专利名称：具有经通孔环状连接的多个焊盘的半导体器件及评估方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件以及评估该半导体器件的方法。
技术背景在评估半导体器件的特性中，通过测量接触孔或者通孔的电阻检査导电性。那些在专利文献1和专利文献2中所描述的是至今已知的能够评估这种接触孔和通孔的导电特性的半导体器件。作为相关技术，专利文献l描述了在通孔被串联连接的情况下的半导体器件的检查图形。在图12中所示的半导体器件40中，与端子131在 同一层的上层互连111被电连接至下层互连121，并且进一步经由通孔 102连接到上层互连H2。类似地，经由通孔103至106，下层互连122、 上层互连113、下层互连123和上层互连114分别连接，从而端子131和 端子132被连接。专利文献2描述了一种半导体器件，其中，多个具有不同电阻值的 导电互连经由中间层电介质通过被堆叠而提供，并且每个导电互连的 两端被平行地连接到在堆叠方向上的相邻导电互连。通过跨过导电互 连的两端施加电压，在预先准备的当前值和测量值之间比较，并识别 断线来进行对半导体器件的评估。这种安排使多个TEG (测试元件组) 能够被垂直地堆叠，并且进一步地能够通过使用公共电极对多个TEG 同时测量。由于这个原因，TEG区域和电极区域能够被减少。[专利文献l]日本专利特开2001- 144253 [专利文献2]日本专利特开 2005-223227
发明内容然而，因为在图12中所解释的半导体器件40中，只对端子131和端 子132之间的电阻的进行了测量，难以测量在端子131和端子132之间被 串联连接的不同层中形成的多个通孔中每一个的电阻。而且，为了同 时测量在不同层中形成的两个通孔的电阻，两个端子被用于一个通孔， 从而导致了进一步需要用于形成端子的区域的问题。在专利文献2所描述的半导体器件中，对多个导电性互连进行断线 识别。因为这个原因，难以检测互连短路，而除了断线之外，这也导 致半导体器件中的故障。如图13所示，通过将电极焊盘56和通孔链R安排在一条直线上，进行半导体器件的通孔电阻的一般测量。例如，下面将描述在半导体器 件50具有五层铝互连的情况下通孔电阻的测量。图14A和图14B分别示出了图13的A-A'剖视图和B-B'剖视图。在半 导体器件50中，在最下层的铝互连571上形成铝互连572、铝互连573、 铝互连574以及最上层的铝互连575。在其中形成检查图形的最上层的 铝互连575用作电极焊盘56。每层的铝互连经由塞58被连接。在每个铝 互连层中，形成其中多个通孔被以链形连接的通孔链R。电极焊盘56a和电极焊盘56b被通过第一通孔链Rl连接，并且电极 焊盘56b和电极焊盘56c被通过第二通孔链R2连接。电极焊盘56d和电极 焊盘56e被通过第三通孔链R3连接,并且电极焊盘56e和电极焊盘56fl皮 通过第四通孔链R4连接。接下来，将使用图15和图16描述评估方法。通孔电阻测量仪器(未 示出)主要由三个探针，即探针591、探针592和探针593、 DC电源、电 表1和电表2以及开关1和开关2组成。
首先，将探针591、探针592和探针593分别与电极焊盘56a、电极 焊盘56b和电极焊盘56c接触。开关1被接通并且开关2被切断(图15)。 通过电源的使用，探针592的电压被设置为零，并且探针591的电压被 施加从而该电压变成Ev，通过使用电表1测量此时流过探针591的电流。 通过下面等式(1)得到第一通孔链Rl的电阻Rab。Rab = Ev〃a... (1)如果用Nt表示在一条通孔链Rl中的通孔的数目，那么通过下面等 式(2)得到每个通孔的电阻r (平均电阻)。rab-Rab/N卜.