一种监测通孔偏移的测试结构的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种监测通孔偏移的测试结构。

背景技术：

随着技术的发展，集成电路内包含的晶体管等半导体器件的数目越来越多，为了将半导体器件连接起来，集成电路内一般设置有多个金属层，各金属层之间通过通孔(Via)连接。通孔制作在金属层之间的介质层中，当制作的通孔发生偏移(misalignment)时，介质层会变薄，在应用过程中可能发生击穿而出现短路，尤其是针对14nm先进技术节点，这种现象更容易发生。业界在集成电路制造过程中，通常会在晶圆的各个集成电路芯片周边制造测试结构，再在制造完成后对测试结构进行检测，以对相应的制造工艺进行测试。

如图1和2所示为现有技术中两种用于监测通孔偏移的测试结构。其中，图1为梳状测试结构，所述梳状测试结构包括一对交错设置的梳状结构，每一个梳状结构包括两层金属层，金属层之间通过通孔电连，对两个梳状结构施加不同的电压，通过测试通孔之间、以及通孔与金属层之间的耐压情况，可以判断通孔是否发生偏移；图2为梳状-蛇形测试结构，所述梳状测试结构包括一对交错设置的梳状结构，蛇形结构则设置在梳状结构之间，每一个梳状结构包括两层金属层，金属层之间通过通孔电连，蛇形结构包括两层金属层，金属层之间也通过通孔电连，对梳状结构和蛇形结构施加不同的电压，通过测试通孔之间、以及通孔与金属层之间的耐压情况，可以判断通孔是否发生偏移。但是，现有技术的这两种测试结构，均只能测试单一方向的通孔偏移情况，对于其他方向的通孔偏移则无法侦测。

因此，提供一种新的监测通孔偏移的测试结构实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种监测通孔偏移的测试结构，用于解决现有技术中测试结构只能监测单一方向的通孔偏移的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种监测通孔偏移的测试结构，所述测试结构至少包括第一测试结构、第二测试结构和第三测试结构；

所述第一测试结构包括上下两层金属层和设置于所述两层金属层之间的第一通孔；

所述第二测试结构包括上下两层金属层和设置于所述两层金属层之间的第二通孔；

所述第三测试结构包括上下两层金属层和设置于所述两层金属层之间的第三通孔；

所述第二通孔和其中一部分第一通孔在X方向上面对面设置、和另一部分第一通孔在Y方向上交错设置；

所述第一通孔和第三通孔在X方向上交错设置。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，所述第一测试结构的上层金属层、所述第二测试结构的上层金属层、所述第三测试结构的上层金属层位于同一层；所述第一测试结构的下层金属层、所述第二测试结构的下层金属层、所述第三测试结构的下层金属层位于同一层。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，所述第一通孔、第二通孔和第三通孔的高度相等。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，测试结构重复排列构成多组单元测试结构。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，第一测试结构电连至第一焊垫，所述第二测试结构电连至第二焊垫，所述第三测试结构电连至第三焊垫。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，分别施加电压至所述第一焊垫和第三焊垫，监测所述第三测试结构中的第三通孔或者金属层是否与第一测试结构中位置对应的金属层或第一通孔在X方向上存在偏移。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，分别施加电压至所述第一焊垫和第二焊垫，同时监测所述第一测试结构中的第一通孔或者金属层是否与第二测试结构中位置对应的金属层或第二通孔在Y方向上存在偏移、所述第一测试结构中的第一通孔与第二测试结构中的第二通孔是否存在面对面偏移。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，分别施加电压至所述第一焊垫、第二焊垫和第三焊垫，同时监测所述第三测试结构中的第三通孔或者金属层是否与第一测试结构中位置对应的金属层或第一通孔在X方向上存在偏移、监测所述第一测试结构中的第一通孔或者金属层是否与第二测试结构中位置对应的金属层或第二通孔在Y方向上存在偏移、所述第一测试结构中的第一通孔与第二测试结构中的第二通孔是否存在面对面偏移。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，所述第一测试结构电连至第一焊垫、所述第二测试结构和所述第三测试结构电连至第二焊垫。

作为本实用新型监测通孔偏移的测试结构的一种优化的方案，施加电压至所述第一焊垫和第二焊垫，同时监测所述第三测试结构中的第三通孔或者金属层是否与第一测试结构中位置对应的金属层或第一通孔在X方向上存在偏移、监测所述第一测试结构中的第一通孔或者金属层是否与第二测试结构中位置对应的金属层或第二通孔在Y方向上存在偏移、所述第一测试结构中的第一通孔与第二测试结构中的第二通孔是否存在面对面偏移。

