断面测试结构的制作方法
【专利摘要】本发明揭示了一种断面测试结构，该断面测试结构包括：测试区域；若干大马士革结构，全部或部分位于所述测试区域中，所述大马士革结构包括一沟槽和两个连接孔，两个所述连接孔沿第一方向分别位于所述沟槽的两端，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交。本发明的断面测试结构能够保证断面的成功率。
【专利说明】断面测试结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造业中的测试领域，特别是涉及一种断面测试结构。
【背景技术】
[0002]在半导体器件的后段(back-end-of-line, BE0L)工艺中，可根据不同需要在半导体衬底上生长多层金属互连层，每层金属互连层包括金属互连线和绝缘层，这就需要对上述绝缘层制造沟槽(trench)和连接孔(via),然后在上述沟槽和连接孔内沉积金属，沉积的金属即为金属互连线，一般选用铜作为金属互连线材料。由于铜比较难以刻蚀，为了在每层金属互连层形成铜互连金属线，采用的方法为大马士革方法以避免铜的刻蚀，形成了大马士革结构，如图1所示。图1为半导体器件的大马士革结构的扫描电子图片，大马士革结构包括:沟槽和连接孔。从图中可以看出，图1所示的大马士革结构中具有两个连接孔以及连接两个连接孔的沟槽，在这个大马士革结构上沉积铜，就形成了金属互连层。
[0003]在现有技术中，大马士革结构的断面测试结构如图2所示，图2为现有技术中大马士革结构的断面测试结构的俯视图。在图2中，大马士革结构10包含沟槽11和两个连接孔12，大马士革结构10在平面内的X方向和Y方向依次排列。当需要进行断面分析时，将该断面测试结构沿A-A’线剖开，放入扫面电子显微镜(SEM)下，便可观测到如图3所示的断面图。
[0004]图2所示的大马士革结构的断面测试结构广泛应用于90nm以上技术的半导体器件的制备中，断面的成功率达80%以上。但当半导体器件的特征尺寸小于90nm时，大马士革结构的尺寸也随之变小，当制备SEM断面时，由于尺寸太小，往往很难精确的控制断面是从A-A’线剖开，有可能从B-B’线剖开，所以无法在SEM下观测到大马士革结构。当应用于45nm特征尺寸的半导体器件的制备中，断面的成功率为40%,当应用于20nm特征尺寸的半导体器件的制备中，断面的成功率仅为20%。
[0005]因此，如何提供一种断面测试结构，能够保证断面的成功率，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于，提供一种断面测试结构，能够保证断面的成功率。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种断面测试结构，包括:
[0008]测试区域；
[0009]若干大马士革结构，全部或部分位于所述测试区域中，所述大马士革结构包括一沟槽和两个连接孔，两个所述连接孔沿第一方向分别位于所述沟槽的两端，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交。
[0010]进一步的，若干所述大马士革结构排列形成至少一行阵列，位于同行的大马士革结构在第一方向上依次排列且位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的大马士革结构在第二方向上错开一定距离，所述第二方向垂直于所述第一方向。[0011]进一步的，位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一所述大马士革结构在所述第二方向上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离。
[0012]进一步的,每行所述大马士革结构均具有η个,其中，η≤d/h, h < d,所述η为正整数，所述d为所述连接孔的直径，所述h为所述第一距离。
[0013]进一步的,所述h为2nm~15nm。
[0014]进一步的，所述h为10nm±3nm。
[0015]进一步的,所述d < 60nm。
[0016]进一步的，所述大马士革结构包括至少两行，相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔之间具有一排列距离，其中，η≤(c+d)/h, c为所述排列距离。
[0017]进一步的，0.5Xd ≤ c ≤ 2Xd。
[0018]进一步的，c^ 120nm。
[0019]进一步的，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中同次序的所述大马士革结构在所述第一方向上错开一定距离。
[0020]进一步的，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开相同矢量方向、相同大小的第二距离。
[0021]进一步的，d/k，m为所述阵列排列的大马士革结构的行数，k为所述第二距离。
[0022]进一步的,所述k为2nm~15nm。
[0023]进一步的,所述k为10nm±3nm。
