CN111261613B - 金属短路失效定位结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属短路失效定位结构，包括：第一和第二金属绕线结构；在短路失效检测区域中，第一金属绕线结构包括多条平行的连接成蛇形结构的第一金属线段，第二金属绕线结构包括多条电连接在一起的第三金属线段，各第三金属线段和对应第一金属线段相邻；第一金属线段的首尾连接通过位于更高层的金属层组成的第二金属线段实现。第二金属线段在电性确认过程中保留以及在失效定位过程中去除使第一金属线段之间断开连接，利用被动电压衬度对比定位和第二金属绕线结构短路的第一金属线段。本发明还公开了一种金属短路失效定位方法。本发明能完全定位到金属短路的失效位置且能实现对nA级别的金属短路失效位置进行定位。

Description

金属短路失效定位结构和方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种金属短路失效定位结构。本发明还涉及一种金属短路失效定位方法。
背景技术
在半导体工艺中，分为前段器件(device)和后段金属互联层两部分，后段的金属互联层起到导线的作用，目的将前段的器件引出。为了提前检测后段金属互联层工艺问题，通过设计一些测试结构，收集相应的电性参数，根据这些参数的结果，从而监控线上工艺存在的问题，提前掌控和解决存在的问题，确保线上工艺稳定性以及促进研发进度。
常见的监控后段金属短路的结构有如下几种：
如图1所示，是现有第一种金属短路测试结构的示意图；图1中，包括第一金属绕线结构和第二金属绕线结构，其中第一金属绕线结构包括有由多条金属线段101a首尾相连形成的蛇形结构，第二金属绕线结构包括有由多条金属线段102a首尾相连形成的蛇形结构。第一金属绕线结构还包括衬垫103，金属线段101a通过对应的引线连接到衬垫103；第二金属绕线结构还包括衬垫104，金属线段102a通过对应的引线连接到衬垫104。
如图2所示，是现有第二种金属短路测试结构的示意图；和图1不同之处为，图2中，第一金属绕线结构包括有由多条金属线段101b连接形成的疏型结构，第二金属绕线结构包括有由多条金属线段102b连接形成的疏型结构。
如图3所示，是现有第三种金属短路测试结构的示意图；和图1不同之处为，图2中，第一金属绕线结构包括有由多条金属线段101c首尾相连形成的蛇形结构。
第二金属绕线结构包括有由多条金属线段102c1连接形成的疏型结构和由多条金属线段102c2连接形成的疏型结构。
通过测试两个金属绕线结构之间是否有电流通过，从而判断是否发生金属短路问题。
一旦发生金属短路问题，现有方法中，需要通过专业的失效分析手段找到失效的根本原因。常规的失效分析流程包含电性确认，失效定位，物性分析进而找到失效的根本原因。其中，失效定位是一个非常关键的步骤，目前半导体行业中常用的失效定位手段如表一所介绍。
表一
Figure BDA0002375355870000021
但随着半导体工艺技术越来越先进，后段工艺稳定性越来越强，很多金属短路失效样品的漏电变得很小如达到nA级别，利用现有的定位分析手段无法精确地定到失效位置。现有方法中，虽然OBIRCH能够强调出一条线，但是还是无法精确到短路的位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属短路失效定位结构，能完全定位到金属短路的失效位置且能实现对nA级别的金属短路失效位置进行定位。为此，本发明还提供一种金属短路失效定位方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属短路失效定位结构包括：由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构。
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段，各所述第一金属线段通过对应的第二金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段，各所述第三金属线段和所述第一金属线段平行，各所述第三金属线段和对应相邻的所述第一金属线段之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段电连接在一起。
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫和第一引线和所述第二金属绕线结构的第二衬垫和第二引线；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段通过所述第一引线连接到所述第一衬垫，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段通过所述第二引线连接到所述第二衬垫。
所述第一金属线段、所述第三金属线段、所述第三金属线段之间的连接线段、所述第一引线、所述第一衬垫、所述第二引线和所述第二衬垫都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数。
所述第二金属线段由第m层金属层组成，m为大于n的整数，所述第二金属线段通过底部对应的通孔连接对应的所述第一金属线段。
所述第二金属线段位于所述第一金属线段的顶部的结构使所述第二金属线段为可去除结构，且所述第二金属线段在在电性确认过程中保留以及失效定位过程中去除。
在所电性确认过程中，所述第一衬垫和所述第二衬垫之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流。
如果所述电性确认过程确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流时，进行所述失效定位。
在所述失效定位过程中，所述第二金属线段被去除使各所述第一金属线段之间断开连接，所述第二衬垫接地，利用被动电压衬度对比(PVC)定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段。
进一步的改进是，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构。
进一步的改进是，所述第一衬垫的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
所述第二衬垫的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
