CN204216010U - 接触孔偏移量测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种接触孔偏移量测结构，其至少包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的对称分布的两组量测图形，所述量测图形包括形成在所述半导体衬底表面的有源区和等间距排布在所述有源区上的多晶硅栅桥；位于其中一组量测图形上的第一接触孔图形，所述第一接触孔图形包括以相同间距排布在所述有源区上的接触孔组；其中，各接触孔组之间的间距大于各多晶硅栅桥之间的间距，所述接触孔组与所述多晶硅栅桥交错间隔分布，且每个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间具有不同的预设偏移量；位于另一组量测图形上的与所述第一接触孔图形呈镜像对称分布的第二接触孔图形。本实用新型能够通过电学量测检测到接触孔的偏移，简单实用，量测精度高。

Description

接触孔偏移量测结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种接触孔偏移量测结构。

背景技术

在半导体制造工艺中，晶圆形成半导体器件后，制作接触孔，是进行金属互连的重要步骤。需要对应有源区的位置，形成相应的掩模版用于接触孔的刻蚀。其中，接触孔是否对准有源区以及接触孔是否与前层光刻得到的多晶硅层(Poly)接触将直接影响接触孔的质量，假如形成的接触孔不能准确地对准底部有源区或者形成的接触孔与Poly接触，将导致该接触孔失效(开路/短路)。由于光刻工艺的精度限制等多方面原因，在进行接触孔的形成工艺时，会发生局部接触孔的偏移现象，即部分区域的接触孔的形成位置发生改变，不能正常对准底部的有源区或者可能与前层光刻得到的Poly接触，导致接触孔的失效，进而导致器件中的部分区域短路。通常生产过程中在光刻后使用光学方法取样量测接触孔是否偏移，但是如果光学量测设定错误，有时无法在生产过程中侦测到问题。于是需要在电路制作完成后，使用电学量测方法作为接触孔是否失效的保护量测(a fail safe protective measurement)；也可以做全检或作为电路特性调整用的一个参数。

传统的电阻接触孔链(Rc contact chain)量测结构可以用来侦测接触孔偏移，但是只能检测偏移量较大的接触孔偏移(例如50nm以上偏移量)。在接触孔偏移量小于50nm时，该量测结构的电阻值无明显变化，即使有接触孔的偏移，但是量测数据无法表现出来，容易误判接触孔无偏移问题；而在接触孔偏移量大于等于50nm时，该量测结构的电阻值会发生明显变化，才能侦测到接触孔偏移过大。由于传统的电阻接触孔链量测结构通常用于器件的质量控制，并不是特意设计来检测接触孔偏移，因此其在接触孔偏移量较大时才能检测出来，很多偏移量较小的接触孔的失效并不能有效检测出来，进而导致当光学量测出问题时，无有效方法做接触孔是否失效的质量保护，侦测接触孔偏移，来避免有制作问题的产品出货。

因此，现在亟需一种能够有效检测具有较小偏移量的接触孔的量测结构。

发明内容

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接触孔偏移量测结构，能够通过电学量测检测到接触孔的偏移，简单实用，量测精度高，用于解决现有技术中无法检测具有较小偏移量的接触孔的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种接触孔偏移量测结构，其中，所述接触孔偏移量测结构至少包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的对称分布的两组量测图形，所述量测图形包括形成在所述半导体衬底表面的有源区和等间距排布在所述有源区上的多晶硅栅桥；

位于其中一组量测图形上的第一接触孔图形，所述第一接触孔图形包括以相同间距排布在所述有源区上的接触孔组；其中，各接触孔组之间的间距大于各多晶硅栅桥之间的间距，所述接触孔组与所述多晶硅栅桥交错间隔分布，且每个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间具有不同的预设偏移量；以及，

