铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法
【专利摘要】本发明的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法，其采用电学方式测量测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。因此，本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法在精确测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的同时，又避免铜线阵的损伤。
【专利说明】铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路量测【技术领域】，尤其涉及一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体集成电路制造工艺的不断进步，当半导体器件尺寸缩小至深亚微米时，金属互连中的电阻(R)和电容(C)易产生寄生效应，导致金属连线传递的时间延迟(RC time delay)。在超大规模集成电路集成工艺中，为克服金属互连中电阻(R)和电容(C)的寄生效应，常采用铜大马士革技术以减少时间延迟，提高半导体器件间信号的传播速度。一般来说，铜大马士革技术通过制作基底，并于基底中形成凹槽(线槽)，再通过淀积，电镀等方式于线槽及基底上覆盖阻挡层和铜层，最后通过化学机械抛光工艺(ChemicalMechanical Polishing,简称CMP)去除多余的铜层,保留在线槽内的铜层即形成所期望的铜互连线。
[0003]其中，CMP是集成电路制造中所应用的表面平坦化工艺，是化学腐蚀和机械研磨的组合技术，被公认为是超大规模集成电路阶段最好的用于全局平坦化方法。但是，因铜金属化学电镀后产生的铜金属高度差，不同材料在研磨抛光过程中去除率不同，研磨垫形变，片内抛光均匀性，管芯内抛光均匀性等因素的影响，在铜线阵区域CMP工艺中常产生表面凹陷。所谓凹陷，是指对铜线阵区域做CMP工艺处理时，抛光后的铜线阵区域中心部位略低于四周，即表面形貌类似于一个碟形，尤其是在铜金属导线的密集区域如图1所示。由于CMP工艺对图形的尺寸很敏感，因此在实际的生产中，必须经常检测铜线阵区域的表面凹陷。
[0004]现有技术中，常采用探针接触式仪器对铜线阵区域的表面形貌进行模拟。如图2所示，通过探针在铜线阵区域的移动来测量抛光后铜线阵区域的表面凹陷。但是，探针接触式仪器的探针和铜线阵直接接触，会导致铜线阵的损伤，并且铜线阵表面残留的物质可能会导致较大的测量误差。
[0005]为此，如何在测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的同时，提高量测的精确度，避免铜线阵的损伤，是目前业界急需解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的主要目的为，针对上述问题，提出了一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法，其采用电学方式测量所述测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后的表面凹陷形貌，在精确测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的同时，又避免铜线阵的损伤。
[0007]为达成上述目的，本发明提供一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其包括:
[0008]电学测试模块，其包括η等分的测试分区，η为大于或等于5的整数且每个测试分区至少有m组互不重叠的蛇形盘绕金属线，m为大于或等于I的整数，其中，所述测试分区是从所述电学测试模块中心向外依次等间距划分的环形区域；
[0009]量测引出线组，其包括内量测引出线组和外量测引出线组，其中，所述内量测引出线组位于所述电学测试模块内，且与所述蛇形盘绕金属线相连；所述外量测引出线组与所述电学测试接触区相连；
[0010]量测模块，由η个电学测试接触区组成，其中，η为大于或等于I的整数；该电学测试接触区与电阻测量仪器的探针相接触，并通过所述量测引出线组于所述测试分区相接，以测量出所述测试分区的电阻，然后，再通过数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而表征出铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。
[0011]优选地，所述电学测试模块的形状为三角形、矩形或圆形中的任意一种。
[0012]优选地，所述电学测试模块中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽均匀一致。
[0013]优选地，所述电学测试模块中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽与线间间距的比值范围为1:10?10:1。
[0014]优选地，所述内量测引出线组的金属线与所述蛇形盘绕金属线的线宽一致。
[0015]优选地，所述量测引出线组金属线的长度不大于所述每个测试分区内蛇形盘绕金属线的1/100。
[0016]优选地，所述电学测试接触区的尺寸不小于30umX30um。
[0017]此外，为达成上述目的，本发明还提供一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量方法，该测量方法包括采用电学方式测量所述测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后的表面凹陷形貌。
