金属填充缺陷的检测结构及其方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属填充缺陷的检测结构及其方法。

背景技术：

随着集成电路工艺的发展，半导体工艺器件的尺寸不断微缩，半导体后段图形工艺越来越多采用大马士革工艺，此工艺条件下接触孔的刻蚀与填充往往是制约半导体工艺健康度的关键因素。

如果光刻工艺、蚀刻工艺不稳定将导致接触孔关键尺寸变化，当尺寸小到一定程度后，接触孔的金属填充就将成为技术瓶颈，结合填充工艺窗口和机台状况，往往容易产生接触孔金属填充不足的缺陷问题，此缺陷通常处在接触孔底部。正是因为金属填充不足位于接触孔底部，并且集成电路并未产生完全的断路问题，所以在线缺陷扫描无法进行有效的进行接触孔底部金属填充缺陷监控，当产品经由良率测试发现问题时，往往会有大量产品被影响甚至需要报废。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属填充缺陷的检测结构及其方法，以解决在线缺陷扫描无法有效地进行接触孔底部金属填充缺陷监控的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属填充缺陷的检测结构，包括：

衬底，所述衬底包括依次相连的对照区域、监控区域及外围区域；

第一多晶硅层，所述第一多晶硅层覆盖所述衬底，其中，所述对照区域的所述第一多晶硅层中形成有第一接触孔，所述外围区域的所述第一多晶硅层中形成有第二接触孔；

第一金属层，所述第一金属层形成于所述对照区域的所述第一多晶硅层上；

第二金属层，所述第二金属层形成于所述监控区域及所述外围区域的所述第一多晶硅层上；

第二多晶硅层，所述第二多晶硅层形成于所述第一金属层及所述第二金属层上，其中，所述对照区域的所述第二多晶硅层中形成有第三接触孔，所述监控区域的所述第二多晶硅层中以及所述外围区域的所述第二多晶硅层中形成有第四接触孔；

第三金属层，所述第三金属层形成于所述对照区域的所述第二多晶硅层上；以及

第四金属层，所述第四金属层形成于所述监控区域及所述外围区域的所述第二多晶硅层上；

其中，根据理想填充工艺的标准，所述第一接触孔及第三接触孔中填满金属使得所述第一接触孔、所述第一金属层、所述第三接触孔与所述第三金属层电性连接；根据批量生产工艺的标准，所述第二接触孔及所述第四接触孔中填充有金属使得所述第二接触孔、所述第二金属层、所述第四接触孔与所述第四金属层电性连接。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测结构中，所述衬底中形成有位于所述对照区域的第一有源区及位于所述外围区域的第二有源区，其中，所述第一有源区与所述第一接触孔电性连接，所述第二有源区与所述第二接触孔电性连接。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测结构中，所述第一有源区和所述第二有源区的离子导电类型均为p型，或者，均为n型。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测结构中，所述第一接触孔、第二接触孔、第三接触孔及第四接触孔中填充的金属的材质为钨、铝或者铜。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测结构中，所述第一接触孔的数量至少为两个，所述第一接触孔的数量与所述第三接触孔的数量相同。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测结构中，所述第二接触孔的数量至少为两个；所述第四接触孔的数量至少为两个。

基于同一发明构思，本发明还提供一种采用所述金属填充缺陷的检测结构进行的金属填充缺陷的检测方法，包括：

扫描所述检测结构以获得对照区域中的第三金属层反映的电压衬度像及监控区域中的第四金属层反映的电压衬度像；

将所述第四金属层反映的电压衬度像与所述第三金属层反映的电压衬度像作比较，完成缺陷检测。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测方法中，以所述第三金属层反映的电压衬度像的明暗程度为参照标准，判断所述第四金属层反映的电压衬度像的明暗程度以检测所述检测结构的第二接触孔或者第四接触孔的底部是否存在金属填充缺陷。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测方法中，当所述第四金属层反映的电压衬度像比所述第三金属层反映的电压衬度像暗时，所述检测结构的第二接触孔或者第四接触孔的底部存在金属填充缺陷。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测方法中，采用电子束扫描机台扫描所述检测结构。

可选的，在所述金属填充缺陷的检测方法中，采用正电势模式扫描所述检测结构，或者，采用负电势模式扫描所述检测结构。

综上，本发明提供一种金属填充缺陷的检测结构，包括：衬底、第一多晶硅层、第一金属层、第二金属层、第二多晶硅层、第三金属层及第四金属层，其中，所述衬底包括对照区域、监控区域及外围区域，所述第一多晶硅层中形成有第一接触孔及第二接触孔；所述第二多晶硅层中形成有第三接触孔及第四接触孔，所述第一接触孔、第一金属层、第三接触孔及第三金属层电性连接且位于所述对照区域，所述第三接触孔、所述第二金属层、第四接触孔及第四金属层电性连接且位于所述监控区域和/或外围区域。进一步的，本发明还提供一种金属填充缺陷的检测方法，包括：扫描所述检测结构以获得对照区域中的第三金属层反映的电压衬度像及监控区域中的第四金属层反映的电压衬度像；比较第三金属层反映的电压衬度像和第四金属层反映的电压衬度像，完成缺陷检测。利用所述检测结构，能够以所述对照区域的第一接触孔及第三接触孔的金属填充情况为参考标准，对所述第二接触孔和所述第四接触孔底部金属填充缺陷进行在线监控，从而在批量生产中能够有效监控接触孔底部金属填充不完全的缺陷，实时监控批量生产工艺的健康度，提高了批量制造的产品的良率。

