CN203850293U - 一种用于监测套刻偏移的测试结构 - Google Patents

Abstract

第一、第二平面以及位于所述第一、第二平面之间的绝缘层；第一焊垫以及与所述第一焊垫电连接的若干位于所述第二平面的平行且等距的金属线结构；位于所述绝缘层内的若干金属连接孔,所述金属连接孔均匀排布于相邻的金属线结构之间；第二焊垫以及与所述第二焊垫电连接且位于所述第一平面的金属板,所述金属板与金属连接孔电连接；设置于所述第一焊垫、第二焊垫之间的电源。本实用新型用于解决现有技术中依靠抽检样品对套刻标识进行偏移量的量测使得量测程序繁冗以及不能普遍反应产品的套刻偏移问题。

Description

一种用于监测套刻偏移的测试结构

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造技术领域，特别是涉及一种用于监测套刻偏移的测试结构。

背景技术

半导体制造技术中随着集成电路制造特征尺寸越来越小，一块芯片上的器件数量越来越多，同时所需要的金属连线的层数也越来越多。由最初的IC到随后的大规模集成电路以及超大规模集成电路，直至今日的特大规模集成电路，器件面积的进一步缩小以及半导体芯片的集成度不断提高，使得生产中各种元器件的三维结构被分解为几十层二维的光刻图形。为了达到良好的器件性能，各个光刻图形不但要有精准的特征线宽尺寸，还要保证其层与层之间的精确对准套刻精度。在制造过程中，连接孔和金属线之间的偏移就成为了后端连线好坏的关键因素,层与通孔的如果存在偏移，即使没有造成芯片立即失效，也会影响芯片的可靠性。

在半导体制造过程中，已有的套刻偏移监测只能用于生产线上样品的测试，并且通过对套刻标识偏移量的量测来控制层与层之间的对准，但这受产能限制只抽测其中很小一部分产品，大量产品无法发现是否有偏移的问题，而且生产线上的量测受人为影响比较大，经常有量测问题而产生误判。同时由于可靠性测试往往需要较长的时间，只能定期选择样品进行测试，同时一些由于机台不稳定造成的层与通孔的偏移就无法检测到，而这种产品流入市场后，会存在潜在的失效的风险。

因此，有必要提出一种新的用于监测套刻偏移的测试结构能使得晶圆在晶圆可接受测试(WAT)时，可以方便又快捷的检测某一层的金属结构的套刻偏移，提前发现有可靠性风险的产品，提高产品品质，避免更大损失。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于监测套刻偏移的测试结构，用于解决现有技术中依靠抽检样品对套刻标识进行偏移量的量测使得量测程序繁冗以及不能大范围反应所有产品的套刻偏移问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于监测套刻偏移的测试结构，该测试结构至少包括：第一、第二平面以及位于所述第一、第二平面之间的绝缘层；第一焊垫以及与所述第一焊垫电连接的若干位于所述第二平面的平行且等距的金属线结构；位于所述绝缘层内的若干金属连接孔,所述金属连接孔均匀排布于相邻的金属线结构之间；第二焊垫以及与所述第二焊垫电连接且位于所述第一平面的金属板,所述金属板与金属连接孔电连接；设置于所述第一焊垫、第二焊垫之间的电源。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，还包括第三焊垫以及与所述第三焊垫电连接且位于所述第一平面的若干彼此平行且等间距设置的金属线结构；位于所述绝缘层内的若干金属连接孔；所述金属连接孔均匀排布于相邻的所述金属线结构之间；第四焊垫以及与所述第四焊垫电连接且位于所述第二平面的金属板；该金属板与所述金属连接孔电连接；设置于所述第三、第四焊垫之间的电源。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，位于所述金属线结构之间的所述金属连接孔上端部分的横截面形状为圆形。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，所述金属连接孔与所述金属线结构之间的最小距离等于该产品版图设计规则中金属连接孔与金属线结构之间所容忍的最小间距。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，所述电源提供的电压为恒定电压。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，所述每行金属连接孔中的每两个相邻的金属连接孔彼此呈等间距分布。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，所述按行分布的金属连接孔中每行之间呈等间距分布。

作为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构的一种优选方案，所述金属线结构的宽度大于所述截面形状为圆形的金属连接孔的宽度。

