CN106505054B - 一种半导体晶圆的测试结构 - Google Patents

Abstract

一种半导体晶圆测试结构模块和测试方法，测试结构模块包括多个测试金属垫、通过金属连线连接到相应的所述测试金属垫的多个小金属垫和多个测试结构；多个测试结构通过金属引线连接到相应的小金属垫；一个测试金属垫连接多个测试结构的一端；多个测试结构占用多个测试金属垫；当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，打断连接在相同测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留待测试结构的最上层金属连线，使一个测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现待测试结构和测试设备的连接。

Description

一种半导体晶圆的测试结构

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及芯片的测试电路，尤其涉及一种优化的半导体晶圆测试结构。

背景技术

随着大规模集成电路的发展，半导体器件尺寸不断缩小，使得半导体器件密度不断增加，而电路功能的集成又使得电路日趋复杂。在这一背景下，可靠性问题也日益突出，所以需要更多更细化的可靠性测试结构去评估不同的工艺步骤，反应不同的工艺问题。由于可靠性测试的时间和成本等条件的制约，需要人们设计出准确而又高效的测试手段。

通常每一个产品上都应搭载可靠性测试结构，用于监控产品的工艺可靠性情况、是否达标、以及产线发生问题时的可靠性风险评估等。但实际产品发布中会出现产品面积不够，不能搭载所有测试结构的情况。

请参阅图1，图1为现有技术中典型可靠性测试结构设计模块的俯视图，图中：①表示测试结构1；②表示测试结构2；③表示测试结构3；④表示测试结构4，1～12分别表示一个测试金属垫。

如图1所示，一个测试金属垫连接一个测试结构的一端，采用了12个测试金属垫实现测试结构和测试设备的连接。测试结构1和测试结构2分别需要四端连出，分别占用四个测试金属垫。测试结构3和测试结构4分别需要两端连出，分别占用两个测试金属垫。如上，四个测试结构用不同的测试金属垫，12个测试金属垫被全部占用。即此测试模块只能容纳4个测试结构。当然，不同用途的测试结构需要连接的金属垫数不同，实际应用中不只限于图中情况，图1中的情况仅作为示例用。

请参阅图2，图2为现有技术中典型可靠性测试结构设计模块中的测试结构1连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意。如图所示，假设评估某产品的可靠性需要搭载100个结构，每个结构均为4端连出，按现行结构设计，必须有34条具有12个测试金属垫的测试模块才能实现。

由于每个测试模块的面积固定，如果产品面积有限，就无法搭载足够多的模块，即无法搭载所有测试结构。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在提供一种优化的可靠性测试结构和测试方法，该测试结构有效的增加了一个测试模块上可摆放的测试结构数，可以达到相同数量的测试模块搭载更多的测试结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种半导体晶圆测试结构模块，其包括：

多个测试金属垫；

多个小金属垫，通过金属连线连接到相应的所述测试金属垫；

多个测试结构，其通过金属引线连接到相应的所述小金属垫；一个所述测试金属垫连接多个所述测试结构的一端；所述多个测试结构分享占用多个测试金属垫；当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，打断连接在相同所述测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留所述待测试结构的最上层金属连线，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接。

优选地，半导体晶圆测试结构模块包括可靠性测试结构、晶圆可接受性测试和模型仿真的测试结构。

优选地，所述的金属连线为最上层金属连线。

优选地，采用激光打断所述最上层金属连线。

优选地，所述多个测试结构为半导体加工前道或后道工艺测试结构。

为实现上述目的，本发明还有一技术方案如下：

一种半导体晶圆测试结构模块，其包括：

多个测试金属垫；

多个测试结构，其通过具有通断控制单元的金属引线连接到相应的所述测试金属垫；一个所述测试金属垫连接多个所述测试结构的一端；所述多个测试结构分享占用多个测试金属垫；所述通断控制单元控制所述金属引线的接通和启闭；

当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，所述通断控制单元断开连接在相同所述测试金属垫上与其他测试结构相连的金属引线，只保留所述待测试结构的所述金属引线闭合，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接。

优选地，所述通断控制单元为一次性的熔断模块。

为实现上述目的，本发明另一技术方案如下：

一种采用上述的半导体晶圆测试结构模块的测试方法，其包括如下步骤：

步骤S1：根据需测试半导体晶圆测试结构模块，确定多个测试结构中的一个待测试结构，并从多个测试金属垫中确定所述待测试结构相应的目标测试金属垫；

步骤S2：采用激光打断连接在相同所述目标测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留所述待测试结构的最上层金属连线，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接；其中，最上层金属连线连接在多个小金属垫中和目标测试金属垫之间；

