专利名称：一种非接触式金属电迁移测量方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属电迁移可靠性的测试装置和方法，尤其是金属互连线电迁移的测试装置和方法。
背景技术：
电迁移是微电子器件中互连线路非常重要的一种失效原因，电迁移会造成互连线路的开路和短路。在器件尺寸向亚微米、深亚微米发展后，金属互连线的宽度也不断减�。� 电流密度不断增加，更易于发生电迁移失效。传统的电迁移测试方法为通过四探针法测试目标导线的电阻变化，来检测电迁移发生的程度。这种方法只能对专门设计试样的局部进行检测，不能同时检测芯片上大范围金属互连线的电迁移情况。如果想要用这种方法了解或者测试芯片中所有金属互连线的电迁移情况将需要很大的工作量，所以需要找出一种新的方法来对芯片上大范围金属互连线的电迁移情况进行检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式金属互连线电迁移测量方法，能够对芯片上大范围金属互连线的电迁移情况进行检测。本发明的另一目的在于提供实现上述测量方法的测量装置。一种非接触式金属互连线电迁移测量方法，具体为使用平行光照射标定用金属互联线，同时采用四探针检测标定用金属互联线的电阻；建立四探针检测到的标定用金属互联线的电阻与标定用金属互联线的表面反射光强的对应关系；使用平行光照射待测金属互联线；实时检测待测金属互联线表面反射光的强度；依据建立的电阻与反射光强的对应关系获取待测金属互联线在特定反射光强下对应的电阻值。进一步地，还将待测金属互联线置于真空环境下。进一步地，还对待测金属互联线加热。实现上述测量方法的测量装置，包括四探针，用于检测局部金属互联线的电阻；平行光光源，用于照射晶圆上的所有金属互联线；光学显微镜，用于实时采集所有金属互联线的光反射图像；计算机，用于依据光反射图像获取金属互联线的光强度，以及建立局部金属互联线的电阻与反射光强度的对应关系。进一步地，所述测量装置还包括用于放置晶圆的具有石英盖板的真空腔。进一步地，所述测量装置还包括用于加热晶圆的加热装置。
进一步地，所述测量装置还包括改变平行光光源发出的平行光方向使得其照射晶圆的半透半反平面镜。本发明的技术效果体现在本发明可以在不接触试样的情况下对试样上的较大范围多条金属互连线电迁移同时进行实时检测，与普通的四探针检测方法相比，检测范围更大，时间更快、成本更低。
图1为检测装置的示意图；图2为检测光路示意图；图3为四探针检测示意图。
具体实施例方式本发明的原理晶圆上的金属互联线在平行光照射下会发生反射，通过显微镜可以在电脑中获得金属表面反射光的强度。当金属发生电迁移后金属内部晶体结构和表面形态都会发生改变使得金属对光的反射率发生改变。所以金属表面反射率的变化可以用来表征电迁移发生的过程。测试方法为采用四探针检测标定用金属互联线的电阻，同时使用平行光照射标定用金属互联线；建立四探针检测到的标定用金属互联线的电阻与标定用金属互联线的表面反射光强的对应关系；使用平行光照射待测金属互联线；实时检测待测金属互联线表面反射光的强度；依据建立的电阻与反射光强的对应关系获取待测金属互联线在某反射光强下对应的电阻值。在正常使用情况下，电迁移中值失效时间很长，试验中必须采取一定方法加速电迁移的进行。根据电迁移的热加速特性一般采用加热升温的方式加速电迁移的进程，然而金属在空气中高温下容易氧化。在真空技术日趋完善的今天，可以利用真空环境来进行电迁移实验，将实验装置内部抽真空后可以有效地避免金属在高温下的氧化。同时由于真空环境的设置对于加热时控制温度的精确度也有很大帮助。图1给出了一个实现所述测量方法的测量装置实施例，实施例包括四探针、平行光光源、半透半反平面镜、光学显微镜、计算机、加热装置和具有石英盖板的真空腔。将晶圆置于真空腔内，使用加热装置对晶圆加热。利用平行光光源照射半透反光平面镜，光线经半透反平面镜反射垂直照射在待测金属线上，光线沿原路返回透过半透半反平面镜进入显微镜并转换为图像信号输入计算机进行观察。