如上所述，本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构，具有以下有益效果：可以定性的监测两个层结构中任何一个层出现上下偏移或左右偏移的情况，该测试结构可以设计于大量芯片的任何一层中，其监测覆盖范围广，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型的用于监测套刻偏移的测试结构示意图。

图2至图4为本实用新型的另三种用于监测套刻偏移的测试结构示意图。

元件标号说明

10      第一焊垫

11、21  金属线结构

12、22  金属连接孔

13      第二焊垫

14、24  金属板

15、25  条形金属

20      第三焊垫

23      第四焊垫

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实用新型提供一种用于监测套刻偏移的测试结构，本实用新型的所述用于监测套刻偏移的测试结构中包括有第一平面以及第二平面，所述第二平面位于所述第一平面的上方，且所述第一平面和第二平面相互平行；本实用新型中的所述第一和第二平面指的是半导体制造工艺中的任意两个相邻的层，所述每一层都设有若干组成器件的结构，这些组成器件的结构由位于两层之间的绝缘介质中的金属连接孔相互连接，处于同一层的所有结构都是在一次光刻套刻工艺中完成。所述金属连接孔是指穿透绝缘介质层的孔，所述孔中填充有金属，所述金属连接孔起金属互连的作用。本实用新型中，位于同一平面的所有组成器件的结构构成一个层结构；所述第一平面与所述第二平面之间由一绝缘层隔离；图1中，第一焊垫10以及设置于所述第二平面的若干彼此平行且等间距分布的金属线结构11，所述若干彼此平行且等间距分布的金属线结构11的一端与所述第一焊垫10电连接，亦即所述若干第一金属线结构的一端一起通过条形金属15连接在所述第一焊垫10上。本实用新型中，每行所述金属连接孔的上端位于所述第二平面的每两个彼此相邻的所述金属线结构之间且与所述金属线结构不接触，亦即所述金属连接孔均匀排布于相邻的所述金属线结构之间；所述金属连接孔与所述金属线结构不接触的作用是使得处于所述第二平面的组成器件的结构以及本实用新型的所述金属线结构在套刻(一次套刻工艺)准确的情况下不通过所述绝缘层中的金属连接孔与位于所述第一平面的金属板连接，达到在套刻准确的情况下，上下平面(层)之间的金属线结构以及金属板没有电流通过的目的。

作为本实用新型的一种优选方案，位于所述金属线结构之间的所述金属连接孔上端部分的横截面形状为圆形。将其上端表面的形状优选为圆形的作用是使得在套刻时发生各向等偏移量的情况下，所述金属连接孔与位于所述第二平面的所述金属线结构接触的几率相同。本实用新型中，所述金属连接孔与所述金属线结构之间的最小距离应该大于或等于该产品版图设计规则中金属连接孔与金属线结构之间所容忍的最小间距。亦即，在某个产品的版图设计规则中，其所规定的金属连接孔与所述金属线之间有最小距离，在后期生产工艺中，所述第二平面的金属线结构与所述金属连接孔之间的最小距离应该与其规定的所述最小距离相等或大于该最小距离，否则可能出现层之间的短路的情况。

如图1所示，本实用新型中还包括第二焊垫13以及与所述第二焊垫13电连接的金属板14，所述金属板14设置于所述第一平面；且所述金属板14与所述若干连接孔形成接触，亦即所述金属板覆盖并接触于所述若干金属连接孔的下端。为了使本实用新型达到良好的监测效果，优选地，所述每行金属连接孔中的每个金属连接孔彼此呈等间距分布，同时优选地，所述金属连接孔为穿透所述绝缘层的直线型通孔。亦即所述每行金属连接孔中，每两个相邻的金属连接孔彼此呈等间距分布，该方案的优点是使得套刻发生偏移的情况下，所述金属连接孔可以与所述金属线结构形成接触，增大所述金属线与所述金属连接孔的接触几率，减小监测受其他因素影响的几率。

优选地，所述按行分布的金属连接孔中每行之间呈等间距分布，增加了所述金属连接孔与所述金属线结构的接触几率。作为本实用新型的一种优选方案，所述金属线结构的宽度大于所述截面形状为圆形的所述金属连接孔的宽度，发生套刻偏移时，并使得所述金属线结构与所述金属连接孔形成充分接触。

本实用新型还包括电源，所述电源连接于所述第一、第二焊垫，优选地，所述电源提供的电压为恒定电压，为了监测结果更易观察，若所述金属线结构与所述金属板发生电性接触，根据所述恒定电压可以计算出所述第一平面的金属板与所述第二平面的金属线结构之间稳定的电流。

