專利名稱：在銅大馬士革技術(shù)中用于估計凹陷和侵蝕效應(yīng)的測試結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量和評價集成電路制造過程的有關(guān)處理與設(shè)計的統(tǒng)計變化的方法，以便判定這些變化的來源及其對產(chǎn)品的產(chǎn)量和性能的影響。
背景技術(shù)：
在銅(Cu)大馬士革半導(dǎo)體制造過程中，凹陷(dishing)和侵蝕(erosion)效應(yīng)深為人知(見圖1、2A和2B)。圖1示出了在化學(xué)機械拋光(CMP)之前的具有銅12和氧化物11層的結(jié)構(gòu)110。圖2A示出了具有Cu凹陷情況120的結(jié)構(gòu)，其中氧化物層121和Cu層122與氧化物層121上端的原始高度125相比，分別降低了高度123和124，這樣Cu層122低于氧化物層121的上端。圖2B示出了處于“Cu起”情況的結(jié)構(gòu)130，其中氧化物層131和Cu層132與氧化物層131上端的原始高度135相比，分別降低了高度133和134，這樣Cu層132的上端低高于氧化物層131的上端。
在處理過程中很難優(yōu)化這些效應(yīng)，因為它們會與處理方法的設(shè)置(settings)發(fā)生清楚而相反的交互作用。因此，最好是能夠?qū)枷莺颓治g效應(yīng)區(qū)分開來，以利于進行快速處理和優(yōu)化。
在進行Cu處理期間，物理測量一般用于確認凹陷和侵蝕效應(yīng)。由于這些測量方法很耗時，因此在進行處理期間很難收集足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來確認處理的穩(wěn)定性。電子測試結(jié)構(gòu)可以提供非常大的統(tǒng)計樣本。但是由于先前研制的電子測試結(jié)構(gòu)主要是“光柵”，即用固定的線和間距橫過整個測試結(jié)構(gòu)，因此在這種電子測量中很難區(qū)分凹陷和侵蝕效應(yīng)。
因此，本文引用以下四篇文檔作為參考，并將其列出T.Tugbawa等人的“A Mathematical Model of Pattern Dependencies in Cu CMPProcesses(Cu CMP處理中的樣式依賴的數(shù)學(xué)模型)”，CMP研討會，電化學(xué)學(xué)會會議，夏威夷火奴魯魯，1999年10月；Stine，B.等人的“A Closed-Form Analytic Model for ILD Thickness Variation in CMPProcesses(針對CMP處理中的ILD厚度變化的閉式分析模型)”，1997年的ULSI多級互連化學(xué)機械拋光學(xué)術(shù)會議(CMP-MIC)第266頁，圣克拉拉，1997年2月；Tae Park等人的“Electrical Characterization ofCopper Chemical Mechanical Polishing(銅化學(xué)機械拋光的電特性)”，CMPMIC’99第184-191頁，1999年2月；以及Tae Park等人的“OVERVIEW OF METHODS FOR CHARACTERIZATION OFPATTERN DEPENDENCIES IN COPPER CMP(銅CMP中樣式依賴特性的方法概述)”，CMP-MIC會議論文第196-205頁，加州圣克拉拉，2000年3月。
即使在進行處理時能夠很好的理解Cu的凹陷和侵蝕，也很難在特定的產(chǎn)品設(shè)計中使用該信息來分析由Cu凹陷和侵蝕所導(dǎo)致的產(chǎn)量和性能變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為具有用于侵蝕評價的第一結(jié)構(gòu)和用于提取缺陷尺寸分布和缺陷密度分布的第二結(jié)構(gòu)的測試結(jié)構(gòu)。


圖1示出了在化學(xué)機械拋光(CMP)之前的具有銅和氧化物層的結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B為剖面圖，示出了經(jīng)過對圖1的結(jié)構(gòu)進行拋光之后的Cu凹陷和侵蝕效應(yīng)。
圖3為多抽頭蛇形開爾文測試結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖4A～4C分別示出了對于窄線/寬距、中線/中距和窄線/窄距情況下的氧化物高度與掃描長度的關(guān)系圖。
圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的測試結(jié)構(gòu)的平面圖。圖5B示出了圖5A的四象限的一個的細節(jié)，包括了每個區(qū)域的測試條件。
圖6示出了根據(jù)侵蝕試驗的結(jié)果圖。
圖7示出了根據(jù)凹陷試驗的結(jié)果。
圖8示出了交互作用距離的定義。
圖9為其中插有環(huán)的單層NEST結(jié)構(gòu)的原理設(shè)計圖。
圖10A示出了在中心處共享焊盤的線的示例性位移。
圖10B示出了根據(jù)示例性排列程序進行路由的底線圖。
圖11示出了PD NEST。
圖12示出了將焊盤幀(frame)加到LoopNEST的左側(cè)和右側(cè)以連接用于四點開爾文類型測量的環(huán)。所示的環(huán)分布展示了位于一定金屬密度面積內(nèi)的交互作用距離。
