专利名称：金属电迁移测试设备及方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种能够快速有效的评估电迁移金属的电 迁移的测试设备以及相应的金属电迁移测试方法。
背景技术：
随着大规模集成电路的不断发展，电迁移引起的集成电路可靠性问题目益凸现。 随着芯片集成度的提高，互连引线变得更细、更窄、更薄，因此其中的电流密度越来越大。在 较高的电流密度作用下，互连引线中的金属原子将会沿着电子运动方向进行迁移。电迁移 能使IC中的互连引线在工作过程中产生断路或短路，从而引起IC失效。由此，电迁移现象逐渐被人们所观注。一般来说，对于电迁移的测试，只有进行了 大量的测试之后，得到的数据才可以更加全面的用于评估电迁移现象。通常，很多厂家都会 采用大型的自动化设备来针对电迁移金属的电迁移现象进行测试。但是，大型的自动化测 试设备都非常昂贵。所以，有些厂商会采用手动或半自动测试机台来测试电迁移金属的电迁移情况。 但是，如果基于手动或半自动测试机台来进行测试，又只能通过手动设置仪器、手动移动芯 片来执行与电迁移相关的一系列测试。也就是说，如果用半自动机台进行测试，测试周期会 很长；测试完一个芯片之后需要手动换到下一个芯片再进行测试，并且其中所有仪器的设 置都是手动操作。由于电迁移测试需要大量的数据来推算，所以就会造成测试时间长，人员 效率低，错误率高等问题。因此，希望能够提供一种能够以较低成本自动且快速地执行金属电迁移测试的技 术方案。

发明内容
本发明的一个目的就是提供一种能够以较低成本自动且快速地执行金属电迁移 测试的设备和方法。根据本发明的第一方面，提供了一种金属电迁移测试设备，包括芯片数量设置模 块，用于设置被测试芯片的测试数量；判断模块，用于判断是否完成了所设置的测试数量的 被测试芯片的测试；芯片移动模块，用于在判断模块判断没有完成所设置的测试数量的被 测试芯片的测试时，移动晶圆，从而使得下一个被测试芯片移动至测试位置；以及状态停止 模块，所述状态停止模块包括用于设置停止条件的设置组件；以及用于针对每个被测芯 片监控测试得到的电压值是否达到停止条件、并且在达到停止条件时停止对当前被测芯片 的测试的监控组件。通过该方案，本发明提供了一种可用于半自动测试机台的全新的技术方案，该技 术方案实现了针对电迁移现象的全自动测试与评估，节约了时间，并且提高了效率，还减少 了测试过程中可能产生的错误。所述金属电迁移测试设备还可包括状态停止模块，其中所 述状态停止模块包括用于设置停止条件的设置组件；以及用于监控测试得到的电压值是否达到停止条件、并且在测试得到的电压值达到停止条件时停止对当前芯片的测试的监控 组件。所述金属电迁移测试设备还包括阻值测量模块，在晶圆表面达到室温环境后，控 制半导体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有直流探针给 以测试电流，从而得到室温下的电阻值。所述金属电迁移测试设备还包括温度设置模块，用于将升降温设备的温度值设置 为多个不同温度；并且，其中判断模块还用于判断是否达到了温度设置模块所设置的温度 值；并且阻值测量模块还被用于在温度设置模块所设置的所述多个不同温度下，控制半导 体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有直流探针给以测试 电流，从而得到所述多个不同温度下的电阻值。
所述金属电迁移测试设备还包括应力电流施加模块，用于在测试结构上施加应 力电流。根据本发明的第二方面，提供了一种金属电迁移测试方法，包括芯片数量设置步 骤，用于设置被测试芯片的测试数量；设置停止条件的设置；测试电压值；监控测试得到的 电压值是否达到停止条件的监控，并且在测试得到的电压值达到停止条件时停止对当前被 测芯片的测试；第一判断步骤，用于判断是否完成了所设置的测试数量的被测试芯片的测 试；芯片移动步骤，用于在判断模块判断没有完成所设置的测试数量的被测试芯片的测试 时，移动晶圆，从而使得下一个被测试芯片移动至测试位置。所述金属电迁移测试方法还包括执行温度设置步骤，以便设置和/或改变升降 温设备的温度值；以及第二判断步骤，用于判断是否达到了所设置和/或改变后的温度值。所述金属电迁移测试方法还可包括第一阻值测量步骤，用于在晶圆表面达到室 温环境后，控制半导体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有 直流探针给以测试电流，从而得到室温下的电阻值。所述金属电迁移测试方法还可包括第二阻值测量步骤，用于在温度设置步骤所 设置和/或改变的多个不同温度下，控制半导体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结 构的同一压焊点上的所有直流探针给以测试电流，从而得到所述多个不同温度下的电阻值。所述金属电迁移测试方法还包括执行应力电流施加步骤，以便在测试结构上施 加应力电流。


