专利名称：确定半导体装置中开路和短路的线路测试结构及其形成方法
技术领域：
本发明总体涉及半导体装置制造中的故障检测，更为具体地说，涉及一种用于确定半导体装置中开路和短路的线路测试结构。
背景技术：
线路测试结构通常形成于半导体晶片的切口(表层)区域，以便识别各种可能指示处理问题的电路故障(例如，开路和短路)。此类测试结构应该优选地允许尽可能多的测试，使用最少的区域，且同时最少“遗漏(即，忽略的缺陷)”地检测所有故障，以促进最大化短路和开路的效率。此外，这种结构优选地允许在可能的情况下同时实现开路和短路测试，还允许施加用于获得非常精细几何结构的交错相移掩模(ALT-PSM)。
某些现有的测试结构(例如，梳状结构)配置为检测短路，而不是开路。此外，实际在梳状结构中存在的一些短路可能在存在其他故障(例如，开路)时被遗漏。而另外一些测试结构，例如，蛇状测试结构，配置为检测开路而非短路。当蛇状测试结构中存在短路时，此结构中的开路可能就被遗漏。
因此，希望测试结构能够检测由于各种类型的故障或故障组合而出现的开路或短路，而没有或几乎没有出现“遗漏”。没有开路和短路的测试结构在其用于参数测试(例如，线路电阻、电容)之前可由电子开路和短路测试检测而使其有效。此外，配置为允许很少遗漏开路和短路的测试结构允许此结构为更为有用地处理监视器，因为参数度量不太可能受故障影响，因为故障本身将被高度可信地检测出来。还希望此类结构可以配置为与ALT-PSM的使用一致。
发明内容
现有技术的上述缺点和不足可以通过包括以交错螺旋图形配置的多条线路的线路测试结构克服或缓解。其中这多条线路中至少一条被配置为用于开路测试，至少一对被配置为用于其之间的短路测试。
在其他实施例中，用于形成线路测试结构的方法包括形成多条交错螺旋图形的线路，在这多条线路中配置至少一条用于其中开路测试的线路，配置至少一对用于其间短路测试的线路。
参考示例附图，其中类似的元件以类似的数字标出图1是用于检测短路的常规配置的梳状线路测试结构的示意图；图2是用于检测开路的常规配置的蛇状线路测试结构的示意图；图3是用于检测短路和开路的常规配置的混合梳状/蛇状线路测试结构的示意图；图4(a)是根据本发明实施例的线路测试结构的示意图；图4(b)是图4(a)的测试结构的可选实施例的示意图；图5(a)是根据本发明的可选实施例的线路测试结构的示意图；图5(b)是图5(a)的测试结构的可选实施例的示意图；以及图5(c)示出了可以用于形成图5(b)的测试结构的示例ALT-PSM掩模。
具体实施例方式
此处所揭示的是可以在其中有效检测开路和短路的线路测试结构。简单地说，该测试结构的示例性实施例利用交错且向内盘旋的图形来测试开路和短路。在下文中将会明白，螺旋结构至少在两个方面非常高效。首先，螺旋结构很难遗漏故障。其次，由于螺旋结构中的每条线都可以用于测试开路和短路，它在面积及极大降低短路或开路遗漏的可能性上会较之传统的蛇状和梳状测试图形更为有效。
此外(除了特别适于施加交错相掩模之外)，交错螺旋测试结构还具有如线宽参数处理监视器及可扩展到参数测量(例如，电阻和电容)的优点。该方法特别适用于测试FET栅和金属镀层，也可用于诸如栅导体到栅导体、金属线之间以及/或栅导体到扩散测量的线路电阻和电容测量的之类的参数测试。
为了检测开路和短路，示例性实施例中的双螺旋测试结构可以主要实现在一个平面上，但是可以在其他平面上实现少量的布线。可选的是，双螺旋测试结构可以单独在一个平面上建立，但是需要或是主要设计为开路测试结构(作为蛇状结构的替代)，或是设计为短路测试结构(作为梳状结构的替代)。
先参看图1，其中示出了用于检测短路的常规配置的梳状测试结构100。如图所示，梳状结构100包括一个第一网102和第二网104，它们具有互锁的指状物，但是名义上是相互绝缘的。使用本领域熟知的测试装置在片106检测第一网102，而在片108检测第二网104。结构100名义上可以检测出位于如110或112的短路，而不能检测位于如114或116的开路。此外，116上出现的开路实际上会导致测试结构100无法检测位于112上的短路，由此出现遗漏的例子。因此，结构100的故障组合将导致短路检测的遗漏。