位于另一组量测图形上的第二接触孔图形，所述第二接触孔图形与所述第一接触孔图形呈镜像对称分布。

优选地，所述接触孔偏移量测结构还包括：

位于所述半导体衬底上的多晶硅图形，所述多晶硅图形与每个多晶硅栅桥相连；以及，

位于所述多晶硅图形上的第三接触孔图形，所述第三接触孔图形包括等间距排布在所述多晶硅图形上的接触孔组。

优选地，所述接触孔偏移量测结构还包括：

位于所述第一接触孔图形上的第一金属连线，所述第一金属连线与所述第一接触孔图形中的所有接触孔组相连；

位于所述第二接触孔图形上的第二金属连线，所述第二金属连线与所述第二接触孔图形中的所有接触孔组相连；以及，

位于所述第三接触孔图形上的第三金属连线，所述第三金属连线与所述第三接触孔图形中的所有接触孔组相连。

优选地，所述第一接触孔图形和所述第二接触孔图形中均至少有一个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量为零。

优选地，沿同一方向排布的接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量，相较于前一接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的前一预设偏移量，以预设增量增大。

优选地，所述预设偏移量大于等于0nm，所述预设增量为各接触孔组之间的间距与各多晶硅栅桥之间的间距的差值。

优选地，所述接触孔组内的每个接触孔中均设有互连金属。

如上所述，本实用新型的接触孔偏移量测结构，具有以下有益效果：本实用新型采用在接触孔组和前层光刻得到的多晶硅栅桥之间设定预设偏移量的量测结构，能够通过电学量测 检测到接触孔相对于预设偏移量的实际偏移方向和偏移量，简单实用，量测精度高；当光学量测出问题时，能够有效做接触孔是否失效的质量保护，侦测接触孔偏移，来避免有制作问题的产品出货；与现有技术相比，对于50nm以下的接触孔偏移也能够快速、准确的量测得到。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例的接触孔偏移量测结构的示意图。

图2显示为本实用新型实施例的接触孔偏移量测结构中预设偏移量增大的示意图。

图3显示为本实用新型实施例的接触孔偏移量测结构中预设偏移量增大的剖视图。

元件标号说明

1   半导体衬底

2   第一量测图形

21  第一有源区

22  第一多晶硅栅桥

3   第二量测图形

31  第二有源区

32  第二多晶硅栅桥

4   第一接触孔图形

41 第一接触孔组 

5   第二接触孔图形

51 第二接触孔组 

6   多晶硅图形

7   第三接触孔图形

71  第三接触孔组

8   第一金属连线

9   第二金属连线

10  第三金属连线

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型的实施例涉及一种接触孔偏移量测结构，其中，本实施例的接触孔偏移量测结构至少包括：

半导体衬底1。该半导体衬底1可以采用Si衬底、SiGe衬底或者GaN、AlN、AlGaN、HEMT等III-V族化合物衬底。其形状可以为长方形或者圆形。

位于半导体衬底1上的对称分布的两组量测图形，量测图形包括形成在半导体衬底1表面的有源区和等间距排布在有源区上的多晶硅栅桥。在本实施例中，参见图1，两组量测图形分别为第一量测图形2和第二量测图形3。其中，第一量测图形2包括形成在半导体衬底1表面的第一有源区21和N个第一多晶硅栅桥22，N个第一多晶硅栅桥22以相同间距沿水平坐标轴(X轴)正方向排布在第一有源区21上，N为自然数。第二量测图形3与第一量测图形2对称分布，其包括形成在半导体衬底1表面的第二有源区31和N个第二多晶硅栅桥32，N个第二多晶硅栅桥32以相同间距沿水平坐标轴(X轴)负方向排布在第二有源区31上。第一有源区21和第二有源区31为N型有源区或者P型有源区。

位于其中一组量测图形上的第一接触孔图形4，第一接触孔图形4包括以相同间距排布在有源区上的接触孔组；其中，各接触孔组之间的间距大于各多晶硅栅桥之间的间距，接触孔组与多晶硅栅桥交错间隔分布，且每个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间具有不同的预设偏移量。在本实施例中，参见图1，第一接触孔图形4位于第一量测图形2上，其包括与第一多晶硅栅桥22数量相同的N个第一接触孔组41，N个第一接触孔组41以相同间距沿水平坐标轴(X轴)正方向排布在第一有源区21上。N个第一接触孔组41之间的间距大于N个第一多晶硅栅桥22之间的间距，N个第一接触孔组41与N个第一多晶硅栅桥22交错间隔分布，每个第一接触孔组41和与其邻近的第一多晶硅栅桥22之间具有不同的预设偏移量。此外，每个第一接触孔组41包括至少一个接触孔，每个接触孔中均设有互连金属；在本实施例中，如图1所示，每个第一接触孔组41包括以相同间距沿垂直坐标轴(Y轴)正方向或负方向排布的四个接触孔。

