CN104701300A - 一种金属层间介质测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种金属层间介质测试结构及测试方法：当层的多个金属层互相平行，相邻当层的金属层中的其中一个金属层两端分别接入第一衬垫及第二衬垫，另一个金属层设置多个通孔，第一衬垫和第二衬垫接入第一引线引出；上一层的多个金属层互相平行且在当层的多个金属层上方设置，上一层的多个金属层的水平布线方向与当层的多个金属层相互垂直，通孔设置在上一层的多个金属层上与当层的部分金属层联通，上一层的多个金属层的一端接入到第二引线引出。在测试时，在第一引线和第二引线上施加电压，可以测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性。

Description

一种金属层间介质测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体测试领域，特别涉及一种金属层间介质测试结构及测试方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，相应地，采用低介电常数材料制作金属层之间的金属层间介质，可以有效地降低寄生电阻，提高电学性能。这样，在制程的后段工艺中，就可以将金属层间介质制作的越来越薄且越来越窄。由于金属层间介质的越来越薄且越来越窄的特性，同层的金属层之间以及与不同的金属层之间的金属层间介质在制作过程中的击穿电压也会越来越小。因此，为了保证半导体器件在制作时的稳定性，金属层之间的金属层间介质的击穿电压和经时介电质击穿特性（TDDB，Time Dependent Dielectric BreakDown）等电学性能成为了考虑的关键问题。

为了确切得到半导体器件的电学特性，特别是金属层间介质的电学特性，可以设置测试结构，测试金属层间介质的诸如击穿电压、TDDB及漏电流的电学特性。

图1为现有技术的金属层间介质测试结构一的俯视图，从图中可以看出，该测试结构包括当层的多个金属层101，当层的多个金属层101相互平行，相邻当层的多个金属层101中的其中一个金属层101的顶端接入到第一衬垫102，另一个金属层101的底端接入到第二衬垫103，第一衬垫102和第二衬垫103相互平行，且在水平方向上垂直于当层的多个金属层101。该当层的多个金属层101的材料为金属锰。测试时在第一衬垫102和第二衬垫103逐步升高时间的电压，测量当层的金属层101之间的金属层间介质的击穿电压；或者在第一衬垫102和第二衬垫103施加固定的电压，测量当层的金属层101之间的金属层间介质的漏电流及击穿时间。

图2为现有技术金属层间介质测试结构二的俯视图，从图中可以看出，该测试结构包括当层的多个金属层101（被上一层的多个金属层201遮盖，图中未示出），及其上一层的多个金属层201，上一层的多个金属层201在当层的多个金属层101上方。在垂直方向上有多个通孔401贯穿当层的金属层101和上一层的金属层201，当层的多个金属层101相互平行，相邻的当层的多个金属层101中的其中一个金属层101的顶端接入到第一衬垫102，另一个金属层101的底端接入到第二衬垫103，第一衬垫102和第二衬垫103相互平行，且在水平方向上当层的多个金属层101垂直。通孔401采用导电金属填充，比如钨或铜等。相应地，上一层的多个金属层201互相平行，相邻上一层的多个金属层201中的其中一个金属层201的顶端接入到第一衬垫102，另一个金属层201的底端接入到第二衬垫103。在具体测试时，在第一衬垫102和第二衬垫103逐渐升高施加的电压，测量当层的金属层101与上一层的金属层102之间的具有通孔的金属层间介质；或者在在第一衬垫102和第二衬垫103施加固定的电压，测量当层的金属层101与上一层的金属层102之间的具有通孔的金属层间介质的漏电流及击穿时间。

