DE102006062034B4

DE102006062034B4 - Teststruktur mit erhöhter Robustheit im Hinblick auf Barrieredefekte in Kontaktlochöffnungen beim Abschätzen von Elektromigrationseffekten sowie dazugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102006062034B4
Application number: DE102006062034A
Authority: DE
Inventors: Frank Feustel; Kai Frohberg; Thomas Werner
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2026-12-30
Also published as: US20080157075A1; US7705352B2; DE102006062034A1

Abstract

Kettenstruktur für Elektromigrationsprüfungen mit:
einem ersten Leitungssegment und einem zweiten Leitungssegment, die in einer ersten Metallisierungsschicht gebildet sind, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; wobei die Breite des ersten Leitungssegments kürzer als die Breite des zweiten Leitungssegments ist;
einer ersten Kontaktdurchführung, die mit dem ersten Leitungssegment verbunden und in der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist, wobei die erste Kontaktdurchführung eine erste Massenstromblockierfähigkeit an einer unteren Fläche der ersten Kontaktdurchführung aufweist;
einer zweiten Kontaktdurchführung, die mit dem zweiten Leitungssegment verbunden und in der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist, wobei die zweite Kontaktdurchführung eine zweite Massenstromblockierfähigkeit aufweist, wobei die erste Massenflussblockierfähigkeit kleiner ist als die zweite Massenflussblockierfähigkeit; und
einem dritten Leitungssegment, das in einer zweiten Metallisierungsschicht ausgebildet und mit der ersten Kontaktdurchführung und der zweiten Kontaktdurchführung verbunden ist, und
wobei die Kettenstruktur mehrere der ersten Leitungssegmente, mehrere der zweiten Leitungssegmente und mehrere der dritten Leitungssegmente aufweist, wobei jedes erste...

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von Mikrostrukturen, etwa von modernen integrierten Schaltungen, und betrifft insbesondere die Herstellung und die Untersuchung von leitenden Strukturen, etwa Metallgebieten und deren Eigenschaften während Belastungsbedingungen.
Beschreibung des Stands der Technik
Bei der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen, gibt es ein ständiges Bestreben, die Strukturgrößen von Mikrostrukturelementen ständig zu verringern, um damit die Funktion dieser Strukturen zu verbessern. Beispielsweise haben in modernen integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter einem Mikrometer erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf die Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verbessert wurde. Wenn die Größe der einzelnen Schaltungselemente mit jeder neuen Schaltungsgeneration verringert wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente verbessert wird, wird auch der verfügbare Platz für Verbindungsleitungen, die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch verbinden, ebenso verringert. Folglich müssen die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen verringert werden, um dem kleineren verfügbaren Platz und der erhöhten Anzahl an Schaltungselementen, die pro Einheitschipfläche vorgesehen sind, Rechnung zu tragen. Die geringere Querschnittsfläche der Verbindungsleitungen, möglicherweise in Verbindung mit einer Zunahme der statischen Leistungsaufnahme von äußerst größenreduzierten Transistorelementen, kann eine Vielzahl gestapelter Metallisierungsschichten erforderlich machen, um die Erfordernisse im Hinblick auf eine tolerierbare Stromdichte in den Metallleitungen zu erfüllen.
Moderne integrierte Schaltungen mit Transistorelementen mit einer kritischen Abmessung von 0,13 μm oder deutlich weniger erfordern jedoch deutlich größere Stromdichten in den einzelnen Verbindungsleitungen, trotz des Vorsehens einer relativ großen Anzahl an Metallisierungsschichten, auf Grund der großen Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche. Das Betreiben der Verbindungsleitungen bei erhöhten Stromdichten kann jedoch zu einer Vielzahl von Problemen führen, die ihre Ursache in einer durch Belastung hervorgerufene Beeinträchtigung der Leitungen besitzt, was schließlich zu einem vorzeitigen Ausfall der integrierten Schaltung führen kann. Ein wichtiges Phänomen in dieser Hinsicht ist der strominduzierte Materialtransport in Metallgebieten, d. h. in Leitungen und Kontaktlöchern, was auch als „Elektromigration” bezeichnet wird, die zu der Herstellung von Hohlräumen innerhalb und von Materialansammlungen oder Ausbuchtungen neben dem Metallgebieten führen kann, wodurch sich ein beeinträchtigtes Leistungsverhalten und eine geringere Zuverlässigkeit oder ein vollständiger Ausfall des Bauelements ergibt. Beispielsweise werden Aluminiumleitungen und Kontaktdurchführungen, die in Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid eingebettet sind, häufig als Metall für Metallisierungsschichten verwendet, wobei, wie zuvor erläutert ist, in modernen integrierten Schaltungen mit kritischen Abmessungen von 0,18 μm oder weniger, deutlich kleinere Querschnittsflächen der Metallleitungen und damit erhöhte Stromdichten erforderlich sein können, wodurch Aluminium kein geeigneter Kandidat für die Herstellung von Metallisierungsschichten ist.
Daher wird Aluminium häufig durch Kupfer ersetzt, da Kupfer einen deutlich geringen Widerstand zeigt und wesentliche Elektromigrationswirkungen erst bei deutlich höheren Stromdichten im Vergleich zu Aluminium aufweist. Das Einführen von Kupfer in die Herstelldung von Mikrostrukturen und integrierten Schaltungen geht mit einer Vielzahl schwieriger Probleme einher, die in der Eigenschaft des Kupfers begründet sind, gut in Siliziumdioxid und einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit kleinem ε zu diffundieren. Um die erforderliche Haftung bereitzustellen und um die unerwünschte Diffusion von Kupferatomen in empfindliche Bauteilgebiete zu vermeiden, ist es daher für gewöhnlich erforderlich, eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen Material, in welchem die Kupferleitungen und Kontaktdurchführungen eingebettet sind, vorzusehen. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches Material ist, das effizient die Diffusion von Kupferatomen verhindert, ist die Verwendung von Siliziumnitrid als ein dielektrisches Zwischenschichtmaterial wenig wünschenswert, da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität aufweist, wodurch die parasitäre Kapazität zwischen benachbarten Kupferleitungen erhöht wird. Daher wird eine dünne leitende Barrierenschicht, die auch die erforderliche mechanische Stabilität für das Kupfer mit sich bringt, so gebildet, dass der Hauptanteil des Kupfers von dem umgebenden dielektrischen Material getrennt wird und lediglich eine dünne Siliziumnitridschicht oder Siliziumkarbidschicht oder eine stickstoffenthaltende Siliziumkarbidschicht in Form einer Deckschicht üblicherweise in Metallisierungsschichten auf Kupferbasis eingesetzt wird. Gegenwärtig sind Tantal, Titan, Wolfram, Wolfram/Kobalt/Phosphor-Verbindungen, Wolfram/Kobalt/Bor-Verbindungen und deren Verbindungen mit Stickstoff und Silizium und dergleichen bevorzugte Kandidaten für eine leitende Barrierenschicht, wobei die Barrierenschicht zwei oder mehr Unterschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen kann, um damit die Erfordernisse im Hinblick auf die Eigenschaften zur Diffusionsunterdruckung und der Haftung zu erfüllen.
Eine weitere Eigenschaft des Kupfers unterscheidet es deutlich von Aluminium und beruht auf der Tatsache, dass Kupfer nicht effizient in größere Mengen durch chemische und physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht werden kann. Des weiteren kann Kupfer nicht in effizienter Weise durch anisotrope Trockenätzprozesse strukturiert werden, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich ist, die üblicherweise als Damaszener-Technik oder Einlegetechnik bezeichnet wird. In dem Damaszener-Prozess wird zunächst eine dielektrische Schicht gebildet, die anschließend so strukturiert wird, dass diese Gräben und Kontaktlöcher aufweist, die nachfolgend mit Kupfer oder Kupferlegierungen gefüllt werden, wobei, wie zuvor erwähnt ist, vor dem Einfüllen des kupferbasierten Metalls eine leitende Barrierenschicht in den Gräben und Kontaktlöchern hergestellt wird. Das Abscheiden des Hauptanteils des Kupfermaterials in die Gräben und Kontaktlöcher wird üblicherweise durch nasschemische Abscheideprozesse bewerkstelligt, etwa Elektroplattieren und stromloses Plattieren, wobei das zuverlässige Auffüllen von Kontaktlöchern mit einem Aspektverhältnis von 5 und höher mit einem Durchmesser von 0,1 μm oder sogar weniger in Verbindung mit Gräben erforderlich ist, die eine Breite im Bereich von 0,1 μm oder weniger bis mehrere Mikrometer aufweisen. Obwohl elektrochemische Abscheideprozesse für Kupfer auf dem Gebiet der Leiterplattenherstellung gut bekannt sind, ist das im Wesentlichen hohlraumfreie Auffüllen von Kontaktlöchern mit großem Aspektverhältnis eine äußerst komplexe und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften des schließlich erhaltenen Kupfermetallgebiets deutlich von Prozessparametern, Materialien und der Geometrie der interessierenden Struktur abhängen. Da die Abmessungen von Verbindungsstrukturen durch Entwurfserfordernisse bestimmt sind und daher nicht deutlich für eine gegebene Mikrostruktur geändert werden können, ist es von großer Wichtigkeit, den Einfluss von Materialien, etwa leitende und nicht leitende Barrierenschichten, und ihre wechselseitige Beeinflussung der Eigenschaften der Verbindungsstruktur abzuschätzen und zu steuern, um somit eine hohe Ausbeute und auch die erforderliche Produktzuverlässigkeit sicherzustellen. Insbesondere ist es wichtig, Mechanismen für die Beeinträchtigung und den Ausfall von Verbindungsstrukturen für diverse Konfigurationen zu erkennen, um damit die Bauteilzuverlässigkeit für jede neue Bauteilgeneration oder jeden Technologiestandard beizubehalten.