进一步的改进是，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段的第一侧都连接第一连接线段并组成单条梳型结构。
所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接。
所述第二衬垫的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段连接。
进一步的改进是，在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段的第一侧都连接第二连接线段以及偶数编号的所述第三金属线段的第二侧都连接第三连接线段从而组成双条梳型结构。
所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接。
所述第二衬垫的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段和第三连接线段连接。
进一步的改进是，m为n+1。
进一步的改进是，在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
进一步的改进是，在所述失效定位过程中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段之后，在沿所述第一金属线段的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段和相邻的所述第三金属线段的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段。
所述失效分析段用于在物性分析过程中进行物性分析。
为解决上述技术问题，本发明提供的金属短路失效定位方法包括如下步骤：
步骤一、形成金属短路失效定位结构，包括由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构。
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段，各所述第一金属线段通过对应的第二金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段，各所述第三金属线段和所述第一金属线段平行，各所述第三金属线段和对应相邻的所述第一金属线段之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段电连接在一起。
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫和第一引线和所述第二金属绕线结构的第二衬垫和第二引线；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段通过所述第一引线连接到所述第一衬垫，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段通过所述第二引线连接到所述第二衬垫。
所述第一金属线段、所述第三金属线段、所述第三金属线段之间的连接线段、所述第一引线、所述第一衬垫、所述第二引线和所述第二衬垫都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数。
所述第二金属线段由第m层金属层组成，m为大于n的整数，所述第二金属线段通过底部对应的通孔连接对应的所述第一金属线段。
步骤二、进行电学确认，包括：在所述第一衬垫和所述第二衬垫之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间没有漏电流则没有引起金属短路的失效缺陷；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间检测到漏电流，则进行后续步骤三。
步骤三、将所述第二金属线段去除，使各所述第一金属线段之间断开连接。
步骤四、进行失效定位，包括：
将所述第二衬垫接地，利用被动电压衬度对比定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段，被动电压衬度对比形成的图像中，所述第二金属绕线结构由于接地会发亮，和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段也会接地并发亮并从而实现对和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段的定位。
进一步的改进是，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第一衬垫的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接；所述第二衬垫的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
或者，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段的第一侧都连接第一连接线段并组成单条梳型结构；所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段连接。
或者，在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段的第一侧都连接第二连接线段以及偶数编号的所述第三金属线段的第二侧都连接第三连接线段从而组成双条梳型结构；所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段和第三连接线段连接。
进一步的改进是，m为n+1。
进一步的改进是，在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
进一步的改进是，步骤三中采用金属化学机械研磨工艺将所述第二金属线段去除。
进一步的改进是，步骤四中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段之后，还包括：
在沿所述第一金属线段的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段和相邻的所述第三金属线段的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段。
还包括：
步骤五、对所述失效分析段进行物性分析并确定失效原因。
进一步的改进是，步骤五中，采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)或X射线能量色散谱分析方法(EDS)进行所述物性分析。
