测试结构及测试方法与流程

本发明涉及集成电路设计与制造过程中的电性测试，具体涉及一种测试结构及测试方法。

背景技术：

1、集成电路发展进程中最典型的特征之一就是前段器件特征尺寸的缩短以及后段金属布线的日趋复杂。后段金属布线主要是通过电连接为前段器件各个端口提供工作电源或信号路径，因此后段金属互联工艺至关重要。

2、为了监控后段金属互联工艺的稳定性，除了生产过程数据的管控以外，金属的各种电学特性比如金属的方块电阻、金属线的连接性和金属线之间的短路及开路等情况也要被监控。因为金属线的主要功能是作为互连线，因工艺异常导致的金属线开路以及临近金属线之间的短路是其中重要的电性测试项目。

3、现有的关于后段金属短路和开路的测试结构，遵循分层单独设置的原则，也就是为集成电路中除顶层金属外的每层金属布线层均对应设置一套测试结构。这样的设置有很强的针对性，能很便捷的实现问题的溯源，但是也存在明显的弊端。因为纳米级集成电路制造工艺的金属布线层通常多达6～10层甚至更多，若遵循上述原则来设置测试结构，一方面会占用大量的切割道面积，另一方面需要对每个测试结构都进行电性测试，浪费测试资源。

4、因此如何减少测试资源的占用，提高测试效率并及时确定缺陷所在的位置是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种测试结构及测试方法，该测试结构能够成倍的节省所占的晶圆面积和测试次数。

2、为实现上述目的，本发明第一个方面提供一种测试结构，包括：

3、衬底；

4、位于衬底上的至少两个测试金属层，每个测试金属层均包括穿插设置的蛇形金属线和梳齿状结构；

5、第一测试电极至第三测试电极，其中第一测试电极与每个测试金属层中的蛇形金属线的第一端分别相连，第二测试电极与每个测试金属层中的蛇形金属线的第二端分别相连，第三测试电极与每个测试金属层中的梳齿状结构相连，使第一测试电极与第二测试电极之间形成至少两个第一测试支路，第一测试电极与第三测试电极之间形成至少两个第二测试支路，第二测试电极与第三测试电极之间形成至少两个第三测试支路；

6、其中，在第一测试电极与每个测试金属层的蛇形金属线的第一端之间还串联有第一预设二极管，在第二测试电极与每个测试金属层的蛇形金属线的第二端之间还串联有第二预设二极管，不同第一测试支路在相同电压下的导通电流不同，不同第二测试支路中的第一预设二极管在相同偏置下的正向导通电流不同，不同第三测试支路中的第二预设二极管在相同偏置下的正向导通电流不同。

7、优选地，在相同偏置下，同一第一测试支路中的第一预设二极管与第二预设二极管的正向导通电流相同。

8、优选地，同一第一测试支路中的第一预设二极管和第二预设二极管能够通过蛇形金属线实现正向串联。

9、优选地，第三测试电极位于第一测试电极与第二测试电极之间；

10、蛇形金属线包括相连接的两部分，其中一部分位于第一测试电极与第三测试电极之间，另一部分位于第三测试电极与第二测试电极之间。

11、优选地，梳齿状结构包括第一梳齿状结构和第二梳齿状结构，第一梳齿状结构和第二梳齿状结构分别从蛇形金属线的两侧与蛇形金属线穿插。

12、优选地，梳齿状结构包括梳柄和与梳柄相连的多个齿状金属条，第一梳齿状结构的梳柄和第二梳齿状结构的梳柄在绕过蛇形金属线一端的位置相连。

13、优选地，第一预设二极管和第二预设二极管均形成于衬底中。

14、优选地，第一预设二极管和第二预设二极管各自通过深阱注入、阱注入、开启电压调制注入、轻掺杂注入、源/漏注入中的至少一种注入方式形成。

15、本发明的第二个方面提供一种测试方法，采用前述第一个方面所述的测试结构，该测试方法包括如下步骤：

16、在第一测试电极与第二测试电极之间施加第一预设电压，检测第一测试电极与第二测试电极之间的第一电流值，其中第一预设电压能够使第一预设二极管和第二预设二极管均能正向导通；