图3为现有技术金属层间介质测试结构三的俯视图，从图中可以看出，该测试结构包括当层的多个金属层101及上一层的金属层201，上一层的金属层201垂直在当层的金属层101上方，遮盖当层的多个金属层101的部分区域。当层的多个金属层101相互平行，一端接入到第一衬垫102上，上一层的金属层201互相平行，其中相对接入到第一衬垫102上的当层的多个金属层101一端的另一端接入到第二衬垫103上。在测试时，在第一衬垫102和第二衬垫103逐步升高时间的电压，测量当层的金属层101与上一层金属层201之间的金属层间介质的击穿电压特性；或者在第一衬垫102和第二衬垫103施加固定的电压，测量当层的金属层101与上一层金属层201之间的金属层间介质的漏电流及击穿时间。

可以看出，为了测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性，该电学特性为击穿电压、漏电流或击穿时间等，需要分别有针对性的设计测试结构，分别进行不同的电学测试。比较繁琐且不容易实现。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金属层间介质测试结构，该测试结构能够分别测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性，测试简单且易于实现。

本发明还提供一种金属层间介质测试方法，该方法能够使用本发明的测试结构分别测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性，测试简单且易于实现。

为达到上述目的，本发明实施的技术方案具体是这样实现的：

一种金属层间介质测试结构，包括：当层的多个金属层（401’）、上一层的多个金属层（402’）及多个通孔（403’），其中，

当层的多个金属层（401’）互相平行，相邻当层的金属层（401’）之间采用金属层间介质填充，其中一个金属层（401’）的两端分别接入第一衬垫（404’）及第二衬垫（405’），另一个金属层（401’）上布置多个通孔（403’），该通孔（403’）设置在金属层间介质中，垂直当层的多个金属层（401’）的水平布线方向，通过多个通孔（403’）与上一层的多个金属层（402’）贯通，第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）接入到第一引线（406’）引出；

上一层的多个金属层（402’）在当层的多个金属层（401’）上方设置，上一层的多个金属层（402’）与当层的多个金属层（401’）之间采用金属层间介质填充，上一层的多个金属层（402’）互相平行，上一层的多个金属层（402’）的水平布线方向与当层的多个金属层401’的水平布线方向相互垂直，上一层的多个金属层（402’）布置多个通孔（403’），上一层的多个金属层（402’）的一端接入到第二引线（407’）引出；

所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，具有电压差。

当层的多个金属层（401’）采用金属锰材料构成，上一层的多个金属层（402’）采用金属锰构成。

所述通孔（403’）采用导电金属填充。

所述导电金属为钨或铜。

一种利用权利要求1所述的测试结构的测试方法，该方法包括：

在所述测试结构上的第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，具有电压差；

测试相邻的当层的多个金属层（401’）之间的金属层间介质的漏电流及击穿时间；

或/和，测试当层的没有具有通孔（403’）的金属层（401’）与上一层的金属层（402’）之间的金属层间介质的电流及击穿时间；

或/和、测试未接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’），与两端分别接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’）之间的金属层间介质的电流及击穿时间。

一种利用权利要求1所述的测试结构的测试方法，该方法包括：

在所述测试结构上的所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）之间的具有的电压差逐渐升高；

测试相邻的当层的多个金属层（401’）之间的金属层间介质的击穿电压；

或/和测试当层的没有具有通孔（403’）的金属层（401’）与上一层的金属层（402’）之间的金属层间介质的击穿电压；

或/和测试未接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’），与两端分别接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’）之间的金属层间介质的击穿电压。

由上述方案可以看出，本发明重新设置了测试结构，当层的多个金属层互相平行，相邻当层的多个金属层中的其中一个金属层的两端分别接入第一衬垫及第二衬垫，另一个金属层上设置多个通孔，第一衬垫和第二衬垫接入到第一引线引出；上一层的多个金属层在当层的多个金属层上方设置，上一层的多个金属层互相平行，上一层的多个金属层的水平布线方向与当层的多个金属层的水平布线方向相互垂直，通孔设置在上一层的多个金属层上与当层的部分金属层联通，上一层的多个金属层的一端接入到第二引线引出。在测试时，在第一引线和第二引线上施加电压，可以测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性。因此，本发明测试简单且易于实现。