本发明金属短路失效定位结构是在现有金属短路的测试结构的基础上做进一步改进形成的，本发明中，将现有金属短路的测试结构中的一条蛇形结构的拐弯处的金属线段的金属层拔高一层以上，也即本发明中第一金属绕线结构中用于实现第一金属线段连接的第二金属线段的金属层拔高一层以上，这样，能在通过金属短路失效定位结构进行短路测试的同时，还能在确定金属短路失效定位结构中存在短路后进行短路失效位置的定位，这是由于第二金属线段位于金属短路失效定位结构中的其他金属线段的顶部，故能单独将第二金属线段去除，去除第二金属线段后，第一金属线段之间的连接关系就互相断开，而短路失效位置处的第一金属线段则会和第二金属绕线结构中的第三金属线段短接，利用第一金属线段和第三金属线段短接能通过PVC定位短路失效位置对应的第一金属线段。
再结合二分法和PVC能在定位的第一金属线段中定位到长度为5微米以下的失效分析段；由于失效分析段为5微米以下，故能采用SEM、TEM或EDS对失效分析段进行物性分析，并能得到失效原因。
所以，本发明能完全定位到金属短路的失效位置且能实现对nA级别的金属短路失效位置进行定位。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有第一种金属短路测试结构的示意图；
图2是现有第二种金属短路测试结构的示意图；
图3是现有第三种金属短路测试结构的示意图；
图4是本发明第一实施例金属短路失效定位结构的示意图；
图5是本发明第二实施例金属短路失效定位结构的示意图；
图6是本发明第三实施例金属短路失效定位结构的示意图；
图7是本发明第一实施例金属短路失效定位结构的第二金属线段去除后的结构示意图；
图8是对图7所示结构进行被动电压衬度对比定位的结构示意图；
图9是对图8所定位到的第一金属线段进行二分法分析形成失效分析段的各步骤中的结构示意图。
具体实施方式
本发明第一实施例金属短路失效定位结构：
如图4所示，是本发明第一实施例金属短路失效定位结构的示意图；本发明第一实施例金属短路失效定位结构包括：由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构。
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段1，各所述第一金属线段1通过对应的第二金属线段2连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段4，各所述第三金属线段4和所述第一金属线段1平行，各所述第三金属线段4和对应相邻的所述第一金属线段1之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段4电连接在一起。
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫203和第一引线201和所述第二金属绕线结构的第二衬垫204和第二引线202；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段1通过所述第一引线201连接到所述第一衬垫203，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段4通过所述第二引线202连接到所述第二衬垫204。
在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4连接形成首尾相连的蛇形结构。
所述第一衬垫203的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
所述第二衬垫204的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
所述第一金属线段1、所述第三金属线段4、所述第三金属线段4之间的连接线段、所述第一引线201、所述第一衬垫203、所述第二引线202和所述第二衬垫204都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数。
所述第二金属线段2由第m层金属层组成，m为大于n的整数，较佳为，m为n+1。所述第二金属线段2通过底部对应的通孔3连接对应的所述第一金属线段1。
所述第二金属线段2位于所述第一金属线段1的顶部的结构使所述第二金属线段2为可去除结构，且所述第二金属线段2在在电性确认过程中保留以及失效定位过程中去除。
在所电性确认过程中，所述第一衬垫203和所述第二衬垫204之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流。
如果所述电性确认过程确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流时，进行所述失效定位。由于本发明第一实施例中，各所述第三金属线段4和对应相邻的所述第一金属线段1之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，故当存在失效缺陷时，所述电性确认过程中会检测到所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
如图7所示，是本发明第一实施例金属短路失效定位结构的第二金属线段去除后的结构示意图。在所述失效定位过程中，所述第二金属线段2被去除使各所述第一金属线段1之间断开连接。
如图8所示，是对图7所示结构进行被动电压衬度对比定位的结构示意图；所述第二衬垫204接地，利用被动电压衬度对比定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a，被动电压衬度对比形成的图像中，接地的所述第二金属绕线结构会正充电(charging)而发亮，同样，和和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a以及通孔2也会正charging而发亮。所以，发亮的所述第一金属线段1仅为定位的所述金属线段1a。图8中，将定位到的所述第一金属线段单独用标记1a表示。
在所述失效定位过程中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a之后，在沿所述第一金属线段1的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段1a和相邻的所述第三金属线段4的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段303。
