CN103779330A - 监控金属工艺后短路或断路的测试结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种监控金属工艺后短路或断路的测试结构，包含至少3根相距一定距离的平行走线，外侧和内侧的金属线形成封闭矩形，中间金属线为几字线型，且最外侧金属线具有T字线型突出，T字突出的端部放置在中间金属线的几字型内弯里，同时最内侧矩形金属线的四内角区域放置4个金属岛。通过上述测试结构，可有效监测金属工艺后的短路或断路等工艺缺陷问题。

Description

监控金属工艺后短路或断路的测试结构
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种硅片允收测试（WAT：WaferAcceptance Test）监控金属工艺后短路或断路的测试结构。
背景技术
传统监控金属刻蚀后短路发生情况的结构常采用梳子状结构，如图1所示，该结构由金属线401和金属线402组成，金属线401和402分别形成梳子状，交错排列，金属线401和金属线402之间是等间距，这样测试端口一403和端口二404之间的漏电流可以监控金属401和金属402间的短路情况，这种结构只能监控直条形金属402a和弯曲形金属401a之间发生短路的情况，并且只有一个方向时的情况，而由于光刻机的曝光特点，在X和Y轴方向上曝光后的图形尺寸会有所偏差，刻蚀更存在X和Y轴方向上刻蚀形貌和刻蚀精度的差异，因此单一方向上监控无法满足工艺的要求，同时这种结构只能监控短路而无法有效监控可能造成的金属断路。
另外一种测试结构，如图2所示，在梳子状结构的金属线411和413之间插入蛇形走线金属线412，保持和金属线411和413相同间距，通过测试端口一414和端口三416之间或者端口二415和端口三416之间的漏电特性，并且测试端口三416和端口四417之间的电阻特性，可以在监控金属线411和金属线413、金属线412和金属线413之间发生短路情况的同时，监控金属线412放置在弯曲情况下的断路问题，但同样没有考虑到光刻和刻蚀的方向性问题，造成监控工艺上的不全面。同时，在工艺制造中还有一种恶劣情况，金属小岛和金属线间的短路情况无法在这个结构中测试得到，这样还是无法有效提供全面的工艺监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种监控金属工艺后短路或断路的测试结构，可有效监测金属工艺中短路或断路的缺陷。
为解决上述问题，本发明所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，包括：至少3根等距平行走线的金属线，最外侧及最内侧金属线围成封闭矩形，中间金属线围成非封闭矩形，且中间金属线每边上均具有几字型内弯，相应内侧金属线每边上对应中间金属线也具有平行等距的几字型内弯，外侧金属线具有T字型突起线端，突起线端放置于中间金属线的几字内弯内，所述内侧金属线形成的封闭矩形四个内角内均放置一个金属岛区。
进一步地，所述至少3根的金属线，其中间金属线是回字形的非封闭的矩形，内侧金属线和外侧金属线是形成回字形的封闭或者非封闭的矩形。
进一步地，所述中间金属线上的几字型内弯每边上是为一个，或者是多个，且每个几字内弯里外侧金属线的T字型突起数相应增加，保证每个内弯里都放置有T字线端，同时内侧金属线的几字内弯相应增加。
进一步地，所述的金属线几字弯是向封闭结构内侧弯曲，或者是向外侧弯曲。
进一步地，当所述几字弯是向外侧弯曲时，T字型突起线端位于内侧金属线上并放置于几字弯内。
进一步地，所述的测试结构是单独一个使用，或者是多个排成阵列使用。
进一步地，当所述测试结构为多个组成阵列使用时，各个测试结构单元内的至少3根的内外不同层金属线需要按照各单元所有外层金属线相互连接、各中间金属线相互连接以及各内层金属线相互连接的对应的结构关系连接在一起，引出所有阵列单元的各层金属的测试端口。
进一步地，所述组成测试结构图形的金属换成多晶硅时，同样能监测多晶硅的短路或断路等缺陷。
进一步地，所述的测试结构是放置于芯片区，或者是放置于划片槽区域内。
本发明所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，通过至少3层的金属平行等距走线及设置几字弯和T型线端，在X、Y轴方向上均能监控工艺中几种典型恶劣条件下造成的金属短路及断路的缺陷，提高工艺的可靠性。
附图说明
图1是传统金属短路监控结构示意图；
图2是另一传统金属短路监控结构示意图；
