一种工艺控制监控PCM器件及监控方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种工艺控制监控pcm器件及监控方法。

背景技术：

pcm(processcontrolmonitor，工艺控制监控)测试可以直接反应出芯片的制作工艺过程是否正常。不同的pcm测试器件可以反应不同的工艺过程，pcm器件设计的越合理，就更加准确地反馈出对应的在线制程是否正常。随着半导体工艺的尺寸越来越小，用于金属连接的过孔大小也越来越小，孔刻蚀及孔光刻的异常便容易造成多晶刻蚀异常，进而导致孔跟多晶的短路。

传统的利用切片看sem(scanningelectronicmicroscopy，扫描电子显微镜)判断孔跟多晶是否短路，不仅操作复杂，而且一次切片只能查看3至5个检测点，效率较低，还有在大规模作业时，成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种工艺控制监控pcm器件及监控方法，以解决现有技术中通过sem判断孔跟多晶是否短路，不仅操作复杂，而且一次切片只能查看3至5个检测点，效率较低，还有在大规模作业时，成本较高。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的一种工艺控制监控pcm器件，应用于依据预定设计规则制成的待检测芯片中过孔与导电层之间的短路检测，其中，所述工艺控制监控pcm器件包括：

第一导电层，所述第一导电层设置有一个或多个第一过孔以及设置有待检测的第一引出端；

第二导电层，所述第二导电层设置有待检测的第二引出端；

设置于所述第一导电层及所述第二导电层之间的中间介质层，其中，所述 中间介质层开设有对应插入每个第一过孔内部的第二过孔，所述第二导电层设置于所述中间介质层上且填充所述第二过孔；

并且，所述第一导电层、所述第二导电层、所述中间介质层、所述第一过孔和所述第二过孔的结构符合所述预定设计规则。

进一步的，所述第一导电层为具有多个单晶的多晶层或金属层；所述第二导电层为具有多个单晶的多晶层或金属层。

进一步的，在平行于所述第一导电层的截面上，所述第二过孔到所述第一导电层之间具有预设距离，其中所述预设距离大于或等于所述预定设计规则要求的最小值。

进一步的，所述pcm器件为多层导电层，其中，所述第一导电层为中间层导电层，所述第二导电层为顶层或底层导电层。

进一步的，所述pcm器件还包括：第三导电层，所述第三导电层与所述第一导电层之间还设置有中间介质层。

进一步的，所述第一导电层上开设的多个第一过孔呈矩阵排列；对应的所述中间介质层上开设的多个第二过孔呈所述矩阵排列。

进一步的，所述第一过孔的形状与所述第二过孔的形状相同。

进一步的，所述第一过孔和所述第二过孔在平行于所述第一导电层方向的截面形状为圆形、四边形或者六边形。

进一步的，所述第一过孔和所述第二过孔在垂直于所述第一导电层方向的截面形状呈阶梯状。

本发明实施例还提供一种如上述的工艺控制监控pcm器件的监控方法，包括：

所述pcm器件的第一导电层的第一引出端与所述pcm器件的第二导电层的第二引出端之间连接有检测电路；

检测所述检测电路上的电流值或电压值，当所述电流值或电压值大于零时，确定中间介质层的至少一个第二过孔与所述第一导电层短路导通。

本发明实施例的上述技术方案的有益效果如下：

本发明实施例的方案中，通过pcm器件监控第一导电层的第一引出端与第二导电层的第二引出端之间的电流或电压，说明中间介质层的第二过孔的刻 蚀发生偏移或刻蚀时间过长，使得第一导电层与第二导电层经中间介质层的第二过孔连通，两者之间存在短路，这样可以通过检测第一导电层的第一引出端及第二导电层的第二引出端，判断存在过孔与第一导电层之间存在短路，不仅操作简单，而且可以实现大规模生产的待检测芯片检测，提高了判断过孔与第一导电层之间存在短路的效率，也节约了成本。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺控制监控pcm器件的一个剖面示意图；