如图9所示，是对图8所定位到的第一金属线段进行二分法分析形成失效分析段303的各步骤中的结构示意图；二分法分析的整个流程包括：
首先，进行结构简化，结构简化为将定位到的所述第一金属线段1a和对应相邻的所述第三金属线段4提取出来，即将虚线框301所示区域提取出来。
其次、对提取出的虚线框301所示的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4进行PVC检测，具体为对所述第三金属线段4的两侧接地，之后再进行PVC检测，由所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4为短接结构，故所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4都会发亮。
再次、进行二分，之后在进行PVC检测，具体为：
二分为将虚线框301所示的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4组成结构分成两段，分别如虚线框301a和301b所示。之后再进行PVC检测。由于标记302所示的失效缺陷即可能位于虚线框301a中，也有可能位于虚线框301b中，图9中同时显示了两种情形。
当失效缺陷302位于虚线框301a中时，进行PVC检测时，仅虚线框301a中所述第一金属线段1a发亮，虚线框301b中所述第一金属线段1a不发亮，这时，可以对虚线框301a中的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4继续进行二分法分析。
同样，当失效缺陷302位于虚线框301b中时，进行PVC检测时，仅虚线框301b中所述第一金属线段1a发亮，虚线框301a中所述第一金属线段1a不发亮，这时，可以对虚线框301b中的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4继续进行二分法分析。
所述失效分析段303用于在物性分析过程中进行物性分析。
由于所述失效分析段303的长度为5微米以下，故能采用SEM、TEM或EDS进行所述物性分析，例如：能先通过SEM查看缺陷；发现缺陷后再通过截面透射电镜(XTEM)确定导致金属短路的失效机理。
本发明第一实施例金属短路失效定位结构是在现有金属短路的测试结构的基础上做进一步改进形成的，本发明第一实施例中，将现有金属短路的测试结构中的一条蛇形结构的拐弯处的金属线段的金属层拔高一层以上，也即本发明第一实施例中第一金属绕线结构中用于实现第一金属线段1连接的第二金属线段2的金属层拔高一层以上，这样，能在通过金属短路失效定位结构进行短路测试的同时，还能在确定金属短路失效定位结构中存在短路后进行短路失效位置的定位，这是由于第二金属线段2位于金属短路失效定位结构中的其他金属线段的顶部，故能单独将第二金属线段2去除，去除第二金属线段2后，第一金属线段1之间的连接关系就互相断开，而短路失效位置处的第一金属线段1则会和第二金属绕线结构中的第三金属线段4短接，利用第一金属线段1和第三金属线段4短接能通过PVC定位短路失效位置对应的第一金属线段1。
再结合二分法和PVC能在定位的第一金属线段1中定位到长度为5微米以下的失效分析段303；由于失效分析段303为5微米以下，故能采用SEM、TEM或EDS对失效分析段303进行物性分析，并能得到失效原因。
所以，本发明第一实施例能完全定位到金属短路的失效位置且能实现对nA级别的金属短路失效位置进行定位。
本发明第二实施例金属短路失效定位结构：
本发明第二实施例金属短路失效定位结构和本发明第一实施例金属短路失效定位结构的区别之处为：
如图5所示，是本发明第二实施例金属短路失效定位结构的示意图；在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4的第一侧都连接第一连接线段5a并组成单条梳型结构。
所述第一衬垫203的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接。
所述第二衬垫204的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段5a连接。
本发明第三实施例金属短路失效定位结构：
本发明第三实施例金属短路失效定位结构和本发明第一实施例金属短路失效定位结构的区别之处为：
如图6所示，是本发明第三实施例金属短路失效定位结构的示意图；在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段4的第一侧都连接第二连接线段5b以及偶数编号的所述第三金属线段4的第二侧都连接第三连接线段5c从而组成双条梳型结构。
所述第一衬垫203的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接。
所述第二衬垫204的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段5b和第三连接线段5c连接。
本发明实施例金属短路失效定位方法：
本发明实施例金属短路失效定位方法包括如下步骤：
步骤一、如图4所示，形成金属短路失效定位结构，包括由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构。
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段1，各所述第一金属线段1通过对应的第二金属线段2连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段4，各所述第三金属线段4和所述第一金属线段1平行，各所述第三金属线段4和对应相邻的所述第一金属线段1之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段4电连接在一起。
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫203和第一引线201和所述第二金属绕线结构的第二衬垫204和第二引线202；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段1通过所述第一引线201连接到所述第一衬垫203，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段4通过所述第二引线202连接到所述第二衬垫204。