圖13示出了在LoopNEST結(jié)構(gòu)內(nèi)部的環(huán)的可能分布，以展示與兩個不同的金屬密度面積的邊界相靠近的交互作用距離。
圖14示出了對不同的環(huán)分布形式的實施，以展示不同的目標區(qū)域。
圖15示出了根據(jù)LoopNEST結(jié)構(gòu)的實驗結(jié)果圖。
具體實施例方式
分析在特定產(chǎn)品設(shè)計上由Cu凹陷和侵蝕所導(dǎo)致的產(chǎn)量和性能變化的一個方法，是構(gòu)建在進行Cu處理期間所觀測的Cu凹陷和侵蝕效應(yīng)的模型。該模型可用于給定的產(chǎn)品布局，以預(yù)測布局中的任何特定布線的凹陷和侵蝕。準確的模型運用需要知道樣式特征的“交互作用距離”。這里講述的示例性實施例提供了電子測試結(jié)構(gòu)，用于在為進行處理和優(yōu)化提供統(tǒng)計上顯著的測量樣本的同時，區(qū)分凹陷和侵蝕效應(yīng)。示例性實施例還提供了測試結(jié)構(gòu)，用于提供樣式特征的“交互作用距離”。
該例子包括，但不僅局限于，三個組件“多抽頭開爾文”(MT-Kelvin)測試結(jié)構(gòu)。MT-Kelvin測試結(jié)構(gòu)用于測試開爾文帶線的電阻響應(yīng)，以提取該條線寬度中的樣式變化以及該條線的“局部”和“全局”鄰域。在其惟一性特征中，它允許將具有惟一性線寬和局部鄰域的多個開爾文片斷嵌入在一個具有給定密度的“全局鄰域”中。待測器件(DUT)片斷可以呈“蛇形”，以增加電阻和增加電阻變化的分辨率(resolution)。在該測試結(jié)構(gòu)中將這些特征結(jié)合起來，以便使用合適的實驗設(shè)計來區(qū)分Cu凹陷和侵蝕效應(yīng)。
用于上述測試結(jié)構(gòu)的實驗設(shè)計(Design-of-Experiments，DOE)能夠?qū)u化學(xué)機械拋光(CMP)的凹陷和侵蝕效應(yīng)進行準確的分析和建模。將DOE和測試結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，能夠惟一地實現(xiàn)對單個凹陷和侵蝕效應(yīng)的區(qū)分，以及二者的結(jié)合效應(yīng)的同時驗證。
“LoopNest”測試結(jié)構(gòu)。LoopNest用于提取開爾文帶線上的樣式變化的“交互作用距離”。其獨特性在于它使用了電子可測試的NEST測試結(jié)構(gòu)作為啞樣式，來建立圍繞開爾文帶線的密度區(qū)域。先前的測試樣式使用不可測試的啞多邊形用于此一目的。
下面將要詳細講述其中的每一個組件。
多抽頭開爾文測試結(jié)構(gòu)多抽頭開爾文(MT-Kelvin)測試結(jié)構(gòu)如圖3所示。該結(jié)構(gòu)包括DUT303，其中多個蛇形片斷通過多個抽頭310相連。抽頭310允許人們來判斷任一可能出現(xiàn)的短路或斷路位于三個蛇形片段中的哪一個。每一個抽頭310具有焊盤308，用于電子測試測量。提供的樣式304作為屏蔽線。樣式306為全局鄰域樣式。在圖3的示例性MT-Kelvin結(jié)構(gòu)中，長度L1在約3微米至約6微米之間，并且長度L2在約100微米至約600微米之間。測試結(jié)構(gòu)的一個目的是允許區(qū)分凹陷和侵蝕效應(yīng)。
MT-Kelvin結(jié)構(gòu)303為具有用于DUT、局部鄰域304和全局鄰域306的單個可控制線寬和線間距的單層測試結(jié)構(gòu)·DUT線寬變化用于模擬(stimulate)凹陷效應(yīng)。如果DUT線寬很小，則平版印刷或阻擋層金屬效應(yīng)將居于電阻響應(yīng)的主導(dǎo)。
·局部鄰域變化用于控制DUT303上的平版印刷和短程CMP效應(yīng)。
·全局鄰域變化用于控制DUT上的長程CMP效應(yīng)。
對于凹陷，我們可以排除全局鄰域樣式306，以創(chuàng)建孤立區(qū)域?？梢宰兓疍UT303的線寬來測量凹陷。
對于侵蝕，DUT303的線尺寸(L/S)被固定得小到足夠避免全局密度，同時大到足夠避免平板印刷效應(yīng)?？梢愿淖儤邮?06的全局L/S，以模擬(stimulate)氧化物侵蝕。
對于凹陷加侵蝕，DUT303的線尺寸(L/S)固定為等于樣式306的全局L/S。它將在DUT測量中結(jié)合凹陷和侵蝕。
除了可控線寬和線間距，MT-Kelvin測試結(jié)構(gòu)允許在DUT線中有多個“蛇形片斷”?！吧咝蜠UT”用于增加DUT線的電阻，因為它由于布局鄰域或處理效應(yīng)的原因而稍微增加了電阻中小變化的分辨率。盡管示例性DUT303具有三個蛇形片斷，實際上可以包括有任何數(shù)目個蛇形片斷。進而，每一個蛇形片斷中的匝數(shù)也可以不同。
所設(shè)計的示例性測試與DOE一起使用，用于在DUT中將Cu凹陷與Cu/氧化物侵蝕效應(yīng)區(qū)分開來。
MT-Kelvin的一個特征是，在DUT303周圍的氧化物厚度與局部鄰域304將匹配全局鄰域306的氧化物厚度。以這種方式，全局鄰域樣式306可用于模擬(stimulate)侵蝕效應(yīng)和驅(qū)動DUT303的基Cu厚度變化，而DUT線寬可用于模擬(stimulate)凹陷效應(yīng)和進一步驅(qū)動DUT的Cu厚度變化。
在多個半導(dǎo)體制造處理中制造的MT-Kelvin結(jié)構(gòu)300使用了Cu布線。圖4A～4C示出了來自證實MT-Kelvin的局部和全局行為的代表性Cu處理的輪廓(profilometry)結(jié)果。圖4A～4C示出了三條曲線，它們對于全局鄰域線分別具有不同的線寬和/或線間距。這三條曲線包括圖4A窄線/寬間距；圖4B中線/中間距；圖4C，窄線/窄間距。在全局密度的較大變化中，DUT區(qū)域303中的氧化物高度準確地跟蹤全局鄰域306中的氧化物高度。