图2为本发明实施例的工艺控制监控pcm器件的另一个剖面示意图；

图3为本发明实施例的工艺控制监控pcm器件的一个结构示意图；

图4为本发明实施例的工艺控制监控pcm器件的另一个结构示意图；

图5为本发明实施例的工艺控制监控pcm器件的监控方法流程示意图。

附图标记说明：

11-第一导电层，111-第一过孔，112-第一引出端，12-中间介质层，121-第二过孔，13-第二导电层，131-第二引出端。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1至图4所示，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件，应用于依据预定设计规则制成的待检测芯片中过孔与导电层之间的短路检测，其中，所述工艺控制监控pcm器件包括：

设置有一个或多个第一过孔111以及设置有待检测的第一引出端112的第一导电层11、设置有待检测的第二引出端131的第二导电层13，以及设置于该第一导电层11与该第二导电层13之间的中间介质层12，其中，该中间介质层12开设有对应插入每个第一过孔111内部的第二过孔121，该第一导电层11设置于该中间介质层12上且该第二导电层13设置于该中间介质层12上填充该第二过孔121，

并且，该第一导电层11、该第二导电层13，该中间介质层12，该第一过 孔111，该第二过孔121的结构符合预定设计规则。

这里需要对第一导电层11及第二导电层13进行说明。此处的“第一和第二”不作为顺序的限定；并且，此处的“第一和第二”也不作为pcm器件的导电层个数的限定，即该pcm器件的导电层的层数可以有两层或多层；还有，此处的“第一和第二”也不作为该pcm器件的导电层的不同导电材料的限定，即该pcm器件的第一导电层11的材料可以为由单晶形成的多晶或金属，第二导电层13的材料也可以为由单晶形成的多晶或金属；此处的“第一和第二”是为了方便说明该pcm器件至少包括：本发明实施例中的两种设计结构不同的导电层。

还需要说明的是：一般半导体电路的过孔加工有两种工艺：一种工艺是：对于大于0.5微米*0.5微米的预定设计规则的尺寸，该过孔多采用碗口加直径刻蚀(碗口刻蚀的目的是为扩发金属溅射到过孔的面积，容易让金属溅射到表面)的加工方法。该碗口加直径的加工方法可以形成如图1所示的中间介质层12的第二过孔121的孔形为碗口加圆形直径孔；另一种工艺是：对于小于或等于0.5微米*0.5微米的预定设计规则的尺寸，该过孔多采用直径刻蚀(圆形的直径刻蚀的目的是缩小多晶到多晶的间距，进而缩小芯片面积)的加工方法。该直径刻蚀的加工方法可以形成如图2所示的中间介质层12的第二过孔121的孔形为圆形直径孔。

上述预定设计规则一般规定了第一导电层11、中间介质层12及第二导电层13的厚度和材料，和/或第一导电层11的第一过孔111及中间介质层12的第二过孔121的孔形及大小等内容。具体预定设计规则的尺寸是根据用户需求及工艺需求进行决定。比如，如图1所示的预定设计规则要求poly(polysilicon，多晶硅)厚度为0.35微米；ild(interlayerdielectric，内层介电层)厚度为0.45微米；多晶的过孔的孔形为圆形孔，该圆形孔底的直径为0.8微米；中间介质层12的第二过孔121的孔形为碗口加圆形直径孔，碗口的直径为1.8微米，碗口刻蚀的深度为0.5微米；孔到多晶的距离为0.5微米。再比如，图2所示，预定设计规则要求多晶层poly厚度为0.35微米；介质层ild厚度为0.45微米；多晶的过孔的孔形及中间介质层12的第二过孔121的孔形均为圆形孔，该圆形孔的直径为0.5微米；孔到多晶的距离为0.4微米。优选地，孔大小为 预定dr(designrules，设计规则)的孔大小、孔到多晶为预定dr要求的最小尺寸、孔矩阵中的多晶poly宽度为dr要求最小单晶poly宽度的2倍。通过预定设计规则设计尺寸，避免了由于多晶宽度较小，多晶本身断裂而本身多晶层与金属层就没有电流的异常情况，提高了监控的准确性。当然以上仅仅是举例说明，其他任何可以实现本发明实施例的预定设计规则的尺寸，均属于本发明实施例的保护范围，在此不一一举例。

