專利名稱：金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構及方法
技術領域：
本發(fā)明設計半導體制程工藝中的測試方法，更具體地說，涉及一種金 屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構及方法。
背景技術：
在半導體制程工藝中，化學機械平坦化(CMP)是金屬制程工藝中所 不可缺少的重要技術。尤其是在制作銅層的過程中。
CMP是對圖形敏感的工藝，在大塊圖形上具有更高的刻蝕速度(例如 大塊銅圖形進行CMP時，速度會比小塊的銅或者銅導線快很多，因此在 大塊的銅或者其他金屬上進行CMP時會產生凹陷(dishing)的現(xiàn)象。
目前，多層金屬互連已得到廣泛的應用，尤其是在多層金屬布線領域。 比如，常用的8層銅互連技術。在采用多層金屬互連技術時，前層的金屬 如果在CMP過程中產生凹陷，則這種凹陷會影響到后層金屬，使得后層 金屬在CMP過程中更加容易產生凹陷，并且凹陷會更加明顯。這種累加 的效果使得凹陷的效應被逐漸放大，極大地影響后面的層次的金屬CMP。 嚴重的情況下可能會造成橋接現(xiàn)象(CMP沒有完全清除不需要的金屬層， 使得原本不應該連接的器件由于殘留的金屬層而互相連接)的出現(xiàn)而使得 器件短路，即使沒有嚴重到出現(xiàn)橋接的現(xiàn)象，CMP引起的凹陷現(xiàn)象也會影 響器件的性能。
CMP引起的凹陷會引起器件嚴重的性能缺陷，因此需要被及時地發(fā) 現(xiàn)，以便進行修正，在本領域中，急需一種能有效并且方便地測試金屬凹 陷現(xiàn)象的技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構及方法，能 簡便有效地測試金屬制程工藝中產生的凹陷現(xiàn)象。
本發(fā)明利用了如下的原理金屬凹陷現(xiàn)象會改變器件的電阻阻值，當 出現(xiàn)橋接現(xiàn)象時，還會在通電時產生很大的短路電流，因此只需要在待測 金屬層兩端施加電壓，通過檢測電流和電阻的值就能確定是否存在凹陷的 現(xiàn)象。另外，由于凹陷的現(xiàn)象具有累加的效應，因此只要測試最后層的金 屬層，就能確定是否在所有的金屬層中是否存在不能容忍的凹陷現(xiàn)象。
根據本發(fā)明的 一 方面，提供 一 種金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構， 其中，待測金屬層依次排列；該測試結構包括第一測試片，第一測試片延 伸出第一測試導線，第一測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少 有一個分支與之連接；第二測試片，第二測試片延伸出第二測試導線，第 二測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與之連接； 第二測試導線還連接到第三測試片；其中，在第一測試片和第二測試片之 間施加電壓，根據測得的電流的大小測試是否存在51起橋接的凹陷現(xiàn)象； 以及在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，根據測得的電阻的大小測 試是否存在不足以？ I起橋接的凹陷現(xiàn)象。
根據一實施例，第一測試導線包括縱向分支和橫向分支；縱向分支的
長度大于所有待測金屬層的寬度總和并延伸跨越所有的待測金屬層；橫向 分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連，每一個橫向 分支分別連接到縱向分支，使得第一測試導線構成并聯(lián)的導線結構，連接 到第一測試片。
第二測試導線包括橫向分支和連接分支，橫向分支包括數(shù)個，每一個 待側金屬層至少與一個橫向分支相連；連接分支將每一個橫向分支依次相 連，使得第二測試導線的橫向分支和連接分支構成串聯(lián)的導線結構， 一端 連接到第二測試片，另一端連接到第三測試片。
其中，每一個金屬層的寬度不大于一預定的金屬層寬度b,金屬層之 間的間距不大于一預定的金屬層間距a;第一測試導線、第二測試導線以 及它們的分支的寬度不大于一預定的測試導線寬度c，任意的兩條導線或 者分支之間的間距不大于 一預定的導線間距d 。
該待測金屬層典型的為銅層。
根據本發(fā)明的另 一方面，提供一種金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試方
法，包括，依次排列待測金屬層；設置第一測試片，并從第一測試片延伸
出第一測試導線，該第一測試導線包括數(shù)個分支，使每個金屬層至少與一
個分支相連接；設置第二測試片，并從第二測試片延伸出第二測試導線， 該第二測試導線包括數(shù)個分支，使每個金屬層至少與一個分支相連接；設 置第三測試片，并連接到第二測試導線；在第一測試片和第二測試片之間 施加電壓，根據測得的電流的大小測試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象；以 及在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，才艮據測得的電阻的大小測試 是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。