Cu CMP建模DOE可以將實驗設(shè)計(DOE)與MT-Kelvin測試結(jié)構(gòu)300一起使用，以便區(qū)分Cu凹陷效應(yīng)和Cu/氧化物侵蝕效應(yīng)。該DOE如表1-3所示。三個獨立的實驗用于檢查·全局侵蝕效應(yīng)·局部凹陷效應(yīng)·凹陷與侵蝕之間的交互作用在表1中，DUT303具有的固定線尺寸(L/S)為0.5微米/0.5微米。DOE位于全局區(qū)域306的L/S中。示例性DUT測量由全局區(qū)域306中的L/S變化所引起的氧化物侵蝕。
表1密度(％)25506575 80859095

70.0050.0035.0020.0010.00LW 5.002.001.000.500.300.200.16在表2中，DUT為可變寬度的孤立線。示例性DUT303測量凹陷與線寬的關(guān)系。
表2

LW
在表3中，該結(jié)構(gòu)是完美的光柵，其DUT L/S等于全局鄰域306的L/S。這些數(shù)據(jù)用于驗證從凹陷/侵蝕實驗中提取的CMP模型。
表3密度(％)508095

70.0050.0035.0020.0010.00LW 5.002.001.000.500.300.200.16圖5A和5B示出了用于上述實驗的示例性網(wǎng)格(reticle)平面圖。示例性網(wǎng)格平面圖的維L3約為22毫米，但也可以使用其它網(wǎng)格尺寸。設(shè)計的平面圖最小化了全局效應(yīng)(例如，長程體積Cu拋光效應(yīng))。在圖5B中，術(shù)語“LocalNBH”指的是局部鄰域，并且術(shù)語“GloblNBH”指的是全局鄰域。
侵蝕實驗在侵蝕實驗中，固定的DUT303和局部鄰域304用于監(jiān)視由于全局鄰域306中的樣式變化而造成的侵蝕效應(yīng)。
在一個例子中，DUT303和局部鄰域104對于所有實驗變量都具有固定的線寬和線間距。將這些維數(shù)固定，確保了DUT303中的凹陷和DUT槽中的任何平板印刷的變化維持不變。這能夠使侵蝕響應(yīng)從凹陷響應(yīng)中被單獨觀察出來。
所選的DUT303和局部鄰域304的線寬和線間距應(yīng)該足夠大，以避免過度的平板印刷變化，但同時也不會大到發(fā)生任何嚴重的Cu凹陷的程度。經(jīng)驗表明，0.5微米的線寬和線間距足夠用于該目的。
改變?nèi)粥徲?06的線寬和線間距，以模擬CMP拋光期間的侵蝕效應(yīng)。區(qū)域的樣式密度和氧化物線寬能夠模擬侵蝕效應(yīng)。對此進行講述的有T.Tugbawa，T.Park，D.Boning，L.Camilletti，M.Brongo和P.Letevre的“Modeling of Pattern Dependencies in Multi-Step CopperChemical Mechanical Polishing Processes(多步銅化學(xué)機械拋光處理中樣式依賴的建模)”，用于ULSI多級互連的化學(xué)機械拋光學(xué)術(shù)會議(CMP-MIC 2001)，第65～68頁，圣克拉拉，2001年3月。這里參考了該文。因此，全局區(qū)域306的線寬和密度中的DOE被用來擴展可能出現(xiàn)在典型產(chǎn)品中的這種密度和線寬變化的范圍。最小線寬和線間距是每一種技術(shù)的函數(shù)，而高于該值的線寬和線間距可以跨過技術(shù)的升級換代而保持不變。
圖6示出了根據(jù)侵蝕實驗的典型電阻響應(yīng)。在圖6中，電阻的不斷增加的斜率與用于增加密度的線寬之間的關(guān)系表明，Kox(Kox＝覆蓋晶體拋光率)可能依賴于氧化物間距寬度。
凹陷實驗在凹陷實驗中，空的全局鄰域306(0％的密度)、空的局部鄰域304，以及DUT303中的變化的線寬用于監(jiān)視DUT中的凹陷效應(yīng)?？蛇x地，也可以使用任何不變的全局鄰域。但是空的鄰域在該實驗中確保了侵蝕效應(yīng)盡可能地不復(fù)雜，因此對該實驗來說是優(yōu)選的。
在DUT303中的線寬變化會在DUT中造成不同程度的凹陷。由于全局鄰域306被保持在恒定的密度，因此在DUT303上的侵蝕變化及其效應(yīng)被最小化(例如，被減少到只有來自于DUT自身的樣式密度的微小效應(yīng))。因此使得能夠從侵蝕響應(yīng)中單獨觀察到凹陷響應(yīng)。
圖7示出了來自MT-Kelvin凹陷侵蝕實驗的典型電阻響應(yīng)。在圖7中，小的臨界維寬度與阻擋層、平板印刷和蝕刻效應(yīng)701相關(guān)，并且大的臨界維寬度與凹陷相關(guān)。
凹陷加侵蝕交互作用實驗在該實驗中，所繪制的DUT303、局部鄰域304和全局鄰域306具有相同的線寬和線間距。這將混淆DUT303中凹陷和侵蝕的效應(yīng)，并且允許利用侵蝕和凹陷實驗構(gòu)建的任何Cu CMP厚度模型的交互驗證。
這些結(jié)構(gòu)看起來也類似于處理工程師傳統(tǒng)上用來優(yōu)化Cu處理的典型“光柵”式結(jié)構(gòu)。因此，它們也用于對現(xiàn)有測量進行校準MT-Kelvin響應(yīng)的目的。