在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4连接形成首尾相连的蛇形结构。所述第一衬垫203的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。所述第二衬垫204的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
在其他实施例方法中也能为：如图5所示，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4的第一侧都连接第一连接线段5a并组成单条梳型结构；所述第一衬垫203的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫204的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段5a连接。
或者，如图6所示，在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段4按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段4的第一侧都连接第二连接线段5b以及偶数编号的所述第三金属线段4的第二侧都连接第三连接线段5c从而组成双条梳型结构；所述第一衬垫203的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫204的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段5b和第三连接线段5c连接。
所述第一金属线段1、所述第三金属线段4、所述第三金属线段4之间的连接线段、所述第一引线201、所述第一衬垫203、所述第二引线202和所述第二衬垫204都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数。
所述第二金属线段2由第m层金属层组成，m为大于n的整数，较佳为，m为n+1。所述第二金属线段2通过底部对应的通孔3连接对应的所述第一金属线段1。
步骤二、进行电学确认，包括：在所述第一衬垫203和所述第二衬垫204之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间没有漏电流则没有引起金属短路的失效缺陷；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间检测到漏电流，则进行后续步骤三。
在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
步骤三、如图7所示，将所述第二金属线段2去除，使各所述第一金属线段1之间断开连接。
较佳为，采用金属化学机械研磨工艺将所述第二金属线段2去除。
步骤四、进行失效定位，包括：
如图8所示，将所述第二衬垫204接地，利用被动电压衬度对比定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a，被动电压衬度对比形成的图像中，所述第二金属绕线结构由于接地会发亮，和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a也会接地并发亮并从而实现对和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1a的定位。图8中，将发亮的所述第一金属线段单独用标记1a表示。
步骤四中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段1之后，还包括：
在沿所述第一金属线段1的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段1和相邻的所述第三金属线段4的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段303。
如图9所示，是对图8所定位到的第一金属线段进行二分法分析形成失效分析段303的各步骤中的结构示意图；二分法分析的整个流程包括：
首先，进行结构简化，结构简化为将定位到的所述第一金属线段1a和对应相邻的所述第三金属线段4提取出来，即将虚线框301所示区域提取出来。
其次、对提取出的虚线框301所示的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4进行PVC检测，具体为对所述第三金属线段4的两侧接地，之后再进行PVC检测，由所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4为短接结构，故所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4都会发亮。
再次、进行二分，之后在进行PVC检测，具体为：
二分为将虚线框301所示的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4组成结构分成两段，分别如虚线框301a和301b所示。之后再进行PVC检测。由于标记302所示的失效缺陷即可能位于虚线框301a中，也有可能位于虚线框301b中，图9中同时显示了两种情形。
当失效缺陷302位于虚线框301a中时，进行PVC检测时，仅虚线框301a中所述第一金属线段1a发亮，虚线框301b中所述第一金属线段1a不发亮，这时，可以对虚线框301a中的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4继续进行二分法分析。
同样，当失效缺陷302位于虚线框301b中时，进行PVC检测时，仅虚线框301b中所述第一金属线段1a发亮，虚线框301a中所述第一金属线段1a不发亮，这时，可以对虚线框301b中的所述第一金属线段1a和所述第三金属线段4继续进行二分法分析。
还包括：
步骤五、对所述失效分析段303进行物性分析并确定失效原因。
本发明实施例方法中，采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜或X射线能量色散谱分析方法进行所述物性分析。例如：能先通过SEM查看缺陷；发现缺陷后再通过截面透射电镜(XTEM)确定导致金属短路的失效机理。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种金属短路失效定位结构，其特征在于，包括：由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构；
