专利名称：集成电路的电迁移预警电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路相关技术领域，特别是涉及集成电路的电迁移预警电路。
背景技术：
金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor, M0S)器件的集成电路在各行业中的应用广泛，在生产和使用过程中电学特性退化引起的可靠性问题也变得越来越突出。集成电路技术的进步和更新换代是以其生产的最小金属线尺寸的缩小和芯片集成度的提高为标志的。随着现代电子技术的飞速发展，电子元器件及器件组的尺寸己进入纳米量级，其金属互连在整个集成电路芯片中所占的面积越来越大。金属互连的电迁移(Electromigration, EM)失效问题已成为制约大规模集成电路技术发展的瓶颈，同时也成为当前MOS器件可靠性研究的热点。电迁移现象是引起集成电路失效的一种重要原因，由其引起的集成电路可靠性问题也就成为研究热点。电迁移现象是由于在电流分布密度作用下金属中的离子位移所致，是金属互连中的金属原子受到运动的电子作用引起的物质输运现象，体现为电阻值的线性增加，到一定程度后就会引起金属膜局部亏损而出现空洞，或引起金属膜局部堆积而出现小丘或晶须，最终导致突变失效，严重影响集成电路的寿命。电迁移引起集成电路失效主要表现为以下四方面(1)在互连引线中形成空洞，增加了电阻；空洞长大，最终贯穿互连引线，形成断路；(3)在互连引线中形成晶须，造成层间短路；(4)晶须长大，穿透钝化层，产生腐蚀源。现有技术根据MOS器件电迁移失效机理，设计了相应预警电路，在电阻增大到指定阈值时发出报警信号，从而避免系统因电迁移失效而引起的致命故障。然而，在实际应用中，电迁移导致电阻增大和晶须引起短路现象都有发生，这种方案只对因电迁移导致电阻增大而失效的情况进行提前报警，而没有实现对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警的电路。

发明内容
基于此，有必要针对现有技术没有实现对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警的电路的技术问题，提供一种集成电路的电迁移预警电路。一种集成电路的电迁移预警电路，包括电流监测结构，所述电流监测结构包括与监测金属导线电气连接的电流输出模块，以及被所述氧化层包裹且与所述监测金属导线电气绝缘的一个或多个导电金属，所述电流输出模块包括至少一个电流源，所述导电金属与电流监测结构的输出端电气互连，所述导电金属环绕监测金属导线。在其中一个实施例中，所述导电金属包括设置在监测金属导线上方的第一金属、设置在监测金属导线下方的第二金属，以及分别设置在监测金属导线两侧的第三金属，所述第一金属、第二金属和第三金属通过多个穿过氧化层的通孔金属电气互连。在其中一个实施例中，所述第二金属在监测金属导线的正下面，且相互平行，第二金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述第三金属在监测金属导线的两旁，且相互平行，第三金属和监测金属导线通过氧化层电气绝缘；所述第一金属在监测金属导线的正上面，且相互平行，第一金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述多个通孔金属包括第一通孔金属和第二通孔金属，所述第三金属与第二金属之间通过第一通孔金属电气互连；所述第三金属与第一金属之间通过第二通孔金属电气互连。在其中一个实施例中，还包括与所述监测金属导线连接的电阻监测结构，所述电阻监测结构用于将所述监测金属导线的电阻变化转变为电压变化并输出。在其中一个实施例中，所述电阻监测结构包括对比金属导线，所述电流输出模块与监测金属导线的第一端连接；所述监测金属导线的第二端与所述对比金属导线串联，形成监测串联电路。在其中一个实施例中，所述对比金属导线的阻值与所述监测金属导线的阻值相同。在其中一个实施例中，还包括电流比较结构、电压比较结构和输出结构；所述电流比较结构，用于与电流监测结构的输出端连接，当电流监测结构的输出与电流比较结构基准单元之间的比较结果超过电流监测结构监测条件时，输出电流报警信号到输出结构；所述电压比较结构，用于与电阻监测结构的监测交点处连接，当电阻监测结构的监测交点处的输出与电压比较结构基准单元之间的比较结果超过电阻比较监测条件时，输出电阻报警信号到输出结构；其中，所述监测金属导线与对比金属导线的交点处为监测交点处；所述输出结构，用于当接收到电流报警信号和/或电阻报警信号，则输出电迁移