根據一實施例，第一測試導線包括縱向分支和橫向分支；縱向分支的 長度大于所有待測金屬層的寬度總和并延伸跨越所有的待測金屬層；橫向 分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連，每一個橫向 分支分別連接到縱向分支，使得第一測試導線構成并聯(lián)的導線結構，連接 到第一測試片。
第二測試導線包括橫向分支和連接分支，橫向分支包括數(shù)個，每一個 待側金屬層至少與一個橫向分支相連；連接分支將每一個橫向分支依次相 連，使得第二測試導線的橫向分支和連接分支構成串聯(lián)的導線結構， 一端 連接到第二測試片，另一端連接到第三測試片。
其中，每一個金屬層的寬度不大于一預定的金屬層寬度b,金屬層之 間的間距不大于一預定的金屬層間距a;第一測試導線、第二測試導線以 及它們的分支的寬度不大于一預定的測試導線寬度c,任意的兩條導線或 者分支之間的間距不大于一預定的導線間距d。
該待測金屬層典型的為銅層。
釆用本發(fā)明的技術方案，能夠方便地測試是否在金屬層中存在金屬凹 陷的現(xiàn)象，以及是否存在嚴重到產生橋接的金屬凹陷的現(xiàn)象。從而可以進 行及時地修正，避免由于凹陷現(xiàn)象而產生的器件損壞。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質和優(yōu)勢將通過下面結合附圖對 實施例的描述而變得更加明顯，在附圖中，相同的附圖標記始終表示相同
的特征，其中
圖1A和圖1B是根據本發(fā)明的一實施例，金屬凹陷現(xiàn)象的測試結構的 結構圖2是根據本發(fā)明的 一 實施例，進行電流測試時的示意圖； 圖3是根據本發(fā)明的一實施例，進行電阻測試時的示意圖； 圖4是根據本發(fā)明的一實施例，金屬凹陷現(xiàn)象的測試方法的流程圖。
具體實施例方式
如上面所述的，本發(fā)明的測試原理是金屬凹陷現(xiàn)象會改變器件的電 阻阻值，當出現(xiàn)橋接現(xiàn)象時，還會在通電時產生很大的短路電流，因此只 需要在待測金屬層兩端施加電壓，通過檢測電流和電阻的值就能確定是否 存在凹陷的現(xiàn)象。另外，由于凹陷的現(xiàn)象具有累加的效應，因此只要測試 最后層的金屬層，就能確定是否在所有的金屬層中是否存在不能容忍的凹 陷現(xiàn)象。
因此，本發(fā)明提供具有如下結構的金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結 構100,參考圖1A和圖1B所示，
待測金屬層102a、 102b…102n依次排列。其中，102n是最后層，之 前的金屬層都可被稱為前層金屬，由于金屬凹陷現(xiàn)行具有累加效應，因此， 最后層的金屬的凹陷效應最為明顯，根據簡化的實現(xiàn)方式，也可以僅僅測 試最后層102n。根據一實施例，每一個金屬層102的寬度不大于一預定的 金屬層寬度b,金屬層之間的間距不大于一預定的金屬層間距a。預定的金 屬層寬度b和預訂的金屬層間距a可根據該金屬層所應用的器件的設計規(guī) 范確定。
第 一測試片104,第 一測試片延伸出第 一測試導線104a,第 一測試導 線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與之連接。參考圖1B 所示，第一測試導線104a包括縱向分支104b和橫向分支104c。其中縱 向分支104b的長度大于待測金屬層102的寬度總和并延伸跨越所有的待 測金屬層102。橫向分支104c包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫 向分支104c相連，每一個橫向分支分別連接到縱向分支104b,使得第一
測試導線構成并聯(lián)的導線結構，連接到第一測試片104。
第二測試片106,第二測試片106延伸出第二測試導線106a，第二測 試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與之連接；第二 測試導線還連接到第三測試片108。參考圖1B所示，第二測試導線106a 包括橫向分支106b和連接分支106c。橫向分支106b包括數(shù)個，每一個 待側金屬層102至少與一個橫向分支106b相連；連接分支106c將每一個 橫向分支106b依次相連，使得第二測試導線106a的橫向分支106b和連 接分支106c構成串聯(lián)的導線結構，該串連的導線結構的一端連接到第二測 試片106，另一端連接到第三測試片(圖中未示出)。
根據一實施例，第一測試導線104a、第二測試導線106a以及它們的 分支的寬度不大于一預定的測試導線寬度c，任意的兩條導線或者分支之 間的間距不大于一預定的導線間距d。預定的金屬層寬度c和預訂的金屬 層間距d可根據該金屬層所應用的器件的設計規(guī)范確定。
在進行測試時，在第一測試片和第二測試片之間施加電壓，根據測得 的電流的大小測試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象。如果存在橋接，則會出 現(xiàn)很大的短路電流，根據測試電流的大小，就能確定是否出現(xiàn)了嚴重的凹 陷現(xiàn)象。上述的測試電流的過程可參考圖2所示。