Es wurde ein großer Aufwand in den vergangenen Jahren beim Untersuchen der Beeinträchtigung von Kupferleitungen und Kontaktlöchern betrieben, insbesondere im Hinblick auf die Elektromigration, um neue Materialien und Prozessstrategien zur Herstellung von kupferbasierten Metallleitungen und Kontaktdurchführungen zu finden. Obwohl der genaue Mechanismus der Elektromigration in Kupferleitungen und Kontaktdurchführungen noch nicht vollständig verstanden ist, so zeigt sich doch, dass Hohlräume, die in und an Seitenwänden und Grenzflächen liegen, und Hohlräume und Reste an der Unterseite von Kontaktlöchern einen deutlichen Einfluss auf die Produktionsausbeute und Zuverlässigkeit ausüben. Mit Ausnahme von großflächigen Fehlern, können derartige Defekte in Kontaktlöchern, die in Form von Kontaktlochketten als Überwachungsstrukturen in Scheibenschneidelinien vorgesehen sind, in den standardmäßigen elektrischen Testprozeduren nur schwer erkannt werden. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um geeignet konfigurierte Teststrukturen zu entwerfen, um damit das Elektromigrationsverhalten von Kontaktlöchern und Leitungen abzuschätzen, um damit auch die erwartete Zeit bis zum Ausfall der Kontaktlöcher und Metallleitungen zu ermitteln, wobei die Ergebnisse auch für die Gegebenheiten tatsächlicher Metallisierungsstrukturen nur dann kennzeichnend sind, wenn gut definierte Bedingungen in der Teststruktur eingerichtet sind. Ansonsten können die entsprechenden Testergebnisse zu im Wesentlichen bedeutungslosen Aussagen im Hinblick auf die tatsächlichen Schaltungsstrukturelemente führen. Beispielsweise wird zum Abschätzen der mittleren Zeit bis zum Ausfall eines Kontaktloches und damit verbundenen Leitungen, die gemäß einem speziellen Prozessablauf auf der Grundlage spezifizierter Materialien, etwa Kupfer, Aluminium, Silber, und dergleichen mit speziellen Barrierenmaterialien hergestellt werden, eine Teststruktur auf der Grundlage des speziellen Prozessablaufs hergestellt, wobei die Gestaltung der Teststruktur so ausgewählt ist, dass ein durch Elektromigration hervorgerufener Fehler, d. h. eine entsprechende Flussdivergenz das Materialflusses in der Leitung oder dem Kontaktloch, nur in einem spezifizierten Abschnitt der Teststruktur hervorgerufen wird. Somit kann durch das Ausüben gut definierter Belastungsbedingungen, etwa der Temperatur, und eines eingeprägten Stromes, der entsprechende Abschnitt im Hinblick auf eine Widerstandserhöhung überwacht werden, die eine durch Elektromigration hervorgerufene Hohlraumbildung und damit ein Leitungs- oder Kontaktlochfehlverhalten angeben kann.
Mit Bezug zu den 1a bis 1c wird nunmehr eine typische konventionelle Teststruktur zum Abschätzen von Elektromigrationswirkungen in Metallisierungsschichten von Halbleiterbauelementen detaillierter beschrieben, um die Prinzipien und die mit konventionellen Testschemata verknüpften Problemen zu demonstrieren.
1a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils einer Teststruktur 100 mit einem Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Substrat zur Herstellung von Halbleiterbauelementen oder anderen Mikrostrukturelementen, die eine Metallisierungsschicht zur Bereitstellung elektrischer Verbindungen gemäß einem spezifizierten Schaltungsaufbau erfordern, repräsentieren kann. Beispielsweise kann das Substrat 101 ein Halbleitersubstrat repräsentieren, etwa ein Siliziumsubstrat, auf welchem eine entsprechende Halbleiterschicht ausgebildet ist, die für die Herstellung von Schaltungselementen, etwa von Transistoren, Kondensatoren, und dergleichen geeignet ist. Eine erste dielektrische Schicht 102, die aus einem geeigneten dielektrischen Material aufgebaut sein kann, wie es in der betrachteten Metallisierungsschicht verwendet wird, ist über dem Substrat 101 ausgebildet und kann das dielektrische Material einer entsprechenden Metallisierungsschicht repräsentieren. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 102 auf der Grundlage der gleichen Prozesstechniken und Materialien hergestellt werden, wie sie für Metallisierungsschichten in anderen Substraten verwendet werden oder die Schicht 102 kann einen Teil einer Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements repräsentieren, das die Teststruktur 100 an einer speziellen Substratposition enthält. Ferner ist eine Metallleitung 103 in der dielektrischen Schicht 102 ausgebildet und besitzt spezielle Abmessungen und Eigenschaften, um damit eine geringere Wahrscheinlichkeit zu besitzen, dass Elektromigrationswirkungen auftreten, d. h. eine Metalldiffusion, wenn vordefinierte Testbedingungen angelegt werden. Die Metallleitung 103 ist von einer leitenden Barrierenschicht 104, die beispielsweise aus Tantal und dergleichen aufgebaut ist, und einer dielektrischen Deckschicht 109, die aus einem geeigneten Material aufgebaut ist, etwa Siliziumnitrid, und dergleichen, eingeschlossen. Des weiteren sind entsprechende Metallleitungen 106 in einer nächsten Metallisierungsebene, die eine weitere dielektrische Schicht 108 mit einer Deckschicht 110 aufweist, vorgesehen, wobei die Metallleitungen 106 mit der Metallleitung 103 durch entsprechende Kontaktdurchführungen 105 verbunden sind. Ähnlich zu der Metallleitung 103 enthalten auch die Leitungen 106 und die Kontaktdurchführungen eine leitende Barrierenschicht 107.
Die Teststruktur 100 repräsentiert eine Teststruktur zum Bewerten der Zuverlässigkeit der Metallisierungsebene, die die Metallleitungen 106 und die Kontaktdurchführungen 105 enthält. Wie zuvor erläutert ist, waren Elektromigrationswirkungen der Gegenstand intensiver Untersuchungen über mehrere Jahrzehnte, wobei erkannt wurde, dass Elektromigration, die sich aus der Wechselwirkung der bewegenden Elektronen mit den diffundierenden Metallatomen ergibt, wodurch eine resultierende Kraft auf die diffundierenden Metallatome bei hohen Ladungsträgerdichten ausgeübt wird, ein wesentlicher Grund für den vorzeitigen Bauteilausfall sein kann, wodurch effiziente Mechanismen zum Erkennen und Vermeiden oder Verringern der die Leistungsfähigkeit der Metallleitung und Kontaktlöcher beeinträchtigen Mechanismen erforderlich sind. Da die Elektromigration eine Wechselwirkung zwischen Elektronen und diffundierenden Metallatomen ist, etwa einer erhöhten Diffusionsaktivität beispielsweise auf Grund einer erhöhten Temperatur, größeren Gitterdefekten oder im Allgemeinen auf Grund des Vorhandenseins ausgeprägterer Diffusionspfade, etwa Korngrenzen, entsprechende Grenzflächen, und dergleichen, ist die Elektromigration stark von speziellen Fertigungstechniken und verwendeten Materialien abhängig. In modernen Halbleiterbauelementen besitzen auch die Abmessungen der entsprechenden Kontaktlöcher und Metallleitungen einen deutlichen Einfluss auf das schließlich erreichte Maß an Materialtransport innerhalb der Metallleitungen. Obwohl in modernen Halbleiterbauelementen häufig Kupfer und Kupferlegierungen eingesetzt werden, die einen deutlich höheren Widerstand gegen Elektromigration und einen wesentlich geringen elektrischen Widerstand aufweisen, führt die zunehmende Verringerung der Leitungsbreite zu moderat hohen Stromdichten, wodurch ein hohes Maß an Elektromigration in kupferbasierten Metallisierungsschichten vorhanden ist. Da eine Vielzahl komplexer Mechanismen einen deutlichen Einfluss auf das Elektromigrationsverhalten ausüben, etwa die Korngröße, die Kornorientierung, die Art der verwendeten Barrierenmaterialien, die Art der dielektrischen Barrierenmaterialien, und dergleichen, ist es äußerst wichtig, in effizienter Weise Fertigungsverfahren zu überwachen, um damit die Produktzuverlässigkeit zu steuern und zu verbessern. Somit werden speziell gestaltete Teststrukturen, etwa die Struktur 100, entwickelt, die relevante Abschätzungen über die Elektromigrationseigenschaften ermöglichen. Wenn die Eigenschaften der Leitungen und Kontaktdurchführungen 106 und 105 zu untersuchen sind, ist die Metallleitung 103 typischerweise so ausgebildet, dass im Hinblick auf die entsprechenden Elektromigrationsbedingungen ein entsprechender Materialtransport im Wesentlichen nicht auftritt. Zu diesem Zweck wird in konventionellen Techniken die Leitung 103 mit einer deutlich geringeren Länge im Vergleich zu den Leitungen 106 vorgesehen, die typischerweise auf der Grundlage von Entwurfsregeln für entsprechende Bauelemente hergestellt werden.
1b zeigt schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 100, wie sie in 1a gezeigt ist, wobei Spannungsabgriffe 111 gezeigt sind, die mit der Leitung 106 verbunden sind, die als ein Bauelement im Test (DUT) betrachtet werden kann. Somit ermöglichen es die Spannungsabgriffe 111 Messwerte in Bezug auf die Widerstandszunahme der Leitung 106 während eines Elektromigrationstest zu erhalten.