尽管如图1所示的梳状测试结构可以用于测量片106和108之间的电容(假设没有短路)，但是任何开路的存在就意味着测定的电容不代表导线间的平均电容，由此这种参数测量与要监视的实际处理的关系便不确定了。那么，这也降低了该结构的可用性，可能带来额外的工作，如在将测试结构用作处理监视器之前来检查测试结构以确保其完整性。另外，由于使用交错相移掩模(ALT-PSM)来构图梳状测试结构，从梳状的线路端处到交错的目标都必须允许多余的空间。
图2示出了用于检测开路的常规配置的蛇状测试结构200。与图1的梳状结构100相反，图2的蛇状测试结构200具有单个的网径202，它名义上是电连续的，并且在片204和206上探测。这种蛇状结构可以用于检测如在208和210示出的开路，但无法配置为检测如在212和214的短路。此外，212处存在的短路实际上可导致测试结构200无法检测位于210的开路，由此出现检测遗漏的又一个例子。
假设蛇状测试结构200不存在故障，则它可以用作电阻、线宽的处理监视和/或线路截面积监视的参数测试。但是，结构200作为处理监视器的用处在如212和214出现不可检测的短路或在如210出现漏检的开路(由于212出现的短路)时则被削弱。如同梳状结构100的情况，这种故障可以导致额外工作，通过在用作处理监视装置之前检查测试结构200以确保其完整性。
现在参看图3，仍示出了另一个提供一些测试开路(在其中某些位置)和短路(在其中某些位置)功能的常规配置的测试结构300。如图所示，混合测试结构300包括梳状组件(即，线302和304)和蛇状组件(即，线306)。蛇状线路306在相互啮合的线路302和304之间延伸。出于测试目的，可以分别在片308和310上探测线路302和304，而可以在片312和314上探测线路306。可以理解，尽管结构300可以检测某些开路和短路，但并不是结构300中的所有导线都可以同时检测开路和短路。
特别是，结构300可以检测如蛇状线路306上316所示的开路(通过探测片312和314)，但不可以检测318或320处的开路，因为它们位于梳状线路302。另一方面，结构300可以检测如在322和324所示的短路。但是，在发现320处的开路的情况下可能遗漏如在326处的短路。因此，尽管混合测试结构300在一定程度上可以同时检测开路和短路，但是仍存在未检测出的故障组合。此外，结构300中的每条线路都可以进行短路测试，而仅有一半的线路可用于开路测试，因为无法在线路302和304检测开路。
总之，图1-3所示的任何一种常规结构(即，梳状、蛇状或混合)都无法提供将所有导线用于开路和短路测试的功能，这样便限制了将开路和短路测试有效封装在小的区域内。此外，上述测试结构的每一种都容易遗漏故障，不管是系统的(因为不是在所有线路上测试所有故障)还是与其他故障的组合(由此限制将此类结构用于处理监视目的)。
相应地，图4(a)是根据本发明的实施例的线路测试结构400的示意图。如图所示，测试结构400的特征在于交错且向内盘旋的线402和404。在描述的实施例中，将螺旋线402和404形成于在晶片中限定的第一布线平面中，将用于线路402和404的探测片406和408同样形成在所述平面中。当线路402和404朝向第一布线平面的中心位置向内螺旋，它们名义上彼此绝缘。最后，线路402与第一通路410相交，而线路404与第二通路412相交。通路410和412延伸到第二布线平面，后者可以位于相对于第一布线平面的下部金属镀层或相对于第一布线平面的上部金属镀层。
换句话说，通路410和412可以向上或向下延伸到与包含线路402和404的金属层不同的金属层。在这两种情况下，线路414(位于不同于线路402和404的线路层)将通路410连接到探测片416。相对地，另一线路418将通路412连接到探测片420。注意，线路414、418和探测片416、420优选位于同一金属层。如此配置，测试结构400一方面可以为其中出现的开路提供完整而全面的测试。第一(名义上连通的)布线路径由片406、线402、通路410、线路414和片416限定。这样，第一布线路径上的开路可以通过在片406和416上适当的探测检测出来。此外，第二(名义上为连通的)布线路径由片408、线404、通路412、线路418和片420限定。该第二布线路径上的开路可以通过在片408和420的适当探测检测出来。