在一些情況下，凹陷并沒有嚴重到出現(xiàn)橋接的狀況，因此不會出現(xiàn)短 路電流，但是這樣的凹陷依然會影響器件的性能。對于這種凹陷，會引起 電阻值的變化，因此根據本發(fā)明，在第二測試片和第三測試片之間施加電 壓，根據測得的電阻的大小就能測試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。 如果沒有凹陷現(xiàn)象出現(xiàn)(或者凹陷不會影響器件的性能時)，電阻值應當 在一定的范圍之內，如果電阻值超出了預定的范圍，則說明存在凹陷現(xiàn)象。 上述的測試電阻的過程可參考圖3所示。
本發(fā)明所提供的方法典型的應用是用于銅層，比如8層銅連接技術中。
本發(fā)明還提供一種金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試方法，參考圖4所 示，該方法400包括，
402.依次排列待測金屬層102a、 102b…102n。其中，102n是最后 層，之前的金屬層都可被稱為前層金屬，由于金屬凹陷現(xiàn)行具有累加效應，因此，最后層的金屬的凹陷效應最為明顯，根據筒化的實現(xiàn)方式，也可以
僅僅測試最后層102n。根據一實施例，每一個金屬層102的寬度不大于一 預定的金屬層寬度b，金屬層之間的間距不大于一預定的金屬層間距a。預 定的金屬層寬度b和預訂的金屬層間距a可根據該金屬層所應用的器件的 設計^L范確定。
404.設置第一測試片104,并從第一測試片延伸出第一測試導線 104a，第一測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與 之連接。參考圖1B所示，第一測試導線104a包括縱向分支104b和橫向 分支104c。其中縱向分支104b的長度大于待測金屬層102的寬度總和并 延伸跨越所有的待測金屬層102。橫向分支104c包括數(shù)個，每一個待側金 屬層至少與一個橫向分支104c相連，每一個橫向分支分別連接到縱向分支 104b,使得第一測試導線構成并聯(lián)的導線結構，連接到第一測試片104。
406.設置第二測試片106,并從第二測試片106延伸出第二測試導 線106a，第二測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支 與之連接；第二測試導線還連接到第三測試片108。參考圖1B所示，第二 測試導線106a包括橫向分支106b和連接分支106c。橫向分支106b包括 數(shù)個，每一個待側金屬層102至少與一個橫向分支106b相連；連接分支 106c將每一個橫向分支106b依次相連，使得第二測試導線106a的橫向 分支106b和連接分支106c構成串聯(lián)的導線結構，該串連的導線結構的一 端連接到第二測試片106,另一端連接到第三測試片108。
根據一 實施例，第 一測試導線104a、第二測試導線106a以及它們的 分支的寬度不大于一預定的測試導線寬度c，任意的兩條導線或者分支之 間的間距不大于一預定的導線間距d。預定的金屬層寬度c和預訂的金屬 層間距d可根據該金屬層所應用的器件的設計規(guī)范確定。
408.在第一測試片和第二測試片之間施加電壓，根據測得的電流的 大小測試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象。如果存在橋接，則會出現(xiàn)很大的 短路電流，根據測試電流的大小，就能確定是否出現(xiàn)了嚴重的凹陷現(xiàn)象。 上述的測試電流的過程可參考圖2所示。
410.在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，根據測得的電阻的
大小就能測試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。在一些情況下，凹陷 并沒有嚴重到出現(xiàn)橋接的狀況，因此不會出現(xiàn)短路電流，但是這樣的凹陷 依然會影響器件的性能。對于這種凹陷，會引起電阻值的變化，因此根據 本發(fā)明，在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，根據測得的電阻的大 小就能測試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。如果沒有凹陷現(xiàn)象出現(xiàn) (或者凹陷不會影響器件的性能時)，電阻值應當在一定的范圍之內，如 果電阻值超出了預定的范圍，則說明存在凹陷現(xiàn)象。上述的測試電阻的過 程可參考圖3所示。
本發(fā)明所提供的方法典型的應用是用于銅層，比如8層銅連接技術中。
采用本發(fā)明的技術方案，能夠方便地測試是否在金屬層中存在金屬凹 陷的現(xiàn)象，以及是否存在嚴重到產生橋接的金屬凹陷的現(xiàn)象。從而可以進 行及時地修正，避免由于凹陷現(xiàn)象而產生的器件損壞。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟 悉本領域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做 出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應 該是符合權利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權利要求
