CN103579192A

CN103579192A - 一种新型的通孔链测试结构及其测试方法

Info

Publication number: CN103579192A
Application number: CN201210261986.9A
Authority: CN
Inventors: 彭冰清
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明涉及一种新型的通孔链测试结构，包括：若干金属层形成的叠层，所述相邻金属层之间具有通孔；位于所述叠层上方的顶部金属层，所述顶部金属层与所述叠层之间通过通孔相连；其中，所述各金属层之间相互交错呈阶梯形设置，或所述通孔链呈蛇形弯曲设置，以实现所述叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测。本发明所述通孔链可以更加准确的反应器件在后段制程中的性能；本发明所述复合型通孔链不再局限于单层通孔性能的检测，还能够实现多层通孔链的检测；本发明所述通孔链还可以根据需要灵活的选择不同层通孔实现不同的检测。

Description

一种新型的通孔链测试结构及其测试方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种新型的通孔链测试结构及其测试方法。

背景技术

后段制程（The back end of line,BEOL）中焊接线结合技术是一种广泛使用的方法，用于将具有电路的半导体管芯连接到原件封装上的引脚。由于半导体制造技术的进步，半导体的几何尺寸不断缩小，因此线结合焊盘的尺寸变得较小。当器件尺寸降到28nm以下时，后段制程中图案的设计以及间隙填充能力成为挑战。在后段制程（BEOL）中的包括很多层，其中焊盘结构中与基底上有源或无缘器件相连的金属叠层中包括若干金属层和相邻金属层之间的通孔，现有技术中所述通孔在同一层中形成通孔链，不同叠层之间的通孔则形成通孔叠层，当对所述器件或者焊盘进行检测时，需要对所述通孔链以及所述通孔叠层进行检测。

现有技术中对通孔链的测试的方法，如图1a所示，对所述叠层中的某一层进行测试时，在所要检测层的一端的金属层101通入电流，经过所述通孔102，依次向后，在另一侧进行检测，如果能够形成通路，则所述该层金属和通孔状态良好，但是所述方法存在的问题是，所述只能对单层的金属层进行测试，所述单层测试关键结构方法并不能满足当前的需求，表现为其中一层或者两层的测试并不能代表整个器件或整过过程，因此，需要越来越多的各种测试关键工艺性能检查和反馈。

此外，现有技术中还有针对不同金属层之间形成的通孔叠层的检测方法，如图1b所示，其中在所述金属叠层之间通入电流，在所述最底层的金属层201中通入电流，所述电流经所述通孔叠层202，进入另一金属层沿箭头方向往后，可以检测不同层之间的通孔，但是所述方法仍然存在很多不足，例如所述方法虽然能够检测多层中的通孔状态，但是所述方法并不能对所述叠层中的金属层的情况进行反馈，因此也不能完全显示整个器件的检测结果。

因此，现有技术中所述焊盘通孔链的测试结构中通孔设计不够合理，所述焊盘进行检测时只能检测一层金属层和通孔的情况，而通孔叠层的检测时只能检测通孔的情况，而并不能反映叠层中的金属层的状态，而在半导体器件中要确保所述器件正常的工作不仅需要对每层的金属层和通孔进行检测，而且还同时需要对不同叠层之间进行检测，需要从第一金属层到顶部金属层以及顶部金属层的检测，而目前所述焊盘通孔链的测试结构并不能实现所述目的。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前在焊盘结构在检测时存在的问题，提供了一种新型的通孔链测试结构，包括：

若干金属层形成的叠层，所述相邻金属层之间具有通孔；

位于所述叠层上方的顶部金属层，所述顶部金属层与所述叠层之间通过通孔相连；

其中，所述各金属层之间相互交错呈阶梯形设置，或所述通孔链呈蛇形弯曲设置，以实现所述叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测。