步骤S3：利用所述测试金属垫进行测试。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的半导体晶圆测试结构模块和测试方法，其通过加小金属垫及最上层金属连线的应用，优化了测试结构设计，并配合激光打断最上层金属连线的方法，实现同一个测试金属垫上连接多个测试结构，从而有效地增加了一个测试模块上可摆放的测试结构数，大大减少了产品上要搭载的测试模块数量。

附图说明

图1为现有技术中典型可靠性测试结构设计模块的俯视图

图2为现有技术中典型可靠性测试结构设计模块中的测试结构1连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意

图3为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块的俯视图

图4为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块中的测试结构1连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意

图5为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块中的测试结构2连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意

具体实施方式

体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。

以下结合附图，通过具体实施例对本发明的一种优化的半导体晶圆测试结构和测试方法作进一步详细说明。需要说明的是，本发明一种半导体晶圆测试结构模块的设计不止局限于可靠性测试结构，所有用相同设计思路可实现优化的测试结构都可以包括，例如，可以包括可靠性测试结构、晶圆可接受性测试和模型仿真的测试结构。下面以可靠性测试结构为例进行说明，其它的结构原理相同，就不再一一赘述。

在本发明的实施例中，与现有技术相同的是，一种可靠性测试结构模块可以包括多个测试金属垫和多个测试结构：与现有技术不同的是，该多个测试金属垫通过具有通断控制单元的金属引线连接到相应的测试金属垫，在测试模块设计过程中，一个测试金属垫连接多个测试结构的一端；多个测试结构分享占用多个测试金属垫；即多个测试结构通过具有通断控制单元的金属引线连接到相应的测试金属垫。在测试开始前，可以根据实际测试的需求通断控制单元控制金属引线的接通和启闭。

具体地，当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，通断控制单元断开连接在相同测试金属垫上与其他测试结构相连的金属引线，只保留待测试结构的金属引线闭合，使一个测试金属垫连接一个待测试结构的一端，以实现待测试结构和测试设备的连接。

进一步地，该通断控制单元为一次性的熔断模块。

较佳地，该一次性的熔断模块可以为多个小金属垫和连接在多个小金属垫和测试金属垫的多条最上层金属线；多个测试结构通过不同的金属引线连接到小金属垫，再通过小金属垫和最上层金属线与测试金属垫相连。

需要说明的是，小金属垫的设计和个数可有不同方式，以实现测试结构金属引线和最上层金属连线连接的目的为准。同一测试金属垫可以连接多个不同的测试结构，可根据设计不同，目的不同，设计人员不同而有不同的测试结构摆放方式。

也就是说，小金属垫连接到测试金属垫不局限于通过最上层金属连线，也不局限于采用激光打断连线，只要能实现小金属垫连接到测试金属垫并在需要时能被有效打断的设计和打断方法均可。本文采用最上层金属线连接小金属垫和测试金属垫，并用激光打断，是基于现有技术，认为激光打断是本发明实施例中一种可实现的方法，且激光作用在最上层金属效果最好。

请参阅图3，图3为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块的俯视图。图中：①测试结构1；②测试结构2；③测试结构3；④测试结构4，1～4分别表示一个测试金属垫。

如图所示，同图1中的测试结构设计相比，四个相同测试金属垫可以连接四个不同的测试结构。当然，图3为一个具体事例，实际如图中四个测试金属垫可连接不同组合的测试结构，可多于示例的四个结构。

在本发明的实施例中，包括四个测试金属垫、多个小金属垫和四个测试结构，小金属垫通过金属连线连接到相应的测试金属垫，四个测试结构通过金属引线连接到相应的小金属垫；形成一个测试金属垫连接多个测试结构的一端；当确定对四个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，打断连接在相同测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留待测试结构的最上层金属连线，使一个测试金属垫连接一个待测试结构的一端，以实现待测试结构和测试设备的连接。

本发明中，测试金属垫上连接测试结构的数量可根据实际情况调整，可有各种组合。引线连接到最上层金属可使用能达到连接目的的其他方式，不仅限于小金属垫。也可不用最上层金属实现小金属垫和大测试金属垫的连接，只要能达到断开其他测试结构，确保待测试结构可测的方式均可。