本实用新型中，图1表示的是当设置于所述第二平面的组成器件的其他结构发生套刻偏移时，均匀排布于所述每两个金属线结构之间的所述金属连接孔与所述金属线结构形成接触，从而在所述第一焊垫、条形金属15、金属连接孔、所述金属板14、与所述金属板14连接的第二焊垫13以及连接该两个焊垫的所述电源形成的回路中存在电流，因此，若该回路中存在电流，则可判断在一次套刻工艺中，设置于所述第二平面的组成器件的结构存在沿纸面内的上下偏移。

实施例二

图1所示的用于监测套刻偏移的测试结构设置于相互平行的两个平面内，位于上方的第二平面内的金属线结构存在沿纸面内的上下偏移的情况。同样是针对设置于所述上方的第二平面内的组成器件的其他结构的套刻偏移的监测而言，若该平面内的组成器件的结构发生沿纸面内的左右偏移时，则可将图1所示的测试结构在纸面所在的平面内旋转90度即可，若需要同时监测该第二平面的组成器件的结构是否存在沿纸面内的上下偏移和左右套刻偏移，将图1的测试结构在纸面所在的平面内旋转90度得到如图2所示的一组含有两个测试结构的右边的一个测试结构，所述这一组测试结构中左边的测试结构为如图1所示的测试结构，该两个测试结构构成一组完整的针对所述第二平面既可以测试上下套刻偏移也可以测试左右套刻偏移的彼此相隔开的测试结构同时存在于所述第一、第二平面。

当监测图2中左边的测试结构中有无电流时，若该测试结构所通过的电流为0，则说明处于所述第二平面的器件结构不存在沿纸面内的上下套刻偏移，然后再测试图2中右边测试结构中的电流，若该测试结构通过的电流不为0，则说明在一次套刻工艺中，处于所述第二平面的器件结构发生了沿纸面内的左右套刻偏移；若图2中左边的测试结构和右边的测试结构中通过的电流都不为0，则说明处于所述第二平面的器件结构既发生了沿纸面内的上下套刻偏移，同时也发生了沿纸面内的左右套刻偏移。若图2中左边和右边的测试结构通过的电流都为0，则说明处于所述第二平面的器件结构在一次套刻工艺中没有发生沿纸面内的上下或左右方向的套刻偏移。

实施例三

以上实施例一和实施例二是针对所述处于所述第二平面内的所有组成器件的结构，判断其是否发生沿纸面内的上下或左右套刻偏移而设计的测试结构。除此以外，本实用新型还可以判断位于所述第二平面下方的所述第一平面的组成器件的结构是否在套刻时发生偏移，作为本实用新型的一种优选方案，本实用新型还包括第三焊垫20以及一端与所述第三焊垫20连接的若干彼此平行且等间距的金属线结构21；所述绝缘层还设有另一按行分布的若干金属连接孔22；每行所述金属连接孔22的上端位于所述第一平面的每两个彼此相邻的所述金属线结构21之间且与所述金属线结构21不接触；所述第二平面还设有第四焊垫23以及连接于该第四焊垫23的金属板24；该金属板24接触于所述另一按矩阵分布的若干金属连接孔22；所述第三、第四焊垫之间连接有电源。如图3中左边的测试结构所示，该结构与图2中左边的测试结构的不同之处在于：所述构成该测试结构的各个部分所在的层(即组成器件的各个结构所处的同一平面)恰好颠倒分布，即原本处于所述第一平面的测试结构部分颠倒后位于所述第二平面，同时原本处于所述第二平面的测试结构部分颠倒后位于所述第一平面。所述图1中的测试结构以及图2中左边的测试结构中，原本测试所述第二平面(层)在沿纸面内的上下偏移，该测试结构中位于两个平面的各个测试结构部分位置颠倒之后形成如图3左边的测试结构，图3中其左边的测试结构针对所述第一平面的部分沿纸面内上下方向的偏移而设计，而当所述第一平面(层)的组成器件的结构发生沿纸面内的左右偏移时，可以将图3中左边的测试结构在纸面所在的平面内旋转90度形成如图3右边的测试结构。该测试结构可以监测所述第一平面(层)的组成器件的结构发生沿纸面内的左右偏移的情况。这两个彼此独立的测试结构同时存在于所述第一、第二平面。