(2)接下来，将探针591、探针592和探针593分别与电极焊盘56a、电 极焊盘56b和电极焊盘56c保持接触，切断开关1而接通开关2。通过电源 的使用，探针592的电压被设置为零，并且探针593的电压被施加从而 该电压变成Ev，使用电表2测量此时流过探针593的电流Ic。通过下面等 式(3)得到第二通孔链R2的电阻Rbc。Rbc = Ev/Ic.,. (3)如果用N2表示在一条通孔链R2中的通孔的数目，那么通过下面等 式(4)得到每个通孔的电阻r (平均电阻)。rbc = Rbc/N2.., (4)将探针591、探针592和探针593分别与电极焊盘56d、电极焊盘56e 和电极焊盘56f保持接触，通过与上述相同的操作也可以得到第三通孔 链R3的电阻Rde和第四通孔链R4的电阻Ref 。
以这种方式，得到每条通孔链的电阻，并且进行每个通孔的电阻领!l量。然而，在这样的半导体器件中，在Rab和Rbc的测量期间，电极焊 盘56a、电极焊盘56b和电极焊盘56c被使用，而电极焊盘56d、电极焊盘 56e和电极焊盘56f未被使用。另一方面，在Rde和Ref的测量期间，电极 焊盘56d、电极焊盘56e和电极焊盘56fl皮使用，而电极焊盘56a、电极焊 盘56b和电极悍盘56c未被使用。即，使用六个电极焊盘以测量四种电阻 R。当通过使用三个探针而使用三个电极焊盘时，余下的三个电极焊盘 未被使用。因此，在这种情况下，其上形成检査图形的电极焊盘所占 据的区域增加了 (即，需要没用的区域)，这就引起了尤其是半导体 器件无法进一步縮小以及多层互连的问题。半导体器件包括多层互连结构，其中，互连层和过孔层被交替地 堆叠，并且通过在过孔层中形成的多个通孔所构建的多条通孔链，与 在通孔中和过孔层上部和下部中提供的互连彼此连接。在不同过孔层 中提供的通孔链被连接，以便经由电极焊盘形成环，从而通过使用电 极焊盘，同时测量在不同过孔层中提供的两条通孔链的电阻。在该半导体器件中，具有不同过孔层的通孔链被连接，以便经由 电极焊盘形成环，从而通孔链共享一个电极焊盘。因此，这使得有可 能减少在具有不同过孔层的多条通孔链的电阻的测量中使用的电极焊 盘的数量，并且减少检查图形的区域。该半导体器件的一种评估方法包括用于测量通孔链的电阻的三个或更多的电极焊盘，并且在这些电极焊盘中，第一电极焊盘的电压被 设置为0，指定电压同时被施加到第二电极焊盘和第三电极焊盘，并测 量由于该电压施加而流动的电流，从而同时测量连接在第一电极焊盘 和第二电极焊盘之间的通孔链的电阻以及连接在第一电极焊盘和第三 电极焊盘的通孔链的电阻。
在半导体器件的一种评估方法中，使用第一电极焊盘、第二电极 焊盘和第三电极焊盘，第一电极焊盘的电压被设置为O，指定电压同时 被施加到第二电极焊盘和第三电极焊盘，并且测量由于该电压施加而 流动的电流。例如，在通孔链和电极焊盘被环状连接的情况下，当第一电极焊盘的电压被设置为o且电压v被施加到第二电极焊盘，从电源直接流出的电流和循环穿过环的电流也流过第二电极焊盘。在这种情 况下，难以精确地测量流过第二电极焊盘的电流。相反，在根据本发明的半导体器件的评估方法中，第一电极焊盘的电压被设置为o，指定电压同时被施加到第二电极焊盘和第三电极焊盘。因此，循环流过第二电极焊盘和第三电极焊盘的电流彼此互相抵 消，从而只有直接来自电源的流过第二电极焊盘和第三电极焊盘的电 流被测量。因为该原因，同时精确地测量第二电极焊盘和第三电极焊 盘中的每一个的电流变为可能，并且同时测量连接在第一电极焊盘和 第二电极焊盘之间的通孔链的电阻以及连接在第一电极焊盘和第三电极焊盘之间的通孔链的电阻也变为可能。因此，测量时间能够被缩短。根据本发明，实现了一种具有下述结构的半导体器件以及一种测 量时间被縮短的半导体器件评估方法，其中所述半导体器件的结构为， 具有不同过孔层的通孔链的电阻被测量，并且用于电阻测量的检査图 形的区域被縮小。
