圆层次可靠性的电子迁移性质测试。

本发明的晶片层次的测试金属线结构电子迁移的方法，包括下列步骤。首先，于一待测金属线结构下方设置一加热层。设定待测金属线结构的参数，其包括强制温度(stress temperature)及强制电流。测量待测金属线结构的起始电阻值及加热层的起始电阻值。对加热层施加一电压，藉以使待测金属线结构的温度与强制温度相同。持续对待测金属线结构施加一电流，其值为强制电流。测量待测金属线结构的电阻值，并计算因强制电流所产生的焦耳热。当电阻值变化大于预定值时，停止对待测金属线结构施加电流，及记录对待测金属线结构施加电流所经历的时间。