17、在第一测试电极与第三测试电极之间施加第二预设电压，检测第一测试电极与第三测试电极之间的第二电流值，其中第二预设电压能够使第一预设二极管均能正向导通；

18、在第二测试电极与第三测试电极之间施加第三预设电压，检测第二测试电极与第三测试电极之间的第三电流值，其中第三预设电压能够使第二预设二极管均能正向导通；

19、根据第一电流值、第二电流值和第三电流值，判断和定位缺陷。

20、优选地，第一预设电压的电压值为第二预设电压的电压值的两倍，第三预设电压的电压值与第二预设电压的电压值相同。

21、优选地，该测试方法还包括：建立判定对照表，该判定对照表包括第一电流值至第三电流值的不同组合与缺陷的映射关系；

22、根据第一电流值至第三电流值与判定对照表的比对结果，判断和定位缺陷。

23、本发明提供的测试结构，包括多个测试金属层，每个测试金属层对应一层金属布线层，且每个测试金属层整合了现有分层设置的短路和开路测试单元。通过在测试金属层与测试电极间串联一对二极管，使得各种短路或开路异常情形与正向导通电流形成一一映射的关系，从而能够准确定位发生异常的金属布线层并判定具体的异常情况。并且由于本发明的测试结构所占用晶圆面积与现有的单个分层设置的测试结构相当，因此本发明的测试结构所占晶圆面积减少至现有测试结构的1/(n-1)，其中n为金属布线层的总层数，从而有效的节省了测试结构所占的晶圆面积。

24、在实际测试过程中，与现有的分层设置的测试结构需逐层进行测试相比，本发明的测试结构仅需测试一次即可确定发生异常的测试金属层并判定具体的异常情况，特别是，借助于判定对照表可快速锁定短路和开路问题发生在具体哪一个或哪些测试金属层，而且还可对同一测试金属层中的短路与开路异常的相对位置进行判定。因此，与现有测试结构和测试方法相比，采用本发明提供的测试结构和测试方法，可以极大的减少测试次数，显著提升测试效率，并且测试结果还可为后续的失效分析定位提供重要线索。

技术特征：

1.一种测试结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，在相同偏置下，同一第一测试支路中的第一预设二极管与第二预设二极管的正向导通电流相同。

3.根据权利要求1或2所述的测试结构，其特征在于，同一第一测试支路中的第一预设二极管和第二预设二极管能够通过蛇形金属线实现正向串联。

4.根据权利要求1或2所述的测试结构，其特征在于，所述第三测试电极位于第一测试电极与第二测试电极之间；

5.根据权利要求4所述的测试结构，其特征在于，所述梳齿状结构包括第一梳齿状结构和第二梳齿状结构，所述第一梳齿状结构和所述第二梳齿状结构分别从所述蛇形金属线的两侧与所述蛇形金属线穿插。

6.根据权利要求5所述的测试结构，其特征在于，所述梳齿状结构包括梳柄和与所述梳柄相连的多个齿状金属条，所述第一梳齿状结构的梳柄和所述第二梳齿状结构的梳柄在绕过所述蛇形金属线一端的位置相连。

7.根据权利要求1-3任一项所述的测试结构，其特征在于，所述第一预设二极管和所述第二预设二极管均形成于所述衬底中。

8.根据权利要求7所述的测试结构，其特征在于，所述第一预设二极管和所述第二预设二极管各自通过深阱注入、阱注入、开启电压调制注入、轻掺杂注入、源/漏注入中的至少一种注入方式形成。

9.一种测试方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的测试结构，该测试方法包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，所述第一预设电压的电压值为所述第二预设电压的电压值的两倍，所述第三预设电压的电压值与所述第二预设电压的电压值相同。

11.根据权利要求9或10所述的测试方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开一种测试结构及测试方法。测试结构包括衬底；多个测试金属层，包括穿插设置的蛇形金属线和梳齿状结构；第一至第三测试电极，第一和第二测试电极分别与每个蛇形金属线的第一端和第二端相连，第三测试电极与每个梳齿状结构相连，使第一与第二测试电极间、第一与第三测试电极间、第二与第三测试电极间分别形成第一至第三测试支路；第一和第二测试电极与每个蛇形金属线的两端之间分别串联有第一和第二预设二极管，不同第一测试支路在相同电压下的电流不同，不同第二测试支路中的第一预设二极管在相同偏置下的导通电流不同，不同第三测试支路中的第二预设二极管在相同偏置下的导通电流不同。该测试结构成倍的节省了所占晶圆面积和测试次数。

技术研发人员：代佳,刘恩峰,李静怡
受保护的技术使用者：北京燕东微电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14