[0018]从上述技术方案可以看出，本发明的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法，其采用电学方式测量测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。因此，本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法在精确测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的同时，又避免铜线阵的损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为铜线阵区域抛光后表面凹陷的示意图；
[0020]图2为现有技术中测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的示意图；
[0021]图3为本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷测量单元一具体实施例的示意图；
[0022]图4为本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷测量单元一具体实施例中测试分区的示意图；
[0023]图5为本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷测量单元一具体实施例中测试分区的闻度差不意图
[0024]图6为本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷形貌的示意图。
【具体实施方式】
[0025]体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。[0026]上述及其它技术特征和有益效果，将结合附图3-6对本发明的铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法进行详细说明。
[0027]需要说明的是本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂，但其皆不脱离本发明的范围。
[0028]请参阅图3，为本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷测量单元一具体实施例的示意图。
[0029]如图3所示，本发明一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其包括:
[0030]电学测试模块100，其包括η等分的测试分区，η为大于或等于5的整数，且每个测试分区至少有m组互不重叠的蛇形盘绕金属线，m为大于或等于I的整数，其中，所述测试分区是从所述电学测试模块中心向外依次等间距划分的环形区域。优选地，该电学测试模块100的形状为三角形、矩形或圆形中的任意一种，进一步地，其形状为对称图形；该电学测试模块100中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽均匀一致；该电学测试模块100中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽与线间间距的比值范围为1:10~10:1，当其线宽与线间间距的比值越大即铜线越密集时，铜线阵区域抛光后表面凹陷越明显。
[0031]在本实施中，该电学测试模块100的形状为矩形，其包括5个测试分区分别为A”A2、A3、A4和A5，如图4所示。其中，以上5个测试分区彼此互不重叠，且各分区间互不干扰。
[0032]量测引出线组200，其包括内量测引出线组和外量测引出线组，其中，内量测引出线组位于电学测试模块100内，且与蛇形盘绕金属线相连，优选地，该内量测引出线组的金属线与上述蛇形盘绕金属线的线宽一致，以更好的模拟出铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌；而位于电学测试模块100外的外量测引出线组与电学测试接触区相连，且其线宽与线间间距比要远大于内量测引出线组，以避免在此区域出现凹陷形貌，进而影响后期的电学测试计算精度。在本实施中，为避免因引入量测引出线组200带来的电阻，电学测试模块100内任意一个测试分区中的蛇形盘绕金属线的长度与量测引出线组200的长度比值大于100:1，以保证可以忽略引入的量测引出线组200的影响。其中，该量测引出线组200的长度为内量测引出线组长度和外量测引出线组长度之和。
[0033]此外，还包括量测模块300，由η个电学测试接触区组成，其中，η为大于或等于I的整数。该电学测试接触区与电阻测量仪器的探针相接触，并通过量测引出线组与该测试分区相接，以测量出该测试分区的电阻，然后，再通过数学计算得到该测试分区的高度差，根据该测试分区和铜线阵区域具有相似的凹陷形貌，可得知上述铜线阵区域的高度差，进而表征出铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。在本实施例中，η的取值为6，也即该量测模块300具有6个电学测试接触区分别为P。、P1^ P2> P3> P4和Ρ5。其中，该电学测试接触区的数量和电学测试模块100的测试分区有关，具体为电学测试接触区的数量为电学测试模块100的测试分区数量加I。另外，在电学测试接触区上还布置有用来进行电学测试的电学测量仪器探头，上述量测模块300中的电学测试接触区的尺寸大小需根据电学测量仪器探头来进行设计，优选地，其尺寸不应小于30umX30um。