本发明实施例中，通过pcm器件监控第一导电层11的第一引出端112与第二导电层13的第二引出端131之间的电流或电压，说明中间介质层12的第二过孔121的刻蚀发生偏移或刻蚀时间过长，使得第一导电层11与第二导电层13经中间介质层12的第二过孔121连通，两者之间存在短路，这样可以通过检测第一导电层11的第一引出端112及第二导电层13的第二引出端131，判断存在过孔与第一导电层11之间存在短路，不仅操作简单，而且可以实现大规模生产的待检测芯片检测，提高了判断过孔与第一导电层11之间存在短路的效率，也节约了成本。

优选的，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，该第一导电层11为具有多个单晶的多晶层或金属层；该第二导电层13为具有多个单晶的多晶层或金属层。

本发明实施例中，通过pcm监控器件，可以直观地监控到中间介质层12的第二过孔121与多晶层，或中间介质层12的第二过孔121与金属层之间存在工艺异常(具体的工艺异常包括：过孔刻蚀任何异常的偏移比如：x方向、y方向、旋转、涨缩等偏移，均会引起过孔跟多晶的短路)，提高了产品异常分析的高效性及准确性，也节约了成本。

优选的，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，在平行于该第一导电层11的截面上，所述第二过孔121到所述第一导电层11之间具有预设距离，其中，该预设距离大于或等于预定设计规则要求的最小值。即每个第二过孔121与每个第二过孔121所插入的第一过孔111处对应的第一导电层11之间的预设距离。该最小值优选为最小单晶的宽度。优选pcm器件中多晶与多晶之间的宽度为预定设计规则要求的最小值的2倍数值。

本发明实施例中，由于第二过孔121到多晶的预设距离大于或等于预设设 计规则要求的最小值，多晶与多晶之间的宽度为预定设计规则要求的最小值的2倍数值，避免出现了由于多晶与多晶之间的宽度较小，多晶层本身易断裂而导致监控失效的问题，提高了监控的准确性。

其中，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，在该pcm器件为多层导电层时，其中，该第一导电层11为中间层导电层，该第二导电层13为顶层或底层导电层；由于第一导电层11与第二导电层13的材料可以相同，第一导电层11与第二导电层13的材料也可以不同，说明对导向层的位置不做限定。任何多层导电层均属于本发明实施例的保护范围。

所述pcm器件还包括：第三导电层，所述第三导电层与所述第一导电层之间还设置有中间介质层。其中，所述第三导电层也可以为具有多个单晶的多晶层或金属层。该三导电层可以为中间层导电层，顶层或底层导电层，在此不作限定。该第三导电层是为了说明两个导电层之间需要有中间介质层，以确保整个芯片的正常使用，该处的“第三”不做个数及顺序的限定。

本发明实施例中，所述pcm器件不仅可以应用于两层导电层的待检测芯片，也可以应用于大于两层的多层导电层的待检测芯片，扩大了对多种待检测芯片的监控应用。

优选的，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，所述第一导电层11上开设的多个第一过孔111呈矩阵排列；对应的所述中间介质层12上开设的多个第二过孔121呈上述矩阵排列。由于该矩阵排列形式为多行多列，方便后续切割使用，而且该矩阵的行数与列数不做限定，可以是如图3及图4所示的4行4列，也可以是其他行数和列数，其他行数和列数均属于本发明实施例的保护范围，在此不一一举例。

优选的，本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，所述第一过孔111的形状与所述第二过孔121的形状相同。由于中间介质层12的第二过孔121的孔形与第一导电层11的第一过孔111孔形相同，使得中间介质层12的第二过孔121与该第一导电层11的第一过孔111的距离相等，均匀刻蚀过程易于控制，从而减少出现了过孔与第一导电层11之间存在短路的问题，提高了待检测芯片的应用性能。

本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，该第一过孔111和该第二过 孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状为圆形、四边形或者六边形。

