[发明专利]应力迁移测试结构和应力迁移测试方法

说明书

本发明提供了一种应力迁移测试结构和应力迁移测试方法。该应力迁移测试结构中，第一应力迁移测试结构包括：第n+1层金属层，具有一个第一金属部；第n层金属层，具有多个相互隔离的第二金属部，各第二金属部通过第n层通孔与第一金属部物理连接；第n+1层参考结构，与第n+1层金属层相邻，第一金属部和第n层参考结构的两端均设置有测试信号接入点；第二应力迁移测试结构包括第m+1层金属层，具有多个相互隔离的第三金属部，第m层金属层，具有一个第四金属部，各第四金属部通过第m层通孔与第三金属部物理连接；第m层参考结构，与第m层金属层相邻，第四金属部和第m层参考结构的两端均设置有测试信号接入点，实现了准确测定SM效应。

技术领域

本发明涉及应力迁移测试技术领域，具体而言，涉及一种应力迁移测试结构和应力迁移测试方法。

背景技术

应力迁移(SM：Stress Migration)是半导体工艺中评价金属互连层可靠性的重要测试项目之一。其中，所述金属互连层包括：多根金属互连线及连接所述金属互连线的通孔。应力迁移是在一定温度下，由于各种材料热膨胀系数不同在材料间形成应力，从而使金属互连线或者通孔中晶粒间的小空隙向应力集中的地方聚集形成空洞的物理现象。应力迁移形成的空洞到达一定程度就导致金属互连层断路。如图1所示，由于应力迁移而产生的空洞10’，从而使得金属互连结构11’发生了断路问题。

应力迁移测试能够检测半导体工艺的可靠性，并进而判断所形成的金属互连层的可靠性。具体进行应力迁移测试时，首先形成一应力迁移测试结构，对所述应力迁移测试结构执行高温烘烤，通过应力迁移测试结构的阻值变化评价应力迁移状况。通常的，在烘烤前、烘烤了168小时、500小时及1000小时的时候，测试所述应力迁移测试结构的阻值变化，当阻值变化大于等于20％时(相对于烘烤前的阻值而言)，即可认为本次半导体工艺中的应力迁移比较严重，将影响所形成的金属互连层的可靠性。

目前常规的SM测试结构如图2所示，通过第n层金属互连层1、第n+1层金属互连层1以及两层互连结构之间的通孔30形成串联结构，通过检测该结构的在高温烘烤下的电阻变化来评估SM效应。这种测试结构会将第n层金属互连层1和通孔30的SM效应以及第n+1层互连金属结构和通孔30的SM效应混杂在一起，当发生SM效应时必须借助失效分析手段可以定位出失效位置。另外，金属比如铜、铝在应力测试的高温烘烤过程中会有晶粒再生长的过程，导致金属互连层1本身的电阻变化，这会与SM效应带来的电阻变化混淆，影响判断。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种应力迁移测试结构和应力迁移测试方法，以解决现有技术中的SM测试结构无法准确测定SM效应的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种应力迁移测试结构，该应力迁移测试结构包括一个或多个第n+1层金属互连层的第一应力迁移测试结构和/或一个或多个第m层金属层的第二应力迁移测试结构，其中，第一应力迁移测试结构包括：第n+1层金属层，第n+1层金属层中具有一个第一金属部，第一金属部的两端均设置有测试信号接入点；第n层金属层，第n层金属层具有多个相互隔离的第二金属部，各第二金属部通过第n层通孔与第一金属部物理连接；第n+1层参考结构，与第n+1层金属层相邻，第n层参考结构的两端均设置有测试信号接入点，n为大于或等于1的整数；第二应力迁移测试结构包括：第m+1层金属层，第m+1层金属层具有多个相互隔离的第三金属部，第m层金属层，第m层金属层中具有一个第四金属部，各第四金属部通过第m层通孔与第三金属部物理连接，第四金属部的两端均设置有测试信号接入点；第m层参考结构，与第m层金属层相邻，第m层参考结构的两端均设置有测试信号接入点，m≠n，且m为大于或等于1的整数。

进一步地，上述金属层、参考结构和通孔的材料均为铜。

进一步地，上述第n+1层参考结构和第一金属部的结构和尺寸均相同，第m层参考结构和第四金属部的结构和尺寸均相同。

进一步地，上述第一金属部和第四金属部的长度为0.1～10000μm，宽度为0.02～50μm。