专利名称：金属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法
技术领域：
本发明设计半导体制程工艺中的测试方法，更具体地说，涉及一种金 属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法。
背景技术：
在半导体制程工艺中，化学机械平坦化(CMP)是金属制程工艺中所 不可缺少的重要技术。尤其是在制作铜层的过程中。
CMP是对图形敏感的工艺，在大块图形上具有更高的刻蚀速度(例如 大块铜图形进行CMP时，速度会比小块的铜或者铜导线快很多，因此在 大块的铜或者其他金属上进行CMP时会产生凹陷(dishing)的现象。
目前，多层金属互连已得到广泛的应用，尤其是在多层金属布线领域。 比如，常用的8层铜互连技术。在采用多层金属互连技术时，前层的金属 如果在CMP过程中产生凹陷，则这种凹陷会影响到后层金属，使得后层 金属在CMP过程中更加容易产生凹陷，并且凹陷会更加明显。这种累加 的效果使得凹陷的效应被逐渐放大，极大地影响后面的层次的金属CMP。 严重的情况下可能会造成桥接现象(CMP没有完全清除不需要的金属层， 使得原本不应该连接的器件由于残留的金属层而互相连接)的出现而使得 器件短路，即使没有严重到出现桥接的现象，CMP引起的凹陷现象也会影 响器件的性能。
CMP引起的凹陷会引起器件严重的性能缺陷，因此需要被及时地发 现，以便进行修正，在本领域中，急需一种能有效并且方便地测试金属凹 陷现象的技术。
发明内容
本发明旨在提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法，能 简便有效地测试金属制程工艺中产生的凹陷现象。
本发明利用了如下的原理金属凹陷现象会改变器件的电阻阻值，当 出现桥接现象时，还会在通电时产生很大的短路电流，因此只需要在待测 金属层两端施加电压，通过检测电流和电阻的值就能确定是否存在凹陷的 现象。另外，由于凹陷的现象具有累加的效应，因此只要测试最后层的金 属层，就能确定是否在所有的金属层中是否存在不能容忍的凹陷现象。
根据本发明的 一 方面，提供 一 种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构， 其中，待测金属层依次排列；该测试结构包括第一测试片，第一测试片延 伸出第一测试导线，第一测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少 有一个分支与之连接；第二测试片，第二测试片延伸出第二测试导线，第 二测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接； 第二测试导线还连接到第三测试片；其中，在第一测试片和第二测试片之 间施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在51起桥接的凹陷现象； 以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大小测 试是否存在不足以？ I起桥接的凹陷现象。
根据一实施例，第一测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的
长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待测金属层；横向 分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每一个横向 分支分別连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结构，连接 到第一测试片。
第二测试导线包括横向分支和连接分支，横向分支包括数个，每一个 待侧金属层至少与一个横向分支相连；连接分支将每一个横向分支依次相 连，使得第二测试导线的横向分支和连接分支构成串联的导线结构， 一端 连接到第二测试片，另一端连接到第三测试片。
其中，每一个金属层的宽度不大于一预定的金属层宽度b,金属层之 间的间距不大于一预定的金属层间距a;第一测试导线、第二测试导线以 及它们的分支的宽度不大于一预定的测试导线宽度c，任意的两条导线或 者分支之间的间距不大于 一预定的导线间距d 。
该待测金属层典型的为铜层。
根据本发明的另 一方面，提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试方
法，包括，依次排列待测金属层；设置第一测试片，并从第一测试片延伸
出第一测试导线，该第一测试导线包括数个分支，使每个金属层至少与一
个分支相连接；设置第二测试片，并从第二测试片延伸出第二测试导线， 该第二测试导线包括数个分支，使每个金属层至少与一个分支相连接；设 置第三测试片，并连接到第二测试导线；在第一测试片和第二测试片之间 施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象；以 及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，才艮据测得的电阻的大小测试 是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。
根据一实施例，第一测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的 长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待测金属层；横向 分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每一个横向 分支分别连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结构，连接 到第一测试片。
第二测试导线包括横向分支和连接分支，横向分支包括数个，每一个 待侧金属层至少与一个横向分支相连；连接分支将每一个横向分支依次相 连，使得第二测试导线的横向分支和连接分支构成串联的导线结构， 一端 连接到第二测试片，另一端连接到第三测试片。
其中，每一个金属层的宽度不大于一预定的金属层宽度b,金属层之 间的间距不大于一预定的金属层间距a;第一测试导线、第二测试导线以 及它们的分支的宽度不大于一预定的测试导线宽度c,任意的两条导线或 者分支之间的间距不大于一预定的导线间距d。
该待测金属层典型的为铜层。
釆用本发明的技术方案，能够方便地测试是否在金属层中存在金属凹 陷的现象，以及是否存在严重到产生桥接的金属凹陷的现象。从而可以进 行及时地修正，避免由于凹陷现象而产生的器件损坏。
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对 实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同
的特征，其中