1c zeigt schematisch eine Draufsicht der Struktur 100 gemäß einer platzsparenden Implementierung, wobei mehrere Leitungen 106 mittels der Kontaktdurchführungen 105 und entsprechender kurzer Metallleitungen 103 verbunden sind. Die Testkette der Struktur 100 ermöglicht eine verbesserte Messgenauigkeit und größere statistische Signifikanz auf Grund der mehreren Metallleitungen 106, wobei die Messdaten durch geeignet positionierte Spannungsabgriffe, etwa die Abgriffe 111, erhalten werden.
Die Teststruktur 100 kann auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt werden, wobei die Einweletechnik oder Damaszener-Technik verwendet wird, wobei, wie zuvor erläutert ist, die leitende Barrierenschicht 107 vorgesehen wird, um damit die erforderlichen Eigenschaften im Hinblick auf das Unterdrücken der Diffusion von Kupfer in das dielektrische Material und der Diffusion reaktiver Komponenten in die kupferbasierten Metallgebiete zu erreichen, wobei zusätzlich die Eigenschaften der Barrierenschicht 107 deutlich das Elektromigrationsverhalten beeinflussen können.
Während des Betriebs der Teststruktur 100 wird ein entsprechender Strom in die Leitungen 106 eingeprägt, um damit einen Elektronenfluss von einer der Leitungen 106 zu einer weiteren Leitung 106 über die Metallleitung 103 und die Kontaktdurchführungen 105 zu schaffen. Mittels der Spannungsabgriffe 111 wird ein entsprechender Widerstandsanstieg erkannt, der eine entsprechende Hohlraumausbildung in der Kontaktdurchführung 105 und/oder der Metallleitung 106 anzeigt, da diese Komponente als die „schwächsten” Glieder des gesamten Leitungspfades erwartet werden. Folglich kann die Widerstandsänderung als eine Angabe für das Elektromigrationsverhalten des Verbindungssystems mit der Kontaktdurchführung 105 und der Metallleitung 106 verwendet werden. Z. B. können entsprechende mittlere Zeiten bis zum Ausfall auf der Grundlage der Widerstandsmessergebnisse abgeschätzt werden. In der Praxis kann die entsprechende Zeit bis zum Ausfall und die Zuverlässigkeitsmaßzahlen, die aus der Teststruktur 100 hergeleitet werden, in einigen Fällen zu unrealistischen Vorhersagen für tatsächliche Bauelemente führen, insbesondere wenn äußert größenreduzierte Metallisierungsstrukturen betrachtet werden, in denen die Herstellung entsprechender Barrierenschichten vorgesehen ist. Beispielsweise kann die entsprechende Barrierenschicht 107 mit geringerer Dicke oder Abdeckung an der Unterseite einer oder mehrerer der Kontaktdurchführungen 105 auf Grund von prozessabhängigen Ungleichmäßigkeiten während des physikalischen Dampfabscheideprozesses gebildet worden sein, wie er typischerweise zum Aufbringen der Barrierenschicht 107 eingesetzt wird. Auf Grund der Ungleichmäßigkeit der Barrierenschicht 107 an der Unterseite des Kontaktloches, kann ein deutlicher Massenfluss auch in der Metallleitung 103 während des Belastungstests auftreten, wodurch diese als Reservoir für Kupfer für die Metallleitung 106 dient, die nach der Metallleitung 103 angeordnet ist, die wiederum das betrachtete Bauelement repräsentiert. Somit kann eine reguläre Hohlraumausbildung, die den aktuell eingerichteten Elektromigrationsbedingungen entspricht, in der betrachteten Metallleitung 106 deutlich auf Grund des Nachlieferns des verlorengegangenen Kupfers durch den Massenfluss durch die Leitung 103 reduziert werden, die eigentlich keinen deutlichen Massenfluss aufweisen soll. Auf der Grundlage des Elektromigrationstest kann daher die betrachtete Leitung 106 eine lange Lebensdauer und damit eine hohe Zuverlässigkeit der entsprechenden tatsächlichen Metallisierungsstrukturen anzeigen, während gleichzeitig die Teststruktur 100 selbst fehlerhaft sein kann, wodurch die Messergebnisse der Teststruktur 100 weniger zuverlässig sind.
Das Dokument DE 10 2006 025 365 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Destruktur zum Abschätzen von Elektromigrationseffekten, die durch poröse Barrierenmaterialen hervorgerufen werden. In diesem Verfahren wird ein spezifizierter Strom in eine Destruktur eingeprägt, wobei die Teststruktur eine erste Testkontaktudurchführung und eine erste Speiseleitung aufweist, eine Widerstandsänderung an einer Position und eine zweite Widerstandsänderung an einer zweiten Position der ersten Speiseleitung ermittelt, und ein Status der Barrierenschicht an der Unterseite der ersten Testkontaktdurchführung auf der Grundlage der ersten und der zweiten Widerstandsänderung abgeschätzt.
Das Dokument DE 197 10 471 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Auswerten der Zuverlässigkeit von Verbindungsdrähten mit einem Substrat, einem auf dem Substrat ausgebildeten Isolierfilm, einer in dem Isolierfilm gebildeten Lochkette, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, die der Reihe nach elektrisch verbunden sind, und mit einem in dem Isolierfilm ausgebildeten Verlängerungsverbindungsdraht, dessen Länge nicht größer als eine Blechlänge ist.
Das Dokument US 6 762 597 B1 betrifft eine Verbindungsdestruktur zum Bestimmen von Elektromigrationspermeabilität eines Schichtmaterials, wie beispielsweise eines Diffusionsbarrierenschichtmaterial am unteren Ende einer Kontaktdurchführung.
Das Dokument US 6 714 037 B1 betrifft ein System und ein Verfahren zum Bestimmen einer Barrerenpermeabilität an einer Kontaktdurchführung. Die Teststruktur umfasst einen ersten und einen zweiten Leiter, eine flußfreie Barriere zwischen dem ersten und dem zweiten Leiter, wobei die flußfreie Barriere im Wesentlichen massenflußundurchlässig ist, einen dritten Leiter und eine Testbarriere zwischen dem zweiten und dem dritten Leiter, wobei die Testbarriere die Größe der Barrierenpermeabilität bestimmt.
Angesichts der zuvor beschriebenen Situation ist es eine Aufgabe, das Testen von Metallisierungsstrukturen, die Barrierenschichten enthalten, zu verbessern, wobei eines oder mehrere der oben erkannten Probleme vermieden oder zumindest in ihrer Auswirkung reduziert werden.
Überblick über die Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11.
Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
1a schematisch eine Querschnittsansicht einer konventionellen Teststruktur zum Abschätzen von Elektromigrationswirkungen zeigt, wobei die Signifikanz von Messergebnissen von Eigenschaften der Barrierenschicht an den entsprechenden Unterseiten von Kontaktdurchführungen abhängen kann;
1b schematisch eine Draufsicht eines Teils der Teststruktur aus 1a zeigt;
1c schematisch eine Draufsicht einer typischen Implementierung einer konventionellen Kettenstruktur zeigt;
2a schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils einer Teststruktur gemäß einer anschaulichen Ausführungsform zeigt, wobei Unterseiten von Kontaktdurchführungen mit unterschiedlicher Massenflussblockierfähigkeit vorgesehen sind;
2b schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform der Struktur aus 2a zeigt;
2c schematisch entsprechende Querschnittsansichten mit Leitungssegmenten mit unterschiedlicher Breite gemäß anschaulicher Ausführungsformen zeigt;
2d und 2e schematisch Draufsichten entsprechender Bereiche zeigen, um ein unterschiedliches Maß an Abdeckung an entsprechenden Kontaktlochunterseiten gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zu erhalten;
2f und 2g schematisch Draufsichten entsprechender Kettenstrukturen mit mehreren Kontaktlochführungen mit größeren Blockierfähigkeiten in Bezug auf einen Massenfluss gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigen;
3a schematisch einen Teil einer Teststrukturen mit Kontaktdurchführungen mit einer erhöhten Massenflussblockierfähigkeit zeigt, wobei entsprechende Testleitungen in einer tieferliegenden Metallisierungsebene gemäß anschaulicher Ausführungsformen gebildet sind; und
3b und 3c schematisch Draufsichten von Leitungssegmenten zeigen, die in der gleichen Metallisierungsebene ausgebildet sind und direkt miteinander verbunden sind, um massenflussblockierende Bereiche an den entsprechenden Kontaktdurchführungen gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Detaillierte Beschreibung