预警信号。在其中一个实施例中所述电流比较结构包括基准电流源和电流比较器，所述电流监测结构的输出端与电流比较器的第一输入端连接，所述基准电流源与电流比较器的第二输入端连接，且所述基准电流源的输出电流小于所述电流输出模块的输出电流，所述电流比较结构的输出端为电流比较器的输出端；所述电流监测结构的输出端的输出为电流监测结构的输出端的输出电流，且所述电流监测结构监测条件为电流监测结构的输出端的输出电流大于或等于基准电流源的输出电流；所述电阻监测结构还包括第一电压基准电阻和第二电压基准电阻，所述电流输出模块与第一电压基准电阻的第一端连接，第一电压基准电阻的第二端与第二电压基准电阻串联，形成基准串联电路，基准串联电路与监测串联电路并联，且第二电压基准电阻的电阻值小于或等于所述第一电压基准电阻的电阻值；所述第一基准电阻与第二基准电阻的交点处为基准交点处；所述电压比较结构包括电压比较器，所述电阻监测结构的监测交点处与电压比较器的第一输入端连接，所述电阻监测结构的基准交点处与电压比较器的第二输入端连接，所述电压比较结构的输出端为电压比较器的输出端；所述电阻监测结构的监测交点处的输出为电阻监测结构的监测交点处的输出电压，且所述电阻比较监测条件为电阻监测结构的监测交点处的输出电压小于或等于电阻监测结构的基准交点处的输出电压；所述输出结构包括或门，所述电流比较结构的输出端与所述或门的第一输入端连接，所述电压比较结构的输出端通过反相器与所述或门的第二输入端连接。在其中一个实施例中所述电阻监测结构的电流输出模块还包括应力电流源、测试电流源、第一应力开关模块和第一测试开关，所述应力电流源通过第一应力开关模块与监测金属导线的第一端连接，所述测试电流源通过第一测试开关与监测金属导线的第一端连接；所述电阻监测结构还包括第二应力开关模块，所述监测金属导线的第二端通过第二应力开关模块接地；所述电流比较结构还包括第二测试开关模块，所述基准电流源通过第二测试开关模块与电流比较器的第二输入端连接；所述输出结构还包括第三应力开关模块，所述或门的输出端通过第三应力开关模块接地。在其中一个实施例中，所述第一应力开关模块、第二应力开关模块、第三应力开关模块、第一测试开关模块和第二测试开关模块均为开关电路。上述集成电路的电迁移预警电路，通过环绕监测金属导线设置的多个导电金属，使得当电流输出模块向监测金属导线输出电流时，当监测金属导线发生电迁移导致形成晶须时，晶须会与其中至少一个导电金属形成短路，形成可以被外界监测预警得到的短路电流。从而实现了对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警，避免了电迁移导致的晶须引起短路现象而无法预测的情况。同时，本发明的集成电路的电迁移预警电路还可以增加电阻预警结构，电迁移导致电阻增大和晶须引起短路现象都有发生，则无论是电阻增大还是晶须引起短路，均可以被本发明的集成电路的电迁移预警电路监测得到，从而能极大的提高对电迁移现象的预警效率。减少使用MOS器件执行任务时，任务过程中因MOS器件故障引起的风险，保证充裕的无故障工作时间，并提高任务成功率。


如图1所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路的电流监测结构的一个实施例的俯视图；如图2所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路的一个实施例的电流监测结构的正视图。图3为本发明的集成电路的电迁移预警电路的其中一个实施例电路图；图4为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例在应力状态下的电路框图；图5为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例在测试状态下的电路框图；图6为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与右旁金属短接俯视图；图7为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与右旁金属短接正视图；图8为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与第三金属短接俯视图；图9为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与第三金属短接正视图；图10为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘
与第二金属短接俯视图；图11为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与第二金属短接正视图；图12为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘
与第一金属短接俯视图；图13为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的监测金属导线的小丘与第一金属短接正视图；图14为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的状态切换信号波形图。图15为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的检测金属导线的电迁移致电阻未超20%且小丘所致短路电流未超阈值时输出结构的输出端输出的电迁移预警信号随时间的变化图；图16为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的检测金属导线的电迁移超20%与小丘所致短路电流超阈值的情形之中任何一个发生时输出结构的输出端输出的电迁移预警信号随时间的变化图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。一种集成电路的电迁移预警电路，包括电流监测结构，所述电流监测结构包括与监测金属导线电气连接的电流输出模块，以及被所述集成电路的氧化层包裹且与所述监测金属导线电气绝缘的一个或多个导电金属，所述电流输出模块包括至少一个电流源，所述导电金属与电流监测结构的输出端电气互连，所述导电金属环绕监测金属导线。电流输出模块向监测金属导线输出电流时，当监测金属导线发生电迁移导致形成晶须时，晶须会与其中至少一个导电金属形成短路，形成可以被外界监测预警得到的短路电流，通过对输出端进行监测则可以监测到是否有因电迁移导致短路的情况发生。在其中一个实施例中，所述导电金属包括设置在监测金属导线上方的第一金属、设置在监测金属导线下方的第二金属，以及分别设置在监测金属导线两侧的第三金属，所述第一金属、第二金属和第三金属通过多个穿过氧化层的通孔金属电气互连。实际上，本领域普通技术人员在阅读本专利以后，可以对上述实施例做出适当的变形，例如把监测金属导线放置在圆筒状的导电金属里面，导电金属和监测金属导线之间通过氧化层实现电气绝缘，导电金属通过一个引线与输出端电气互连，则晶须向任意一个方向生长，均会与导电金属形成短路。然而，上述实施例采用的金属导线设置方法成本会更低，而且同样实现了无论晶须向任意一个方向生长，晶须会与其中至少一个导电金属形成短路。如图1所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路的电流监测结构的一个实施例的俯视图。如图2所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路的一个实施例的电流监测结构的正视图。其中，电流监测结构300处在集成电路的基底399之上，对监测金属导线302进行监测，电流监测结构300包括第二金属303、第三金属305、第一金属306、第一通孔金属304、第二通孔金属307，以及与监测金属导线302电气连接的电流输出模块(图1中未标出);所述第二金属303在监测金属导线302的正下面，且相互平行，第二金属303与监测金属导线之间通过集成电路的氧化层301实现电气绝缘；所述第三金属305在监测金属导线302的两旁，且相互平行，第三金属305和监测金属导线302通过氧化层301实现电气绝缘；所述第一金属306在监测金属导线302的正上面，且相互平行，第一金属306与监测金属导线302之间通过氧化层301实现电气绝缘；所述第一通孔金属304穿过氧化层301实现第三金属305与第二金属303之间的电气互连；所述第二通孔金属307穿过氧化层301实现第三金属305与第一金属306之间的电气互连,第一金属306与电流监测结构的输出端630电气互连。其中，设置电流输出模块的目的在于加快监测金属导线302的电迁移产生，使得监测金属导线302的电迁移产生速度大于整个集成电路的其他金属导线的电迁移产生速度。则在集成电路的其他金属导线产生电迁移之前，集成电路的电迁移预警电路提前进行预警。