图1A和图1B是根据本发明的一实施例，金属凹陷现象的测试结构的 结构图2是根据本发明的 一 实施例，进行电流测试时的示意图； 图3是根据本发明的一实施例，进行电阻测试时的示意图； 图4是根据本发明的一实施例，金属凹陷现象的测试方法的流程图。
具体实施例方式
如上面所述的，本发明的测试原理是金属凹陷现象会改变器件的电 阻阻值，当出现桥接现象时，还会在通电时产生很大的短路电流，因此只 需要在待测金属层两端施加电压，通过检测电流和电阻的值就能确定是否 存在凹陷的现象。另外，由于凹陷的现象具有累加的效应，因此只要测试 最后层的金属层，就能确定是否在所有的金属层中是否存在不能容忍的凹 陷现象。
因此，本发明提供具有如下结构的金属制程工艺中凹陷现象的测试结 构100,参考图1A和图1B所示，
待测金属层102a、 102b…102n依次排列。其中，102n是最后层，之 前的金属层都可被称为前层金属，由于金属凹陷现行具有累加效应，因此， 最后层的金属的凹陷效应最为明显，根据简化的实现方式，也可以仅仅测 试最后层102n。根据一实施例，每一个金属层102的宽度不大于一预定的 金属层宽度b,金属层之间的间距不大于一预定的金属层间距a。预定的金 属层宽度b和预订的金属层间距a可根据该金属层所应用的器件的设计规 范确定。
第 一测试片104,第 一测试片延伸出第 一测试导线104a,第 一测试导 线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接。参考图1B 所示，第一测试导线104a包括纵向分支104b和横向分支104c。其中纵 向分支104b的长度大于待测金属层102的宽度总和并延伸跨越所有的待 测金属层102。横向分支104c包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横 向分支104c相连，每一个横向分支分別连接到纵向分支104b,使得第一
测试导线构成并联的导线结构，连接到第一测试片104。
第二测试片106,第二测试片106延伸出第二测试导线106a，第二测 试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接；第二 测试导线还连接到第三测试片108。参考图1B所示，第二测试导线106a 包括横向分支106b和连接分支106c。横向分支106b包括数个，每一个 待侧金属层102至少与一个横向分支106b相连；连接分支106c将每一个 横向分支106b依次相连，使得第二测试导线106a的横向分支106b和连 接分支106c构成串联的导线结构，该串连的导线结构的一端连接到第二测 试片106，另一端连接到第三测试片(图中未示出)。
根据一实施例，第一测试导线104a、第二测试导线106a以及它们的 分支的宽度不大于一预定的测试导线宽度c，任意的两条导线或者分支之 间的间距不大于一预定的导线间距d。预定的金属层宽度c和预订的金属 层间距d可根据该金属层所应用的器件的设计规范确定。
在进行测试时，在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得 的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象。如果存在桥接，则会出 现很大的短路电流，根据测试电流的大小，就能确定是否出现了严重的凹 陷现象。上述的测试电流的过程可参考图2所示。
在一些情况下，凹陷并没有严重到出现桥接的状况，因此不会出现短 路电流，但是这样的凹陷依然会影响器件的性能。对于这种凹陷，会引起 电阻值的变化，因此根据本发明，在第二测试片和第三测试片之间施加电 压，根据测得的电阻的大小就能测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。 如果没有凹陷现象出现(或者凹陷不会影响器件的性能时)，电阻值应当 在一定的范围之内，如果电阻值超出了预定的范围，则说明存在凹陷现象。 上述的测试电阻的过程可参考图3所示。
本发明所提供的方法典型的应用是用于铜层，比如8层铜连接技术中。
本发明还提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试方法，参考图4所 示，该方法400包括，
402.依次排列待测金属层102a、 102b…102n。其中，102n是最后 层，之前的金属层都可被称为前层金属，由于金属凹陷现行具有累加效应，因此，最后层的金属的凹陷效应最为明显，根据筒化的实现方式，也可以
仅仅测试最后层102n。根据一实施例，每一个金属层102的宽度不大于一 预定的金属层宽度b，金属层之间的间距不大于一预定的金属层间距a。预 定的金属层宽度b和预订的金属层间距a可根据该金属层所应用的器件的 设计^L范确定。
404.设置第一测试片104,并从第一测试片延伸出第一测试导线 104a，第一测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与 之连接。参考图1B所示，第一测试导线104a包括纵向分支104b和横向 分支104c。其中纵向分支104b的长度大于待测金属层102的宽度总和并 延伸跨越所有的待测金属层102。横向分支104c包括数个，每一个待侧金 属层至少与一个横向分支104c相连，每一个横向分支分别连接到纵向分支 104b,使得第一测试导线构成并联的导线结构，连接到第一测试片104。
406.设置第二测试片106,并从第二测试片106延伸出第二测试导 线106a，第二测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支 与之连接；第二测试导线还连接到第三测试片108。参考图1B所示，第二 测试导线106a包括横向分支106b和连接分支106c。横向分支106b包括 数个，每一个待侧金属层102至少与一个横向分支106b相连；连接分支 106c将每一个横向分支106b依次相连，使得第二测试导线106a的横向 分支106b和连接分支106c构成串联的导线结构，该串连的导线结构的一 端连接到第二测试片106,另一端连接到第三测试片108。
根据一 实施例，第 一测试导线104a、第二测试导线106a以及它们的 分支的宽度不大于一预定的测试导线宽度c，任意的两条导线或者分支之 间的间距不大于一预定的导线间距d。预定的金属层宽度c和预订的金属 层间距d可根据该金属层所应用的器件的设计规范确定。
408.在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的 大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象。如果存在桥接，则会出现很大的 短路电流，根据测试电流的大小，就能确定是否出现了严重的凹陷现象。 上述的测试电流的过程可参考图2所示。
410.在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的