实施例四

以上实施例一是只针对所述第二平面的组成器件的结构在时发生沿纸面内的上下方向偏移的监测；实施例二既可以监测所述第二平面的组成器件的结构发生沿纸面内的上下偏移，又可以监测所述第二平面的组成器件的结构发生沿纸面内的左右偏移；而实施例三是既可以监测处于所述第一平面的组成器件的结构发生上下偏移，又可以监测处于所述第一平面的组成器件的结构套刻时发生沿纸面内的左右偏移；本实施例四，如图4中的四个测试结构作为一组完整的测试结构来同时监测所述第一平面与所述第二平面的两个平面中，任何一个平面的组成器件的结构存在沿纸面内上下偏移或左右偏移的情况。图4中，该组测试结构中的左上方和右上方的测试结构分别为图2中左边和右边的测试结构，即可以测试处于所述第二平面的组成器件的结构沿纸面内的上下或左右偏移；该组测试结构的左下方和右下方的测试结构分别为图3中左边和右边的测试结构，即可以测试所述第一平面中组成器件的结构沿纸面内的上下或左右偏移。该四个测试结构彼此独立地存在于所述第一、第二平面且构成一组完成的测试结构。因此，该实施例实现了两个平面中处于任何一个平面的组成器件的结构发生上下或左右偏移的监测。

利用本实用新型的所述测试结构进行套刻偏移的测试时，所述第一至第四焊垫都电连接于最上方的层(金属互连中处于最上方的层结构)的独立焊垫便于探针接触。

本实用新型的所述测试结构是位于半导体工艺产品中相邻的两个层(本实用新型的两个相邻的平面)中的测试结构，该两个相邻的层中还包括其他组成半导体器件的结构，这些结构与本实用新型的所述测试结构分别独立。但是在套刻制程中，处于同一层(本实用新型所述的同一平面)的组成半导体器件的其他结构与本实用新型的所述测试结构中金属线结构或金属板是在一次光刻和蚀刻工艺中套刻完成的，因此在套刻期间可能会发生处于同一层的所有组成器件的结构和构成本实用新型的金属线结构或金属板在一次套刻时的偏移。

综上所述，本实用新型提供一种用于监测套刻偏移的测试结构，用于解决现有技术中依靠抽检样品对套刻标识进行偏移量的量测使得量测程序繁冗以及不能大范围反应所有产品的套刻偏移问题，该测试结构可以设计于大量芯片的任意两个含有组成器件的结构的层，其监测覆盖范围广，实用性强。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于，该测试结构至少包括：

第一、第二平面以及位于所述第一、第二平面之间的绝缘层；

第一焊垫以及与所述第一焊垫电连接的若干位于所述第二平面的平行且等距的金属线结构；

位于所述绝缘层内的若干金属连接孔,所述金属连接孔均匀排布于相邻的金属线结构之间；

第二焊垫以及与所述第二焊垫电连接且位于所述第一平面的金属板,所述金属板与金属连接孔电连接；

设置于所述第一焊垫、第二焊垫之间的电源。

2.根据权利要求1所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：还包括第三焊垫以及与所述第三焊垫电连接且位于所述第一平面的若干彼此平行且等间距设置的金属线结构；位于所述绝缘层内的若干金属连接孔；所述金属连接孔均匀排布于相邻的所述金属线结构之间；第四焊垫以及与所述第四焊垫电连接且位于所述第二平面的金属板；该金属板与所述金属连接孔电连接；设置于所述第三、第四焊垫之间的电源。

3.根据权利要求2所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：位于所述金属线结构之间的所述金属连接孔上端部分的横截面形状为圆形。

4.根据权利要求3所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：所述金属连接孔与所述金属线结构之间的最小距离等于该产品版图设计规则中金属连接孔与金属线结构之间所容忍的最小间距。

5.根据权利要求1或2所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：所述电源提供的电压为恒定电压。

6.根据权利要求1或2所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：所述每行金属连接孔中的每两个相邻的金属连接孔彼此呈等间距分布。

7.根据权利要求1或2所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：所述按行分布的金属连接孔中每行之间呈等间距分布。

8.根据权利要求3所述的用于监测套刻偏移的测试结构，其特征在于：所述金属线结构的宽度大于所述截面形状为圆形的金属连接孔的宽度。