本领域普通技术人员在阅读本专利以后，可以对上述实施例做出适当的变形，例如，采用一个通孔金属连通第一金属和第二金属，或者不保持第一金属与监测金属导线之间的平行等。然而，上述实施例采用的金属导线设置方法成本会更低，而且第一金属与监测金属导线保持平行、第二金属与监测金属导线保持平行，第三金属与监测金属导线保持平行能使得监测金属导线的任意一部分向任意一个方向生长出晶须，都会与至少一个金属导线短路，从而被电流监测结构监测到。在其中一个实施例中，本发明的集成电路的电迁移预警电路还包括与所述监测金属导线连接的电阻监测结构，所述电阻监测结构用于将所述监测金属导线的电阻变化转变为电压变化并输出。电迁移导致电阻增大和晶须引起短路现象都有发生，通过增加电阻监测结构，则无论是电阻增大还是晶须引起短路，均可以被本发明的集成电路的电迁移预警电路监测得到，从而能极大的提高对电迁移现象的预警效率。本领域普通技术人员可以在阅读本发明的基础上，通过有限次实验对电阻监测结构进行具体的电路设计。在其中一个实施例中，所述电阻监测结构包括对比金属导线，所述电流输出模块与监测金属导线的第一端连接；所述监测金属导线的第二端与所述对比金属导线串联，形成监测串联电路；所述监测金属导线与对比金属导线的交点处为监测交点处。如图3所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路的其中一个实施例电路图。电阻监测结构包括对比金属导线400。在本实施例中，电流输出模块包括测试电流源101。测试电流源101与监测金属导线302的第一端230连接；监测金属导线302的第二端与对比金属导线400串联，形成监测串联电路；监测金属导线302与对比金属导线400的交点处430为监测交点处。通过对监测交点处430进行电压监测，则可以得到监测金属导线302的电阻变化情况。在正常情况下，监测交点处430的电压不会变化，当监测金属导线302的电阻变大，则在监测交点处430的电压会下降。因此监测交点处430的电压下降就能反映出监测金属导线302因为电迁移而导致电阻变大的情况，从而实现对监测金属导线302的预警。在其中一个实施例中，对比金属导线400的阻值与监测金属导线302的阻值相同，可以采用与监测金属导线302的长度、宽度和材质均相同的对比金属导线400即可实现对比金属导线400的阻值与监测金属导线302的阻值相同。本实施例中，由于对比金属导线400的阻值与监测金属导线302的阻值相同，则监测交点处430的电压约为整个监测串联电路的电压的一半，因此，只要监测到监测交点处430的电压低于整个监测串联电路的电压的一半则可以发出报警信号，方便监测。然而，本领域普通技术人员在阅读本专利后，可以对此作出改进，例如对比金属导线400的阻值与监测金属导线302的阻值不相同，而是具有一定的比例，通过具体比例，则可以换算出未发生电迁移时，监测交点处430的电压值，从而，当低于该值时，发出报警信号。在其中一个实施例中，本发明的集成电路的电迁移预警电路还包括电流比较结构、电压比较结构和输出结构；所述电流比较结构，用于与电流监测结构的输出端连接，当电流监测结构的输出与电流比较结构基准单元之间的比较结果超过电流监测结构监测条件时，输出电流报警信号到输出结构；所述电压比较结构，用于与电阻监测结构的监测交点处连接，当电阻监测结构的监测交点处的输出与电压比较结构基准单元之间的比较结果超过电阻比较监测条件时，输出电阻报警信号到输出结构；所述输出结构，用于当接收到电流报警信号和/或电阻报警信号，则输出电迁移
预警信号。增加了电流比较结构、电压比较结构和输出结构，则可以统一管理上述的电流监测结构和电阻监测结构输出的报警信号，使得无论是电流监测结构还是电阻监测结构监测到监测金属导线发生电迁移情况，都能得到统一的报警信号。本领域普通技术人员可以在阅读本专利的基础上，通过有限次实验得到具体的电路设计。本发明的其中一个实施例，如图3所示所述电流比较结构包括基准电流源102和电流比较器600，所述电流监测结构的输出端630与电流比较器600的正输入端连接，所述基准电流源102与电流比较器600的负输入端连接，且基准电流源102的输出电流小于所述电流输出模块的输出电流，电流比较结构的输出端为电流比较器600的输出端；优选地，所述基准电流源102是一种高精度的电流源，用作电流参考。所述电流监测结构的输出端630的输出为电流监测结构的输出端630的输出电流，且所述电流监测结构监测条件为电流监测结构的输出端630的输出电流大于或等于基准电流源的输出电流；优选地，电流监测结构监测条件为电流监测结构的输出端630的输出电流大于基准电流源的输出电流。