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum Verbessern der Eigenschaften von Belastungsmaterialwanderungstestverfahren, um damit eine Bewertung der betrachteten Teststruktur mit erhöhter Zuverlässigkeit und Signifikanz zu erreichen. Wie zuvor erläutert ist, ist ein belastungsinduzierter Materialtransport, etwa Elektromigration, ein äußerst komplexer dynamischer Prozess, in welchem der Impulsaustausch zwischen Ladungsträgern, etwa Elektronen in Metallen, und diffundierenden Metallatomen zu einer gerichteten Bewegung der diffundierenden Atome führt, wenn entsprechende hohe Stromdichten erreicht werden. Auf Grund der reduzierten Querschnittsflächen von Metallleitungen und Kontaktdurchführungen in modernsten integrierten Schaltungen und auf Grund der Tatsache, dass im Prinzip die entsprechenden Metallleitungen in einem entsprechenden dielektrischen Material eingebettet sind, das einen effizienten Wärmetransfer in den umgebenden Chipbereich ermöglicht, können äußerst hohe Stromdichten von ungefähr 10⁶ Ampere pro cm² erreicht werden, wodurch auch merkliche Elektromigrationseffekte hervorgerufen werden. Daher kann aus praktischen Gründen die Metallisierungsstruktur entsprechender Halbleiterbauelemente nicht so gestaltet und hergestellt werden, dass entsprechende hohe Stromdichten zuverlässig in jedem Metallgebiet des Halbleiterbauelements vermieden werden können, und daher tritt eine merkliche Elektromigration während des Betriebs der entsprechenden Halbleiterbauelemente auf. Eine entsprechende Gestaltung von Halbleiterbauelementen, die darauf abgestellt ist, im Wesentlichen Elektromigrationseffekte zu vermeiden, würde merklich die Entwurfsflexibilität verringern und würde auch zu deutlich geringeren Packungsdichten führen, wodurch das Leistungsverhalten und die Kosteneffizienz der entsprechenden Halbleiterbauelemente beeinträchtigt würde. Daher wird typischerweise ein Kompromiss zwischen dem Leistungsverhalten und Packungsdichte im Hinblick auf die Elekgromigration dahingehend gemacht, dass die Entwurfs- und Fertigungskriterien so gewählt werden, dass eine gewünschte Lebenszeit unter spezifischen Betriebsbedingungen erreicht wird, anstatt im Wesentlichen „unsterbliche” Metallisierungsstrukturen herzustellen. Daher ist es äußerst wichtig, in zuverlässiger Weise die erwartete Lebensdauer von Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen abzuschätzen, was typischerweise auf der Grundlage entsprechender Teststrukturen bewerkstelligt wird, die auf der Grundlage von Belastungsbedingungen betrieben werden, die hohe Stromdichten und hohe Temperaturen beinhalten, wobei die Zeitdauer bis zum Ausfall eine Angabe für die tatsächliche Lebensdauer der entsprechenden Metallisierungsstrukturen unter realen Betriebsbedingungen liefern kann. Obwohl gewisse theoretische Modelle der Elektromigrationseigenschaften entwickelt wurden, wie beispielsweise unter den Namen Blacks Gesetz bekannt sind, das eine Abhängigkeit zwischen einer typischen Zeit bis zum Ausfall und dem umgekehrten Quadrat der Stromdichte angibt, wodurch quantitativ die Auswirkung von Elektromigration auf gewisse Klassen von Bedingungen beschrieben wird, beispielsweise von Metallleitungen ohne einschließende Barrierenschichten und dergleichen, und wobei eine gewisse Genauigkeit erreicht wird, zeigt es sich dennoch, dass auf Grund des deutlichen Einflusses von Diffusion auf die Elektromigrationwirkungen eine theoretische Vorhersage der schließlich erreichten Zeit bis zum Ausfall äußerst komplex ist und nicht ausreichend ist, um in zuverlässiger Weise die Eigenschaften komplexer Metallisierungsstrukturen abzuschätzen, wie sie typischerweise in modernste integrierten Schaltungen eingesetzt werden. Selbst die Eigenschaften der entsprechenden Teststrukturen können eine deutlichen Einfluss auf das Ergebnis der entsprechenden Lebensdauerprüfungen ausüben, wobei beispielsweise eine nicht korrekte vorhergesagte Zeit bis zum Ausfall während entsprechender Elektromigrationsprüfungen zu einer falsch vorhergesagten Lebensdauer der tatsächlichen Halbleiterbauelemente führen kann, wodurch zu einer geringeren Zuverlässigkeit der entsprechenden Produkte beigetragen wird, was zu einem enormen ökonomischen Risiko für den Halbleiterhersteller führen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die starke Abhängigkeit von Barriereneigenschaften an der Unterseite von Kontaktdurchführungen entsprechender Elektromigrationsteststrukturen verringert werden, indem geeignet positionierte Bereiche mit erhöhter Massenflussblockierfähigkeit in der Teststruktur vorgesehen werden, um damit den Materialstrom in den Teststrukturbereich zu reduzieren, der als ein Bauelement im Test (DUT) zum Abschätzen des entsprechenden Elektromigrationsverhalten betrachtet werden kann. Somit kann durch Reduzieren und ein im Wesentlichen vollständiges Vermeiden eines Massenflusses in die entsprechende Testsegmente der Teststruktur die Wahrscheinlichkeit eines nicht korrekten Bewertens der Beeinträchtigung innerhalb des betrachteten Testbereichs deutlich verringert werden. Wie zuvor mit Bezug zu 1a erläutert ist, kann die untere Fläche der entsprechenden Kontaktdurchführungen 105 einen Bereich repräsentieren, der Prozessschwankungen während der Herstellung entsprechender Barrierenschichten unterworfen ist, wobei eine nicht korrekt hergestellte Barrierenschicht an der Unterseite der Kontaktdurchführung zu einem deutlichen Massenfluss durch die untere Fläche führen kann, wodurch diese als Quelle für zusätzliches leitendes Material dient. Dieses zusätzliche Metall kann das Elektromigrationsverhaltens eines Teststrukturbereichs beeinflussen, der der entsprechenden Unterseitenfläche der Kontaktdurchführung nachgeordnet ist. Somit kann, wie dies hierin beschrieben ist, eine Unterseite einer Kontaktdurchführung die in Stromrichtung vor einem entsprechenden Leitungssegment angeordnet ist, mit einer erhöhten Massenflussblockierfähigkeit versehen werden, um damit einen unerwünschten Metalltransport in das betrachtete Leitungssegment zumindest zu verringern. In einigen anschaulichen Ausführungsformen kann die erhöhte Blockierfähigkeit der unteren Fläche erreicht werden, indem eine größere Dicke und/oder eine größere Gleichmäßigkeit des Barrierenmaterials an der Unterseite der Kontaktdurchführung bereitgestellt wird. Die Vergrößerung der Dicke oder die Verbesserung der Gleichmäßigkeit des entsprechenden Barrierenmaterials kann selektiv in einigen anschaulichen Ausführungsformen erreicht werden, indem eine Abscheiderate während des Herstellens der Barrierenschicht entsprechend eingestellt wird. In anderen Fällen können andere Ascheideparameter, etwa die Abscheidezeit, und dergleichen selektiv eingestellt werden, um damit lokal Massenstromblockierbereiche vor dem eigentlichen Testsegmenten der entsprechenden Teststruktur bereitzustellen.
Es sollte beachtet werden, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung äußerst vorteilhaft im Zusammenhang mit modernen Halbleiterbauelementen ist, in denen Metallisierungsstrukturen, beispielsweise auf Kupfer, Kupferlegierungen und anderen gut leitenden Metallen basierend in Kombination mit Schaltungselementen mit kritischen Abmessungen von 100 nm und deutlich weniger erforderlich sind, da hier äußerst komplexe Fertigungsprozeduren, etwa Einlegetechniken in Form von dualen Damaszener-Prozessen, typischerweise während der Herstellung von Metallisierungsschichten eingesetzt werden. Beispielsweise werden gut leitende Metalle, etwa Kupfer und Kupferlegierungen und dergleichen mit geeigneten Barrierenschichten versehen, die auf der Grundlage moderner Abscheideverfahren, etwa der physikalischen Dampfabscheidung, eingefüllt werden. Während des Abscheidens des Barrierenmaterials können Prozessungleichmäßigkeiten, insbesondere an den entsprechenden Unterseiten der Kontaktlöcher, eine kritische Phase des gesamten Fertigungsprozesses repräsentieren, da diese Bauteilbereiche zu einer unrealistischen Lebensdauerabschätzung führen können, wie dies zuvor erläutert ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die hierin offenbarten Prinzipien auch in effizienter Weise auf eine beliebige Art einer Metallisierungsschicht angewendet werden können, unabhängig von den Gegebenheiten der verwendeten Materialien der eingesetzten Fertigungstechnik, solange Metallkontaktdurchführungen bereitgestellt werden, in denen eine Barrierenschicht erforderlich ist, deren Eigenschaften deutlich das Gesamtelektromigrationsverhalten beeinflussen können. Sofern somit nicht in der Beschreibung oder in den angefügten Patentansprüchen andere Angaben gemacht sind, sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf Metallisierungsstrukturen auf Kupferbasis, die auf Grundlage von Einlege-Verfahren hergestellt sind, eingeschränkt erachtet werden.
Mit Bezug zu den 2a bis 3c werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils einer Teststruktur 200, die ausgebildet ist, Elektromigrationseffekte oder andere belastungsinduzierte Materialtransporteffekte von Metallisierungsstrukturen, die für Halbleiterbauelemente verwendet werden, etwa moderne kupferbasierte integrierte Schaltungen, abzuschätzen. Die Teststruktur 200 ist über einem Substrat 201 ausgebildet, das ein beliebiges geeignetes Trägermaterial repräsentieren kann, um darin und darauf entsprechende Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, und dergleichen zu bilden, die zusätzliche Verdrahtungsebenen, d. h. Metallisierungsschichten erfordern, um die einzelnen Schaltungselemente gemäß einem spezifizierten Schaltungsbild miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann das Substrat 201 ein Halbleitervollsubstrat, etwa ein Siliziumsubstrat, ein SOI-Substrat (Halbleiter auf Isolator) und dergleichen repräsentieren. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert das Substrat 201 ein spezielles Testsubstrat, das auf einem spezifizierten Substratbereich die Teststruktur 200 aufweist. In anderen Fällen besitzt das Substrat 201 mehrere Halbleiterbauelemente, etwa integrierte Schaltungschips, wobei die Teststruktur 200 an entsprechenden Substratbereichen vorgesehen ist, etwa chipinternen Bereichen, Schneidelinien, zugewiesene Testchips, und dergleichen. In diesem Falle kann die Teststruktur 200 zum Abschätzen des Leistungsverhaltens entsprechender Metallisierungsstrukturelemente tatsächlicher Produktbauelemente eingesetzt werden, die zusammen mit der Teststruktur 200 in einer gemeinsamen Fertigungssequenz über dem Substrat 201 hergestellt werden.