此外，图4(a)的测试结构还提供通过在片406和408的探测对螺旋配置中的任何两个相邻线路之间的短路的完整检测。即使在检测出开路的位置(例如在422)，也不会妨碍检测出在424处的短路，因为可以通过在片408和416的探测识别短路。
注意，此处，将交错螺旋测试结构400描述为以直角向内盘旋。但是，也可以考虑其他螺旋配置，例如圆形螺旋或以其他角度盘旋(例如，形成八边形测试结构的45度螺旋)。直角方形螺旋配置的一个特殊优点是构图相对简单及与ALT-PSM处理兼容。因为交错的双线，在ALT-PSM使用领域的技术人员可以将这种类型的测试结构制作为更精细的几何形状，因为此类结构使其自身适于两种类型的交错掩模区域。
图4(b)是线路测试结构450的可选实施例的示意图，它提供了有效的开路和短路检测，但具有比图4(a)的实施例400更少的“平面外”线路。特别是，测试结构450提供形成于在晶片中限定的第一布线平面上的交错且向内盘旋的线452、454、456和458，各个探测片460、462、464和466也同样形成于所述平面上。当线路452、454、456和458朝第一布线平面的中心位置向内盘旋时，它们最初(名义上)彼此绝缘。但是，第一对线路(例如，线路454和458)最后在结构450的中心附近的第一布线平面中彼此相交。结果，第一(名义上连通的)布线路径由片462、线454、线458和片466定义。则该第一布线路径整个位于第一布线平面内。
相反，第二对线路(例如，线460和464)朝结构450的中心向内盘旋，直至它们到达线454和458间连接的相对端。此处，通路468和470分别将线路454和458继续到第二布线平面，所述第二布线平面可以位于包含螺旋图形的第一布线平面的上方或下方。最后，小的线路突出472用于连接第二布线平面的线454和458。因此，第二(名义上为连通的)布线路径由片460、线452、通路468、突出472、通路470、线456和片464定义。该第二布线路径大部分位于第一布线平面内，但是有一些位于第二布线平面(例如，突出472)，以便不造成短路地越过第一布线路径。
从功能方面，图4(b)的测试结构450提供了和图4(a)的测试结构400同样有效及完整的开路和短路测试功能。例如，对线454/458的开路检查通过对片462、466的探测实现，而对线452/456的开路检查通过对片460/464的探测实现。任何两个相邻线路间的短路可以通过相应地探测第一布线路径的片和第二布线路径的片来检测。如同测试结构400的情况，测试结构450也特别适合通过ALT-PSM处理有效实施。根据探测测试装置的性质和配置，更有利的是，将四个探测片置于同一布线平面(如图4(b)所示)，或将片垂直放置(如图4(a)所示)。
尽管图4(a)和4(b)的实施例提供了完整、有效的开路和短路测试功能(除了处理监视功能)，但是结构的至少部分在单独的布线平面形成，而不是相对于主交错螺旋线路形成。在希望在单个布线层制作整个结构的情况下(取决于测试结构位于的特定金属层)，还可以使用交错螺旋配置。但是，在此过程中，会导致降低有关开路测试或短路测试的完整功能。
例如，图5(a)为根据本发明的可选实施例的用于提供有效开路和短路检测的线路测试结构500的示意图。注意，交错螺旋测试结构500基本与图4(b)的实施例450相同，不同的是未提供平面外的布线。因此，尽管线454和458仍限定名义上连通的线路，而线452和456则彼此绝缘(也与线454和458绝缘)。尽管本实施例仍提供任何相邻线路对之间的基本完全的短路测试，但是仅线454和458配置用于开路测试。此外，故障的组合也可能导致一个或多个此类故障遗漏检测。在该意义上，测试结构500提供了与图3的混合结构300类似的功能。但是，交错螺旋结构500仍表现了相比于常规混合结构在区域效率和与使用ALT-PSM处理的有效实施的兼容性方面的改善。
最后，如果相比于整个范围的短路测试，更希望整个范围的开路测试(假设整个结构在单个布线平面内形成)，则图5(b)为根据本发明的可选实施例的线路测试结构550的示意图。如图所示，线452和458限定了第一名义上连通的线路，而线454和456限定了第二名义上连通的线路。如此配置，整个螺旋测试结构550可以测试开路。本实施例的不利之处在于仅可以检测相邻线路之间的一半数量的可能短路。例如，线452和454之间的短路或线456和458之间的短路是可以检测的。但是，线454和456或452和458之间的短路则检测不出。