根据下面结合附图对某些示例性实施例的描述，本发明的上述及其他示例性方面、优势及特征将更为明显。其中图l是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的俯视图；图2是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；8
图3是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；图4是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；图5是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；图6是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；图7是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例的剖视图；图8是示出了使用根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例 的方法的俯视图；图9是示出了使用根据本发明的半导体器件的第一实施例的方法 的俯视图；图10A至图10C是示出了根据本发明的半导体器件的第二示例性实施例的俯视图；图11A至图11E是示出了根据本发明的半导体器件的第三示例性实施例的俯视图；图12是示出相关技术的半导体器件的俯视图； 图13是示出相关技术的半导体器件的俯视图； 图14A和14B是示出相关技术的半导体器件的剖视图； 图15是示出了如何使用相关技术的半导体器件的俯视图；以及 图16是示出了如何使用相关技术的半导体器件的俯视图。
具体实施方式
图1至图7是示出了根据本发明的半导体器件的第一示例性实施例 的俯视图或剖视图。图1的C-C'剖视图、D-D'剖视图、E-E'剖视图、F-F' 剖视图、G-G'剖视图和H-H，剖视图分别在图2、图3、图4、图5、图6 和图7中示出。
半导体器件10具有五层铝互连，其中，互连层13和过孔层14被交 替地堆叠。
互连层13是这样的在最下层的铝互连171上面，铝互连172、铝 互连173、铝互连174以及铝互连175以这种顺序形成。检查图形在最上 层的铝互连175上形成，并且用作电极焊盘16 (16g， 16h， 16i， 16j)。 该检查图形作为用于检查产品晶片的器件特性的图形，与器件互连同 时形成，并且用于在切割前检査特性。
在每个过孔层14中，形成多个通孔s。每个过孔层14的通孔s的数 量可以不同。这些通孔s以及在每个通孔层14的上部和下部中提供的 铝互连被连接，从而形成通孔链S。通孔链S的两端中的每个都经由铝 互连和过孔层被连接到电极焊盘16。塞18在电极焊盘16的下面形成并 且被连接到通孔链S。在单个过孔层14中形成的多个通孔s和在过孔层 14的上部和下部中提供的铝互连被连接，从而形成通孔链S。即，在不 同单个过孔层14中形成的通孔链S经由电极焊盘16被连接。结果，具有 不同过孔层的通孔链S被连接，从而经由电极焊盘16形成环，因此，可 以对每个具有不同过孔层的通孔链S测量电阻。换言之，因为通孔链S 具有的通孔s在单个过孔层14中形成，所以可以为每个过孔层14测量 通孔链S的电阻。
下文将详细描述图1的C-C'剖视图、D-D'剖视图、E-E'剖视图、F-F' 剖视图、G-G'剖视图和H-H'剖视图。如图2和图5所示，在铝互连172和173之间的过孔层14中形成的多 个通孔s被以链形连接至铝互连172和173，从而形成通孔链S2。通孔 链S2的一端被连接到电极焊盘16g,并且其另一端被连接到电极焊盘 16i。