Eine erste Metallisierungsschicht 202a ist über dem Substrat 201 ausgebildet, wobei die erste Metallisierungsschicht 202a eine dielektrische Schicht 202 aufweist, die aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein kann, wie es typischerweise für entsprechende Metallisierungsschichten tatsächlicher Halbleiterbauelemente verwendet wird. Z. B. kann in anspruchsvollen Anwendungen die dieletrische Schicht 202 ein dielektrisches Material mit kleinem ε aufweisen, möglicherweise in Verbindung mit anderen dielektrischen Materialien, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und dergleichen. Ferner ist ein entsprechendes Metallgebiet, das in Form eines Leitungssegments vorgesehen sein kann, in der dielektrischen Schicht 202 ausgebildet, wobei typischerweise eine geeignete Barrierenschicht 204 vorgesehen ist, um damit eine unerwünschte Wechselwirkung des Materials des Leitungssegments 203 mit dem Material der Schicht 202 zu unterdrücken. In anspruchsvollen Anwendungen enthält das Leitungssegment 203 Kupfer, möglicherweise in Verbindung mit anderen Metallsorten, während die Barrierenschicht 204 ein beliebiges geeignetes Material enthält, etwa Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Wolfram, Bor, Phosphor oder Kombinationen davon. Die erste Metallisierungsschicht 202a kann ferner eine entsprechende Deckschicht 209 aufweisen, die Ätzstoppeigenschaften aufweisen kann und die auch für einen effizienten Einfluss des Metalls in dem Leitungssegment 203 sorgen kann. Beispielsweise werden Siliziumnitrd, Siliziumkarbid, stickstoffangereichertes Siliziumkarbid und dergleichen häufig in entsprechenden Metallisierungsschemata eingesetzt, um damit geeignete Grenzflächeneigenschaften mit dem darunter liegenden kupferbasierten Metallgebieten bereitzustellen, um damit eine ungeeignete Wechselwirkung mit benachbarten dielektrischen Materialien zu vermeiden und ein gewünschtes Elekgromigrationsverhalten zu erreichen.
Eine zweite Metallisierungsschicht 208a ist über der ersten Metallisierungsschicht 202a ausgebildet und enthält eine dielektrische Schicht 208, die aus einem geeigneten dielektrischen Material hergestellt sein kann, wie dies durch die Entwurfsregeln für entsprechende Halbleiterbauelemente vorgegeben ist. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 208 ein dielektrisches Material mit kleinem ε enthalten, wobei die Konfiguration der Schicht 208 gleich oder unterschiedlich sein kann im Vergleich zum Aufbau der Schicht 202. Des weiteren umfasst die Metallisierungsschicht 208a entsprechende Leitungssegmente 206a, 206b, wovon mindestens eines als „Bauteil im Test” in Bezug auf das belastungsinduzierte Materialtransportverhalten betrachtet werden kann, und das entsprechende Leistungsverhalten entsprechender Produktbauelement abzuschätzen, die an entsprechenden Bauteilbereichen der Metallisierungsschicht 208 vorgesehen sein können. In der gezeigten Ausführungsform repräsentiert das Leitungssegment 206b ein entsprechenden Testleitungssegment und kann daher gemäß geeigneten Entwurfskriterien hergestellt sein, um damit ein hohes Maß an Authentizität in Bezug auf tatsächliche Produktmetallisierungsstrukturen zu bieten. Die entsprechenden Leitungssegmente 206a, 206b sind mit entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a, 205b verbunden, die in der gezeigten Ausführungsform mit dem Leitungssegment 203 verbunden sind, das in der ersten Metallisierungsschicht 202a ausgebildet ist. Die Leitungssegmente 206a, 206b und die entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a, 205b enthalten eine Barrierenschicht 207a, 207b, die aus einem geeigneten Material aufgebaut ist, wie dies durch die Entwurfsregeln für ein entsprechendes betrachtetes Halbleiterbauelement erforderlich ist. D. h., zumindest in der Kontaktdurchführung 205b und dem Leitungssegment 206b besitzt die Barrierenschicht 207b eine ähnliche Konfiguration wie in tatsächlichen Schaltungselementen, die in der Metallisierungsschicht 208a ausgebildet sind oder die in anderen Produktsubstraten ausgebildet sind, die darauf eine entsprechende Metallisierungsschicht 208a aufweisen. Somit wird an einer entsprechenden unteren Fläche 205c der Kontaktdurchführung 205b die Barrierenschicht 207b in im Wesentlichen identischer Weise wie tatsächliche Produktbauelemente bereitgestellt auf Grund der Ähnlichkeit der entsprechenden Entwurfsabmessungen und der Prozessbedingungen während der entsprechenden Fertigungssequenz im Vergleich zu tatsächlichen Halbleiterbauelementen. Andererseits unterscheidet sich die Barrierenschicht 207a in der Kontaktdurchführung 205a zumindest an der entsprechenden unteren Fläche 205c in Bezug auf ihre Blockierfähigkeit für einen belastungsinduzierten Materialfluss durch die untere Fläche 205c der Kontaktdurchführung 205a. In der gezeigten Ausführungsform ist eine Dicke der Barrierenschicht 207a zumindest an der unteren Fläche 205c deutlich größer im Vergleich zu der entsprechenden Dicke der Schicht 207b (an der Unterseitenfläche 205c der Kontaktdurchführung 205b), wodurch eine im Wesentlichen kontinuierliche und damit zuverlässige Abdeckung der unteren Fläche 205c der Kontaktdurchführung 205a geschaffen wird, unabhängig von der tatsächlichen Konfiguration der Barrierenschicht 207b, insbesondere an der entsprechenden Unterseite der Kontaktdurchführung 205b. Beispielsweise kann in anspruchsvollen Anwendungen das Barrierenmaterial an der unteren Fläche 205c der Kontaktdurchführung 205b und damit in tatsächlichen Halbleiterbauelementen eine Dicke im Bereich von wenigen Nanometern bis 10 oder mehr Nanometern aufweisen, wobei die schließlich erreichte Dicke und die Abdeckung deutlich von Prozessvariationen, den Abmessungen der Kontaktdurchführung 205b, und dergleichen abhängen können. Andererseits wird die Barrierenschicht 207a an der unteren Fläche 205c der Kontaktdurchführung 205a mit einer erhöhten Dicke beispielsweise mit einer zusätzlichen Dicke von mehreren Nanometern im Vergleich zu der Schicht 207b vorgesehen, wodurch eine kontinuierliche Schicht an der unteren Fläche 205c geschaffen wird, um damit eine Metalldiffusion durch die Schicht 207a während des Betriebs der Teststruktur 200 zu reduzieren oder im Wesentlichen zu vermeiden.
Ferner umfassen die Leitungssegmente 206a, 206b und die Kontaktdurchführungen 205a, 205b ein geeignetes Metall, etwa Kupfer, Kupferlegierungen, wie dies durch die Bauteilerfordernisse vorgegeben ist. Schließlich kann eine geeignete Deckschicht 210 in der Metallisierungsschicht 208 vorgesehen sein, um in effizienter Weise das Metall in den Leitungssegmenten 206a, 206b einzuschließen, wie dies zuvor mit Bezug zu der Deckschicht 209 erläutert ist.
Die Teststruktur 200 kann auf der Grundlage von Prozessverfahren hergestellt werden, wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben werden, wenn auch die 2b bis 2e verwiesen wird.
Während es Betriebs wird die belastungsinduzierte Beeinträchtigung des Leistungssegments 206b in Verbindung mit der Kontaktdurchführung 205b untersucht, um das Leistungsverhalten der eigentlichen Metallisierungsstrukturen entsprechender Halbleiterbauelemente abzuschätzen. Zu diesem Zweck wird ein Strom in die Teststruktur 200 eingeprägt, beispielsweise wird ein Elektronenstromfluss erzeugt, der von dem Leitungssegment 206a durch die Kontaktdurchführung 205a, das Leitungssegment 203 zu der Kontaktdurchführung 205b und schließlich zu den Leitungssegment 206b fließt, wie dies durch den Pfeil 212 angegeben ist. Der entsprechende Stromfluss 212 kann erzeugt werden, indem ein spezifizierter Strom in die Struktur 200 eingeprägt wird, wodurch eine spezifizierte Stromdichte in der Kontaktdurchführung 205b und dem Leitungssegment 206b hervorgerufen wird, wie dies durch die entsprechenden Abmessungen dieser Komponenten bestimmt ist. Es werden typischerweise spezifizierte Belastungsbedingungen, etwa eine erhöhte Temperatur, angelegt, um die Leistungsverschlechterung in dem Leitungssegment 206b zu beschleunigen. Wie zuvor erläutert ist, kann ein merklicher Elektromigrationseffekt in dem Leitungssegment 206b oder der Kontaktdurchführung 205 auftreten, wodurch sich eine deutliche Ausbildung entsprechender Hohlräume ergibt, die im Wesentlichen nicht „wieder aufgefüllt” werden durch Material des Leitungssegments 206a und der Kontaktdurchführung 205a auf Grund des verbesserten Massenflussblockiervermögens der Barrierenschicht 207a an der Unterseite 205c, die eine Diffusion von Metallatomen in das Leitungssegment 203 und weiter in die Kontaktdurchführung 205b im Wesentlichen verhindert oder reduziert, selbst wenn die Kontaktdurchführung 205b keine effizienten Massenstrom blockiereigenschaften auf Grund einer nicht ausreichenden Abdeckung oder Dicke der Barrierenschicht 207b an der Oberfläche 205 aufweist. Des weiteren kann ein merklicher Massenfluss, der von dem Leitungssegment 203 herrührt, im Wesentlichen auf Grund der Größeneigenschaft des Segments 203 unterdrückt werden, etwa dessen Menge, die in Bezug auf die maximale Stromdichte während des Test ausgewählt sein kann, um damit in zuverlässiger Weise Elektromigrationswirkungen innerhalb des Segments 203 zu vermeiden. Folglich kann das Leitungssegment 206b in Verbindung mit der Kontaktdurchführung 205b in Bezug auf eine Beeinträchtigung der Leitung oder einen Anstieg des Widerstands auf der Grundlage eines realistischen Elektromigrationsverhaltens des Leitungssegments 206b und der Kontaktdurchführung 205b beurteilt werden. Andererseits bietet der Zustand der Barrierenschicht 207b, obwohl gesamt gesehen das Gesamtverhalten des Paares aus Leitungssegment und Kontaktdurchführung 206b, 205b beeinflusst wird, dennoch aussagekräftige Messergebnisse auf Grund der Verringerung oder der Vermeidung einer Metalldiffusion aus den Leitungssegmenten 206a, 203 und der Kontaktdurchführung 205a in das interessierende Leitung/Kontaktdurchführungs-Paar. Folglich wird eine erhöhte Robustheit der Teststruktur 200 in Bezug auf Variationen der Eigenschaften der Barrierenschicht 207b an der Unterseite 205c erreicht.