[0024]进一步的，若干所述大马士革结构排列形成至少一行阵列，位于同行的大马士革结构形成至少两组，所述至少两组大马士革结构重复排列，每组所述大马士革结构在第一方向上依次排列且位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的大马士革结构在第二方向上错开一定距离，所述第二方向垂直于所述第一方向。
[0025]进一步的，所述断面测试结构用于制备扫面电子显微镜的测试结构。
[0026]与现有技术相比，本发明提供的断面测试结构具有以下优点:
[0027]1、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构具有测试区域，若干大马士革结构全部或部分位于所述测试区域中，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交，与现有技术相比，当在所述测试区域沿所述第一方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。
[0028]2、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构具有测试区域，若干所述大马士革结构阵列排列形成至少一行阵列，位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一所述大马士革结构在所述第二方向上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离，所以不同的所述大马士革结构的所述连接孔也均错开所述第一距离，从而增加了所述连接孔在第二方向上的跨度，当在所述测试区域沿所述第一方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提闻断面的成功率。
[0029]3、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构的所述大马士革结构包括至少两行，相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔之间具有一排列距离C，其中，n ^ (c+d)/h，使得相邻行的所述大马士革结构之间的所述连接孔在所述第二方向上的位置有重叠，从而进一步地增加了所述连接孔在第二方向上的跨度，从而进一步地提高断面的成功率。[0030]4、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构的不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开相同矢量方向、相同大小的第二距离，所以不同行中每一所述连接孔依次相对于其前一行中对应的所述连接孔也在所述第一方向上均错开第二距离，从而增加了所述连接孔在第一方向上的跨度，当在所述测试区域沿所述第二方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为半导体器件的大马士革结构的扫描电子图片；
[0032]图2为现有技术中大马士革结构的断面测试结构的俯视图；
[0033]图3为图2沿剖开线A-A’的剖面图；
[0034]图4为本发明一实施例中的断面测试结构的俯视图；
[0035]图5为本发明另一实施例中的断面测试结构的俯视图；
[0036]图6为本发明又一实施例中的断面测试结构的俯视图；
[0037]图7为本发明再一实施例中的断面测试结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合示意图对本发明的断面测试结构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0039]为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
[0040]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0041]本发明的核心思想在于，提供一种断面测试结构，断面测试结构包括测试区域；若干大马士革结构，全部或部分位于所述测试区域中，所述大马士革结构包括一沟槽和两个连接孔，两个所述连接孔沿第一方向位于所述沟槽的两端，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交，使得当在所述测试区域沿所述第一方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。 [0042]以下列举所述断面测试结构的几个实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
[0043]【第一实施例】
[0044]本第一实施例中，所述断面测试结构的若干所述大马士革结构阵列排列形成至少一行阵列，同行的每一所述大马士革结构依次相对于其前一所述大马士革结构在所述第二方向上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离。以下请参考图4具体说明所述断面测试结构，其中，图4为本发明一实施例中的断面测试结构的俯视图。