附图说明

图1为现有技术的金属层间介质测试结构一的俯视图；

图2为现有技术金属层间介质测试结构二的俯视图；

图3为现有技术金属层间介质测试结构三的俯视图；

图4为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构俯视示意图；

图5为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构沿x轴的剖面示意图；

图6为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构沿y轴的剖面示意图；

图7为本发明实施例提供的金属层间介质测试方法一流程图；

图8为本发明实施例提供的金属层间介质测试方法二流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

从背景技术可以看出，造成金属层间介质测试比较繁琐不容易实现的原因是：针对测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性，设置了不同的测试结构，分别测试得到。

为了解决这个问题，本发明设置同一个测试结构，该测试结构可以同时测试当层的金属层之间的，当层的金属层与上一层的金属层之间的具有接触孔的，以及当层的金属层与上一层的金属层之间的金属层间介质的电学特性，这样，测试就不繁琐且易于实现。

图4为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构俯视示意图，包括：当层的多个金属层401’、上一层的多个金属层402’、及贯穿当层的多个金属层401’和上一层的多个金属层402’的多个通孔403’，其中，

当层的多个金属层401’互相平行，相邻当层的金属层401’之间采用金属层间介质填充，相邻当层的金属层401’中的其中一个金属层401’的两端分别接入第一衬垫404’及第二衬垫405’，另一个金属层401’上布置多个通孔403’，该通孔403’设置在金属层间介质出，垂直于当层的多个金属层401’的水平布线方向，第一衬垫404’和第二衬垫405’接入到第一引线406’引出；

上一层的多个金属层402’在当层的多个金属层401’上方设置，上一层的多个金属层402’与当层的多个金属层401’之间采用金属层间介质填充，上一层的多个金属层402’互相平行，上一层的多个金属层402’的水平布线方向与当层的多个金属层401’的水平布线方向相互垂直，通孔403’设置在上一层的多个金属层402’上且垂直于布线方向，使得上一层的多个金属层402’与当层的多个金属层401’联通，上一层的多个金属层402’的一端接入到第二引线407’引出。

在该结构中，当层的多个金属层401’采用金属锰材料构成，上一层的多个金属层402’采用金属锰构成；通孔用于联通当层的多个金属层401’和上一层的多个金属层402’，采用导电金属填充，可以为钨或铜。

图5为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构沿x轴的剖面示意图，可以看出，当层的多个金属层401’相互平行，且相隔的当层的多个金属层401’通过通孔403’与上一层的金属层402’相连接。在测试时，在第一引线406’和第二引线407’上分别施加电压，由于通孔403’的存在，使得通过第二引线407’给上一层的金属层402’施加的电压，施加到了当层的具有通孔403’的金属层401’上，使得相隔的当层的多个金属层401’之间存在第一引线406’和第二引线407’分别施加的电压差，这时，就可以测试出相邻的当层的多个金属层401’之间的金属层间介质的电学特性。由于当层的没有具有通孔403’的金属层401’施加的为第一引线406’的电压，而上一层的金属层402’施加的为第二引线407’的电压，这两者之间存在电压差，就可以测试得到当层的没有具有通孔403’的金属层401’与上一层的金属层402’之间的金属层间介质的电学特性。

图6为本发明实施例提供的金属层间介质测试结构沿y轴的剖面示意图，从图中可以看出，两端分别接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’，及未接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’之间存在金属层间介质，未接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’通过通孔403’与上一层的金属层402’联通。在测试时，在第一引线406’和第二引线407’上分别施加电压，由于通孔403’的存在，使得通过第二引线407’给上一层的金属层402’施加的电压，施加到了未接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’上，使得其与两端分别接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’之间存在第一引线406’和第二引线407’施加的电压差，这时，就可以测试出这两者之间的金属层间介质的电学特性。