2b zeigt schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 200 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform, wobei der Einfachheit halber die entsprechenden dielektrischen Materialien der Schichten 201, 208, 209 und 202 nicht sichtbar sind. In der gezeigten Ausführungsform besitzt das Leitungssegment 206a eine Breite, die als W_a angegeben ist, und die größer ist als eine entsprechende Leitungsbreite W_b des Leitungssegments 206b. Somit kann die Breite W_b die lateralen Abmessungen entsprechender Metallleitungen für Produktbauelemente repräsentieren, deren Elektromigrationsverhalten auf der Grundlage der Teststruktur 200 zu untersuchen ist, wohingegen die größere Breite W_a des Leitungssegments 206a verbesserte Abscheidebedingungen bietet, um damit eine erhöhte Barrierendicke und damit eine erhöhte Massenstrom blockierfähigkeit der Kontaktdurchführung 205a bereitzustellen. Beispielsweise kann die Breite W_a zwei mal so groß sein wie die Breite W_b oder kann größer sein, abhängig von dem Maß an gewünschter Massenstromblockierfähigkeit der Kontaktdurchführung 205a.
2c zeigt schematisch Querschnittsansichten der Segmente 206a, die mit den entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a, und dem Leitungssegment 206b verbunden sind, das mit der Kontaktdurchführung 205b verbunden ist, in einer frühen Fertigungsphase, d. h. vor dem Abscheiden der Barrierenschichten 207a, 207b. Der Einfachheit halber sind auch die entsprechenden Gräben und Kontaktlochöffnungen durch die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Leitungssegmente und Kontaktdurchführungen nach dem Füllen mit den entsprechenden Barrierenmaterialien 207a, 207b und den entsprechenden Metallkomponenten bezeichnet.
Die Teststruktur 200 entsprechend dem in 2c gezeigten Fertigungsstadium kann auf der Grundlage der folgenden Prozesse hergestellt werden. Nach dem Bereitstellen des Substrats 201 und dem Ausbilden der entsprechenden Schaltungselemente in einer spezifizierten Halbleiterschicht, wenn das Substrat 201 ein Substrat mit der Teststruktur 200 und entsprechenden tatsächlichen Halbleiterbauelementen repräsentiert, wird die erste Metallisierungsschicht 202a gebildet, indem ein geeignetes dielektrisches Material aufgebracht wird, um damit die dielektrische Schicht 202 zu schaffen. Beispielsweise können gut etablierte Abscheideverfahren für diesen Zweck eingesetzt werden. Danach wird die dielektrische Schicht 202 so strukturiert, dass entsprechende Gräben mit den entsprechenden gewünschten Abmessungen der Leitungsebene 203 gebildet werden. Zu diesem Zweck können geeignet konfigurierte Lithographiemasken verwendet werden, um damit eine entsprechende Lackmaske zu bilden, die zum Strukturieren der dielektrischen Schicht 202 auf der Grundlage gut etablierter anisotroper Ätzverfahren eingesetzt werden kann. Danach wird die Barrierenschicht 204 auf der Grundlage geeigneter Abscheideverfahren ausgebildet, etwa physikalische Dampfabscheidung, beispielsweise in Form einer Sputter-Abscheidung, und dergleichen. Als nächstes kann eine Saatschicht (nicht gezeigt) vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer Kupferschicht, die auf der Grundlage einer geeigneten Abscheidetechnik hergestellt werden kann, etwa Sputter-Abscheidung, und dergleichen. Nachfolgend wird ein geeignetes Metall, etwa Kupfer, Kupferlegierungen, und dergleichen in die entsprechenden Öffnungen auf der Grundlage nasschemischer Abscheideverfahren eingefüllt, woran sich das Entfernen von überschüssigem Material der Barrierenschicht 204, der Saatschicht und des restlichen Metalls anschließt. Zu diesem Zweck können Ätz- und/oder CMP-(chemisch-mechanische Polier-)Techniken eingesetzt werden. Nachfolgend kann die Deckschicht 209 auf der Grundlage gut etablierter Rezepte abgeschieden werden. Als nächstes wird das dielektrische Material für die Schicht 208 gemäß den Bauteilerfordernissen auf der Grundlage gut etablierter Verfahren hergestellt, zu denen das Abscheiden unterschiedlicher Arten dielektrischer Materialien gehören kann, etwa dielektrische Materialien mit kleinem ε, und dergleichen. Danach wird die dielektrische Schicht 208 auf der Grundlage eines geeigneten Lithographieprozesses strukturiert, wobei der entsprechende Lithographieprozess ausgebildet ist, um den Unterschied in der Dicke der Leitungssegmente 206a der Leitungssegmente 206b zu schaffen. Wenn beispielsweise ein Photolithographieprozess angewendet wird, wird eine entsprechende Lithographiemaske so vorgesehen, dass die Leitungssegmente 206a, 206b mit der entsprechenden Linienbreite W_a und W_b in eine entsprechende Lackschicht abgebildet werden, die dann für das eigentliche Strukturieren des dielektrischen Materials der Schicht 208 verwendet wird. Abhängig von der Prozessstrategie können die Öffnungen für die Kontaktdurchführungen 205a und 205b vor dem eigentlichen Vorsehen der Öffnungen für die entsprechende Leitungssegmente 206a, 206b gebildet werden, oder die Kontaktdurchführungen 205a, 205b können nach dem Strukturieren der Gräben für die Leitungssegmente 206a, 206b gebildet werden. Entsprechende Strukturierungsschemata sind im Stand der Technik gut etabliert und können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Als nächstes wird die Struktur 200 möglicherweise in Verbindung mit anderen Metallisierungsstrukturen eigentlicher Halbleiterbauelemente, die in anderen Teilen des Substrats 201 gebildet sind, einer Abscheideumgebung 213 ausgesetzt, um ein Barrierenmaterial in den entsprechenden Öffnungen in der Schicht 208 gemäß den Entwurfsregeln zu bilden. In einer anschaulichen Ausführungsform repräsentiert die Abscheideumgebung 213 einen physikalischen Dampfabscheideprozess, etwa ein Sputterabscheideprozess, wobei die entsprechenden Abscheidebedingungen für das Leitungssegment 206b und die Kontaktdurchführung 205b ähnlich sind zu den entsprechenden Bedingungen in tatsächlichen Bauteilstrukturelementen auf Grund der Ähnlichkeit der entsprechenden lateralen Abmessungen der Leitungssegmente 206b und der Kontaktdurchführung 205b im Vergleich zu Entwurfsabmessungen der tatsächlichen Bauelementen. Andererseits können die entsprechenden Abscheidebedingungen lokal deutlich unterschiedlich sein für die Kontaktdurchführung 205a auf Grund der deutlich größeren Breite W_a, was zu einer erhöhten Abscheiderate in der Kontaktdurchführung 205a im Vergleich zu der Kontaktdurchführung 205b führt, wodurch eine erhöhte Dicke an der Unterseite der Kontaktdurchführung 205a geschaffen wird. Somit kann durch Erzeugen einer erhöhten Dichte an Barrierenmaterial in der Nähe der Kontaktdurchführung 205a während der Abscheidung 213 die Massenstromblockierfähigkeit der Kontaktdurchführung 205a deutlich verbessert werden, ohne dass im Wesentlichen zusätzliche Prozesse oder Behandlungen erforderlich sind, wodurch ein hohes Maß an Kompatibilität mit konventionellen Prozessstrategien geschaffen wird und wodurch eine deutliche Verringerung an Metalldiffusion von den Leitungssegment 206a und der Kontaktdurchführung 205a in das Leitungssegment 203 erreicht wird. Andererseits entsprechen die Abscheidebedingungen des Prozesses 213 an dem Segment 206 und der Kontaktdurchführung 205b im Wesentlichen den Bedingungen für tatsächliche Bauelemente, wodurch für das gewünschte hohe Maß an Authentizität des Leitungssegments 206b und der Kontaktdurchführung 205b gesorgt wird, die die eigentlichen Teststrukturelemente der Struktur 200 repräsentieren. Nach dem Bilden der Barrierenschichten 207a, 207b auf der Grundlage des Prozesses 213 wird die weitere Bearbeitung fortgesetzt, indem eine Saatschicht (nicht gezeigt) bei Bedarf gebildet wird und in dem die Metallkomponenten auf der Grundlage nasschemischer Abscheideverfahren aufgebracht werden, wie dies zuvor mit Bezug zu dem Leitungssegment 203 beschrieben ist. Danach kann die sich ergebende Oberflächentopographie eingeebnet werden, indem überschüssiges Material entfernt wird, und die Deckschicht 210 kann auf der Grundlage von Bauteilerfordernissen gebildet werden, um damit die Teststruktur 200 fertigzustellen, wie sie in 2a gezeigt ist.