如上所述，本实用新型的监测通孔偏移的测试结构，具有以下有益效果：

1、本实用新型通过分别给第一测试结构和第二测试结构施加电压、或者第一测试结构和第三测试结构施加电压、或者三个测试结构同时施加电压，可以分别监测通孔在X方向与金属层是否发生偏移、或者通孔在Y方向与金属层是否发生偏移和测试结构通孔之间面对面发生偏移以及通孔刻蚀工艺的情况或者同时监测以上偏移情况；

2、本实用新型通过给第一测试结构施加电压，给第二测试结构和第三测试结构施加相同电压，可以同时监测通孔在X方向与金属层是否发生偏移、或者通孔在Y方向与金属层是否发生偏移和测试结构通孔之间面对面发生偏移以及通孔刻蚀工艺的情况，并且通过给第二测试结构和第三测试结构施加相同电压，能够减少焊垫(pad)的数量，提高焊垫的利用率。

3、通过本实用新型测试结构，可以更精确地监测到由于通孔偏移效应导致的空间介质层变薄的现象，极大地提高了监测的敏感性。

附图说明

图1显示为现有技术中监测通孔偏移的测试结构的示意图。

图2显示为现有技术中监测通孔偏移的测试结构的另一种示意图。

图3显示为本实用新型实施例一中监测通孔偏移的测试结构的示意图。

图4显示为沿图3中AA’方向的剖视图。

图5显示为本实用新型实施例二中监测通孔偏移的测试结构的示意图。

元件标号说明

11,21,31 金属层

111 下层金属层

112 上层金属层

12,121,122 第一通孔

13 第一焊垫

22 第二通孔

23 第二焊垫

32 第三通孔

33 第三焊垫

4 第三金属层

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

如图3和图4所示，本实用新型提供一种监测通孔偏移的测试结构，所述测试结构至少包括：第一测试结构、第二测试结构和第三测试结构。

其中，所述第一测试结构包括上下两层金属层11和设置于所述两层金属层11之间的第一通孔12。需要说明的是，图3是俯视图，只能看见上层金属层112，下层金属层111被覆盖无法展示。图4为沿图3中AA’方向的剖视图。具体地，所述第一通孔12制作在所述两层金属层之间11的介质层(未予以图示)中，所述第一通孔12为填充有金属的通孔。

其中，所述第二测试结构包括上下两层金属层21和设置于所述两层金属层21之间的第二通孔22。同样，附图3只能展示所述两层金属层中的上层金属层，下层金属层被覆盖无法展示。具体地，所述第二通孔22制作在所述两层金属层21之间的介质层(未予以图示)中，所述第二通孔22为填充有金属的通孔。

其中，所述第三测试结构包括上下两层金属层31和设置于所述两层金属层31之间的第三通孔32。同样，附图3只能展示所述两层金属层中的上层金属层，下层金属层被覆盖无法展示。具体地，所述第三通孔32制作在所述两层金属层之间31的介质层(未予以图示)中，所述第三通孔32为填充有金属的通孔。

所述第一测试结构中，所述第一通孔12包含两部分，其中一部分第一通孔121与所述第二通孔22在X方向上面对面设置，而另一部分第一通孔122则与第二通孔22在Y方向上交错设置，即在Y方向上，第一通孔122面对的是第二测试结构中的金属层。

另外，所述第一通孔12和第三通孔32在X方向上交错设置，即第一通孔12面对的是第三测试结构中的金属层。具体地，与所述第二通孔22在X方向上面对面设置的那部分第一通孔121与所述第三通孔32在X方向上交错设置。

进一步地，所述第一测试结构的上层金属层、所述第二测试结构的上层金属层、所述第三测试结构的上层金属层位于同一层；所述第一测试结构的下层金属层、所述第二测试结构的下层金属层、所述第三测试结构的下层金属层位于同一层。所述第一通孔12、第二通孔22和第三通孔32的高度相等。