图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试设备的功能框图。图2示出了根据本发明的一个优选实施例的方法的流程图。图3示出了根据本发明的另一个优选实施例的方法的流程图。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的金属电迁移测试设备的功能框图。如图1所示，根据本发明优选实施例的金属电迁移测试设备包括升降温设备、温 度设置模块、芯片数量设置模块、判断模块、阻值测量模块、应力电流施加模块、芯片移动模 块、状态停止模块、数据库。这些模块的操作将在下文予以描述。图2示出了根据本发明的一个优选实施例的方法的流程图。在图2所示的流程图中示出了金属电迁移测试设备的操作流程，参照图2可以看 出其执行的步骤如下首先，连接GPIB(通用接口总线)地址。具体地说，可将半导体参数分析仪、探针 台通过通用接口总线(GPIB总线)与计算机链接。随后，利用判断模块查看并判断通信是否成功。如果通信不成功，重新连接GPIB 地址。如果连接成功则继续如下步骤。利用芯片数量设置模块设置芯片位置及个数，利用温度设置模块设置温度值(升 降温设备所需的温度值)。具体地说，首先，将被测晶圆放入测试机台中，校正晶圆的位置， 设置被测芯片的位置与个数。然后，将探针针尖扎在被测芯片的压焊点上。并且，设置一个 升降温设备所需的初始温度值。随后，可按照用户要求，利用温度设置模块改变升降温设备的温度值。改变温度值之后开始升温或者降温，并利用判断模块询问是否达到设定的温度 值。如果没达到，则继续升温或者降温，并再次询问是否达到设定的温度值。如果询问的结 果是达到了温度值，则继续后面的处理。测试当前互连引线的结构电压值，并保存测试结果。随后判断升降温测试是否已经结束，如果没有结束，则回到“按照用户要求改变升 降温设备的温度值”的步骤，以继续流程处理。如果判断升降温测试已经结束，则进行后续处理。实际上，本领域技术人员可以理解的是，从步骤“按照用户要求改变升降温设备的 温度值”到“判断升降温测试是否已经结束”的一系列循环步骤例如可以使用自动测试程序 的模块实现，其控制高低温设备，使其对晶圆作用多个(例如3个以上)不同的温度，并利 用阻值测量模块在不同的温度下测得互连引线的电流值并计算电阻值，由此推出互连引线 温度电阻相关系数(TCR)，并将数据保存，在完成这些操作之后关闭升降温设备。由此，在 实施例的这一修改示例中，如果需要在多个不同的温度下测试互连引线的电阻值，那么图2 所示的流程中的步骤“控制半导体参数分析仪，设置直流探针给以0. 1毫安电流作用于互 连引线结构，得到正常状态下的阻值”应该在“询问是否达到设定的温度值”得到肯定判断 之后且在询问“升降温测试是否已经结束”的步骤之前执行，并且步骤“移动晶圆使下一个 芯片处所测试位置”之后的处理应当回到步骤“设置温度值”。随后程序继续进行，利用阻值测量模块执行的阻值测量步骤。具体地说，在晶圆表 面达到室温环境下后，控制半导体参数分析仪，通过自动测试程序的模块控制，对扎在测试 结构(互连引线结构)的同一压焊点上的所有直流探针给以0. 1毫安电流(本领域技术人 员可以理解的是，0. 1毫安只是一个优选值，可以采用其他适合的电流值)，得到室温下的 电阻值。然后，利用应力电流施加模块在同一结构(测试结构)上再加以长时间的应力电流，等待其电阻值发生突变。待其测得的电压值达到设置的条件，则可通过状态停止模块来 停止半导体参数分析仪的工作，并把当前测得的数据保存在数据库中。状态停止模块的操 作流程将在下文中通过参考图2来详细描述。在完成上述步骤之后，判断芯片是否测试完毕，即是否完成所设置的数量的芯片 的测试。如果已经所有芯片的完成，则保存数据并结束处理。如果没有完成所有芯片的测 试，则可通过自动测试程序的模块控制，利用芯片移动模块移动晶圆，从而使得下一个被测 试芯片移动至测试位置，以便可以对下一个被测试芯片进行测试，并打开探针台上灯光控 制系统，等待探针台图像模糊识别系统确认所扎针位置正确后关闭灯光。随后从步骤“阻值测量步骤”开始重复执行所有的处理步骤。依次循环，直到测试 完毕。上文已经参照图2描述了根据本发明的一个优选实施例的方法的流程。可以理解 的是，测试结束后，可通过使用COM接口(本领域技术人员可以理解的是，也可以采用其它 接口)将数据库中自动生成在Excel文档(本领域技术人员可以理解的是，可以是其它格 式的文档)，并可以保存在用户指定路径下。这样，将半导体参数分析仪、探针台、高低温设备通过GPIB线与计算机链接之后， 由于在同一晶圆上相同芯片测试的条件与设置是完全相同的，所以使用发明后，半自动机 台可实现自动、快速地将电迁移参数提取。下面将参考图3来具体描述状态停止模块的操作流程。由于电迁移测试时间长且测试时间不统一的特点，无法设置确切的停止时间，导 致结构被烧断后仪器还在测试中，浪费时间。因此，本发明提供了状态停止程序模块，其可 任意设定停止条件，当测得的电压值发生突变后立即停止，即可节省大量测试时间。下面将 具体描述其工作流程。如图2所示，首先，设置监控电压值所在的端口。随后，设置阈值电压。经过上述设置之后，可选择停止方式，优选的方式包括1.当测得的电压大于阈 值电压时，停止测试；以及2.当测得的电压的绝对值大于阈值电压时，停止测试。随后开始 测试。取回当前测试数据(请结合地参见图2中的步骤)。并且，监控测试得到的电压值 是否达到或者符合停止条件，如果满足条件则结束停止状态模块(即，执行停止操作，并退 出状态停止模块的流程)。如果不满足条件，则从“取回当前测试数据”开始循环执行后续处理。