LoopNest測試結(jié)構(gòu)如前所述，侵蝕取決于金屬密度。假定在兩個不同的金屬密度之間存在著邊界，在該邊界的兩側(cè)金屬和氧化物的高度將發(fā)生高度的改變(HC)。在距離邊界足夠遠的一些地方，高度則停止改變。高度不變的區(qū)域之間的距離被定義為交互作用距離(ID)。它是金屬和氧化物高度變化的距離，如圖8所示。在圖8中ID片斷的左邊，高度為一相對小的恒定值。在圖8中ID片斷的右邊，高度為一相對大的恒定值。交互作用距離ID是建模侵蝕的主輸入值。因此，提出能夠測定交互作用距離ID的測試結(jié)構(gòu)是很重要的。
交互作用距離ID一般為100微米范圍的倍數(shù)，它需要巨大的芯片面積用于交互作用距離的評價。為此目的，我們可以在巨大的啞填充區(qū)域中放置環(huán)狀物，不為別的目的，只是用來模擬不同的金屬密度。根據(jù)環(huán)狀物的電阻測量差別，來歸納出金屬線的侵蝕。在啞填充區(qū)域中放置許多個環(huán)狀物，將進一步提供交互作用距離ID。不過，測試芯片面積是非常昂貴的，將大面積用于啞填充對于可商用的處理開發(fā)和處理特性來說是不合適的，因此人們不斷努力以減小測試芯片面積。
示例性實施例的一個方面是使用測試結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將侵蝕評價與同樣需要大的芯片面積的缺陷尺寸分布和缺陷密度分布的提取結(jié)合起來。講述NEST結(jié)構(gòu)的文章有Hess，C.，Stashower，D.，Stine，B.E.，Verma，G.，Weiland，L.H.，Miyamoto，K.和Inoue，K.的“Fast Extractionof Killer Defect Density and Size Distribution Using a Single Layer ShortFlow NEST Structure Proc(使用單層短流NEST結(jié)構(gòu)處理進行致命缺陷密度和尺寸分布的快速提取)”，微電子測試結(jié)構(gòu)國際會議(ICMTS)，第57～62頁，蒙特雷(美國)，2000年；2001年3月12日提交的美國臨時專利申請60/275,190；以及2002年3月12日提交的國際專利申請PCT/US02/07409。所有這些均作為本文的參考。下面將首先講述基本的PD NEST結(jié)構(gòu)，然后進一步講述環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
PD NEST結(jié)構(gòu)的設(shè)計為了進一步改善NEST結(jié)構(gòu)，可以并入一些共享的焊盤，如圖10A所示。圖10A為概念圖，其中為了可視化的方便，NEST結(jié)構(gòu)的嵌套線用直線來表示。應(yīng)該懂得，301a～301h和302a～302h的每條線分別表示嵌套的蛇形線。如圖10A所示，兩條線可以連接三個焊盤(而不是如圖1中所示的4個)，它們之間共享一個中焊盤。例如，線301a連接到上焊盤311a和中焊盤312a，線302a連接到下沉淀313a和同一個中焊盤312a。對于包括上線301a～301h和下線302a～302h的每一對線，分別有上焊盤311a～311h，中焊盤312a～312h和下焊盤313a～313h。因此，對于2×N的焊盤幀中的給定數(shù)目M個焊盤，在PDNEST結(jié)構(gòu)中可以應(yīng)用2*取整(M/3)條線，而不是正好為常規(guī)的NEST結(jié)構(gòu)中的N條線。例如，如圖10A所示，在PD NEST中可以應(yīng)用16條線。在另一個2×15焊盤幀的例子中(圖中未示出)，在PD NEST結(jié)構(gòu)中可以應(yīng)用20條線，而不是正好為常規(guī)的NEST結(jié)構(gòu)中的15條線。換句話說，鉤住同樣數(shù)目條線少需要焊盤25％，結(jié)果由于焊盤幀的步進時間變少，以及給定芯片面積的使用率顯著地提高，導(dǎo)致使用的測試時間更少。
如果缺陷導(dǎo)致了斷路線，則在上焊盤和中焊盤之間，或者在下焊盤和中焊盤之間可以清楚地檢測到它。不過，對于圖10A的結(jié)構(gòu)來說，如果位于一條或多條線301a～301h中的缺陷在上端造成短路，則它在下端也是可以測量的。為了區(qū)分那些缺陷，可使用排列程序來改變位于第一側(cè)(例如，左側(cè))和第二側(cè)(例如，右側(cè))的這些線的鄰接關(guān)系，這在 Hess，C.和 Weiland，L.H.在 IEEE Transactions onSemiconductor Manufacturing雜志的1998年第2期第11卷的第194～203頁上發(fā)表的文章“Harp Test Structure to Electrically Determine SizeDistributions of Killer Defects(使用豎琴式測試結(jié)構(gòu)對致命缺陷的尺寸分布進行電子測定)”中有講述。該篇文章已作為本文的參考，并且在下面相關(guān)的部分有講述。由于僅有兩組線(圖10A中的上線和下線，或在其他結(jié)構(gòu)中的右線和左線)，因此只通過排列程序計算了2維矩陣的兩行。
在測試結(jié)構(gòu)中應(yīng)用并聯(lián)線——每一條線與孤立的焊盤相連接——來電子測定缺陷尺寸分布。如果有缺陷發(fā)生并造成了電子可測量的錯誤，則有兩個或更多個測試結(jié)構(gòu)線發(fā)生短路。在一起發(fā)生短路的測試結(jié)構(gòu)線更多，則缺陷越大。但是，如果兩個以上的蛇形線相連，則很難斷定是否只存在一個大的缺陷或是一些小的缺陷造成了多個錯誤。當(dāng)且僅當(dāng)在測試芯片面積內(nèi)的線路放置相鄰時，短路電路才連接測試結(jié)構(gòu)線。因此，應(yīng)用的以不同方式相鄰的測試結(jié)構(gòu)線越多，則可以區(qū)分的短路電路將越多。