此外，虽然图5(a)和图5(b)的单个布线平面实施例不提供完整范围的开路和短路测试，此处不同于图4(a)和图4(b)的多布线平面实施例，但是仍具有对图3的常规混合实施例的改善。其极大地降低了遗漏开路或短路的几率，此外，在双螺旋测试结构中的电阻测量更可靠。不仅在常规混合结构的梳状部分中遗漏开路，而且梳状结构中的开路还导致遗漏在混合结构中的梳状结构和蛇状结构之间的短路。相比之下，必定存在造成图5(b)的两个线路连接的故障，例如，切换偶数次而遗漏检测。该方案相比于常规梳状、蛇状或混合测试结构的情况可以更少地遗漏。
如上所述，用于测试结构实施例的交错螺旋配置与使用ALT-PSM处理的有效实施兼容。例如，图5(c)中除了示出一组ALT-PSM掩模的示例性配置(如其中的图例所示，包括块掩模、180度相移掩模及一个0度相移掩模)，还示出了图5(b)的测试结构。
尽管已经从各个芯片制造水平方面揭示了测试结构实施例，仍然需要理解，这些结构也可以与其他类型的电子封装，例如，印刷电路板或给定产品的特定电子监视器(例如，用于检测腐蚀或运输过程的其他情况或现场使用)结合使用。
虽然通过优选实施例或其他实施例说明了本发明，但是本领域的那些技术人员将理解，可以在不背离本发明范围的前提下做出各种改变及用对等物替代元件。此外，可以在不背离本发明基本范围的前提下对本发明所介绍的方法进行修改以适应特定环境或事物。因此，本发明旨在不限于公开为实现本发明的最佳模式的特定实施例，而是包括落入所附权利要求书的范围内所有实施例。
权利要求
1.一种线路测试结构，包括多条被配置为交错螺旋图形的线路；所述多条线路中的至少一条线路，其被配置为用于测试其中的开路；所述多条线路中的至少一对线路，其被配置为用于测试其之间的短路。
2.根据权利要求1中的线路测试结构，其中所述多条线路的每一条都被配置为从与其连接的相应探测片向内盘旋。
3.根据权利要求2中的线路测试结构，其中所述多个线路以直角向内盘旋。
4.根据权利要求1中的线路测试结构，还包括第一布线平面，其包含在其中形成的所述多个交错螺旋图形线路；第二布线平面，其具有至少一条导线，所述导线通过至少一个通路连接到所述多个交错螺旋图形线路的至少一条所述线路。
5.根据权利要求4中的线路测试结构，还包括第一布线路径，所述第一布线路径包括在所述第一布线平面内的第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第一通路、在所述第二布线平面内的第一导线、以及在所述第二布线平面内的第三探测片；以及第二布线路径，所述第二布线路径包括在所述第一布线平面内的第二探测片、第二所述交错螺旋图形路线、第二通路、在所述第二布线平面内的第二导线、以及在所述第二布线平面内的第四探测片。
6.根据权利要求4中的线路测试结构，还包括第一布线路径，所述第一布线路径包括在所述第一布线平面内的第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第一通路、在所述第二布线平面内的导线、第二通路、第二所述交错螺旋图形线路、以及在所述第一布线平面内的第二探测片；以及第二布线路径，所述第二布线路径包括在所述第一布线平面内的第三探测片、第三所述交错螺旋图形线路、第四所述交错螺旋图形线路、以及在所述第一布线平面内的第四探测片。
7.根据权利要求1中的线路测试结构，还包括第一布线路径，所述第一布线路径包括第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第二所述交错螺旋图形线路和第二探测片；第二布线路径，所述第二布线路径包括第三探测片和第三所述交错螺旋图形线路；以及第三线路，所述第三线路包括第四探测片和第四所述交错螺旋图形线路；所述第一、第二和第三线路中的每一个都在单个布线平面中形成。
8.根据权利要求7中的线路测试结构，其中所述交错螺旋图形线路的每一条都被配置为用于测试相对于与其相邻的线路的短路；以及所述第一布线路径被配置为用于测试其中的开路。