图3是本发明金属监控测试结构单元版图一实施例示意图；
图4是图3AA区域局部示意图；
图5是图3AA区域刻蚀后局部截面示意图；
图6是图3BB区域刻蚀后示意图；
图7是本发明金属监控测试结构单元版图另一实施例示意图。
附图标记说明
204a、204b、204c、204d是金属岛区，201、202、203、401、402、403、411、412、413是金属线，101、102、103、104、121、122、123、124、125是端口。
具体实施方式
本发明所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，第一实施例如图3所示，至少3根等距平行走线的金属线201、202及203，外侧金属线201及内侧金属线203围成封闭矩形，中间金属线202围成非封闭矩形，形成端口二102及端口五105，且中间金属线202每边上均具有几字型内弯，相应内侧金属线203每边上对应中间金属线202也具有平行等距的几字型内弯，外侧金属线201具有T字型突起线端，突起线端放置于中间金属线202的几字内弯内，每边的几字弯的数量为1个，也可以依实际需要制作多个。所述内侧金属线203形成的封闭矩形四个内角内均放置一个金属岛区204a、204b、204c、204d，形成4个端口（端口四）。矩形结构可以使测试监控结构在X轴及Y轴方向上均能具有图形监控。
外侧金属线201宽度Wa为0.1～50微米，金属线201引出形成测试端口一101。
中间金属线202与外侧金属线201的间距为Sa=0.1～1微米，中间金属线202宽度Wb=0.1～1微米。
内侧金属线203和中间金属线202间距Sb=0.1～1微米放置，内侧金属线203宽度Wb=0.1～50微米，围成封闭环，内侧金属线203引出形成测试端口三103。
四个金属岛区204a、204b、204c、204d和内侧金属线203保持距离Sc=0.1～1微米，金属岛区的宽度Wd=Ld=0.1～1微米，把四个金属岛区204a、204b、204c、204d通过上层金属引出（本发明附图中上层金属未示出），连接在一起形成测试端口四104。
通过测试端口一101和端口二102之间的漏电流，可以监控T型金属线和几字弯金属间的短路情况；测试端口二102和端口三103之间的漏电，可以监控两个几字弯金属间的短路情况；测试端口三103和端口四104，可以监控金属内角弯和金属岛区之间的短路情况；测试端口二102和端口五105的金属电阻特性，可以监控在密集区域金属线条的断路问题。
几字内弯和弯内放置的T字线端能有效监控光刻和刻蚀造成的短路的问题，如图4所示，是图3所示的监控图形几字弯和T型走线区域AA的局部放大示意图，虚线表示刻蚀形成后的实际图形，在光刻刻蚀后，金属线直角拐弯的地方都会出现圆化，而内外角圆化具有差异，内外角圆弧间距S2小于金属线间距S1，再加上刻蚀的误差，很容易造成这个区域的短路。因此，测试图3所示的端口五和端口三之间的电阻，就能监测电路的短路情况。
同时，排成几字弯的金属走线还可以监控到刻蚀后由于应力造成的短路问题。如图5所示，是图3所示AA区域的截面示意图，金属线202和金属线203在刻蚀后的内角侧由于刻蚀后的退火，会引起应力的变化，内角侧应力较为集中，造成金属内角侧底部出现鼓包304a及304b，鼓包的出现会恶化金属的短路，S3（或S4）<S2<S1,所以几字走线可以有效监控这种图形下的短路情况。
外侧金属线201与内侧金属线203之间放置中间金属线202可有效监控光刻和刻蚀造成的断路问题。如图4所示，中间金属线202是属于密集区域的金属线，而外侧金属线201和内侧金属线203处于半密集区域，光刻对于密集区域和半密集区域的光刻能力是不同的。理论上密集区的线宽容易刻小，则由可能存在W2<W1或者W3<W1的情况，W2和W3区域就容易发生断路。
如图3所示，在矩形的金属线最内侧的四个角上放置金属岛区204a、204b、204c、204d，通过测试端口三103和端口四104间的漏电可以监控金属岛区204a、204b、204c、204d和金属线203之间的短路情况。
对于岛状的金属图形，光刻和刻蚀后都会造成较严重的图形的变化，这种变化要大于普通直条形的金属，参考示意图3和图6，图6是测试结构BB区域的局部放大示意图，虚线为光刻和刻蚀后金属的图形，除了金属线203内角侧会圆化，金属岛204的圆化会造成光刻和刻蚀后的图形比原版图形大，从而使得所示间距S5<S2<S6，是另一种恶劣情况下发生的短路问题。