附图说明

图1是本发明实施例的金属填充缺陷的检测结构主视示意图；

图2是本发明实施例的金属填充缺陷的检测结构俯视示意图；

其中，附图标记说明：

100-衬底，101-第一有源区，102-第二有源区，110-第一多晶硅层，111-第一接触孔，112-第二接触孔，121-第一金属层，122-第二金属层，130-第二多晶硅层，131-第三接触孔，132-第四接触孔，141-第三金属层，142-第四金属层。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的金属填充缺陷的检测结构及其方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本发明提供一种金属填充缺陷的检测结构，参考图1和图2，图1是本发明实施例的金属填充缺陷的检测结构主视示意图，图2是本发明实施例的金属填充缺陷的检测结构俯视示意图，所述金属填充缺陷的检测结构包括：衬底100、第一多晶硅层110、第一金属层121、第二金属层122、第二多晶硅层130、第三金属层141及第四金属层142，其中，所述衬底100包括对照区域301、监控区域302及外围区域303，所述第一多晶硅层110覆盖所述衬底100，其中，所述对照区域301的所述第一多晶硅层110中形成有第一接触孔111，所述外围区域303的所述第一多晶硅层110中形成有第二接触孔112，所述第一金属层121形成于所述对照区域301的所述第一多晶硅层110上，所述第二金属层122形成于所述监控区域302及所述外围区域303的所述第一多晶硅层110上，所述第二多晶硅层130形成于所述第一金属层121及所述第二金属层122上，其中，所述对照区域301的所述第二多晶硅层130中形成有第三接触孔131，所述监控区域302的所述第二多晶硅层130中以及所述外围区域303的所述第二多晶硅层130中形成有第四接触孔132，其中，所述第四接触孔132的数量至少为两个，具体的，至少一个所述第四接触孔132位于所述监控区域302的所述第二多晶硅层130中且至少一个所述第四接触孔132位于所述外围区域303的所述第二多晶硅层130中，所述第三金属层141形成于所述对照区域301的所述第二多晶硅层130上，所述第四金属层142形成于所述监控区域302及所述外围区域303的所述第二多晶硅层130上。

其中，根据理想填充工艺的标准，所述第一接触孔111及第三接触孔131中填满金属使得所述第一接触孔111、所述第一金属层121、所述第三接触孔131与所述第三金属层141电性连接；根据批量生产工艺的标准，所述第二接触孔112及所述第四接触孔132中填充有金属使得所述第二接触孔112、所述第二金属层122、所述第四接触孔132与所述第四金属层142电性连接，如图1所示，所述第一接触孔111、所述第一金属层121、所述第三接触孔131及所述第三金属层141电性连接且全部位于所述对照区域301；一部分所述第二金属层122、一部分所述第四接触孔132及一部分所述第四金属层142电性连接且位于所述监控区域302；所述第二接触孔112、另一部分所述第二金属层122、另一部分所述第四接触孔132及另一部分所述第四金属层142电性连接且位于所述外围区域303，所述对照区域301与所述监控区域302、所述外围区域303均没有电性连接，所述监控区域302与所述外围区域303通过所述第二金属层122、所述第四接触孔132及所述第四金属层142实现电性连接。在本实施例中，所述第一接触孔111、第二接触孔112、第三接触孔131及第四接触孔132中填充的金属的材质为钨、铝或者铜。利用所述检测结构，以所述对照区域301的第一接触孔111和所述第三接触孔131的金属填充状况为参考标准，监测所述外围区域303的所述第一多晶硅层110中的第二接触孔112底部金属填充缺陷，或者监测所述监控区域302及所述外围区域303的所述第二多晶硅层130中的第四接触孔132底部金属填充缺陷，或者监测所述监控区域302及所述外围区域303的所述第二接触孔112和所述第四接触孔132的金属填充缺陷，从而可以利用所述检测结构在后续的批量生产中有效监控接触孔底部金属填充不完全的缺陷，实时监控批量生产工艺的健康度，提高批量工艺制造的产品的良率。

进一步的，所述衬底100中形成有阱区，所述阱区中形成有第一有源区101和第二有源区102，所述第一有源区101位于所述对照区域301且与所述第一接触孔111电性连接，所述第二有源区102位于所述外围区域303且与所述第二接触孔112电性连接，所述第一接触孔111、所述第二接触孔112与不同的有源区电性连接，以确保所述第一接触孔111与所述第二接触孔112不存在任何的电性连接。所述第一有源区101和所述第二有源区102的离子导电类型均为p型，或者均为n型。在本实施例中，所述第一接触孔111的数量至少为2，所述第一接触孔111的数量与所述第三接触孔131的数量相同，所述第一接触孔111与所述第三接触孔131的数量相同。在现有技术中，接触孔通常连接用于源/漏极和金属层，或者，用于连接上层金属层和下层金属层，在本实施例中，所述第一接触孔111用于连接所述第一有源区101和第一金属层121；所述第二接触孔112用于连接所述第二有源区102和第二金属层122；所述第三接触孔131用于连接所述第一金属层121和第三金属层141；所述第四接触孔132用于连接所述第二金属层122和第四金属层142。