[0045]如图4所示，在本实施例中，所述断面测试结构100包含I个测试区域110，和5个大马士革结构，分别为第一大马士革结构210、第二大马士革结构220、第三大马士革结构230、第四大马士革结构240、第五大马士革结构250，每一个大马士革结构包含沟槽和两个连接孔，两个所述连接孔分别位于所述沟槽的两端，以第一大马士革结构210为例，第一大马士革结构210包含沟槽211和两个连接孔212，在所述大马士革结构210的横截面上，两个所述连接212孔构成的方向为第一方向X,垂直于所述第一方向X的方向为第二方向Y。
[0046]在本实施例中，5个所述大马士革结构的所有连接孔均位于在所述测试区域110中，该5个大马士革结构阵列排列，形成一行阵列，每一所述大马士革结构依次相对于其前一所述大马士革结构在所述第二方向Y上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离h,其中在图4中，相同矢量方向表示，所有的第一距离h均为第二方向Y向上的方向，或第二方向Y向下的方向。在本实施例中，第二大马士革结构220相比于第一大马士革结构210在所述第二方向Y向下的方向上错开一第一距离h，第三大马士革结构230相比于第二大马士革结构220在所述第二方向Y向下的方向上错开一第一距离h，以此类推，每一所述大马士革结构比前一所述大马士革结构在所述第二方向上均向下的方向上错开一第一距离h。
[0047]其中，n≥d/h, h < d, d为所述连接孔的直径。h < d保证了不同的大马士革结构之间的所述连接孔在所述第二方向Y上的位置有重叠，即第一大马士革结构210的连接孔212与第二大马士革结构220的连接孔222在所述第二方向Y上的位置有重叠，第二大马士革结构220的连接孔222与第三大马士革结构230的连接孔232在所述第二方向Y上的位置有重叠，以此类推，直到第四大马士革结构240的连接孔242与第五大马士革结构250的连接孔252在所述第二方向Y上的位置有重叠，使得在所述测试区域110中，沿第一方向X的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交，即从图4中所述测试区域110中任何位置沿第一方向X进行断面，均可以由至少一个大马士革结构的连接孔落入断面内，从而使得所述连接孔在第二方向Y上的跨度，即使得在第二方向Y上可进行断面的位置增多，从而进一步地提高断面的成功率。
[0048]在本实施例中，所述连接孔的直径d为50nm,第一距离h为IOnm,则如果采用现有技术的断面测试结构，其在第二方向Y上的有效断面跨度为50nm ;如果采用本第一实施例的断面测试结构，其在第二方向Y上的有效断面跨度为90nm，大大提高了断面的成功率。
[0049]在本实施例中，η并不限于5个，也可以为6个、8个、10个或更多，η的值越大，其在第二方向Y上的有效断面跨度越大，断面的成功率越高。其中，第一距离h并不限于为IOnm,较佳的，h为2nm~15nm,可以具有较好的断面的成功率,如h为10nm±3nm, h越小，断面中能包含的连接孔就越多。较佳的，d≤60nm，采用本方法可以达到较好的效果，如d为20nm、40nm、50nm,但并不限于d ≤ 60nm,当d > 60nm时亦可采用本实施例的方法,只是d > 60nm时采用现有技术的断面测试结构其在第二方向Y上的有效断面跨度大于60nm，亦可以达到较高的断面成功率。
[0050]第一大马士革结构210、第二大马士革结构220、第三大马士革结构230、第四大马士革结构240、第五大马士革结构250可以通过所述电介质300绝缘间隔。在本实施例中，所述电介质300的材料并不作限制，一般为第k材料。在本实施例中，所述断面测试结构100还可以包括其它结构,如垫片(pad)等,在此不--详述。
[0051]本实施例的所述断面测试结构用于制备扫面电子显微镜的测试结构等测试结构，如投射电子显微镜(TEM)的测试结构。
[0052]【第二实施例】
[0053]以下请参考图5具体说明所述断面测试结构，其中，图5为本发明另一实施例中的断面测试结构的俯视图。第二实施例在第一实施例的基础上，区别在于，所述大马士革结构包括至少两行，相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔具有一排列距离C，其中，η > (c+d) /ho
[0054]如图5所示，本实施例中所述阵列排列的大马士革结构的行数m = 3，即3行大马士革结构在所述第二方向Y阵列排列，如图5所示，每一行400具有5个大马士革结构。相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔具有一排列距离c，所述排列距离c为相邻行中对应的所述大马士革结构的所述连接孔的间距，例如，如图5所示，第二行第一个大马士革结构的连接孔与第一行第一个大马士革结构的连接孔具有一排列距离C。其中，η≥(c+d)/h。当η≥(c+d)/h时，保证了相邻行之间的所述连接孔在所述第二方向Y上的位置有重叠，即从图5中，所述测试区域110中任何位置沿第一方向X进行断面，均可以由至少一个大马士革结构的连接孔落入断面内，从而使得所述连接孔在第二方向Y上的跨度进一步增加，即使得在第二方向Y上可进行断面的位置增多，从而进一步地提高断面的成功率。