如图3所示，在铝互连171和172之间的过孔层14中形成的多个通孔
s被以链形连接到铝互连171和172，从而形成通孔链S1。通孔链S1的 一端被连接到电极焊盘16g，并且其另一端被连接到电极焊盘16h。如图4和图7所示，在铝互连173和174之间的过孔层14中形成的多 个通孔s被以链形连接到铝互连173和174，从而形成通孔链S3。通孔 链S3的一端被连接到电极焊盘16h，并且其另一端被连接到电极焊盘 16j。如图6所示，在铝互连174和175之间的过孔层14中形成的多个通孔 s被以链形连接到铝互连174和175，从而形成通孔链S4。通孔链S4的 一端被连接到电极焊盘16i，并且其另一端被连接到电极焊盘16j。如图1所示，以这种方式，电极焊盘16g和电极焊盘16h通过第一通 孔链S1连接；电极焊盘16g和电极焊盘16i通过第二通孔链S2连接；电极 焊盘16h和电极焊盘16j通过第三通孔链S3连接；并且电极焊盘16i和电 极焊盘16j通过第四通孔链S4连接。换句话说，通孔链S被连接，从而经 由电极焊盘16形成环。接下来，通过使用图8和图9来说明评估方法。通孔电阻测量仪器 (未示出)主要由三个探针，即探针191、探针192和探针193、 DC电源、 电表和开关组成。半导体器件10具有用于测量通孔链S的电阻的四个电 极焊盘。首先，将探针191、探针192和探针193分别与电极焊盘16g、电极 焊盘16h、电极焊盘16i接触。通过电源的使用，电极焊盘16g的电压被 设置为零，并且电极焊盘16h和电极焊盘16i的电压被同时施加，从而该 电压变成Ev，并且由于该施加而流过探针192和探针193的电流m和电流 Ii被分别使用电表l和电表2测量(图8)。连接在电极焊盘16g和电极焊 盘16h之间的第一通孔链Sl的电阻Rgh，以及连接在电极焊盘16g和电极 焊盘16i之间的第二通孔链S2的电阻Rgi被分别通过下面的等式(5)和等式(6)得出。Rgh = EWIh... (5) Rgi = Ev/Ii... (6)如果在一条通孔链S1，S2中通孔s的数量分别用N1， N2表示(N等 于2或大于2的整数)，那么每个通孔s的电阻r (平均值)分别由下列 等式(7)和等式(8)得出。这是因为，形成在单个过孔层14的多个 通孔s被认为具有类似的对于每个过孔层14的阻值。rgh,h/N,…(7) rgi = Rgi/N2... (8)接下来，将探针191、探针192和探针193分别与电极焊盘16h、电 极焊盘16i、电极焊盘16j接触。通过电源的使用，电极焊盘16j的电压被 设置为零，并且电极焊盘16h和电极焊盘16i的电压被同时施加，从而该 电压变成Ev，并且由于该施加而流过探针191和探针192的电流Ih电流Ii 被分别使用电表1和电表2测量(图9)。在电极焊盘16h和电极焊盘16j 之间被连接的第三通孔链S3的电阻Rhj，以及在电极焊盘16i和电极焊盘 16j之间被连接的第四通孔链S4的电阻Rij被分别通过下列等式(9)和 等式(10)得出。Rhj = Ev〃h... (9) Rij = Ev〃i". (10)如果在一条通孔链S3，S4中通孔s的数量分别用N3， N4表示，那 么每个通孔s的电阻r (平均值)分别由下列等式(11)和等式(12) 得出。这是因为，形成在单个过孔层14的多个通孔s被认为具有类似 的对于每个过孔层14的阻值。