Wie zuvor erläutert ist, entsprechen das Leitungssegment 206b und die Kontaktdurchführung 205b, die damit verbunden ist, im Wesentlichen den tatsächlichen Bauteilstrukturen, während das Leitungssegment 206a deutlich größere Abmessungen aufweist, um damit unterschiedliche, d. h. verbesserte Abscheidebedingungen an der Kontaktdurchführung 205a zu erhalten, die im Wesentlichen die gleichen Abmessungen wie die Kontaktdurchführung 205b aufweisen kann. Es sollte beachtet werden, dass die lokale Änderung der Abscheideraten während des Prozesses 213 auf der Grundlage anderer Strategien erreicht werden kann, beispielsweise indem die lateralen Abmessungen der Kontaktdurchführung 205a möglicherweise in Verbindung mit einer Variierung der Breite W_a verändert werden. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Menge des an der Unterseite 205c der Kontaktdurchführung 205a abgeschiedenen Barrierenmaterials auf der Grundlage einer lokalen Veränderung der entsprechenden Abscheidezeit möglicherweise in Verbindung mit einer lokal angepassten Breite W_a bestimmt werden, indem beispielsweise die Barrierenschicht 207b auf der Grundlage von Prozessparametern abgeschieden wird, wie sie durch die Bauteilerfordernisse vorgegeben sind, und indem nachfolgend das Leitungssegment 206b durch eine geeignet gestaltete Lackmaske abgedeckt wird, während Barrierenmaterial weiterhin in das Leitungssegment 206a und damit in die Kontaktdurchführung 205a abgeschieden wird.
2d zeigt schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 200 gemäß einer Ausführungsform, in der die lateralen Abmessungen der Leitungssegmente 206a im Wesentlichen identisch sind zu den Abmessungen des Leitungselements 206b, während die Kontaktdurchführung 205a einen deutlich größeren Durchmesser D_a im Vergleich zu einem Durchmesser D_b der Kontaktdurchführung 205b aufweist. Z. B. kann der Durchmesser D_a zwei mal so groß oder größer sein im Vergleich zu den Durchmesser D_b. Auf Grund des größeren Durchmessers D_a wird die Bedeckung der Unterseite der Kontaktdurchführung 205a während des Abscheideprozesses 213 (siehe 2c) deutlich verbessert, wodurch auch eine größere Dicke der Barrierenschicht 207a geschaffen wird, was zu einer erhöhten Massenstromblockierfähigkeit führt.
2e zeigt schematisch die Teststruktur 200 gemäß anschaulicher Ausführungsformen, in denen die Breite W_a sowie der Durchmesser D_a des Leitungssegments 306a und der Kontaktdurchführung 205a beide in Bezug auf die entsprechenden lateralen Abmessungen des Leitungssegments 206b und der Kontaktdurchführung 205b vergrößert sind. In diesem Falle wird die Effizienz des Vergrößerns der resultierenden Barrierenmaterialdicke an der Unterseite der Kontaktdurchführung 205a noch weiter verbessert, wobei die entsprechende Zunahme der lateralen Abmessung für das Leitungssegment 206a und die Kontaktöffnung 205a weniger ausgeprägt ist im Vergleich zu den Ausführungsformen, wie sie in den 2b und 2d gezeigt sind, da die kombinierte Wirkung dennoch für die gewünschte erhöhte Abscheiderate sorgt. Folglich kann in diesem Falle die Teststruktur 200 mit einem geringen Platzbedarf gebildet werden, wobei dennoch die hohe Blockierfähigkeit an der Kontaktdurchführung 205a bereitgestellt wird.
2f zeigt schematisch die Teststruktur 200 in Form einer Kettenstruktur mit mehreren Leitungssegmenten 206a und mehreren Leitungssegmenten 206b (wovon lediglich eines gezeigt ist), die in der gleichen Metallisierungsschicht 208a gebildet sind, während mehrere Leitungssegmente 203 in der Metallisierungsschicht 202a ausgebildet sind und mit den entsprechenden Segmenten 206a, 206b durch die entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a, 205b verbunden sind. Folglich wird eine effiziente Teststruktur mit mehreren DUT's (Bauteil im Test), d. h. einer Kombination aus Kontaktdurchführungen 205b und Leitungssegmenten 206b, bereitgestellt, wobei jedes Leitungssegment 206b zwischen entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a mit einer hohen Massenstrom blockierfähigkeit, wie dies zuvor beschrieben ist, angeordnet ist.
2g zeigt schematisch eine weitere Konfiguration einer Kettenstruktur der Teststruktur 200, wodurch eine erhöhte Raumeffizienz zumindest in der horizontalen Richtung erreicht wird, indem die Leitungssegmente 206a, 206b in einer im Wesentlichen meanderartigen Konfiguration vorgesehen sind. Auch in diesem Falle werden die entsprechenden Leitungssegmente 206b von entsprechenden Kontaktdurchführungen 205a mit der erhöhten Blockierfähigkeit „eingeschlossen”. Es sollte beachtet werden, dass die entsprechenden linearen und gefalteten Konfigurationen der Teststruktur 200, wie sie in den 2f und 2g gezeigt sind, lediglich anschaulicher Natur sind und dass andere geometrische Konfigurationen ausgewählt werden können, solange ein entsprechendes Leitungssegment 206b in Bezug auf die Stromflussrichtung davor eine entsprechende Kontaktdurchführung aufweist, die die verbesserte Massenstromblockierfähigkeit aufweist, d. h. eine der Kontaktdurchführungen 205a. Es sollte ferner beachtet werden, dass die zuvor mit Bezug zu den 2a bis 2g beschriebenen Ausführungsformen sich auf eine Teststruktur beziehen, in der das DUT, d. h. die Leitungssegmente 206b, in der oberen Metallisierungsschicht vorgesehen sind, während entsprechende Anschlussleitungssegmente, etwa das Leitungssegment 203, die typischerweise deutlich kürzer sind als die entsprechenden Leitungssegmente 206b, in der unteren Metallisierungsschicht vorgesehen sind. Dieser Aufbau kann bei Bedarf auch umgekehrt werden.
Mit Bezug zu den 3a und 3b werden nunmehr weitere Ausführungsformen beschrieben, in denen die interessierenden Leitungssegmente in der darunter liegenden Metallisierungsschicht vorgesehen sind, während die obere Metallisierungsschicht die entsprechenden Verbindungsleitungssegmente aufweist.
3a zeigt schematisch einen Teil einer Teststruktur 300 mit einem Substrat 301, über welchem eine erste Metallisierungsschicht 302a und eine zweite Metallisierungsschicht 308 ausgebildet sind. Die Metallisierungsschicht 202a weist eine dielektrische Schicht 302 auf, in der Leitungssegmente 306a, 306b gebildet sind, die ein entsprechendes Barrierenmaterial 304 aufweisen. Ferner ist eine entsprechende Deckschicht 209 vorgesehen. In ähnlicher Weise umfasst die Metallisierungsschicht 308a eine dielektrische Schicht 308 mit einem darin ausgebildeten Leitungssegment 303, das mit den Leitungssegmenten 306a, 306b mittels entsprechender Kontaktdurchführungen 305a, 305b verbunden ist. Ein entsprechendes Barrierenmaterial 307b kann in den Segmenten 303 und den Kontaktdurchführungen 305a, 305b vorgesehen sein. In der gezeigten Ausführungsform besitzt die Kontaktdurchführung 305a eine erhöhte Blockierfähigkeit in Bezug auf einen Massenstrom, wie dies durch den Pfeil 312 angedeutet ist, was auf der Grundlage einer verbesserten Gleichmäßigkeit und/oder einer größeren Dicke des Barrierenmaterials 307a an der Unterseite 305c der Kontaktdurchführung 305 im Vergleich zu dem Barrierenmaterial 307 an der Unterseite 305c der Kontaktdurchführung 305b erreicht werden kann. Ferner kann eine entsprechende Deckschicht 310 vorgesehen sein, um die Leitungssegmente 303 einzuschließen. In Bezug auf die bislang beschriebenen Komponenten, mit Ausnahme der lateralen Konfiguration des Leitungssegments 303 und des Leitungssegments 306a gelten im Wesentlichen die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu der Teststruktur 200 beschrieben sind. In der Teststruktur 300 sind jedoch die Leitungssegmente 306a, 306b in der erste Metallisierungsschicht 302a ausgebildet und können individuell oder zusammen als DUT's verwendet werden, während die elektrisch Verbindung durch das Leitungssegment 303 geschaffen wird, die in der ersten Metallisierungsschicht 308a ausgebildet ist. Folglich kann während des Betriebs der Teststruktur 300 die erhöhte Massenstromblockierfähigkeit in der Kontaktdurchführung 305 zuverlässige Elektromigrationsabschätzungen auf der Grundlage der Leitungssegmente 306a und/oder 306b ermöglichen, da die Kontaktdurchführung 305 einen unerwünschten Materialtransport von dem Leitungssegment 306a in das Leitungssegment 306b deutlich unterdrückt.