作为优选，所述金属层的形成方法为蚀刻同层的介质层形成开口，在所述开口中沉积填充金属层，最后进行平坦化步骤。

作为优选，所述通孔内填充有电传导材料。

本发明还提供了一种基于上述测试结构的检测方法，所述方法包括同时对所述金属层和通孔进行检测的步骤。

作为优选，所述方法可以选择不同的通孔实现不同的检测。

作为优选，所述方法可以选择所述通孔链的不同段来实现不同的检测。

本发明提供了一种新型通孔链，该通孔链更加接近器件的连接路径，结合了现有技术中通孔链以及通孔叠层的特性，具有以下优点：

（1）本发明所述通孔链可以更加准确的反应器件在后段制程中的性能；

（2）本发明所述复合型通孔链不再局限于单层通孔性能的检测，还能够实现多层通孔链的检测；

（3）本发明所述通孔链还可以根据需要灵活的选择不同层通孔实现不同的检测。

（4）本发明所述焊盘结构通孔链相对于现有技术中通孔链和通孔叠层更加灵活。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1a为现有技术中对通孔链测试结构以及检测方法示意图；

图1b为现有技术中对通孔叠层测试结构以及检测方法示意图；

图2为本发明中对焊盘结构以及检测方法示意图；

图3为本发明中呈蛇形弯曲的通孔链测试结构示意图以及测试方法。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述焊盘结构的检测方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

本发明中提供了一种通孔链测试结构，用于对焊盘结构进行检测，其中所述焊盘可以为线接合焊盘、探针焊盘以及测试点或者需要下面支撑结构的其他封装或测试焊盘结构，在接下来实施方式以及实例中均以接合焊盘、线接合焊盘为例，但并不仅仅局限于线结合焊盘。

本发明所述焊盘通孔链测试结构由金属形成，设置于芯片中的测试区，安置在集成电路的表面处，用于对集成电路中焊盘结构的检测。所述通孔链测试结构与集成电路的基板相连，所述通孔链测试结构包括由若干金属层和通孔交替组成的叠层，所述叠层上方具有顶部金属层，该顶部金属层与所述叠层通过通孔相连，其中，所述若干金属层之间相互交错呈阶梯形设置（如图2），或者所述通孔链呈蛇形弯曲设置（如图3），以实现叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测。

其中，所述基板为半导体基板，该基板上可以形成一个或多个有源器件，所述有源器件可以为晶体管、二极管以及其他所述的已知的有源器件，所述无源器件可以为电阻器、电容器和电感器以及其他已知的各种无源器件，所述基板与本发明的焊盘相连接来构成集成电路，但是所述基板并不会对本发明的焊盘结构带来关键影响，因此在此不再赘述。

在本发明中所述通孔链测试结构中顶部金属层为了达到更好的密封效果，所述顶部金属层上方设有钝化层，更优选的，所述钝化层上方还可以设置具有开口的第二钝化层，以达到更好的密封效果，由于所述优选设置并不是本发明突出改进的地方，因此在所述示意图中并没标示，本领域技术人员还可以采用其他的常规设置。作为优选，所述钝化层中具有开口，所述开口通过焊盘金属层填充，其中，所述钝化层可以为二氧化硅或者氮化硅层等，只要所述钝化膜结构致密、稳定、不易受到破坏、能够阻挡各种离子和水分子的侵蚀即可，并不局限于上述示例。所述焊盘金属层优选为Al，位于焊盘金属层上方的第二钝化层中具有开口，以露出所述焊盘金属层，进行电连接。其中，所述第二钝化层可以选用和第一钝化层不一样的材料，所述钝化层为可以选用本领域常用材料。

在本发明所述通孔链测试结构中所述金属叠层跟现有技术中有很大的区别，在本发明中所述金属层采用交错设置，不同金属层之间呈阶梯状设置与所述顶部金属层相连接，采用所述通孔链的焊盘或者半导体器件在后段制程中进行检测时，在与焊盘金属相连的通孔链一端通电，在另一通孔链一端进行检测，如图2所示，所述电流通过金属层301经通孔302进入上一层的金属层、通孔，依次通过所述通孔叠层到达所述顶部金属层303，然后经金属焊盘后沿箭头方向经另一通孔链到达检测设备，所述交错设置的叠层不仅能够检测同层中所述的金属层和通孔而且可以检测所述通孔叠层，可以更加准确的反应所述器件中金属层和通孔情况。