<formula>formula see original document page 13</formula>以这种方式，从每条通孔链S的电阻R得出每个通孔s的电阻r。在 该实施例中，四条通孔链S被经由四个电极焊盘16连接从而形成环，从 而经由四个电极焊盘16，两个不同的通孔链S共享一个电极焊盘16。因 此，在四条通孔链的电阻的测量中使用的电极焊盘的数量被限制为一 共四个，并且能够减少检查图形的面积。此外，因为通孔链S具有的通 孔s被形成在不同的单个过孔层14中，从不同过孔层14形成的通孔链S 被连接到被通孔链S共享的电极焊盘16，因此测量每个过孔层14的通孔 链S的电阻变为可能。此外，在相关领域的半导体器件50中，六个电极焊盘被用于测量 四种电阻R，并且当三个探针用于测量三个电极焊盘时，余下的三个电 极焊盘未被使用。与之形成对比的是，在本实施例的半导体器件10中， 四个电极焊盘被用于测量四种电阻R，并且两种电阻R能够通过使用三 个探针而同时地被测量。因此，在这种情况下，被电极焊盘占据的区 域能够被减小，其中检査图形被形成在所述区域上，并且在试算中， 区域的减少可能达到大约8%至30%。结果，半导体器件的进一步縮小 以及多层互连变为可能。在评估半导体器件的通常方法中，在通孔链和电极焊盘被连接的 情况下，例如，当第一电极焊盘的电压被设置为O并且电压V被施加到 第二电极焯盘时，直接从电源流出的电流和循环流过电表的电流也流 过第二电极焊盘。在这种情况下，难以精确测量流过第二电极焊盘的 电流。相反，在根据本发明的半导体器件的评估方法中，电极焊盘16g 的电压被设置为O，指定电压被同时施加到电极焊盘16h和电极焊盘16i 上。因此，循环通过电极悍盘16h和电极焊盘16i而流动的电流彼此互相 抵消，并且仅有由于电压Ev的电流流过电极焊盘16h和电极焊盘16i，因 此在电流测量上没有影响。由于这个原因，同时对每个电极焊盘16h邦
电极焊盘16i的精确电流测量是可能的，并且同时测量连接在电极焊盘16g和电极焊盘16h之间的通孔链Sl的电阻，以及连接在电极焊盘16g和 电极焊盘16i之间的通孔链S2的电阻也是可能的。因此，测量时间能够 被縮短。图10A和图10C是示出了根据本发明的半导体器件的第二示例性 实施例的俯视图。第一示例性实施例是四个电极焊盘被安排在直线上 的实例，而在本实施例的半导体器件20中，四个电极焊盘被以二乘二 的矩阵的状态安排。如图10A中所示，四个电极焊盘26被连接，从而经 由通孔链U1、 U2、 U3和U4形成环。以与第一实施例中所描述的方式相同的方式进行通孔链U1、 U2、 U3和U4的电阻的测量。在那种情形下，如图10B和图10C中所示，三个 探针29被连接至它们各自的电极焊盘26。在中间的探针29上的电压被 设置为零，在两侧的探针29上的电压被同时施加，从而该电压变成V， 并且流过两侧的探针29的电流被测量。以该方式，得到U1、 U2、 U3和 U4的电阻R。在第一示例性实施例中，电极焊盘16被安排为单一横行。在第二 实施例的半导体器件20中，电极焊盘26被以二乘二的矩阵状态安排。 由于这个原因，检査图形的区域能够被减少并且节省空间变为可能。图11A至图11E是示出根据本发明的半导体器件的第三示例性实 施例的俯视图。第一示例性实施例是在具有四层铝互连和电极焊盘层 的结构的半导体器件中，四个电极焊盘被安排为直线的示例。相反， 在本实施例中，在具有六层铝互连和电极焊盘层的结构的半导体器件 30中，六个电极焊盘36被以二乘三的矩阵状态安排。如图11A所示，六 个电极焊盘36被连接，从而经由通孔链T1、 T2、 T3、 T4 、 T5和T6形 成环。 以与第一实施例中描述的方式相同的方式，进行通孔链T1、 T2、 T3、 T4 、 T5和T6的电阻的测量。在那种情形下，如图11B至图11D中 所示，三个探针39被连接到各自的电极焊盘36。在它们中间的探针39 上的电压被设置为零，同时在两侧的焊盘39上的电压被同时施加，从 而该电压变成V，并且流过两侧的探针39的电流被测量。以该方式，得 到T1、 T2、 T3、 T4 、 T5和T6的电阻R。环检查图形能够被形成，从而 获得与互连层的数目相同的电极焊盘的数目。