所述第一测试结构电连至第一焊垫13，所述第二测试结构电连至第二焊垫23，所述第三测试结构电连至第三焊垫33。具体地，所述第一测试结构、所述第二测试结构、所述第三测试结构分别通过各自结构中两层金属层中的任何一层电连至第一焊垫13、第二焊垫23、第三焊垫33。通过所述第一焊垫13，可以给所述第一测试结构施加电压。通过所述第二焊垫23，可以给所述第二测试结构施加电压，通过所述第三焊垫33，可以给所述第三测试结构施加电压。

本实施例中，所述第三测试结构通过一第三金属层4电连至第三焊垫33。

作为示例，本实施例中，所述第一测试结构为一对面对面设置的梳状结构；所述第二测试结构包括设于所述梳状结构之间的若干条平行状结构；所述第三测试结构包括设于所述梳状结构外两侧的一对垂直状结构。当然，在其他实施例中，所述第一测试结构、第二测试结构和第三测试结构也可以为其他合适的结构。

本实用新型测试结构的工作过程包括如下三种情况：

1、通过所述第一焊垫13和第三焊垫33，分别给所述第一测试结构和第三测试结构施加电压，第二焊垫23不施加电压，此时，若所述第一测试结构上的第一通孔121或第三测试结构上的第三通孔32沿X方向有所偏移，则会使得所述第三测试结构中的第三通孔与第一测试结构的金属层11之间、第三测试结构的金属层31与第一测试结构的第一通孔121之间存在偏移，导致所述第一测试结构和第三测试结构之间的介质层变薄，从而使测试结构的击穿电压发生变化。因此，技术人员从击穿电压是否发生变化，可以判断第一通孔121或第三通孔31沿X方向是否有偏移。

2、通过所述第一焊垫13和第二焊垫23，分别给所述第一测试结构和第二测试结构施加电压，第三焊垫33不施加电压，此时，若所述第一测试结构上的第一通孔122或第二测试结构上的第二通孔22沿Y方向有所偏移，则会使得所述第一测试结构中的第一通孔122与第二测试结构的金属层21之间、第一测试结构的金属层11与第二测试结构第二通孔22之间存在偏移，导致所述第一测试结构和第二测试结构之间的介质层变薄；另外，面对面的第一通孔121和第二通孔22之间发生偏移，也会导致所述第一测试结构和第二测试结构之间的介质层变薄，从而使测试结构的击穿电压发生变化。

3、通过所述第一焊垫13、第二焊垫23和第三焊垫33，分别给所述第一测试结构、第二测试结构和第三测试结构施加电压，此时，以上所有情况下发生的通孔偏移均会由本测试结构监测到。

需要说明的是，在实际应用中，一般都会设置若干个所述测试结构，所述测试结构重复排列构成多组单元测试结构。

实施例二

如图5所示，本实用新型提供一种监测通孔偏移的测试结构，所述测试结构至少包括：第一测试结构、第二测试结构，第三测试结构。

需要说明的是，本实施例与实施例一的区别是，本实施例的第二测试结构与第三测试结构点连至同一焊垫，即第二焊垫23，而实施例一中的第二测试结构和第三测试结构分别连接至不同焊垫，即分别连接至第二焊垫23和第三焊垫33。当给实施例一中的第二焊垫23和第三焊垫33施加相同电压时，实施例一的测试结构则与本实施例中的测试结构监测效果一致。

本实用新型测试结构的工作过程如下：

通过所述第一焊垫13、第二焊垫23，分别给所述第一测试结构、第二测试结构施加不同的电压，此时，本测试结构可以同时监测所述第三测试结构中的第三通孔32或者金属层31是否与第一测试结构中位置对应的金属层11或第一通孔121在X方向上存在偏移、监测所述第一测试结构中的第一通孔122或者金属层11是否与第二测试结构中位置对应的金属层21或第二通孔22在Y方向上存在偏移、所述第一测试结构中的第一通孔121与第二测试结构中的第二通孔22是否存在面对面偏移。若以上通孔发生偏移则会使得所述第一测试结构、第二测试结构、第三测试结构之间的介质层变薄，从而使测试结构的击穿电压发生变化。因此，技术人员从击穿电压是否发生变化，可以判断测试结构中是否有通孔发生偏移。

需要说明的是，在实际应用中，一般都会设置若干个所述测试结构，所述测试结构重复排列构成多组单元测试结构。

本实施例中的测试结构，仅仅设置两个焊垫13、23，与实施例一的测试结构相比，可以节省版图面积，提高焊垫的利用率。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。