在本实施例中，当电流比较器600的正输入端的电流高于负输入端的电流时电流比较器600的输出端由“O”变为“I”。因此电流报警信号为电流比较器600的输出端由“O”变为“I”。实际上输出端630也可以与电流比较器600的负输入端连接，而基准电流源与电流比较器600的正输入端连接，则电流报警信号为电流比较器600的输出端由“I”变为“O”。优选地，基准电流源102是一种高精度的电流源。基准电流源102所产生的电流输入电流比较器600负输入端并作为参考阈值电流，即为小丘所致短路电流的阈值。当监测金属导线302未因为电迁移而长出晶须时，电流监测结构300的输出端630不会输出电流。因此电流比较器600的负输入端的电流大于正输入端的电流。电流比较器600的输出端输出“O”。电流监测结构300对监测金属导线302所生长的小丘进行实时监控。所述小丘由电迁移长出的晶须形成。当小丘生长到一定程度时，将有四种可能的短路方式(a)小丘311穿过氧化层301与右旁金属305形成短路，其俯视图和正视图分别如图6和图7所示；(b)小丘310穿过氧化层301与第三金属305形成短路，例如与监测金属导线302左边的第三金属305形成短路，其俯视图和正视图分别如图8和图9所示；(c)小丘309穿过氧化层301与第二金属303形成短路，其俯视图和正视图分别如图10和图11所示；(d)小丘308穿过氧化层301与第一金属306形成短路，其俯视图和正视图分别如图12和图13所示。上述任何一种情况的发生，都将有电流通过输出端630流入电流比较器600的正输入端。由于基准电 流源102的输出电流小于电流输出模块(例如测试电流源101)的输出电流。因此，此时在输出端630的电流会大于基准电流源102的输出电流，使得电流比较器600的正输入端的电流大于负输入端的电流，此时电流比较器600的输出端输出“1”，形成电流报警信号。所述电阻监测结构还包括第一电压基准电阻401和第二电压基准电阻402，测试电流源101与第一电压基准电阻401的第一端连接，第一电压基准电阻401的第二端与第_■电压基准电阻402串联，形成基准串联电路，基准串联电路与监测串联电路并联，且第_■电压基准电阻402的电阻值小于或等于所述第一电压基准电阻401的电阻值；所述第一基准电阻401与第二基准电阻402的交点处为基准交点处；优选地，第二电压基准电阻402的电阻值与第一电压基准电阻401的电阻值的比值为1:1. 2。所述电压比较结构包括电压比较器700，所述电阻监测结构的监测交点处430与电压比较器700的正输入端连接，所述电阻监测结构的基准交点处与电压比较器700的负输入端连接，电压比较结构的输出端为电压比较器700的输出端；所述电阻监测结构的监测交点处430的输出为电阻监测结构的监测交点处的输出电压，且所述电阻比较监测条件为电阻监测结构的监测交点处430的输出电压小于或等于电阻监测结构的基准交点处的输出电压。优选地，电阻监测结构监测条件为电阻监测结构的监测交点处430的输出电压小于电阻监测结构的基准交点处的输出电压。在本实施例中，电压比较器700的正输入端的电压低于负输入端的电压时电压比较器700的输出端由“I”变为“O”。电阻报警信号为电压比较器700的输出端由“I”变为“O”。实际上监测交点处430也可以与电压比较器700的负输入端连接，而基准交点处与电压比较器700的正输入端连接，则电阻报警信号为电压比较器700的输出端由“O”变为 “ I ”。以第二电压基准电阻402的电阻值与第一电压基准电阻401的电阻值的比值为1:1.2为例，在监测金属导线302未因为电迁移发送电阻上升的情况下，监测交点处430的电压大于基准交点处的电压，此时电压比较器700的输出端为“I”。当监测金属导线302由于电迁移导致电阻上升时，则监测交点处430的电压会下降，当监测交点处430的电压下降到小于基准交点处的电压时，电压比较器700的输出端从“I”变为“0”，形成电阻报警信号。所述输出结构包括或门801，所述电流比较结构的输出端即电流比较器600的输出端与所述或门的第一输入端连接，所述电压比较结构的输出端即电压比较器700的输出端通过反相器800与所述或门801的第二输入端连接。则当或门801的任意一个输入端接收到高电平“1”，则或门801的输出端都会显示高电平“I”。输出结构将电流比较器600和电压比较器700的输出经过输出整形输出标准的数字信号，则电迁移预警信号为高电平“ I ”，从输出结构的输出端900输出。