根据本发明的半导体器件及其评估方法不限于上述实施例，并且 各种修改是可能的。例如，在本实施例中，描述了一种情况，其中， 通过连接在不同单个过孔层中形成的多个通孔和在所述过孔层的上部 和下部提供的互连，形成具有不同过孔层的通孔链。然而，通孔链可 以跨过多个过孔层的不同层形成。S卩，通孔链是被连接的在多个过孔 层中形成的通孔与在所述过孔层的上部和下部提供的互连，因此，通 孔链具有由于在过孔层的数目和组合上的差异而不同的过孔层。结果， 具有不同过孔层的两条通孔链经由电极焊盘而被环状地连接，因此， 同时测量具有不同过孔层的两条通孔链的电阻是可能的。不管形成了多少电极焊盘，只要电极焊盘的数目是三个或更多，这就是允许的。同样地，在电阻测量中使用的探针的数目也不限于三 个。此外，注意的是申请人的目的是包括所有权利要求的等同物，即 使执行中后来被修改。
权利要求
1. 一种半导体器件，包括多层互连结构，其中，互连层和过孔层被交替地堆叠；以及多条通孔链，其由在所述过孔层中形成的多个通孔和在所述过孔层的上部和下部以及在所述通孔中提供的多个互连形成；其中，在不同过孔层提供的所述通孔链被连接，以便于经由电极焊盘形成环，从而通过使用所述电极焊盘可同时测量在不同过孔层中提供的两条通孔链的电阻。
2. 如权利要求l所述的半导体器件，其中，所述多条通孔链的所 述通孔链是通过在单个过孔层中形成的所述多个通孔和在所述过孔层 的上部和下部中提供的互连彼此连接而构建的。
3. 如权利要求l所述的半导体器件，其中，所述电极焊盘被以矩 阵状态安排，并且经由所述通孔链被连接以形成环。
4. 一种评估半导体器件的方法，包括制备第一、第二和第三电极焊盘，其经由在通孔中交替地堆叠的互连层和过孔层环状地彼此连接，以提供通孔链； 将第一电压供应给所述第一电极焊盘； 将第二电压供应给所述第二和第三电极焊盘；以及 同时测量被连接在所述第一和第二电极焊盘之间的通孔链的电阻以及被连接在所述第一和第三电极焊盘之间的通孔链的电阻。
5. —种半导体器件，包括-多个布线层； 多个过孔层；以及通过所述布线层和所述过孔层被环状地彼此连接的多个电极焊
6. 如权利要求5所述的半导体器件，其中，在所述多个电极焊盘 的第一和第二电极焊盘之间的所述过孔层的数目，不同于在所述多个 电极焊盘的所述第一电极焊盘和第三电极焊盘之间的所述过孔层的数 目。
7. 如权利要求5所述的半导体器件，其中，在所述多个电极焊盘 的第一和第二电极焊盘之间的所述布线层的数目，不同于在所述多个 电极焊盘的所述第一电极焊盘和第三电极焊盘之间的所述布线层的数 目。
8. 如权利要求5所述的半导体器件，其中，所述电极焊盘被安排 为矩阵。
9. 如权利要求5所述的半导体器件，其中，所述电极焊盘被安排 为单一直线。
10. 如权利要求6所述的半导体器件，其中，所述电极焊盘的数 目是六或更多。
11. 如权利要求5所述的半导体器件，其中，所述电极焊盘的数 目与被定义为相应电极焊盘之间的导电路径的电阻器的数目相同。
全文摘要
本发明涉及一种具有经通孔环状连接的多个焊盘的半导体器件及评估方法。该半导体器件包括多层互连结构，其中互连层和过孔层被交替地堆叠；以及多条通孔链，其由在所述过孔层中形成的多个通孔和在所述过孔层的上部和下部以及在所述通孔中提供的多个互连形成；其中，在不同过孔层提供的所述通孔链被连接，以便于经由电极焊盘形成环，从而通过使用所述电极焊盘可同时测量在不同过孔层中提供的两条通孔链的电阻。本发明提供了具有上述结构的半导体器件和测量时间被缩短的半导体器件评估方法。
文档编号G01R27/02GK101399255SQ200810213860
公开日2009年4月1日 申请日期2008年9月11日 优先权日2007年9月11日
发明者工藤健司 申请人:恩益禧电子股份有限公司