本领域普通技术人员可以理解的是，说明书中对各个模块的划分仅仅有利于说明 本发明，而不是必须如此划分。实际上，多个模块的功能可由一个模块实现，一个特定模块 的功能可分成几个模块实现或者由其它多个模块实现。模块的划分不应构成对本发明的限 制。并且，各个模块可由硬件、软件、固件或者它们的结合来实现。对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明 进行各种改变和变形。所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不 限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种金属电迁移测试设备，其特征在于，包括 芯片数量设置模块，用于设置被测试芯片的测试数量；状态停止模块，所述状态停止模块包括用于设置停止条件的设置组件；以及用于针 对每个被测芯片监控测试得到的电压值是否达到停止条件、并且在达到停止条件时停止对 当前被测芯片的测试的监控组件；判断模块，用于判断是否完成了所设置的测试数量的被测试芯片的测试；以及芯片移 动模块，用于在判断模块判断没有完成所设置的测试数量的被测试芯片的测试时，移动晶 圆，从而使得下一个被测试芯片移动至测试位置。
2.根据权利要求1所述的金属电迁移测试设备，其特征在于，所述金属电迁移测试设 备还包括温度设置模块，用于将升降温设备的温度值设置为多个不同温度。
3.根据权利要求1或2所述的金属电迁移测试设备，其特征在于，所述金属电迁移测试 设备还包括阻值测量模块，用于在晶圆表面达到室温环境后，控制半导体参数分析仪，通过自动测 试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有直流探针给以测试电流，从而得到室温下的电 阻值。
4.根据权利要求2所述的金属电迁移测试设备，其特征在于，其中判断模块还用于判 断是否达到了温度设置模块所设置的温度值；并且阻值测量模块还被用于在温度设置模块 所设置的所述多个不同温度下，控制半导体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结构的 同一压焊点上的所有直流探针给以测试电流，从而得到所述多个不同温度下的电阻值。
5.根据权利要求1所述的金属电迁移测试设备，其特征在于，所述金属电迁移测试设 备还包括应力电流施加模块，用于在测试结构上施加应力电流。
6.一种金属电迁移测试方法，其特征在于，包括 芯片数量设置步骤，用于设置被测试芯片的测试数量； 设置停止条件的设置；测试电压值；监控测试得到的电压值是否达到停止条件的监控，并且在测试得到的电压值达到停止 条件时停止对当前被测芯片的测试；第一判断步骤，用于判断是否完成了所设置的测试数量的被测试芯片的测试； 芯片移动步骤，用于在判断模块判断没有完成所设置的测试数量的被测试芯片的测试 时，移动晶圆，从而使得下一个被测试芯片移动至测试位置。
7.根据权利要求6所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，所述金属电迁移测试方 法还包括温度设置步骤，用于设置和/或改变升降温设备的温度值；以及 第二判断步骤，用于判断是否达到了所设置和/或改变后的温度值。
8.根据权利要求6或7所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，所述金属电迁移测试 方法还包括第一阻值测量步骤，用于在晶圆表面达到室温环境后，控制半导体参数分析仪，通过自 动测试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有直流探针给以测试电流，从而得到室温下的电阻值。
9.根据权利要求7所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，所述金属电迁移测试方 法还包括第二阻值测量步骤，用于在温度设置步骤所设置和/或改变的多个不同温度下，控制 半导体参数分析仪，通过自动测试，对扎在测试结构的同一压焊点上的所有直流探针给以 测试电流，从而得到所述多个不同温度下的电阻值。
10.根据权利要求6或7所述的金属电迁移测试方法，其特征在于，所述金属电迁移测 试方法还包括应力电流施加步骤，用于在测试结构上施加应力电流。
全文摘要
本发明提供了一种金属电迁移测试设备及方法。该金属电迁移测试设备包括芯片数量设置模块，用于设置被测试芯片的测试数量；状态停止模块；判断模块，用于判断是否完成了所设置的测试数量的被测试芯片的测试；芯片移动模块，用于在判断模块判断没有完成所设置的测试数量的被测试芯片的测试时，移动晶圆，从而使得下一个被测试芯片移动至测试位置。其中状态停止模块包括用于设置停止条件的设置组件；以及用于监控测试得到的电压值是否达到停止条件、并且在达到停止条件时停止对当前芯片的测试的监控组件。本发明实现了针对电迁移现象的全自动测试与评估，节约了时间，并且提高了效率，还减少了测试过程中可能产生的错误。
文档编号G01R31/26GK102053219SQ201010535229
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者冯程程, 周伟 申请人:上海集成电路研发中心有限公司