以及位于另一组量测图形上的第二接触孔图形5，第二接触孔图形5与第一接触孔图形4呈镜像对称分布。在本实施例中，参见图1，第二接触孔图形5位于第二量测图形3上，其包括与第二多晶硅栅桥32数量相同的N个第二接触孔组51，由于第二接触孔图形5与第一接触孔图形4呈镜像对称分布，N个第二接触孔组51以相同间距沿水平坐标轴(X轴)负方向排布在第二有源区31上。N个第二接触孔组51之间的间距大于N个第二多晶硅栅桥32之间的间距，N个第二接触孔组51与N个第二多晶硅栅桥32交错间隔分布，每个第二接触孔组51和与其邻近的第二多晶硅栅桥32之间具有不同的预设偏移量。此外，每个第二接触孔组51中接触孔的数量与第一接触孔组41相同，每个接触孔中均设有互连金属；在本实施例中，如图1所示，每个第二接触孔组51包括以相同间距沿垂直坐标轴(Y轴)正方向或负方向排布的四个接触孔。

除了上述组成部分之外，本实施例的接触孔偏移量测结构还包括：

位于半导体衬底1上的多晶硅图形6，多晶硅图形6与每个多晶硅栅桥相连。该多晶硅图形6为长方形结构，能够与第一量测图形2中的N个第一多晶硅栅桥22和第二量测图形3中的N个第二多晶硅栅桥32相连。

以及位于多晶硅图形6上的第三接触孔图形7，第三接触孔图形7包括排布在多晶硅图形6上的接触孔组。在本实施例中，参见图1，第三接触孔图形7包括M个第三接触孔组71，M个第三接触孔组71以相同或不同间距沿水平坐标轴(X轴)正方向或负方向排布在第三接触孔图形7上，M为自然数。

除了上述组成部分之外，本实施例的接触孔偏移量测结构还包括：

位于第一接触孔图形4上的第一金属连线8，第一金属连线8与第一接触孔图形4中的所有接触孔组相连。

位于第二接触孔图形5上的第二金属连线9，第二金属连线9与第二接触孔图形5中的所有接触孔组相连；

以及位于第三接触孔图形7上的第三金属连线10，第三金属连线10与第三接触孔图形7中的所有接触孔组相连。

需要指出的是，第一接触孔图形4和第二接触孔图形5中至少各有一个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量为零。也就是说，第一接触孔图形4和第二接触孔图形5中均至少有一个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥是相互接触的。在对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，与邻近的多晶硅栅桥接触的接触孔组将会短路，从而能够分别测得两组量测图形和多晶硅图形6之间的电阻值。

在本实施例中，沿同一方向排布的接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量， 相较于前一接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的前一预设偏移量，以预设增量增大。其中，预设偏移量大于等于0nm，预设增量为各接触孔组之间的间距与各多晶硅栅桥之间的间距的差值。