具体的，该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状圆形，其中，该中间介质层12的第二过孔121的孔径小于该第一导电层11的第一过孔111的孔径。由于该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状均为圆形，可以利用纯直径工艺完成圆形孔形的加工，不仅加工方便，而且由于纯直径加工的过孔的孔径较小，可以缩小芯片的面积。在加工圆形的孔形过程中，由于纯直径刻蚀的孔深度较大，在孔刻蚀后，需要先覆盖能力强的金属坞填孔，然后溅射金属。

本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状为四边形或六边形；其中，该中间介质层12的第二过孔121的孔截面面积小于该第一导电层11的第一过孔111的孔截面面积。通过该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状一致设置，可以直接刻蚀过孔，避免考虑太多不必要的因素，提高了刻蚀过孔的效率。本发明实施例的四边形或六边形仅仅是举例说明，其他任何第一过孔111和第二过孔121在平行于第一导电层11方向的截面形状，均属于本发明实施例的保护范围，在此不一一举例。

本发明实施例中，通过该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状均为四边形或六边形，该孔形具有很好的定位加工效果，提高了刻蚀过孔的效率；也由于该第一过孔111和该第二过孔121在平行于该第一导电层11方向的截面形状相同，避免出现了中间介质层12的第二过孔121与该第一导电层11的第一过孔111的距离不等，使得刻蚀过程难以控制的问题，从而减少出现了过孔与第一导电层11之间存在短路的问题，提高了待检测芯片的应用性能。

本发明实施例的工艺控制监控pcm器件中，该第一过孔111和该第二过孔121在垂直于该第一导电层11方向的截面形状呈阶梯状。该第一过孔111和该第二过孔121在垂直于该第一导电层11方向的截面形状，对应与待检测芯片相同，该孔形也方便加工制造，刻蚀过孔易于控制，减少出现了过孔与第一导电层11之间存在短路的问题。

如图5所示，本发明实施例的如上述的工艺控制监控pcm器件的监控方 法中，包括：

步骤501，该pcm器件的第一导电层11的第一引出端112与该pcm器件的第二导电层13的第二引出端131之间连接有检测电路。

这里的检测电路可以是外加的测量电流的电流表，或者外加的测量电压的电压表，任何可以检测第一导电层11的第一引出端112与该pcm器件的第二导电层13的第二引出端131之间具有电流值或电压值的器件，均属于本发明实施例的保护范围。

步骤502，检测所述检测电路上的电流值或电压值，当所述电量值或电压值大于零时，确定中间介质层12的至少一个第二过孔121与所述第一导电层11短路导通。

由于没有故障的待检测芯片存在的中间介质层12会阻隔第一导电层11与第二导电层13的导通，因此待检测芯片的电阻无限大，没有电流，也没有电压。但只要待检测芯片中的一个中间介质层12的第二过孔121出现故障，则中间介质层12使得第一导电层11与第二导电层13会短路导通，第一导电层11的第一引出端112与该pcm器件的第二导电层13的第二引出端131之间就会具有电流值或电压值，因此通过检测第一导电层11的第一引出端112与该pcm器件的第二导电层13的第二引出端131之间的电流值或电压值，可以有效且直接判断过孔与第一导电层11之间的短路。

本发明实施例中，通过pcm器件监控第一导电层11的第一引出端112与第二导电层13的第二引出端131之间的电流或电压，说明中间介质层12的第二过孔121的刻蚀发生偏移或刻蚀时间过长，使得第一导电层11与第二导电层13经中间介质层12的第二过孔121连通，两者之间存在短路，这样可以通过检测第一导电层11的第一引出端112及第二导电层13的第二引出端131，判断存在过孔与第一导电层11之间存在短路，不仅操作简单，而且可以实现大规模生产的待检测芯片检测，提高了判断过孔与第一导电层11之间存在短路的效率，也节约了成本。

需要说明的是，本发明提供的监控方法是应用上述监控方法的方法，则上述监控方法的所有实施例均适用于该方法，且均能达到相同或相似的有益效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。