通过这样的测试结构，在监控几字弯造成短路的问题的同时，可以监控到金属岛到金属内角弯的短路问题，还可以有效监控工艺生产中几种典型恶劣情况下的金属短路、断路问题，并依此及时调整工艺。
如图7所示，是本发明监控金属短路和断路结构的另一种版图结构，即第二实施例。其间距设置及线宽等参数与上述实施例相同，与图3所示的版图结构不同的是，该图形为非封闭环，是按照X轴镜像排列成上下对称结构，然后把最内侧、中间和外侧的金属按顺序对应连在一起，同样保持了几字走线和T型金属走线，以及内侧角放置有金属岛区形成端口四124，在X、Y方向上都有相同的图形监控，其实现的原理与上述本发明第一实施例相同，例如通过测量端口一121和端口二122或者端口五125之间的漏电流可以监控T字线型与几字线之间的短路情况，测试端口二122和端口三123之间的漏电可以监控几字弯之间的短路情况，测试端口二122和端口五125之间的电阻特性可以监控密集区域金属线的断路情况等。
上述第一第二实施例的结构可以单独使用，也可以排成阵列使用，排成阵列可以增加图形密度来提高检测精度。排成阵列使用的方式是将各个测试结构单元内的金属线按照相应的结构关系连接在一起。即各测试单元的所有外侧金属线连接在一起，所有中间金属线连接在一起，所有内侧金属线连接在一起，形成各层金属的总测试端口。当金属线多于3根时依此类推连接。
本发明所述的测试结构，将金属线换成多晶硅时，同样可监控多晶硅工艺中出现的类似短路或断路的缺陷，其使用方法与上述金属线的测试结构相同，可单一结构使用，或者组成阵列的方式。
上述测试结构，包括第一及第二实施例，是放置于芯片区，当芯片区可用面积较紧张，或者测试结构是阵列使用需占用较大面积时，也可放置于划片槽区域。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：包含：
至少3根等距平行走线的金属线，最外侧及最内侧金属线围成封闭或者不封闭的矩形，中间金属线围成非封闭矩形，且中间金属线每边上均具有几字型内弯，相应内侧金属线每边上对应中间金属线也具有平行等距的几字型内弯，外侧金属线具有T字型突起线端，突起线端放置于中间金属线的几字内弯内，所述内侧金属线形成的封闭矩形四个内角内均放置一个金属岛区。
2.如权利要求1所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述的至少3根的金属线，其中间金属线是回字形的非封闭的矩形，内侧金属线和外侧金属线是形成回字形的封闭或者非封闭的矩形。
3.如权利要求1所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述的中间金属线每边上的几字型内弯是设置一个，或者是多个，且外侧金属线每边上的T字型突起数相应增加，以保证中间金属线每个内弯里都放置有外侧金属线的T字线端；同时内侧金属线的几字内弯随中间金属线相应增加以保持平行等间距走线。
4.如权利要求3所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述的中间金属线几字弯是向封闭结构的内侧弯曲，或者是向外侧弯曲。
5.如权利要求4所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：当所述中间金属线的几字型弯是向外侧弯曲时，则T字型突起线端位于内侧金属线上并放置于中间金属线的几字弯内。
6.如权利要求1所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述的测试结构是单独一个使用，或者是多个排成阵列使用。
7.如权利要求6所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：当所述测试结构为多个组成阵列使用时，各个测试结构单元内的至少3根的内外不同层金属线需要按照各单元所有外层金属线相互连接、各中间金属线相互连接以及各内层金属线相互连接的对应的结构关系连接在一起，引出所有阵列单元的各层金属的测试端口。
8.如权利要求1所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述组成测试结构图形线条的金属换成多晶硅时，同样能监测多晶硅的短路或断路缺陷。
9.如权利要求1所述的监控金属工艺后短路或断路的测试结构，其特征在于：所述的测试结构是放置于芯片区，或者是放置于划片槽区域内。
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