本发明所述通孔链测试结构除了上述结构外，还可以为如图3所述的蛇形弯曲形状，所述通孔链中金属层虽然为上下对齐设置，但是所述通孔在不同层金属之间呈交替设置，因此组成的通孔链呈蛇形弯曲，进行测试时，所述电流方向如箭头所示，首先从金属层401一端进入，然后通过通孔402进入金属层403，在经过金属层403后经左侧的通孔再进入下一层，依次所述电流沿蛇形弯曲前进，实现叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测。

本发明上述两种通孔链检测结构为示例性结构，只要能够实现本发明中实现叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测目的的结构均在本发明保护范围之内。

在本发明的一具体实施方式中，所述金属层301的形成可以选用多种常规的方法，例如所述的金属层301形成于介电质绝缘层中，首先，对所述介电质绝缘层进行图案化蚀刻，在绝缘层中蚀刻沟槽开口，然后在所述开口中沉积填充所述金属材料层，然后进行平坦化工艺，将填充金属进行平坦化，在平坦化之后形成通孔302，通孔302位于所述金属层301上方，用于电气连接位于通孔302上方的金属层，所述通孔302材料可以为任何传到材料，具体地，可以为金属材料，例如铜、铝等。

本发明中所述介电质绝缘层可以采用低K材料，所述低K材料的介电常数典型的小于4的材料，作为优选，所述低K材料可以选用低模量或高模量的材料，一般的所述低模量材料为小于80Gpa的材料，所述高模量材料为大于80Gpa的材料。

本发明还提供了一种针对上述焊盘通孔链测试结构的检测方法，所述方法包括同时对所述金属层和通孔进行检测的步骤，所述检测如图2所示，在金属层的一端通电，所述电流通过金属层301经通孔302进入上一层的金属层、通孔，依次通过所述通孔叠层到达所述顶部金属层303，然后经金属焊盘后沿箭头方向经另一通孔链到达检测设备。

本发明还可以进行如图3所示的检测，进行测试时，所述电流方向如箭头所示，首先从金属层401一端进入，然后通过通孔402进入金属层403，在经过金属层403后经左侧的通孔再进入下一层，依次最后到达所述顶部金属层404，依次所述电流沿蛇形弯曲前进，实现叠层以及顶部金属层中金属层和通孔的同时检测。

作为优选，进行检测时可以选择不同层通孔实现不同的检测，作为优选，所述方法可以选择所述通孔链的不同段来实现不同的检测，例如在图2中直接以从叠层中的第二层金属层或者第三层金属层开始检测等，或者选取第二层的通孔或者第三层的金属层进行检测，来检测所述通孔的情况等，所述检测可以进行灵活的选择，对于查找故障提供了条件。

本发明提供了一种新型通孔链，该通孔链更加接近器件的连接路径，结合了现有技术中通孔链以及通孔叠层的特性，本发明所述通孔链可以更加准确的反应器件在后段制程中的性能；本发明所述复合型通孔链不再局限于单层通孔性能的检测，还能够实现多层通孔链的检测；本发明所述通孔链还可以根据需要灵活的选择不同层通孔实现不同的检测；本发明所述焊盘结构通孔链相对于现有技术中通孔链和通孔叠层更加灵活。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外，本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种新型的通孔链测试结构，包括：

若干金属层形成的叠层，所述相邻金属层之间具有通孔；

2.根据权利要求1所述的通孔链测试结构，其特征在于，所述金属层的形成方法为蚀刻同层的介质层形成开口，在所述开口中沉积填充金属层，最后进行平坦化步骤。

3.根据权利要求1所述的通孔链测试结构，其特征在于，所述通孔内填充有电传导材料。

4.一种基于权利要求1至3之一所述测试结构的测试方法，所述方法包括同时对所述金属层和通孔进行检测的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法可以选择不同的通孔实现不同的检测。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法可以选择所述通孔链的不同段来实现不同的检测。