大小就能测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。在一些情况下，凹陷 并没有严重到出现桥接的状况，因此不会出现短路电流，但是这样的凹陷 依然会影响器件的性能。对于这种凹陷，会引起电阻值的变化，因此根据 本发明，在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大 小就能测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。如果没有凹陷现象出现 (或者凹陷不会影响器件的性能时)，电阻值应当在一定的范围之内，如 果电阻值超出了预定的范围，则说明存在凹陷现象。上述的测试电阻的过 程可参考图3所示。
本发明所提供的方法典型的应用是用于铜层，比如8层铜连接技术中。
采用本发明的技术方案，能够方便地测试是否在金属层中存在金属凹 陷的现象，以及是否存在严重到产生桥接的金属凹陷的现象。从而可以进 行及时地修正，避免由于凹陷现象而产生的器件损坏。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟 悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做 出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应 该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求
1.金属制程工艺中凹陷现象的测试结构，其特征在于，待测金属层依次排列；第一测试片，第一测试片延伸出第一测试导线，第一测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接；第二测试片，第二测试片延伸出第二测试导线，第二测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接；第二测试导线还连接到第三测试片；其中，在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象；以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大小测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。
2. 如权利要求1所述的测试结构，其特征在于， 第一测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待 测金属层；横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每 一个横向分支分别连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结 构，连接到第一测试片。
3. 如权利要求2所述的测试结构，其特征在于， 第二测试导线包括横向分支和连接分支，横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连； 连接分支将每一个横向分支依次相连，使得第二测试导线的横向分支和连接分支构成串联的导线结构， 一端连接到第二测试片，另一端连接到第三测试片。
4. 如权利要求3所述的测试结构，其特征在于，每一个金属层的宽度不大于一预定的金属层宽度b,金属层之间的间 距不大于一预定的金属层间距a;第一测试导线、第二测试导线以及它们的分支的宽度不大于一预定的 测试导线宽度c,任意的两条导线或者分支之间的间距不大于一预定的导 线间距d。
5. 如权利要求4所述的测试结构，其特征在于， 所述待测金属层为铜层。
6. 金属制程工艺中凹陷现象的测试方法，其特征在于， 依次排列待测金属层；设置第一测试片，并从第一测试片延伸出第一测试导线，该第一测试 导线包括数个分支，使每个金属层至少与一个分支相连接；设置第二测试片，并从第二测试片延伸出第二测试导线，该第二测试 导线包括数个分支，使每个金属层至少与一个分支相连接；设置第三测试片，并连接到第二测试导线；在第 一 测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的大小测 试是否存在引起桥接的凹陷现象；以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，^f艮据测得的电阻的大小测 试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。
7. 如权利要求6所述的测试方法，其特征在于， 第 一 测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待 测金属层；横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每 一个横向分支分别连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结 构，连接到第一测试片。
8. 如权利要求7所述的测试方法，其特征在于， 第二测试导线包括横向分支和连接分支，横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连； 连接分支将每一个横向分支依次相连，使得第二测试导线的横向分支和连接分支构成串联的导线结构， 一端连接到第二测试片，另一端连接到第三测试片。
9. 如权利要求8所述的测试方法，其特征在于， 每一个金属层的宽度不大于一预定的金属层宽度b，金属层之间的间距不大于一预定的金属层间距a;第一测试导线、第二测试导线以及它们的分支的宽度不大于一预定的 测试导线宽度c,任意的两条导线或者分支之间的间距不大于一预定的导 线间距d。
10. 如权利要求9所述的测试方法，其特征在于， 所述待测金属层为铜层。
全文摘要
本发明揭示了一种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构，其中待测金属层依次排列；该结构包括第一测试片，延伸出包括数个分支的第一测试导线；第二测试片，延伸出包括数个分支的第二测试导线；第二测试导线还连接到第三测试片；在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象；以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大小测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。采用本发明的技术方案，能够方便地测试是否在金属层中存在金属凹陷的现象，以及是否存在严重到产生桥接的金属凹陷的现象。从而可以进行及时地修正，避免由于凹陷现象而产生的器件损坏。
文档编号H01L23/544GK101373756SQ20071004507
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月21日 优先权日2007年8月21日
发明者梁山安, 鸣 章, 郭志蓉, 强 陈 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司