实际上，输出结构还可以包括与或门801的输出端依次连接的反相器802和反相器803，则电迁移预警信号为高电平“1”，反相器802和反相器803对或门801的输出进行整形。优选地，第一电压基准电阻401与第二电压基准电阻402为多晶硅电阻。则由于多晶硅电阻的电阻值远大于监测金属导线302和对比金属导线400的电阻值，因此电流输出模块的输出电流几乎全部通过监测金属导线302，使得监测金属导线302发生电迁移。本领域普通技术人员可以在阅读本专利的基础上做出一定的改进，例如电流比较结构可以采用电压源作为基准电压和电压比较器，通过简单的电路设计把电流监测结构的输出电流改变为输出电压，并输入电压比较器，然后通过与基准电压的比较得出是否发生了电迁移情况。电流监测结构监测条件和电阻监测结构监测条件也可以根据实际的电路设计进行更改，例如当电流比较结构采用电压源和电压比较器，则电流监测结构监测条件可以修改为超过基准电压则进行预警。而电阻监测结构监测条件也可以设定一定的阈值，当电阻监测结构的监测交点处的输出电压小于电阻监测结构的基准交点处的输出电压的一定阈值之后输出电阻报警信号。在其中一个实施例中所述电阻监测结构的电流输出模块还包括应力电流源100、测试电流源101、第一应力开关模块200和第一测试开关201，所述应力电流源100通过第一应力开关模块200与监测金属导线302的第一端连接，所述测试电流源101通过第一测试开关201与监测金属导线302的第一端连接；所述电阻监测结构还包括第二应力开关模块203，所述监测金属导线302的第二端通过第二应力开关203模块接地；
所述电流比较结构还包括第二测试开关模块202，所述基准电流源通过第二测试开关模块202与电流比较器600的负输入端连接，所述电流比较器600的输出端与或门801的第一输入端相连。本实施例中，在第一应力开关模块200、第一测试开关模块201、第二测试开关模块202、第二应力开关模块203和第三应力开关模块204的控制下分成两种状态应力状态、测试状态。如图4所示，在第一测试开关201和第二测试开关模块202断开，第一应力开关模块200、第二应力开关模块203和第三应力开关模块204导通时，电路处于应力状态。此时，应力电流源100所产生的应力电流通过第一应力开关模块200流过监测金属导线302，再通过第二应力开关模块203流入地，由于第一电压基准电阻401、第二电压基准电阻402的阻值远大于监测金属导线302、对比金属导线400的阻值，因此可以认为应力电流全部通过监测金属导线302。在该状态下，大电流流过金属导线电阻302，是金属导线电阻302发生电迁移，阻值慢慢发生改变或者生长出小丘并导致短路电流。此时，最终输出为高电位。如图5所示，当第一测试开关模块201和第二测试开关模块202导通，第一应力开关模块200、第二应力开关模块203和第三应力开关模块204断开时，电路处于测试状态。一方面，测试电流源101所产生的电流流过监测金属导线302、对比金属导线400、第一电压基准电阻401和第二电压基准电阻402等组成的网络。由于第一电压基准电阻401、第二电压基准电阻402的阻值远大于监测金属导线302、对比金属导线400的阻值，因此可以近似认为电流全部流过监测金属导线302、对比金属导线400。对比金属导线400和第二电压基准电阻402的交点处可以直接接地。然而，优选地，还可以包括二极管连接方式的NMOS管500，所述二极管连接方式的NMOS管500的漏端接到对比金属导线400与第二电压基准电阻402的交点处，二极管连接方式的NMOS管500的源端接地。由于二极管连接方式的NMOS管500的存在，能使监测金属导线302、对比金属导线400的交点处以及第一电压基准电阻401、第二电压基准电阻402交点处的共模电压约为VDD/2，在后面的电压比较器的输入共模电压范围之内。另一方面，基准电流源102所产生的电流输入电流比较器600负输入端并作为参考阈值电流。当监测金属导线302未因为电迁移而长出晶须时，电流监测结构300的输出端630不会输出电流。因此电流比较器600的负输入端的电流大于正输入端的电流。电流比较器600的输出端输出“O”。电流监测结构300对监测金属导线302所生长的小丘进行实时监控。所述小丘由电迁移长出的晶须形成。当小丘生长到一定程度时，将有四种可能的短路方式(a)小丘311穿过氧化层301与右旁金属305形成短路，其俯视图和正视图分别如图6和图7所示；(b)小丘310穿过氧化层301与第三金属305形成短路，例如与监测金属导线302左边的第三金属305形成短路，其俯视图和正视图分别如图8和图9所示；(c)小丘309穿过氧化层301与第二金属303形成短路，其俯视图和正视图分别如图10和图11所示；(d)小丘308穿过氧化层301与第一金属306形成短路，其俯视图和正视图分别如图12和图13所示。上述任何一种情况的发生，都将有电流通过输出端630流入电流比较器600的正输入端。上述第一应力开关模块、第二应力开关模块、第三应力开关模块、第一测试开关模块和第二测试开关模块可以直接采用开关设备。则通过控制开关设备的通断就可以实现使电路处于应力状态和测试状态。