9.根据权利要求1中的线路测试结构，还包括第一布线路径，所述第一布线路径包括第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第二所述交错螺旋图形线路和第二探测片；以及第二布线路径，所述第二布线路径包括第三探测片、第三所述交错螺旋图形线路、第四所述交错螺旋图形线路和第四探测片；以及所述第一和第二布线路径都在单个布线平面内形成。
10.根据权利要求9中的线路测试结构，其中所述第一和第二布线路径都被配置为用于测试其中的开路；以及所述第一和第二交错螺旋图形线路都被配置为用于测试相关于所述第三和第四交错螺旋图形线路的短路。
11.根据权利要求1中的线路测试结构，其中所述多个交错螺旋图形线路在其中没有开路和短路的情况下被进一步配置为用于测量电阻和电容中的至少一个。
12.一种用于形成线路测试结构的方法，所述方法包括形成多条交错螺旋图形的线路；将所述多条线路中的至少一条线路配置为用于测试其中的开路；将所述多条线路中的至少一对线路配置为用于测试其之间的短路。
13.根据权利要求12中的方法，其中所述多条线路中每一条都被配置为从与其连接的相应探测片以直角向内盘旋。
14.根据权利要求13中的方法，其中通过利用交错相移掩模(ALT-PSM)形成所述多条线路。
15.根据权利要求12中的方法，还包括第一布线平面，其包含在其中形成的所述多个交错螺旋图形线路；第二布线平面，其具有至少一条导线，所述导线通过至少一个通路连接到所述多个交错螺旋图形线路的至少一条所述线路。
16.根据权利要求15中的方法，还包括配置第一布线路径，所述第一布线路径包括在所述第一布线平面内的第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第一通路、在所述第二布线平面内的第一导线和在所述第二布线平面内的第三探测片；以及配置第二布线路径，所述第二布线路径包括在所述第一布线平面内的第二探测片、第二所述交错螺旋图形线路、第二通路、在所述第二布线平面内的第二导线和在所述第二布线平面内的第四探测片。
17.根据权利要求15中的方法，还包括配置第一布线路径，所述第一布线路径包括在所述第一布线平面内的第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第一通路、在所述第二布线平面内的导线、第二通路、第二所述交错螺旋图形线路和在所述第一布线平面内的第二探测片；以及配置第二布线路径，所述第二布线路径包括在所述第一布线平面内的第三探测片、第三所述交错螺旋图形线路、第四所述交错螺旋图形线路和在所述第一布线平面内的第四探测片。
18.根据权利要求12中的方法，还包括配置第一布线路径，所述第一布线路径包括第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第二所述交错螺旋图形线路和第二探测片；配置第二布线路径，所述第二布线路径包括第三探测片和第三所述交错螺旋图形线路；以及配置第三线路，所述第三线路包括第四探测片和第四所述交错螺旋图形线路；将所述第一、第二和第三线路中的每一个都形成在单个布线平面中；其中所述交错螺旋图形线路的每一条都被配置为用于测试相对于与其相邻的线路的短路，所述第一布线路径被配置为用于测试其中的开路。
19.根据权利要求12中的方法，还包括配置第一布线路径，所述第一布线路径包括第一探测片、第一所述交错螺旋图形线路、第二所述交错螺旋图形线路和第二探测片；以及配置第二布线路径，所述第二布线路径包括第三探测片、第三所述交错螺旋图形线路、第四所述交错螺旋图形线路和第四探测片。将所述第一和第二布线路径都形成在单个布线平面内；其中所述第一和第二布线路径都被配置为用于测试其中的开路，以及所述第一和第二交错螺旋图形线路都被配置为用于测试相关于所述第三和第四交错螺旋图形线路的短路。
20.根据权利要求12中的方法，其中所述多个交错螺旋图形线路在其中没有开路和短路的情况下被进一步配置为用于测量电阻和电容中的至少一个。
全文摘要
一种线路测试结构，包括多条被配置为交错螺旋图形的线路。所述多条线路中至少一条被配置为用于测试其中的开路，所述多条线路中至少一对被配置为用于测试其间的短路。
文档编号H01L21/70GK1953173SQ20061013553
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月19日
发明者M·E·斯卡曼, 柳泽俊昭 申请人:国际商业机器公司