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段，各所述第一金属线段通过对应的第二金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段，各所述第三金属线段和所述第一金属线段平行，各所述第三金属线段和对应相邻的所述第一金属线段之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段电连接在一起；
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫和第一引线和所述第二金属绕线结构的第二衬垫和第二引线；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段通过所述第一引线连接到所述第一衬垫，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段通过所述第二引线连接到所述第二衬垫；
所述第一金属线段、所述第三金属线段、所述第三金属线段之间的连接线段、所述第一引线、所述第一衬垫、所述第二引线和所述第二衬垫都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数；
所述第二金属线段由第m层金属层组成，m为大于n的整数，所述第二金属线段通过底部对应的通孔连接对应的所述第一金属线段；
所述第二金属线段位于所述第一金属线段的顶部的结构使所述第二金属线段为可去除结构，且所述第二金属线段在电性确认过程中保留以及在失效定位过程中去除；
在所述电性确认过程中，所述第一衬垫和所述第二衬垫之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流；
如果所述电性确认过程确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流时，进行所述失效定位；
在所述失效定位过程中，所述第二金属线段被去除使各所述第一金属线段之间断开连接，所述第二衬垫接地，利用被动电压衬度对比定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段。
2.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构。
3.如权利要求2所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：所述第一衬垫的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接；
所述第二衬垫的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接。
4.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段的第一侧都连接第一连接线段并组成单条梳型结构；
所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；
所述第二衬垫的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段连接。
5.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段的第一侧都连接第二连接线段以及偶数编号的所述第三金属线段的第二侧都连接第三连接线段从而组成双条梳型结构；
所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；
所述第二衬垫的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段和第三连接线段连接。
6.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：m为n+1。
7.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
8.如权利要求1所述的金属短路失效定位结构，其特征在于：在所述失效定位过程中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段之后，在沿所述第一金属线段的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段和相邻的所述第三金属线段的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段；
所述失效分析段用于在物性分析过程中进行物性分析。
9.一种金属短路失效定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、形成金属短路失效定位结构，包括由多条金属线段连接而成的第一金属绕线结构和由多条金属线段连接而成的第二金属绕线结构；
在短路失效检测区域中，所述第一金属绕线结构包括多条平行的第一金属线段，各所述第一金属线段通过对应的第二金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第二金属绕线结构包括多条第三金属线段，各所述第三金属线段和所述第一金属线段平行，各所述第三金属线段和对应相邻的所述第一金属线段之间的间距小于等于失效缺陷的检测宽度，各所述第三金属线段电连接在一起；
引出区位于所述短路失效检测区域外侧，所述引出区中包括所述第一金属绕线结构的第一衬垫和第一引线和所述第二金属绕线结构的第二衬垫和第二引线；所述第一金属绕线结构的所述第一金属线段通过所述第一引线连接到所述第一衬垫，所述第二金属绕线结构的所述第三金属线段通过所述第二引线连接到所述第二衬垫；
所述第一金属线段、所述第三金属线段、所述第三金属线段之间的连接线段、所述第一引线、所述第一衬垫、所述第二引线和所述第二衬垫都由第n层金属层组成，n为大于等于1的整数；
所述第二金属线段由第m层金属层组成，m为大于n的整数，所述第二金属线段通过底部对应的通孔连接对应的所述第一金属线段；
步骤二、进行电学确认，包括：在所述第一衬垫和所述第二衬垫之间加电压并检测所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的漏电流；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间没有漏电流则没有引起金属短路的失效缺陷；如果所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间检测到漏电流，则进行后续步骤三；