在其中一个实施例中，所述第一应力开关模块200、第二应力开关模块203、第三应力开关模块204、第一测试开关模块201和第二测试开关模块202均为开关电路。采用开关电路，则可以通过输入不同的输入波形，从而改变其最终输出的电迁移预警信号。例如，当输出结构采用或门801，第一以及一个与或门801的输出端连接的反相器802时，且第二电压基准电阻402的电阻值与第一电压基准电阻401的电阻值的比值为1:1.2。其电路如图3所示。如图14所示为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的状态切换信号波形图，高电平时电路处于应力状态，低电平时电路处于测试状态。其中，对于第一应力开关模块200、第二应力开关模块203和第三应力开关模块204，其输入时钟与图14的状态切换信号波形图一致，而第一测试开关模块201和第二测试开关模块202的输入时钟与图14的状态切换信号波形图反相。图15为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的检测金属导线的电迁移致电阻未超20%且小丘所致短路电流未超阈值时输出结构的输出端随时间的变化图。在未发生电迁移时，输出结构的输出端的波形图与状态切换信号波形图一致。图16为本发明的集成电路的电迁移预警电路一个实施例的检测金属导线的电迁移超20%与小丘所致短路电流超阈值的情形之中任何一个发生时输出结构的输出端随时间的变化图。因此，电迁移预警信号为高电平“I”。当在测试状态连续收到高电平“I”时，则认为监测金属导线302已经出现电迁移情况，集成电路的其他金属导线也将会在后续出现电迁移情况，需要立刻进行处理。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，包括电流监测结构，所述电流监测结构包括与监测金属导线电气连接的电流输出模块，以及被所述集成电路的氧化层包裹且与所述监测金属导线电气绝缘的一个或多个导电金属，所述电流输出模块包括至少一个电流源，所述导电金属与电流监测结构的输出端电气互连，所述导电金属环绕监测金属导线。
2.根据权利要求1所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，所述导电金属包括设置在监测金属导线上方的第一金属、设置在监测金属导线下方的第二金属，以及分别设置在监测金属导线两侧的第三金属，所述第一金属、第二金属和第三金属通过多个穿过氧化层的通孔金属电气互连。
3.根据权利要求2所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，所述第二金属在监测金属导线的正下面，且相互平行，第二金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述第三金属在监测金属导线的两旁，且相互平行，第三金属和监测金属导线通过氧化层电气绝缘；所述第一金属在监测金属导线的正上面，且相互平行，第一金属与监测金属导线之间通过氧化层电气绝缘；所述多个通孔金属包括第一通孔金属和第二通孔金属，所述第三金属与第二金属之间通过第一通孔金属电气互连；所述第三金属与第一金属之间通过第二通孔金属电气互连。
4.根据权利要求1所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，还包括与所述监测金属导线连接的电阻监测结构，所述电阻监测结构用于将所述监测金属导线的电阻变化转变为电压变化并输出。
5.根据权利要求4所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，所述电阻监测结构包括对比金属导线，所述电流输出模块与监测金属导线的第一端连接；所述监测金属< 导线的第二端与所述对比金属导线串联，形成监测串联电路。