[0034]本发明还提供一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量方法，该测量方法包括采用电学方式测量上述电学测试模块100中测试分区内蛇形盘绕金属线的电阻，然后通过数学计算得到电学测试模块100中每个测试分区的高度差，并因该电学测试模块100中测试分区的凹陷与铜线阵区域抛光后表面凹陷近似，可得到铜线阵区域的高度差，从而测量出铜线阵区域抛光后的表面凹陷形貌。[0035]具体来说，比如测试分区A1，其一端通过量测引出线组200连接到量测模块300中的电学测试接触区Po，另一端通过量测引出线组200连接到量测模块300中的电学测试接触区P1，通过设置于电学测试接触区Ptl和电学测试接触区P1的电学测量仪器探头测得总电阻为R1，其中量测引出线组200的电阻为&，也即测试分区A1的电阻为:
[0036]Rai=R1-Rl
[0037]因测试分区A1中蛇形盘绕金属线的长度与量测引出线组200的长度比值大于100:1，故&可忽略不计。那么也就是说测试分区A1的电阻为:
[0038]Rai ^ R1
[0039]而根据电阻的计算公式可知测试分区A1的高度Hai为:
[0040]Hm=^
[0041]其中，Lai为测试分区A1中蛇形盘绕金属线的长度，W为蛇形盘绕金属线的线宽。
[0042]同理，测试分区A2，其一端通过量测引出线组200连接到量测模块300中的电学测试接触区P1，另一端通过量测引出线组200连接到量测模块300中的电学测试接触区P2,通过设置于电学测试接触区P1和电学测试接触区P2的电学测量仪器探头测得总电阻为R2,则其高度Ha2为:
[。。43]"丨
[0044]其中，La2为测试分区A2中蛇形盘绕金属线的长度，W为蛇形盘绕金属线的线宽。
[0045]那么可以推出任意一个测试分区的高度Hah:
_6] Ha^wr~
η
[0047]以上公式的推导过程，在此就不再赘述。通过以上的数学计算方法就得到了电学测试模块100中任意一个测试分区的高度。具体地，在本市实施例中，就得到了上述5个测试分区的高度差，如图5所示。并且，因该电学测试模块100中测试分区的凹陷与铜线阵区域抛光后表面凹陷近似，进而可得到铜线阵区域的高度差，然后取每个测试分区高度平面的中心点绘制凹陷形貌曲线，就最终得到了如图6所示的本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷形貌曲线。
[0048]综上所述，本发明的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法，其采用电学方式测量测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。因此，本发明铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元及测量方法在精确测量铜线阵区域抛光后表面凹陷的同时，又避免铜线阵的损伤。
[0049]以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，包括: 电学测试模块，其包括η等分的测试分区，η为大于或等于5的整数且每个测试分区至少有m组互不重叠的蛇形盘绕金属线，m为大于或等于I的整数，其中，所述测试分区是从所述电学测试模块中心向外依次等间距划分的环形区域； 量测引出线组，其包括内量测引出线组和外量测引出线组，其中，所述内量测引出线组位于所述电学测试模块内，且与所述蛇形盘绕金属线相连；所述外量测引出线组与所述电学测试接触区相连； 量测模块，由η个电学测试接触区组成，其中，η为大于或等于I的整数；该电学测试接触区与电阻测量仪器的探针相接触，并通过所述量测引出线组于所述测试分区相接，以测量出所述测试分区的电阻，然后，再通过数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而表征出铜线阵区域抛光后表面凹陷的形貌。
2.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述电学测试模块的形状为三角形、矩形或圆形中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述电学测试模块中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽均匀一致。
4.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述电学测试模块中每个测试分区内蛇形盘绕金属线的线宽与线间间距的比值范围为1:10 ?10:1。
5.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述内量测引出线组的金属线与所述蛇形盘绕金属线的线宽一致。
6.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述量测引出线组金属线的长度不大于所述每个测试分区内蛇形盘绕金属线的1/100。
7.根据权利要求1所述的一种铜线阵区域抛光后表面凹陷的测量单元，其特征在于，所述电学测试接触区的尺寸不小于30umX30um。
8.一种采用权利要求1所述的铜线阵区域抛光后表面凹陷测量单元的测量方法，其特征在于，测量方法包括采用电学方式测量所述测试分区中蛇形盘绕金属线的电阻，并经由数学计算得到铜线阵区域的高度差，进而得到铜线阵区域抛光后的表面凹陷形貌。
【文档编号】H01L21/66GK103474370SQ201310419757
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】黄仁东 申请人:上海集成电路研发中心有限公司