排列程序增加了以不同方式相鄰的測試結(jié)構(gòu)線的個數(shù)，而沒有增加焊盤的個數(shù)。在連接到電子可區(qū)分焊盤的測試結(jié)構(gòu)線之間的未經(jīng)設(shè)計的短路電路缺陷是可以檢測到的。為此，不需要為每一個測試結(jié)構(gòu)線分配一個單獨的焊盤，但是每一對并聯(lián)測試結(jié)構(gòu)線連接到惟一的一組焊盤上。由于這一原因，排列于測試芯片中的相鄰線的所有可能的鄰接關(guān)系不超過一次。
假設(shè)a[2，j]為位于一組下線(第二線)中的第j條線的標號。假定線號的第一序列只是一組正整數(shù)(1，2，3，...)，所使用的標號值的個數(shù)m為一組偶整數(shù) ，并且j為第二序列中的標號位置，則第二序列的計算公式為 因此如圖10B所示，來自于上述方程的第二序列為2-4-1-6-3-8-5-7。因此，如果線的上序列為1-2-3-4-5-6-7-8，則線的下序列為2-4-1-6-3-8-5-7。在下行中，第一線的標號為“2”，表明第一下線與(并且電子連接到)上面一組線中的第二線共享一個焊盤。在下行中，第二線的標號為“4”，表明該線與上面一組線中的第四線共享一個焊盤。在下行中，第三線的標號為“1”，表明該線與上面一組線中的第一線共享一個焊盤。在下行中，第四至八線的標號分別為“6”、“3”、“8”、“5”和“7”，表明這些線分別與上面一組線中的第6、3、8、5和7線共享一個焊盤。
對于任何偶整數(shù)m(下線的個數(shù))，普通技術(shù)人員利用上述方程可以很容易地測定線的第二序列。使用該序列，每一個標號為a[2，j]的下線具有一個或兩個鄰接線，標號分別為a[2，j-1]和/或a[2，j+1]。與線a[2，j]共享一個焊盤的相應(yīng)的上線a[1，j]具有一個或兩個標號分別為a[1，j-1]和/或a[1，j+1]的鄰接線。下面的不等式對每一個j的值都成立a[2，j-1]≠a[1，j-1]a[2，j-1]≠a[1，j+1]a[2，j+1]≠a[1，j-1]a[2，j+1]≠a[1，j+1]換句話說，對于具有標號j的每一對上線和下線(或第一線和第二線，或右線和左線)，附近的相鄰線是不相交的。相鄰線標號之間的每一個關(guān)系至多只出現(xiàn)一次。這使得它有可能惟一地識別出線j和它的其中一個鄰居之間存在的短路線路是否會影響上線a[1，j]或下線a[2，j]。
圖10B示出了2*8條線的例子。如圖10A所示，其中有上焊盤411a～411h、中焊盤412a～412h和下焊盤413a～413h，以及上線401a～401h和下線402a～402h。圖10B的例子中添加了帶有連接線403a～403d和404a～404d的路由通道420。除了每一條線401a～401h和402a～402h，圖中還可以看到“排列標號”。在該例子中，將下線402a～402h進行了重新安排，使得每一條線的旁邊具有與在下線序列中的序號位置不相同的排列標號(即，第一線402a不具有排列標號“1”，第二線402a不具有排列標號“2”，等等)。而且，排列標號經(jīng)過安排，使得沒有下線402a～402h與具有最近的較大或較小排列標號的線相接近。例如，上線401c(排列標號“3”)與上線401b(排列標號“2”)和上線401d(排列標號“4”)相接近，而下線402e(排列標號“3”)與下線402d(排列標號“6”)和下線402f(排列標號“8”)。不同的鄰域關(guān)系能夠容易地區(qū)分開在上線401a～401h和下線402a～402中導(dǎo)致短路的缺陷。
為了改變標號的順序，提供了路由通道420，如圖10B所示。如圖10B所繪制的路由通道420包括在單個掩模上所不具有的交叉子403a～403d和404a～404d。如果將本發(fā)明分成兩組——一組是如圖10B中所示的所有固體路由線路403a～403d，另一組是虛路由線404a～404d，則判定本發(fā)明可以實現(xiàn)沒有交叉子的完整路由。
圖11示出了測試工具500，它包括具有至少一個層的襯底599，以及在單層襯底的單表面上的多對嵌套蛇形線501～524，其中每一對嵌套蛇形線之間都具有共享焊盤1M～8M。
圖11為圖10B中的一組線的示例性路由表示，其中繪制出了嵌套蛇形線。在圖11中，下組線的標號依次為從“1”至“8”，并且上組線的標號按順序依次為2-4-1-6-3-8-5-7。因此，在圖11中，上組線為第二組，下組線為第一組。這與圖10B中的相反，在圖10B中，上組線為第一組，下組線為第二組。
嵌套工具500包括襯底599，它至少具有一個層，該層在線595的上邊有第一側(cè)(上側(cè))519，在線595的下邊有第二側(cè)(下側(cè))592。第一排焊盤501～512位于襯底599的第一側(cè)591上。第二排焊盤513～524位于襯底599的第二側(cè)592上。多對嵌套蛇形線(551和562，552和564，553和561，554和566，555和563。556和568，557和565，558和567)位于襯底上。這些焊盤對被標以1L和1R，2L和2R，...8L和8R。指稱L和R分別表示“左”和“右”，但是這些指稱只是隨意的，不要求對樣式或測試工具500進行特別定向。L可以對應(yīng)于“右”、“下”或“上”，R也可以對應(yīng)于“左”、“上”或“下”，只要L和R對應(yīng)于不同側(cè)就行。