进一步的，所述第二接触孔112的数量至少为2。所述第一接触孔111、第一金属层121、第三接触孔131及第三金属层141这4层之间可以有不同的位置关系，对齐或者不对齐，其中，对齐的位置关系例如居中，左对齐，右对齐等，同样的，所述第二接触孔112、第二金属层122、第四接触孔132及第四金属层142之间有可以有不同的位置关系，只要保证所述对照区域301中各层均实现电性连接，所述监控区域302及所述外围区域303中各层均实现电性连接，以及所述对照区域301与所述监控区域302、所述外围区域303之间不存在电性连接。

所述金属填充缺陷的检测结构可以根据需要应用在批量生产工艺的接触孔在线监控中，通过对照区域与被监控区域(外围区域)的不同的扫描结果的对比，快速发现批量生产工艺的接触孔底部是否存在金属填充缺陷问题。

基于同一发明构思，本发明还提供一种采用所述金属填充缺陷的检测结构进行的金属填充缺陷的检测方法，包括：

第一步骤：扫描所述检测结构以获得对照区域301中的第三金属层141反映的电压衬度像及监控区域中302的第四金属层142反映的电压衬度像，其中，按理想填充工艺的标准在所述检测结构的第一接触孔111及所述检测结构的第三接触孔131中填满金属，保证所述检测结构的对照区域301的第一接触孔111及第三接触孔131没有铜填充缺陷；按批量生产工艺的标准在所述检测结构的第二接触孔112及所述检测结构的第四接触孔132中填充金属，即对所述检测结构的所述第二接触孔112及所述检测结构的第四接触孔131进行金属填充时，模拟产线上正常的工艺进行填充，这样所述监控区域302及所述外围区域303的第二接触孔112和第四接触孔132底部若存在金属填充缺陷，将会在后续与所述对照区域301的电压衬度像的比较的结果中显示出来，从而检测出所述监控区域302及所述外围区域303的第二接触孔112和第四接触孔132底部存在金属填充缺陷。具体的，采用电子束扫描机台扫描所述检测结构，进一步的，采用正电势模式扫描所述检测结构，或者，采用负电势模式扫描所述检测结构，在本实施例中，例如可以采用正电势模式扫描所述检测结构。

第二步骤：将所述第四金属层142反映的电压衬度像与所述第三金属层141反映的电压衬度像作比较，完成缺陷检测。具体的，所述对照区域301的第三金属层141表面与所述监控区域302的第四金属层142表面为电压衬度像的观察区域，以所述第三金属层141反映的电压衬度像的明暗程度为参照标准，判断所述第四金属层142反映的电压衬度像的明暗程度以检测所述检测结构的第二接触孔112和第四接触孔132的底部是否存在金属填充缺陷，当所述第四金属层142反映的电压衬度像比所述第三金属层141反映的电压衬度像暗时，则说明所述检测结构的第二接触孔112和第四接触孔132中的至少其一的底部存在金属填充缺陷。通过所述对照区域301的电压衬度像与所述监控区域302的电压衬度像的比较，实现了所述监控区域302及所述外围区域303的接触孔底部金属填充缺陷的在线监控，避免生产大批量的不良品，提高了批量制造的产品的良率。

综上，本发明提供一种金属填充缺陷的检测结构，包括：衬底、第一多晶硅层、第一金属层、第二金属层、第二多晶硅层、第三金属层及第四金属层，其中，所述衬底包括对照区域、监控区域及外围区域，所述第一多晶硅层中形成有第一接触孔及第二接触孔；所述第二多晶硅层中形成有第三接触孔及第四接触孔，所述第一接触孔、第一金属层、第三接触孔及第三金属层电性连接且位于所述对照区域，所述第三接触孔、所述第二金属层、第四接触孔及第四金属层电性连接且位于所述监控区域和/或外围区域。进一步的，本发明还提供一种金属填充缺陷的检测方法，包括：扫描所述检测结构以获得对照区域中的第三金属层反映的电压衬度像及监控区域中的第四金属层反映的电压衬度像；比较第三金属层反映的电压衬度像和第四金属层反映的电压衬度像，完成缺陷检测。利用所述检测结构，能够以所述对照区域的第一接触孔及第三接触孔的金属填充情况为参考标准，对所述监控区域及所述外围区域的所述第二接触孔和所述第四接触孔底部金属填充缺陷进行在线监控，从而在批量生产中能够有效监控所有需要监控的接触孔底部金属填充不完全的缺陷，实时监控批量生产工艺的健康度，提高了批量制造的产品的良率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。