6.根据权利要求5所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，所述对比金属导线的阻值与所述监测金属导线的阻值相同。
7.根据权利要求5所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，还包括电流比较结构、电压比较结构和输出结构； 所述电流比较结构，用于与电流监测结构的输出端连接，当电流监测结构的输出与电流比较结构基准单元之间的比较结果超过电流监测结构监测条件时，输出电流报警信号到输出结构； 所述电压比较结构，用于与电阻监测结构的监测交点处连接，当电阻监测结构的监测交点处的输出与电压比较结构基准单元之间的比较结果超过电阻比较监测条件时，输出电阻报警信号到输出结构；其中，所述监测金属导线与对比金属导线的交点处为监测交点处； 所述输出结构，用于当接收到电流报警信号和/或电阻报警信号，则输出电迁移预警信号。
8.根据权利要求7所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于 所述电流比较结构包括基准电流源和电流比较器，所述电流监测结构的输出端与电流比较器的第一输入端连接，所述基准电流源与电流比较器的第二输入端连接，且所述基准电流源的输出电流小于所述电流输出模块的输出电流，所述电流比较结构的输出端为电流比较器的输出端；所述电流监测结构的输出端的输出为电流监测结构的输出端的输出电流，且所述电流监测结构监测条件为电流监测结构的输出端的输出电流大于或等于基准电流源的输出电流； 所述电阻监测结构还包括第一电压基准电阻和第二电压基准电阻，所述电流输出模块与第一电压基准电阻的第一端连接，第一电压基准电阻的第二端与第二电压基准电阻串联，形成基准串联电路，基准串联电路与监测串联电路并联，且第二电压基准电阻的电阻值小于或等于所述第一电压基准电阻的电阻值；所述第一基准电阻与第二基准电阻的交点处为基准交点处； 所述电压比较结构包括电压比较器，所述电阻监测结构的监测交点处与电压比较器的第一输入端连接，所述电阻监测结构的基准交点处与电压比较器的第二输入端连接，所述电压比较结构的输出端为电压比较器的输出端； 所述电阻监测结构的监测交点处的输出为电阻监测结构的监测交点处的输出电压，且所述电阻比较监测条件为电阻监测结构的监测交点处的输出电压小于或等于电阻监测结构的基准交点处的输出电压； 所述输出结构包括或门，所述电流比较结构的输出端与所述或门的第一输入端连接，所述电压比较结构的输出端通过反相器与所述或门的第二输入端连接。
9.根据权利要求8所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于 所述电阻监测结构的电流输出模块还包括应力电流源、测试电流源、第一应力开关模块和第一测试开关，所述应力电流源通过第一应力开关模块与监测金属导线的第一端连接，所述测试电流源通过第一测试开关与监测金属导线的第一端连接； 所述电阻监测结构还包括第二应力开关模块，所述监测金属导线的第二端通过第二应力开关模块接地； 所述电流比较结构还包括第二测试开关模块，所述基准电流源通过第二测试开关模块与电流比较器的第二输入端连接； 所述输出结构还包括第三应力开关模块，所述或门的输出端通过第三应力开关模块接地。
10.根据权利要求9所述的集成电路的电迁移预警电路，其特征在于，所述第一应力开关模块、第二应力开关模块、第三应力开关模块、第一测试开关模块和第二测试开关模块均为开关电路。
全文摘要
本发明涉及集成电路相关技术领域，特别是涉及集成电路的电迁移预警电路，包括与监测金属导线电气连接的电流输出模块，以及被所述集成电路的氧化层包裹且与所述监测金属导线电气绝缘的一个或多个导电金属，所述电流输出模块包括至少一个电流源，所述导电金属与电流监测结构的输出端电气互连，所述导电金属环绕监测金属导线。上述集成电路的电迁移预警电路，实现了对因电迁移导致短路而失效的情况进行预警，同时，本发明的集成电路的电迁移预警电路还可以增加电阻预警结构，则无论是电阻增大还是晶须引起短路，均可以被本发明的集成电路的电迁移预警电路监测得到，从而能极大的提高对电迁移现象的预警效率。
文档编号G01R31/30GK103033740SQ20121056008
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者陈义强, 恩云飞, 黄云, 陆裕东, 肖庆中 申请人:工业和信息化部电子第五研究所