每一對嵌套蛇形線有共享焊盤1M～8M(分別為513、512、504、522、516、510、506和519各項)在它們之間。嵌套蛇形線501～524的每一對(例如，551和562)包括第一線(例如，551)和第二線(例如，562)，這樣第一線(例如，551)延伸出位于襯底599的第一側(cè)591上的焊盤501～512的第一行之外，并且第二線(例如，562)延伸出位于襯底599的第二側(cè)592上的焊盤513～524的第二行之外。
圖11為這種路由的一個例子。在圖11中，圖10B的三組焊盤(上、中和下)被重新安排，以組成兩行焊盤。一個路由組置于2×N焊盤幀的一半處(例如，圖11中所繪制的2×N焊盤上行501～512)，而其他路由組置于2×N焊盤幀的其他部分(例如，在圖11中水平繪制的2×N焊盤下行513～524)。上行焊盤501～512包括被標為1R～8R的“右”焊盤和被標為2M、3M、6M和7M的“中”焊盤。下行焊盤513～524包括被標為1L～8L的“左”焊盤和被標為1M、4M、5M、8M的“中”焊盤。注意，指稱上、下、左和右僅指在繪圖中的位置。結(jié)構(gòu)的實施允許將上和下的位置用右和左來代替，反之亦可。
在圖11中，排列標號1R～8R、1M～8M和1L～8L表示哪些焊盤相互連接。在它們各自的標號中具有相同數(shù)字的焊盤被連接在一起。沒有焊盤被直接放置于它所連接的那個焊盤的相對面。例如，焊盤512(排列標號2M)被連接到焊盤501(排列標號2R)和焊盤514(排列標號2L)。
在圖11中可以看到因使用這一路由方案所導(dǎo)致的作為2*8線的例子的PD NEST結(jié)構(gòu)的示例性實施例。現(xiàn)在，在一起短路的這些線的標號表明了是否能夠在PD NEST結(jié)構(gòu)的上或下部中發(fā)現(xiàn)缺陷。例如，如果只有被連接到具有排列標號2和4的焊盤的線一起短路，則短路電路必須位于該結(jié)構(gòu)的上半部，分別在連接到焊盤501和502的線551和552之間。不過，如果只有被連接到具有排列標號2、3和4的焊盤的線一起短路，則短路電路必須位于該結(jié)構(gòu)的下半部，處于線562、563和564之間。
盡管圖11的優(yōu)選實施例包括嵌套蛇形線，普通技術(shù)人員可以應(yīng)用使用這里所講述的技術(shù)的其他測試結(jié)構(gòu)。例如，可以應(yīng)用能夠測量短路的梳性結(jié)構(gòu)或任何其他測試結(jié)構(gòu)，或者它們的結(jié)合(例如，梳形和嵌套式)，來取代嵌套蛇形線。
同樣可以理解的是，將線551～558、561～568和焊盤501～524放置于單層測試工具599的單個表面上不會妨礙測試工具具有其他層。因此，如圖11中所示的結(jié)構(gòu)(或者焊盤和嵌套蛇形線的另一種結(jié)構(gòu))可包括在具有額外層的測試工具的一個表面上。
由三種主要的設(shè)計方針用于設(shè)計NEST結(jié)構(gòu)為了防止有在NEST結(jié)構(gòu)中區(qū)分多個缺陷的問題，每個NEST結(jié)構(gòu)的面積應(yīng)該被限制，以便在兩個NEST結(jié)構(gòu)中平均預(yù)計不會有超過一個缺陷。
為了使NEST結(jié)構(gòu)可測量，每一個線的電阻值應(yīng)該在測試裝備所給定的限制范圍內(nèi)。
最后，每一個晶體的測試時間應(yīng)該在給定限度內(nèi)，這樣才能取得最大數(shù)目個在管芯內(nèi)實施的焊盤幀和NEST結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在假定預(yù)計的缺陷密度較低，則測試時間通常主要為使用參數(shù)測量測試器的模擬DC測量的限制。對于Hess，C.和Weiland，L.H.在1995年SPIE微電子制造雜志第2637卷第125～136頁發(fā)表的“A Digital TesterBased Measurement Methodology for Process Control in MultilevelMetallization Systems(在多級金屬化系統(tǒng)中用于處理控制的基于數(shù)字測試器的測量方法)”中所講述的數(shù)字測試，線阻抗通常是NEST結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要考慮事項。
LoopNEST結(jié)構(gòu)參考圖10B和11描述的NEST結(jié)構(gòu)提供了用于缺陷檢測的非常有效的方法。該結(jié)構(gòu)可以經(jīng)過擴大，以包括環(huán)結(jié)構(gòu)，用于測定隨金屬高度而變化的電阻值。圖9示出了NEST結(jié)構(gòu)1000，其中在蛇形NEST線的匝數(shù)中包括有環(huán)1010。該測試結(jié)構(gòu)在這里被稱為“LoopNEST”測試結(jié)構(gòu)。為了測定交互作用距離ID，在LoopNEST結(jié)構(gòu)1000中的不同位置使用了許多環(huán)1010。一個列表包含了陣列中的標號，該陣列對應(yīng)于NEST中的特定匝的位置，其中0為位于NEST 1000底部的特定的參考點。環(huán)1010放置于NEST 1000的內(nèi)部或外部。為了知道環(huán)放置于什么位置，為每一個環(huán)分配了數(shù)字，用以表明環(huán)的位置?！?”被定義為NEST結(jié)構(gòu)1000的上邊緣或下邊緣。負數(shù)意味著該環(huán)位于NEST的外部，并延伸到周圍區(qū)域中。正數(shù)表示到特定開爾文環(huán)1010的距離(以匝數(shù)計)。環(huán)1010的個數(shù)取決于用于鉤住這些環(huán)以用于測試目的的焊盤幀的尺寸。“路由通道寬度”被定義為從LoopNEST的外邊緣到焊盤幀的距離，其中這些環(huán)被連接到一起?！伴_爾文長度”(KL)被定義為從電壓抽頭到環(huán)的U形匝之間的距離。