[0055]在本实施例中，所述连接孔的直径d为50nm，第一距离h为10nm，排列距离c为40nm，一共有3行所述大马 士革结构，其在第二方向Y上的有效断面跨度为:90nm+40nm+90nm+40nm+90nm = 350nm,大大提高了断面的成功率。采用本第二实施例的所述断面测试结构，其断面的成功率将近100%。
[0056]较佳的，0.5Xd≤c≤2Xd，可以使相邻行的大马士革结构具有较好的距离，不至于太大，也不至于太小，有利于整个所述断面测试结构进行布局，方便制作断面。
[0057]较佳的，当c≤120nm时,则不需要η太大即可满足η > (c+d)/h的条件，即每个所述基本单元中不需要有太多个所述大马士革结构，从而使得每个所述基本单元不需要太长，以方便对整个所述断面测试结构的长度进行灵活的控制。
[0058]【第三实施例】
[0059]以下请参考图6具体说明所述断面测试结构，其中，图6为本发明又一实施例中的断面测试结构的俯视图。第三实施例在第二实施例的基础上，区别在于，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开相同矢量方向、相同大小的第二距离，其中，m ^ d/k，m为所述阵列排列的大马士革结构的行数，k为所述第二距离。
[0060]如图6所示，本实施例中，该断面测试结构的6行所述大马士革结构在所述第二方向Y依次排列，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开第二距离k，所以每一所述连接孔依次相对于其前一行中对应的所述连接孔在所述第一方向上也均错开第二距离k，其中，第二距离k = IOnm0
[0061]在本实施例中，m并不限于为6，当m > d/k时，保证了不同行的所述连接孔在所述第一方向X上的位置有重叠，从而增加了所述连接孔在第一方向X上的跨度，当沿所述第二方向Y做断面时，更容易切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。当m越大时，所述连接孔在第一方向X上的跨度越大，断面的成功率就越高。当m足够多，所有的所述连接孔在第一方向X上均有覆盖，从而在所述测试区域中，沿第二方向Y的任意位置做断面，均有至少一大马士革结构中的所述连接孔。
[0062]在本实施例中，第二距离k并不限于为10nm，较佳的，k为2nm~15nm，可以具有较好的断面的成功率，如k为10nm±3nm, k越小,断面中能包含的连接孔就越多。
[0063]本发明并不限于以上实施例，例如所述阵列排列的大马士革结构在所述第一方向X上依次排列，如图7所示，所述大马士革结构先阵列排列为3行，然后两个该3行阵列排列的大马士革结构在所述第一方向X上再依次排列，从而增加在所述测试区域中，与沿第一方向X的切线相交的所述连接孔的数量。
[0064]在本发明中，若干大马士革结构并不限于阵列排列，也可以杂乱无章地排列，只要使得沿第一方向X的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交，以保证沿第一方向X做断面时均有所述连接孔落入断面内，亦在本发明的思想范围之内。并且，当若干所述大马士革结构阵列排列，同行的所述大马士革结构在第一方向上依次排列且每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一所述大马士革结构在第二方向上错开的距离不一定相等，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开的距离也不一定相等，只要满足做断面时均有所述连接孔落入断面内，亦在本发明的思想范围之内。
[0065]综上所述，本发明提供一种断面测试结构，断面测试结构包括由η个所述大马士革结构在所述第一方向上依次排列形成的所述基本单元，所述基本单元中的后一所述大马士革结构比前一所述大马士革结构在所述第二方向上均错开一第一距离，以提高断面的成功率。与现有技术相比，本发明提供的含有偏压温度不稳定性测试电路具有以下优点:
[0066]1、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构具有测试区域，若干大马士革结构全部或部分位于所述测试区域中，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交，与现有技术相比，当在所述测试区域沿所述第一方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。
[0067]2、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构具有测试区域，若干所述大马士革结构阵列排列形成至少一行阵列，位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一所述大马士革结构在所述第二方向上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离，所以不同的所述大马士革结构的所述连接孔也均错开所述第一距离，从而增加了所述连接孔在第二方向上的跨度，当在所述测试区域沿所述第一方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提闻断面的成功率。