可在每次检测时实时建立四探针检测的局部金属互联线与电阻的对应关系，也可以只在首次测量时通过四探针法测得的金属导线电阻变化过程，将其与图像的变化进行比对标定，在后续样品的测量中就可以直接使用显微镜检测样品反射率进行测量。本发明利用非接触式测量方法，可以同时观察并测量晶圆上很大区域金属互连线的电迁移发生情况，而传统的电迁移测量需要制备专用的测试结构而且只能测试很小的局部结构电迁移发生的情况。电迁移在普通条件下发生的过程很长，所以研究电迁移时一般需要高温加速装置，本发明利用真空环境避免金属导线在高温下的氧化，并在真空腔体上设石英盖板，由于石英材料对所需波长光线的高透射率，使得金属反射光可以最大限度的进入显微镜，从而提高了实验的精确度。下面结合附图和测量实例对本发明作进一步的详细说明。本发明电迁移测试方法举例(1)如图1中，开启真空泵抽真空，开启温度采集器和加热温度控制器，将试样加热到指定温度。(2)给试样加载恒定电流，使试样开始电迁移过程。(3)用四探针检测试样中一条线路的电阻变化，如图3 ；同时用显微镜观测试样中多条线路的反射率变化。光从光源发出后的有效光路如图2。将数值用电脑实时记录。(4)电迁移完成后，利用四探针测出的电阻变化数据标定反射率变化数据，从而得到试样上多条互连线的电迁移情况。
权利要求
1.一种非接触式金属互连线电迁移测量方法，具体为使用平行光照射标定用金属互联线，同时采用四探针检测标定用金属互联线的电阻；建立四探针检测到的标定用金属互联线的电阻与标定用金属互联线的表面反射光强的对应关系；使用平行光照射待测金属互联线；实时检测待测金属互联线表面反射光的强度；依据建立的电阻与反射光强的对应关系获取待测金属互联线在特定反射光强下对应的电阻值。
2.根据权利要求1所述的非接触式金属互连线电迁移测量方法，其特征在于，还将待测金属互联线置于真空环境下。
3.根据权利要求1所述的非接触式金属互连线电迁移测量方法，其特征在于，还对待测金属互联线加热。
4.实现权利要求1或2或3所述测量方法的测量装置，包括四探针，用于检测局部金属互联线的电阻；平行光光源，用于照射晶圆上的所有金属互联线；光学显微镜，用于实时采集所有金属互联线的光反射图像；计算机，用于依据光反射图像获取金属互联线的光强度，以及建立局部金属互联线的电阻与反射光强度的对应关系。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还包括用于放置晶圆的具有石英盖板的真空腔。
6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还包括用于加热晶圆的加热装置。
7.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，还包括改变平行光光源发出的平行光方向使得其照射晶圆的半透半反平面镜。
全文摘要
本发明公开了一种非接触式金属互连线电迁移测量方法，具体为使用平行光照射标定用金属互联线，同时采用四探针检测标定用金属互联线的电阻；建立四探针检测到的标定用金属互联线的电阻与标定用金属互联线的表面反射光强的对应关系；使用平行光照射待测金属互联线；实时检测待测金属互联线表面反射光的强度；依据建立的电阻与反射光强的对应关系获取待测金属互联线在某反射光强下对应的电阻值。本发明还提供了测量装置，主要包括四探针、平行光光源、光学显微镜和计算机。本发明不接触试样的情况下对试样上的较大范围金属互连线电迁移同时进行实时检测，与普通的四探针检测方法相比，检测范围更大，时间更快、成本更低。
文档编号G01R31/26GK102385031SQ20111035737
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者刘胜, 吕植成, 汪学方, 王宇哲, 袁娇娇 申请人:华中科技大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