如圖11所示，并且如上面所述，為了管理LoopNEST的蛇形線的有效連接以及環(huán)1010，示例性蛇形NEST線的連接根據(jù)了PD NEST排列(PD NEST為PermuteD NEST的簡稱)。在圖11中示出結(jié)構(gòu)性線的地方，焊盤幀被統(tǒng)稱為項1110。在圖11中給出結(jié)構(gòu)性圖示的、位于焊盤幀1110的上部的NEST線被統(tǒng)稱為1111，并且位于焊盤幀1110下部的線被統(tǒng)稱為1112。嵌套的蛇形部件1000(如圖9所示)被加入到圖11中的項1000所示的區(qū)域中。在實際的布局中，蛇形部件1000占據(jù)了NEST的大部分長度(例如，大約98％)，這樣在圖11中被指稱為1000的區(qū)域中可以包括100個蛇形匝的數(shù)量。環(huán)形線1020可以被放置于這些匝中的任何一個中。
圖12示出了環(huán)形線1010在蛇形NEST線1111和1112的兩側(cè)上如何連接在一起的情況。通過這種做法，環(huán)1010的內(nèi)含物與常規(guī)的PDNEST結(jié)構(gòu)相比不會引起嚴重的面積損失。在圖12中，焊盤幀1220和1230分別被加到LoopNEST結(jié)構(gòu)500的左右側(cè)，以為4點開爾文類型測量進行環(huán)的連接。如圖12中所示的環(huán)的布局可以用于考察一定金屬密度區(qū)域中的交互作用距離。因此，缺陷密度分布以及缺陷尺寸分布可以與使用相同芯片面積的侵蝕和交互作用距離評價在一起得到測定。
現(xiàn)在參考圖13。除了考察NEST結(jié)構(gòu)內(nèi)部的交互作用以外，也可以對位于兩個不同密度的區(qū)域之間的邊界附近的區(qū)域進行考察。圖13的例子示出了在LoopNEST結(jié)構(gòu)內(nèi)部的環(huán)的一個可能布局，以考察靠近位于兩個不同金屬密度的區(qū)域之間的邊界的交互作用距離。一般地，對于環(huán)可以實施任何一種布局。
可選地，可以將不同布局結(jié)合起來，如圖14所示。圖14為一種方式的例子，在該方式中可以實施不同的環(huán)布局樣式，以考察不同的感興趣區(qū)域。
為了對侵蝕及其交互作用距離進行調(diào)查研究，關(guān)于設(shè)置實驗設(shè)計(DOE)方面可以應(yīng)用如下方針1.實施至少2個NEST密度·最大密度(最小間隔、最大線寬)·額定密度(額定上的線、間距)2.確認在最大密度LoopNEST中所看到的交互作用距離，以及如果在掩模上存在間隔的話則增加其他密度。
3.在上部和下部以200微米空間距孤立LoopNEST為了提供一些示例性實驗結(jié)果，設(shè)計的具有不同密度(5％、25％、50％、75％和90％)的測試工具結(jié)構(gòu)可以調(diào)查Cu線對于它們的全局鄰域密度的依賴性。對于每一個密度而言，在全局線內(nèi)部的不同位置處放置有開爾文環(huán)。侵蝕的交互作用距離可以通過分析薄片電阻來測定，薄片電阻繪制于每一個密度與全局鄰域中的環(huán)位置的關(guān)系圖中，例如圖15所示。
盡管這里講述的測試結(jié)構(gòu)的例子使用是用于分析Cu CMP凹陷和侵蝕效應(yīng)，但是一般技術(shù)人員可以使用該測試結(jié)構(gòu)對除銅之外的其他金屬所形成的結(jié)構(gòu)進行分析。
盡管本發(fā)明的講述使用的是示例性實施例，但本發(fā)明不僅局限于此。而且，所附的權(quán)利要求應(yīng)該被廣義地理解，以便包括本專業(yè)的熟練技術(shù)人員所作的本發(fā)明的其他變體和實施例，只要不偏離本發(fā)明的等價物的精神主旨和范圍。
權(quán)利要求
1.一種測試結(jié)構(gòu)，具有用于侵蝕評價的第一結(jié)構(gòu)和用于提取缺陷尺寸分布和缺陷密度分布的第二結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的測試結(jié)構(gòu)，其中第二結(jié)構(gòu)為NEST結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的測試結(jié)構(gòu)，其中第一結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，可用于測定隨金屬高度而變化的電阻值。
4.如權(quán)利要求3所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)的環(huán)形線連接到NEST結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的測試結(jié)構(gòu)，其中位于NEST結(jié)構(gòu)一側(cè)的環(huán)形線的緊密程度要比位于NEST結(jié)構(gòu)另一側(cè)的環(huán)形線的緊密程度大。