步骤三、将所述第二金属线段去除，使各所述第一金属线段之间断开连接；
步骤四、进行失效定位，包括：
将所述第二衬垫接地，利用被动电压衬度对比定位和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段，被动电压衬度对比形成的图像中，所述第二金属绕线结构由于接地会发亮，和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段也会接地并发亮并从而实现对和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段的定位。
10.如权利要求9所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段连接形成首尾相连的蛇形结构；所述第一衬垫的数量为两个，分别和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接；所述第二衬垫的数量为两个，分别和所述第二金属绕线结构的蛇形结构的头部和尾部连接；
或者，在短路失效检测区域中，所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段的第一侧都连接第一连接线段并组成单条梳型结构；所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫的数量为1个且和所述第二金属绕线结构的第一连接线段连接；
或者，在短路失效检测区域中，将所述第二金属绕线结构的各所述第三金属线段按照排列顺序进行编号，其中奇数编号的所述第三金属线段的第一侧都连接第二连接线段以及偶数编号的所述第三金属线段的第二侧都连接第三连接线段从而组成双条梳型结构；所述第一衬垫的数量为1个且和所述第一金属绕线结构的蛇形结构的头部或尾部中的一个连接；所述第二衬垫的数量为1个且同时和所述第二金属绕线结构的第二连接线段和第三连接线段连接。
11.如权利要求9所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：m为n+1。
12.如权利要求9所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：在所电性确认过程中，所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间的电流的大小为nA级时确认所述第一金属绕线结构和所述第二金属绕线结构之间具有漏电流。
13.如权利要求9所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：步骤三中采用金属化学机械研磨工艺将所述第二金属线段去除。
14.如权利要求9所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：步骤四中，在定位到和所述第二金属绕线结构短路的所述第一金属线段之后，还包括：
在沿所述第一金属线段的长度方向上，结合二分法和被动电压衬度对比将所述第一金属线段和相邻的所述第三金属线段的长度缩小到5微米以内并形成包括了失效缺陷的失效分析段；
还包括：
步骤五、对所述失效分析段进行物性分析并确定失效原因。
15.如权利要求14所述的金属短路失效定位方法，其特征在于：步骤五中，采用SEM、TEM或EDS分析方法进行所述物性分析。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386167A (zh) * 2010-09-03 2012-03-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件结构
CN102385017A (zh) * 2010-08-25 2012-03-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种短路缺陷测试装置和方法
US20140179032A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Renesas Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor device
CN206584011U (zh) * 2017-01-12 2017-10-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 一种检测金属线短路的测试结构
CN109490758A (zh) * 2018-12-12 2019-03-19 上海华力集成电路制造有限公司 一种短路失效的定位方法
CN109686675A (zh) * 2018-12-12 2019-04-26 上海华力集成电路制造有限公司 一种失效的定位方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102385017A (zh) * 2010-08-25 2012-03-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种短路缺陷测试装置和方法
CN102386167A (zh) * 2010-09-03 2012-03-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种半导体器件结构
US20140179032A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Renesas Electronics Corporation Method of manufacturing semiconductor device
CN206584011U (zh) * 2017-01-12 2017-10-24 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 一种检测金属线短路的测试结构
CN109490758A (zh) * 2018-12-12 2019-03-19 上海华力集成电路制造有限公司 一种短路失效的定位方法
CN109686675A (zh) * 2018-12-12 2019-04-26 上海华力集成电路制造有限公司 一种失效的定位方法

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