1.金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構，其特征在于，待測金屬層依次排列；第一測試片，第一測試片延伸出第一測試導線，第一測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與之連接；第二測試片，第二測試片延伸出第二測試導線，第二測試導線包括數(shù)個分支，對于每個金屬層，至少有一個分支與之連接；第二測試導線還連接到第三測試片；其中，在第一測試片和第二測試片之間施加電壓，根據測得的電流的大小測試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象；以及在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，根據測得的電阻的大小測試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。
2. 如權利要求1所述的測試結構，其特征在于， 第一測試導線包括縱向分支和橫向分支；縱向分支的長度大于所有待測金屬層的寬度總和并延伸跨越所有的待 測金屬層；橫向分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連，每 一個橫向分支分別連接到縱向分支，使得第一測試導線構成并聯(lián)的導線結 構，連接到第一測試片。
3. 如權利要求2所述的測試結構，其特征在于， 第二測試導線包括橫向分支和連接分支，橫向分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連； 連接分支將每一個橫向分支依次相連，使得第二測試導線的橫向分支和連接分支構成串聯(lián)的導線結構， 一端連接到第二測試片，另一端連接到第三測試片。
4. 如權利要求3所述的測試結構，其特征在于，每一個金屬層的寬度不大于一預定的金屬層寬度b,金屬層之間的間 距不大于一預定的金屬層間距a;第一測試導線、第二測試導線以及它們的分支的寬度不大于一預定的 測試導線寬度c,任意的兩條導線或者分支之間的間距不大于一預定的導 線間距d。
5. 如權利要求4所述的測試結構，其特征在于， 所述待測金屬層為銅層。
6. 金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試方法，其特征在于， 依次排列待測金屬層；設置第一測試片，并從第一測試片延伸出第一測試導線，該第一測試 導線包括數(shù)個分支，使每個金屬層至少與一個分支相連接；設置第二測試片，并從第二測試片延伸出第二測試導線，該第二測試 導線包括數(shù)個分支，使每個金屬層至少與一個分支相連接；設置第三測試片，并連接到第二測試導線；在第 一 測試片和第二測試片之間施加電壓，根據測得的電流的大小測 試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象；以及在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，^f艮據測得的電阻的大小測 試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。
7. 如權利要求6所述的測試方法，其特征在于， 第 一 測試導線包括縱向分支和橫向分支；縱向分支的長度大于所有待測金屬層的寬度總和并延伸跨越所有的待 測金屬層；橫向分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連，每 一個橫向分支分別連接到縱向分支，使得第一測試導線構成并聯(lián)的導線結 構，連接到第一測試片。
8. 如權利要求7所述的測試方法，其特征在于， 第二測試導線包括橫向分支和連接分支，橫向分支包括數(shù)個，每一個待側金屬層至少與一個橫向分支相連； 連接分支將每一個橫向分支依次相連，使得第二測試導線的橫向分支和連接分支構成串聯(lián)的導線結構， 一端連接到第二測試片，另一端連接到第三測試片。
9. 如權利要求8所述的測試方法，其特征在于， 每一個金屬層的寬度不大于一預定的金屬層寬度b，金屬層之間的間距不大于一預定的金屬層間距a;第一測試導線、第二測試導線以及它們的分支的寬度不大于一預定的 測試導線寬度c,任意的兩條導線或者分支之間的間距不大于一預定的導 線間距d。
10. 如權利要求9所述的測試方法，其特征在于， 所述待測金屬層為銅層。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種金屬制程工藝中凹陷現(xiàn)象的測試結構，其中待測金屬層依次排列；該結構包括第一測試片，延伸出包括數(shù)個分支的第一測試導線；第二測試片，延伸出包括數(shù)個分支的第二測試導線；第二測試導線還連接到第三測試片；在第一測試片和第二測試片之間施加電壓，根據測得的電流的大小測試是否存在引起橋接的凹陷現(xiàn)象；以及在第二測試片和第三測試片之間施加電壓，根據測得的電阻的大小測試是否存在不足以引起橋接的凹陷現(xiàn)象。采用本發(fā)明的技術方案，能夠方便地測試是否在金屬層中存在金屬凹陷的現(xiàn)象，以及是否存在嚴重到產生橋接的金屬凹陷的現(xiàn)象。從而可以進行及時地修正，避免由于凹陷現(xiàn)象而產生的器件損壞。
文檔編號H01L23/544GK101373756SQ20071004507
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月21日 優(yōu)先權日2007年8月21日
發(fā)明者梁山安, 鳴 章, 郭志蓉, 強 陳 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司