[0068]3、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构的所述大马士革结构包括至少两行，相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔之间具有一排列距离C，其中，n ^ (c+d)/h，使得相邻行的所述大马士革结构之间的所述连接孔在所述第二方向上的位置有重叠，从而进一步地增加了所述连接孔在第二方向上的跨度，从而进一步地提高断面的成功率。
[0069]4、本发明提供的断面测试结构，该断面测试结构的不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开相同矢量方向、相同大小的第二距离，所以不同行中每一所述连接孔依次相对于其前一行中对应的所述连接孔也在所述第一方向上均错开第二距离，从而增加了所述连接孔在第一方向上的跨度，当在所述测试区域沿所述第二方向做断面时，均能切中所述连接孔，从而提高断面的成功率。
[0070]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种断面测试结构，包括: 测试区域； 若干大马士革结构，全部或部分位于所述测试区域中，所述大马士革结构包括一沟槽和两个连接孔，两个所述连接孔沿第一方向分别位于所述沟槽的两端，在所述测试区域中，沿第一方向的所有切线均与至少一大马士革结构中的所述连接孔相交。
2.如权利要求1所述的断面测试结构，其特征在于，若干所述大马士革结构排列形成至少一行阵列，位于同行的大马士革结构在第一方向上依次排列且位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的大马士革结构在第二方向上错开一定距离，所述第二方向垂直于所述第一方向。
3.如权利要求2所述的断面测试结构，其特征在于，位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一所述大马士革结构在所述第二方向上错开相同矢量方向、相同大小的第一距离。
4.如权利要求3所述的断面测试结构，其特征在于，每行所述大马士革结构均具有η个，其中，η≥d/h，h < d，所述η为正整数，所述d为所述连接孔的直径，所述h为所述第一距离。
5.如权利要求4所述的断面测试结构,其特征在于,所述h为2nm~15nm。
6.如权利要求5所述的断面测试结构,其特征在于,所述h为10nm±3nm。
7.如权利要求4所述的断面测试结构，其特征在于，所述d( 60nm。
8.如权利要求2-7 中任意一项所述的断面测试结构，其特征在于，所述大马士革结构包括至少两行，相邻行中同次序的所述大马士革结构中对应连接孔之间具有一排列距离，其中，η≥(c+d)/h, c为所述排列距离。
9.如权利要求8所述的断面测试结构，其特征在于，0.5Xd ≤ c≤ 2Xd0
10.如权利要求8所述的断面测试结构,其特征在于，c( 120nm。
11.如权利要求8所述的断面测试结构，其特征在于，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中同次序的所述大马士革结构在所述第一方向上错开一定距离。
12.如权利要求11所述的断面测试结构，其特征在于，不同行中每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的前一行中对应的所述大马士革结构在所述第一方向上错开相同矢量方向、相同大小的第二距离。
13.如权利要求12所述的断面测试结构，其特征在于，d/k，m为所述阵列排列的大马士革结构的行数，k为所述第二距离。
14.如权利要求13所述的断面测试结构,其特征在于,所述k为2nm~15nm。
15.如权利要求14所述的断面测试结构,其特征在于,所述k为10nm±3nm。
16.如权利要求1所述的断面测试结构，其特征在于，若干所述大马士革结构排列形成至少一行阵列，位于同行的大马士革结构形成至少两组，所述至少两组大马士革结构重复排列，每组所述大马士革结构在第一方向上依次排列且位于同行的每一所述大马士革结构依次相对于其相邻的大马士革结构在第二方向上错开一定距离，所述第二方向垂直于所述第一方向。
17.如权利要求1所述的断面测试结构，其特征在于，所述断面测试结构用于制备扫面电子显微镜的测试结构。`
【文档编号】H01L23/544GK103872015SQ201210526016
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月7日 优先权日:2012年12月7日
【发明者】虞勤琴 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司