6.如權(quán)利要求4所述的測試結(jié)構(gòu)，其中位于NEST結(jié)構(gòu)一側(cè)的環(huán)形線的位置與位于NEST結(jié)構(gòu)另一側(cè)的環(huán)形線的位置不同。
7.如權(quán)利要求3所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)適合于進行四點開爾文類型的測量。
8.如權(quán)利要求3所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)包括多個蛇形片斷，每一個蛇形片斷分別具有一個抽頭。
9.如權(quán)利要求8所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)進一步包括第一多個樣式，用于評價蛇形片斷和環(huán)結(jié)構(gòu)周圍的全局鄰域之間的交互作用。
10.如權(quán)利要求9所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)進一步包括第一多個樣式，用于評價蛇形片斷和環(huán)結(jié)構(gòu)周圍的局部鄰域之間的交互作用。
11.如權(quán)利要求3所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)用于提取在多個開爾文條帶線上的樣式變化的交互作用距離，該交互作用距離為位于第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的距離，其中在第一區(qū)域中開爾文條帶線具有第一恒定高度，并且在第二區(qū)域中開爾文條帶線具有不同于第一恒定高度的第二恒定高度。
12.如權(quán)利要求11所述的測試結(jié)構(gòu)，其中環(huán)結(jié)構(gòu)具有一轉(zhuǎn)換區(qū)域，該轉(zhuǎn)換區(qū)域具有交互作用距離，通過該交互作用距離，樣式高度以漸進的方式從第一區(qū)域的第一恒定高度到第二區(qū)域的第二恒定高度發(fā)生改變。
13.如權(quán)利要求1所述的測試結(jié)構(gòu)，其中第二結(jié)構(gòu)為NEST結(jié)構(gòu)，它包括位于單層襯底的單個表面上的多對線，每一對線之間具有共享的焊盤。
14.如權(quán)利要求13所述的測試結(jié)構(gòu)，其中測試結(jié)構(gòu)的線為嵌套的蛇形線，并且嵌套的蛇形線與任何其他嵌套的蛇形線都不相交。
15.如權(quán)利要求13所述的測試結(jié)構(gòu)，其中每一對中的嵌套的蛇形線互不相鄰。
16.如權(quán)利要求13所述的測試結(jié)構(gòu)，其中每一對線包括各自的第一線和各自的第二線；NEST結(jié)構(gòu)中的每一個第一線在第一序列中具有各自的位置；NEST結(jié)構(gòu)中的每一個第二線在不同于第一序列的第二序列中具有各自的位置；以及在每一對線中，在第二序列中的第二線的位置不同于第一序列中的對應(yīng)的第一線的位置。
17.一種用于分析半導(dǎo)體處理的方法，包括步驟形成具有第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)的測試結(jié)構(gòu)；基于對第一結(jié)構(gòu)的測量來評價侵蝕；以及基于對第二結(jié)構(gòu)的測量來提取缺陷尺寸分布和缺陷密度分布。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括使用實驗設(shè)計來檢查全局侵蝕效應(yīng)、局部凹陷效應(yīng)和凹陷與侵蝕之間的交互作用。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中實驗設(shè)計包括改變位于第一結(jié)構(gòu)周圍的全局區(qū)域的樣式密度，以允許測量氧化物侵蝕。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中改變?nèi)謪^(qū)域的樣式密度，而不改變第一結(jié)構(gòu)的線尺寸。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中第一結(jié)構(gòu)的線尺寸發(fā)生改變并且基本保持與全局區(qū)域的線尺寸相等，以允許對凹陷與侵蝕之間的交互作用進行評價。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中實驗設(shè)計包括改變第一結(jié)構(gòu)的線寬，以允許對金屬凹陷進行測量。
全文摘要
一種測試結(jié)構(gòu)將用于侵蝕評價的第一結(jié)構(gòu)(1010)與用于提取缺陷尺寸分布的第二結(jié)構(gòu)(1000)結(jié)合起來。第一結(jié)構(gòu)(1010)為可用于測定隨金屬高度而變化的電阻值的環(huán)結(jié)構(gòu)。第二結(jié)構(gòu)為NEST結(jié)構(gòu)(1000)。環(huán)結(jié)構(gòu)(1010)的環(huán)形線被連接到NEST結(jié)構(gòu)(1000)的兩側(cè)。
文檔編號H01L23/544GK1561453SQ02819157
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者丹尼斯·J·契普利卡斯, 馬庫斯·德克爾, 克里斯托弗·赫斯, 布萊恩·E·斯泰恩, 拉爾格·韋蘭 申請人:Pdf技術(shù)公司