例如，N个第一接触孔组41之间的间距为P1，N个第一多晶硅栅桥22之间的间距为P2，且P1-P2＝k。那么，请参阅图2和图3，后一预设偏移量相较于前一预设偏移量增大的预设增量就为k。以沿水平坐标轴(X轴)正方向排布的N个第一多晶硅栅桥22和N个第一接触孔组41为例，定义第一量测图形2的最左侧为起始端，第一量测图形2的最右侧为终止端。从起始端开始，第一个第一接触孔组41和与其邻近的第一个第一多晶硅栅桥22之间的预设偏移量为第一预设偏移量，第二个第一接触孔组41和与其邻近的第二个第一多晶硅栅桥22之间的预设偏移量为第二预设偏移量，以此类推，到终止端结束，第N个第一接触孔组41和与其邻近的第N个第一多晶硅栅桥22之间的预设偏移量为第N预设偏移量。优选地，第N预设偏移量相较于第N-1预设偏移量，以预设增量增大。设定第一预设偏移量为0nm，那么第二预设偏移量为k nm，第三预设偏移量为2k nm，第四预设偏移量为3k nm，以此类推，那么第N预设偏移量为(N-1)*k nm。其中，N的取值根据各第一接触孔组41之间的间距P1、接触孔的宽度以及预设增量k来确定；设定接触孔的宽度为W，那么最大预设偏移量为(P1-W)/2，且最大预设偏移量等于第N预设偏移量，也就是(P1-W)/2＝(N-1)*k，从而得到N＝[(P1-W)/2k]–1。例如，P1＝380nm，W＝160nm，k＝5nm，得到N＝21。此外，N个第二多晶硅栅桥32和N个第二接触孔组51与N个第一多晶硅栅桥22和N个第一接触孔组41呈镜像对称分布，它们之间的预设偏移量也呈镜像对称，在此不作赘述。

请继续参阅图1-图3，现举例说明本实施例的接触孔偏移量测结构的量测原理，预先设定第一接触孔图形4和第二接触孔图形5中各有一个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量为零，同时通过第三金属连线10接入一个电源电压Vcc。

在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接触孔组无偏移现象，那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4和第二接触孔图形5中均只有一个接触孔组短路，分别测得两组量测图形和多晶硅图形6之间的电阻值均为R。

在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接触孔组发生向左或向右偏移现象，但实际偏移量小于k nm，那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4和第二接触孔图形5中同样只有一个接触孔组短路，同样的，分别测得两组量测图形和多晶硅图形6之间的电阻值均为R。

在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接 触孔组发生向左偏移现象，实际偏移量大于等于k nm，且小于2k nm，那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4中有两个接触孔组短路，而第二接触孔图形5中依然只有一个接触孔组短路。因此，测得第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值变为R/2，第一量测图形2中与短路的两个第一接触孔组41接触的两个第一多晶硅栅桥22相当于两个相同的电阻并联。而测得第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值依然为R。

相似的，在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接触孔组发生向右偏移现象，实际偏移量大于等于k nm，且小于2k nm，那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4中只有一个接触孔组短路，而第二接触孔图形5中有两个接触孔组短路。因此，测得第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值依然为R，而第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值变为R/2，第二量测图形3中与短路的两个第二接触孔组51接触的两个第二多晶硅栅桥32相当于两个相同的电阻并联。

以此类推，在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接触孔组发生向左偏移现象，实际偏移量大于等于(A-1)*k nm，且小于A*k nm，其中，A为自然数。那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4中有A个接触孔组短路，而第二接触孔图形5中依然只有一个接触孔组短路。因此，测得第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值变为R/A，第一量测图形2中与短路的A个第一接触孔组41接触的A个第一多晶硅栅桥22相当于A个相同的电阻并联。而测得第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值依然为R。此外，当第一量测图形2中所有第一多晶硅栅桥22均与其邻近的第一接触孔组41接触，那么将造成第一量测图形2和多晶硅图形6之间开路。也就是说，对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，如果量测得到第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值为R/A，而第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值为R，就说明所有接触孔组向左偏移，偏移量为(A-1)*k nm，且误差仅为k nm。因此，k的取值越小，采用本实施例的接触孔偏移量测结构测得的接触孔实际偏移量的误差就越小。