请参阅图4和图5，图4为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块中的测试结构1连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意；图5为本发明实施例中可靠性测试结构设计模块中的测试结构2连接测试金属垫2和测试金属垫3的横向剖面示意。

如图所示，优化测试结构1和优化测试结构2可以为完全不同类型的结构，连接小金属垫的金属引线可以为同层金属，也可以为不同层金属。

本发明的实施例中，需要对某条测试结构进行测试时，例如，对优化测试结构2进行测试，那么，其它测试结构(测试结构1、测试结构3和测试结构4)就被采用激光的手段打断相应的最上层金属连线，即其它测试结构就被抛弃，只有测试结构2最上层金属连线被连接。采用小金属垫用最上层金属连接到测试金属垫，是因为激光对打断最上层金属连线最有效。

例如，如果产品面积限制，只能放一条测试模块，如为现有测试结构设计，可能只能放2个器件(每个器件占用4个测试金属垫)，及2个后段电介质击穿结构(各占用2个测试金属垫)。

然而，本发明的优化测试结构设计，可以通过小金属垫的应用，加之结构的优化摆放，可能可以实现摆放产品所有4种器件(或者6种器件)，所有后段金属层的电迁移测试结构(以4层金属层为例则为6个结构)，及所有4层金属电介质击穿结构(以4层金属层为例为4个结构)。

需要测试某结构时，只需用激光打断该测试结构连接的测试金属垫上所有其他结构的最上层金属连线。实现了有限面积下的大测试结构容量。

上述结构埋设好了之后，采用上述的半导体晶圆测试结构模块的测试方法，可以包括如下步骤：

步骤S1：根据需测试半导体晶圆测试结构模块，确定多个测试结构中的一个待测试结构，并从多个测试金属垫中确定待测试结构相应的目标测试金属垫；

步骤S2：采用激光打断连接在相同目标测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留待测试结构的最上层金属连线，使一个测试金属垫连接一个待测试结构的一端，以实现待测试结构和测试设备的连接；其中，最上层金属连线连接在多个小金属垫中和目标测试金属垫之间；

步骤S3：利用测试金属垫进行测试。

以上的仅为本发明的实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，包括：

多个测试金属垫；

多个小金属垫，通过金属连线连接到相应的所述测试金属垫；

多个测试结构，其通过金属引线连接到相应的所述小金属垫；一个所述测试金属垫连接多个所述测试结构的一端；所述多个测试结构分享占用多个测试金属垫；

当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，采用激光打断连接在相同所述测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留所述待测试结构的最上层金属连线，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，所述半导体晶圆测试结构模块包括可靠性测试结构、晶圆可接受性测试和模型仿真的测试结构。

3.根据权利要求1所述的半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，所述的金属连线为最上层金属连线。

4.根据权利要求3所述的半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，所述最上层金属连线采用激光打断。

5.根据权利要求1所述的半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，所述多个测试结构为半导体加工前道或后道工艺测试结构。

6.一种半导体晶圆测试结构模块，其特征在于，包括：

多个测试金属垫；

多个测试结构，其通过具有通断控制单元的金属引线连接到相应的所述测试金属垫；一个所述测试金属垫连接多个所述测试结构的一端；所述多个测试结构分享占用多个测试金属垫；其中，所述通断控制单元控制所述金属引线的接通和启闭；

当确定对多个测试结构中的一个待测试结构进行实际测试时，所述通断控制单元断开连接在相同所述测试金属垫上与其他测试结构相连的金属引线，只保留所述待测试结构的所述金属引线闭合，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接；其中，所述通断控制单元为一次性的熔断模块。

7.一种采用权利要求1所述的半导体晶圆测试结构模块的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：根据需测试半导体晶圆测试结构模块，确定多个测试结构中的一个待测试结构，并从多个测试金属垫中确定所述待测试结构相应的目标测试金属垫；

步骤S2：采用激光打断连接在相同所述目标测试金属垫上与其他测试结构相连的最上层金属连线，只保留所述待测试结构的最上层金属连线，使一个所述测试金属垫连接一个所述待测试结构的一端，以实现所述待测试结构和测试设备的连接；其中，所述最上层金属连线连接在多个小金属垫和目标测试金属垫之间；

步骤S3：利用所述测试金属垫进行测试。