3b zeigt schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 300 gemäß einer anschaulichen Ausführungsform, in der das Leitungssegment 303 einen Bereich 303a mit größerer Breite, der die Kontaktdurchführung 305a umgibt, und einen Bereich 303b mit lateralen Abmessungen gemäß den Bauteilerfordernissen tatsächlicher Halbleiterbauelement aufweist. Während der Fertigungssequenz zur Herstellung der Metallisierungsschicht 308a wird daher das Barrierenmaterial 307a in der Kontaktdurchführung 305a auf der Grundlage einer anderen Abscheiderate im Vergleich zu der Kontaktdurchführung 305b hergestellt, wodurch eine erhöhte Dicke geschaffen wird, wie dies zuvor erläutert ist. Folglich kann das Elektromigrationsverhalten der Leitungssegmente 306a, 306b, die in der vergrabenen” Metallisierungsebene 302a gebildet sind, ebenso effizient bewertet werden.
3c zeigt schematisch eine Draufsicht der Teststruktur 300 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, in der das Leitungssegment 303 in der unteren Metallisierungsschicht 302a gebildet ist, ähnlich zu den Segmenten 203, und das Leitungssegment 306 ist in der oberen Metallisierungsschicht 308a gebildet und umfasst das Leitungssegment 306b, das direkt mit dem Leitungssegment 306a mit der größeren Breite in Kontakt ist, um damit die gewünschte erhöhte Abscheiderate während des Herstellens der Barrierenschichten 307a, 307b zu schaffen. In der gezeigten Ausführungsform repräsentiert die Teststruktur 300 eine Kettenstruktur mit einer platzsparenden Konfiguration, wobei eine entsprechende Kombination der Kontaktdurchführung 305b und der Leitungssequenz 306b entsprechende DUT's repräsentiert, während die Kontaktdurchführung 305a, die unter dem Leitungssegment 306a mit der größeren Breite, für die erforderliche Massenstromblockierfähigkeit vor. Bei einer Stromflussrichtung, wie sie durch den Pfeil 312 angegeben ist, kann jedes der Leitungssegmente 306b zum Bewerten des Elektromigrationsverhaltens eingesetzt werden, wobei die entsprechenden Leitungselemente 306a mit der größeren Breite dennoch für eine laterale Abmessung sorgen, um damit nicht in das Gesamtwiderstandsverhalten der Segmente 306b zu beeinflussen. D. h., die entsprechende Größe des Leitungssegments 306a kann auf die Prozessbedingungen während der Herstellung der Barrierenschicht 307 so angepasst werden, dass eine zuverlässige Bedeckung der Unterseite der Kontaktdurchführung 305a erreicht wird, ohne dass wesentlich zum Gesamtleitungswiderstand der kombinierten Leitung 306b und 306a beigetragen wird. In anderen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert das Leitungssegment 306a einen oberen Bereich einer Kontaktdurchführung mit einem größeren Durchmesser, um damit eine bessere Abdeckung während des Abscheidens der Barrierenschicht 307a zu schaffen. Folglich können aussagekräftige Elektromigrationsmessdaten auf der Grundlage mehrerer Leitungssegmente 306b gewonnen werden, wobei der erforderliche Flächenbedarf in dem Substrat 201 verringert wird.
Es gilt also: Die vorliegende Erfindung betrifft eine Teststruktur und Verfahren zur Herstellung dieser Struktur, um damit die Zuverlässigkeit und Signifikanz der Bewertung von Elektromigration oder anderen belastungsinduzierten Materialwanderungseffekten zu verbessern, was in konventionellen Strategien auf Grund von Ungleichmäßigkeiten eines Barrierenmaterials an entsprechenden Unterseiten von Kontaktdurchführungen beeinträchtigt sein kann. Zu diesem Zweck werden Kontaktdurchführungen mit erhöhter Massenstromblockierfähigkeit angrenzend zu entsprechenden Testleitungssegmenten vorgesehen, wodurch das Migrationsverhalten von vorhergehenden Teststrukturbereichen von dem Verhalten der eigentlichen Testbauelemente entkoppelt wird. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird die verbesserte Massenstromblockierwirkung erreicht, indem in selektiver Weise die Abscheidebedingungen während des Herstellens der Barrierenschicht modifiziert werden, indem beispielsweise geeignete laterale Abmessungen der Kontaktdurchführung und/oder des entsprechenden Grabens des damit verbundenen Leitungssegments ausgewählt werden. In diesem Falle bietet das Abscheideverfahren eine höhere Abscheiderate, wodurch auch eine größere Menge an Barrierenmaterial an der entsprechenden Unterseite der Kontaktdurchführung gebildet wird, wodurch dann in effizienter Weise ein Massenstrom durch die Kontaktdurchführung während eines Elektromigrationstestverfahrens unterdrückt wird.

Claims

Kettenstruktur für Elektromigrationsprüfungen mit: einem ersten Leitungssegment und einem zweiten Leitungssegment, die in einer ersten Metallisierungsschicht gebildet sind, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist; wobei die Breite des ersten Leitungssegments kürzer als die Breite des zweiten Leitungssegments ist; einer ersten Kontaktdurchführung, die mit dem ersten Leitungssegment verbunden und in der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist, wobei die erste Kontaktdurchführung eine erste Massenstromblockierfähigkeit an einer unteren Fläche der ersten Kontaktdurchführung aufweist; einer zweiten Kontaktdurchführung, die mit dem zweiten Leitungssegment verbunden und in der ersten Metallisierungsschicht gebildet ist, wobei die zweite Kontaktdurchführung eine zweite Massenstromblockierfähigkeit aufweist, wobei die erste Massenflussblockierfähigkeit kleiner ist als die zweite Massenflussblockierfähigkeit; und einem dritten Leitungssegment, das in einer zweiten Metallisierungsschicht ausgebildet und mit der ersten Kontaktdurchführung und der zweiten Kontaktdurchführung verbunden ist, und wobei die Kettenstruktur mehrere der ersten Leitungssegmente, mehrere der zweiten Leitungssegmente und mehrere der dritten Leitungssegmente aufweist, wobei jedes erste Leitungssegment mit einem entsprechenden der zweiten Leitungssegmente durch ein entsprechendes der dritten Leitungssegmente verbunden ist.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei die Struktur ferner eine Barrierenschicht an der unteren Fläche der ersten Kontaktdurchführung und eine Barrierenschicht an der unteren Fläche der zweiten Kontaktdurchführung aufweist und wobei eine Dicke der Barrierenschicht an der unteren Fläche der ersten Kontaktdurchführung kleiner ist als eine Dicke der Barrierenschicht an der unteren Fläche der zweiten Kontaktdurchführung.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste Breite des ersten Leitungssegments im Wesentlichen einer Entwurfsbreite einer Metallleitung entspricht, die in der ersten Metallisierungsschicht eines Halbleiterbauelements gebildet ist.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Kontaktdurchführung im Wesentlichen die gleichen Entwurfsabmessungen aufweisen.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei eine laterale Größe der ersten Kontaktdurchführung kleiner ist als eine laterale Größe der zweiten Kontaktdurchführung.
Kettenstruktur nach Anspruch 5, wobei die laterale Größe der ersten Kontaktdurchführung im Wesentlichen einer lateralen Entwurfsgröße von Kontaktdurchführungen eines Halbleiterbauelements entspricht.
Kettenstruktur nach Anspruch 5, wobei das erste und das zweite Leitungssegment im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei jedes der dritten Leitungssegmente mit einer ersten Kontaktdurchführung und einer zweiten Kontaktdurchführung verbunden ist.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei mindestens die erste Kontaktdurchführung Entwurfsabmessungen aufweist, die Entwurfsabmessungen eines Halbleiterbauelements entsprechen, das die erste und die zweite Metallisierungsschicht aufweist.
Kettenstruktur nach Anspruch 1, wobei ein erstes und ein zweites Leitungssegment direkt miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Kettenstruktur für Elektromigrationsprüfungen mit: Bilden eines Grabens und einer mit dem Graben verbundenen Kontaktlochöffnung für ein erstes Leitungssegment und eine erste Kontaktdurchführung der Kettenstruktur in einer ersten Metallisierungsschicht, die über einem Substrat gebildet ist, wobei das Substrat mehrere Halbleiterbauelemente aufweist; Bilden eines Grabens und einer mit dem Graben verbundenen Kontaktlochöffnung für ein zweites Leitungssegment und eine zweite Kontaktdurchführung der Kettenstruktur in der ersten Metallisierungsschicht; Bilden eines Grabens für ein drittes Leitungssegment in einer zweiten Metallisierungsschicht und Verbinden des dritten Leitungssegments mit der ersten Kontaktdurchführung und der zweiten Kontaktdurchführung; Bilden einer leitenden Barrierenschicht in den Gräben und den Kontaktlochöffnungen in einem einzigem Abscheideschritt durch Erzeugen einer ersten Abscheiderate an der ersten Kontaktdurchführung und einer zweiten Abscheiderate an der zweiten Kontaktdurchführung, wobei die Breite des ersten Leitungssegments kürzer als die Breite des zweiten Leitungssegments ist und die erste Abscheiderate kleiner ist als die zweite Abscheiderate, und Bilden mehrere der ersten Leitungssegmente, mehrere der zweiten Leitungssegmente und mehrere der dritten Leitungssegmente und Verbinden jedes ersten Leitungssegments mit einem entsprechenden der zweiten Leitungssegmente durch ein entsprechendes der dritten Leitungssegmente.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Bilden der leitenden Barrierenschicht Ausführen eines physikalischen Dampfabscheideprozesses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Erzeugen der ersten und der zweiten Abscheiderate umfasst: Bereitstellen des Grabens der zweiten Leitungssegment mit einer größeren Breite im Vergleich zu dem Graben des ersten Leitungssegment.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Erzeugen der ersten und der zweiten Abscheiderate umfasst: Bereitstellen der Kontaktlochöffnung der zweiten Kontaktdurchführung mit einer größeren Größe im Vergleich zu der Kontaktlochöffnung der ersten Kontaktlochöffnung der ersten Kontaktdurchführung.