图7为本发明实施例提供的金属层间介质测试方法一流程图，在测试时，采用图4所示的测试结构，其具体步骤为：

步骤701、在图4所述的测试结构上的第一引线406’和第二引线407’上分别施加不同的电压，使得第一406’和第二引线407’具有电压差；

步骤702、测试相邻的当层的多个金属层401’之间的金属层间介质的漏电流及击穿时间；

步骤703、测试当层的没有具有通孔403’的金属层401’与上一层的金属层402’之间的金属层间介质的电流及击穿时间；

步骤704、测试未接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’，与两端分别接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’之间的金属层间介质的电流及击穿时间。

在该方法中，步骤702、步骤703及步骤704的测试顺序可以调换，这里不限定。

图8为发明实施例提供的金属层间介质测试方法二流程图，在测试时，采用图4所示的测试结构，其具体步骤为：

步骤801、在图4所述的测试结构上的第一引线406’和第二引线407’上分别施加不同电压，使得第一406’和第二引线407’之间具有的电压差逐渐升高；

步骤802、测试相邻的当层的多个金属层401’之间的金属层间介质的击穿电压；

步骤803、测试当层的没有具有通孔403’的金属层401’与上一层的金属层402’之间的金属层间介质的击穿电压；

步骤804、测试未接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’，与两端分别接入第一衬垫404’和第二衬垫405’的当层的部分金属层401’之间的金属层间介质的击穿电压。

在该方法中，步骤802、步骤803及步骤804的测试顺序可以调换，这里不限定。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种金属层间介质测试结构，其特征在于，包括：当层的多个金属层（401’）、上一层的多个金属层（402’）及多个通孔（403’），其中，

当层的多个金属层（401’）互相平行，相邻当层的金属层（401’）之间采用金属层间介质填充，其中一个金属层（401’）的两端分别接入第一衬垫（404’）及第二衬垫（405’），另一个金属层（401’）上布置多个通孔（403’），该通孔（403’）设置在金属层间介质中，垂直当层的多个金属层（401’）的水平布线方向，通过多个通孔（403’）与上一层的多个金属层（402’）贯通，第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）接入到第一引线（406’）引出；

上一层的多个金属层（402’）在当层的多个金属层（401’）上方设置，上一层的多个金属层（402’）与当层的多个金属层（401’）之间采用金属层间介质填充，上一层的多个金属层（402’）互相平行，上一层的多个金属层（402’）的水平布线方向与当层的多个金属层401’的水平布线方向相互垂直，上一层的多个金属层（402’）布置多个通孔（403’），上一层的多个金属层（402’）的一端接入到第二引线（407’）引出；

所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，具有电压差。

2.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，当层的多个金属层（401’）采用金属锰材料构成，上一层的多个金属层（402’）采用金属锰构成。

3.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述通孔（403’）采用导电金属填充。

4.如权利要求3所述的测试结构，其特征在于，所述导电金属为钨或铜。

5.一种利用权利要求1所述的测试结构的测试方法，其特征在于，该方法包括：

在所述测试结构上的第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，具有电压差；

测试相邻的当层的多个金属层（401’）之间的金属层间介质的漏电流及击穿时间；

或/和，测试当层的没有具有通孔（403’）的金属层（401’）与上一层的金属层（402’）之间的金属层间介质的电流及击穿时间；

或/和、测试未接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’），与两端分别接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’）之间的金属层间介质的电流及击穿时间。

6.一种利用权利要求1所述的测试结构的测试方法，其特征在于，该方法包括：

在所述测试结构上的所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）施加不同的电压，所述第一引线（406’）和所述第二引线（407’）之间的具有的电压差逐渐升高；

测试相邻的当层的多个金属层（401’）之间的金属层间介质的击穿电压；

或/和测试当层的没有具有通孔（403’）的金属层（401’）与上一层的金属层（402’）之间的金属层间介质的击穿电压；

或/和测试未接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’），与两端分别接入第一衬垫（404’）和第二衬垫（405’）的当层的金属层（401’）之间的金属层间介质的击穿电压。