相似的，在采用光刻工艺形成本实施例的第一接触孔图形4和第二接触孔图形5时，如果所有接触孔组发生向右偏移现象，实际偏移量大于等于(A-1)*k nm，且小于A*k nm，其中，A为自然数。那么对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，第一接触孔图形4中只有一个接触孔组短路，而第二接触孔图形5中有A个接触孔组短路。因此，测得第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值依然为R，而第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值变为R/A，第二量测图形3中与短路的A个第二接触孔组51接触的A个第二多晶硅栅 桥32相当于A个相同的电阻并联。此外，当第二量测图形3中所有第二多晶硅栅桥32均与其邻近的第二接触孔组51接触，那么将造成第二量测图形3和多晶硅图形6之间开路。也就是说，对本实施例的接触孔偏移量测结构进行电学量测时，如果量测得到第一量测图形2和多晶硅图形6之间的电阻值为R，而第二量测图形3和多晶硅图形6之间的电阻值为R/A，就说明所有接触孔组向右偏移，偏移量为(A-1)*k nm，且误差仅为k nm。因此，k的取值越小，采用本实施例的接触孔偏移量测结构测得的接触孔实际偏移量的误差就越小。

因此，采用本实施例的接触孔偏移量测结构，只需要对其进行电学量测，通过测得的两组量测图形和多晶硅图形6之间的电阻值，就能得到相应的接触孔组偏移量，误差仅为knm；当光学量测出问题时，能够有效做接触孔是否失效的质量保护，侦测接触孔偏移，来避免有制作问题的产品出货。

值得一提到是，本实施例的接触孔偏移量测结构，可以根据不同的技术节点选择所需要的预设增量k，k也相当于不同技术节点的光刻工艺制程所能接受的误差值。因此，采用本实施例的接触孔偏移量测结构得到的接触孔组偏移量，精确度高，且量测简单，实用性好。

综上所述，本实用新型的接触孔偏移量测结构，采用在接触孔组和前层光刻得到的多晶硅栅桥之间设定预设偏移量的设计，能够通过电学量测检测到接触孔相对于预设偏移量的实际偏移方向和偏移量，简单实用，量测精度高；当光学量测出问题时，能够有效做接触孔是否失效的质量保护，侦测接触孔偏移，来避免有制作问题的产品出货；与现有技术相比，对于50nm以下的接触孔偏移也能够快速、准确的量测得到。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 (7)

1.一种接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述接触孔偏移量测结构至少包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的对称分布的两组量测图形，所述量测图形包括形成在所述半导体衬底表面的有源区和等间距排布在所述有源区上的多晶硅栅桥；

位于其中一组量测图形上的第一接触孔图形，所述第一接触孔图形包括以相同间距排布在所述有源区上的接触孔组；其中，各接触孔组之间的间距大于各多晶硅栅桥之间的间距，所述接触孔组与所述多晶硅栅桥交错间隔分布，且每个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间具有不同的预设偏移量；以及，

位于另一组量测图形上的第二接触孔图形，所述第二接触孔图形与所述第一接触孔图形呈镜像对称分布。

2.根据权利要求1所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述接触孔偏移量测结构还包括：

位于所述半导体衬底上的多晶硅图形，所述多晶硅图形与每个多晶硅栅桥相连；以及，

位于所述多晶硅图形上的第三接触孔图形，所述第三接触孔图形包括排布在所述多晶硅图形上的接触孔组。

3.根据权利要求2所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述接触孔偏移量测结构还包括：

位于所述第一接触孔图形上的第一金属连线，所述第一金属连线与所述第一接触孔图形中的所有接触孔组相连；

位于所述第二接触孔图形上的第二金属连线，所述第二金属连线与所述第二接触孔图形中的所有接触孔组相连；以及，

位于所述第三接触孔图形上的第三金属连线，所述第三金属连线与所述第三接触孔图形中的所有接触孔组相连。

4.根据权利要求1所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述第一接触孔图形和所述第二接触孔图形中均至少有一个接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量为零。

5.根据权利要求1所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，沿同一方向排布的接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的预设偏移量，相较于前一接触孔组和与其邻近的多晶硅栅桥之间的前一预设偏移量，以预设增量增大。

6.根据权利要求5所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述预设偏移量大于等于0nm，所述预设增量为各接触孔组之间的间距与各多晶硅栅桥之间的间距的差值。

7.根据权利要求1所述的接触孔偏移量测结构，其特征在于，所述接触孔组内的每个接触孔中均设有互连金属。