CN211350640U - 一种用于监控接触结构间差异性的测试结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种应用于半导体制造工艺中用于监控CT和Via的接触电阻Rc失配性的测试结构；提供一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，包括N个接触结构，N为不小于2的自然数；第一电介质层中有至少一个第一导电结构，第二电介质层中有至少一个第二导电结构，接触结构电连接第一导电结构和第二导电结构；对于每个接触结构，该用于监控接触结构间差异性的测试结构中至少存在两个独立的测试路径，其中一个测试路径用于连接电流源以提供测试电流，另外一个测试路径用于连接电压采集单元以获得该接触结构两端的电压值；所述接触结构的测试路径是包括从第一导电结构经过该接触结构到第二导电结构的测试路径。
Description
技术领域
本实用新型是关于半导体设计和生产领域，特别涉及一种用于监控接触结构间差异性的测试结构。
背景技术
由于现代的集成电路集成规模庞大，工艺复杂，多达几十到几百步的工艺步骤，而集成电路中存在多种材料用于导通与绝缘，其工艺流程中的物理化学过程，工艺条件十分复杂。由于当前芯片都是由多层堆叠构成，层与层之间的电性连接都需要由接触孔/通孔(Contact/Via)来完成；另外，接触孔/通孔不仅仅作为金属层之间的连接，在半导体工艺中，接触孔/通孔也深入到半导体衬底中与衬底材料接触，将一些器件的引出区进行引出。接触孔是指硅芯片内的器件与第一层金属层之间在硅表面的连接，通孔是指穿过各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层形成电通路的开口。金属层之间间隔介质层ILD，器件的表层还具有钝化层。接触孔/通孔的形成工艺一般是在向下刻蚀介质层及金属层形成深孔之后，进行金属薄膜淀积工艺，在孔内填充金属，即可形成一接触孔/通孔，将接触孔/通孔所深入到的所有层次的接触孔周围所能接触到的金属连接起来。有些金属由于与硅材料之间的贴附性能不是很好，还需要在填充金属之前先在孔的内壁沉积一层与硅之间贴附性能好的过渡层金属，然后再填充其他导电的金属，比如钨、铝等。
在集成电路芯片制造领域，Contact/Via的接触电阻Rc是一个很关键参数；Rc的大小会影响到前端器件的性能，也会影响后端连线的延迟；Rc变化太大或者均一性太差时，甚至会引起整个芯片的失效。随着关键尺寸从28nm到14nm，再到更先进的10nm、7nm、5nm、3nm，Contact/Via的尺寸也越来越小，很细微的偏差就会引起器件性能偏差，甚至良率问题，监控Rc局部偏差和全局偏差就越来越重要。因此，需要相应测试结构和测试方法来监控Contact/Via的接触电阻Rc；同时也需要监控局部Rc的均一性，发现问题后，可以及时调整工艺参数，防止造成重大生产损失。
传统一般采用四端法来测试接触电阻Rc，测试结构可参考图1，通过在I1端和I2端之间force固定电流If，在V1端和V2端测量电压，然后利用公式Rc＝(V1-V2)/If，来计算接触电阻Rc的值；很明显，没有针对局部均一性的测试结构和测试方法。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种应用于半导体制造工艺中用于监控CT和Via的接触电阻Rc失配性的测试结构。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：
提供一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，包括N个接触结构，N为不小于2的自然数；第一电介质层中有至少一个第一导电结构，第二电介质层中有至少一个第二导电结构，接触结构电连接第一导电结构和第二导电结构；
对于每个接触结构，该用于监控接触结构间差异性的测试结构中至少存在两个独立的测试路径，其中一个测试路径用于连接电流源以提供测试电流，另外一个测试路径用于连接电压采集单元以获得该接触结构两端的电压值；所述接触结构的测试路径是包括从第一导电结构经过该接触结构到第二导电结构的测试路径。
作为进一步的改进，所述用于监控接触结构间差异性的测试结构中，不同接触结构的测试路径中能够存在重叠部分。
作为进一步的改进，第一导电结构和第二导电结构分别是芯片后端两个不同层中的金属线，接触结构是电连接芯片后端两个层中金属线的通孔。
作为进一步的改进，第一导电结构和第二导电结构分别是栅极电极和其上的金属线，接触结构是电连接栅极电极和其上金属线的接触孔。
作为进一步的改进，第一导电结构和第二导电结构分别是有源区和其上的金属线，接触结构是电连接有源区和其上金属线的接触孔。
作为进一步的改进，第一电介质中包括1条第一导电结构，第二电介质层中包括2条第二导电结构，接触结构A电连接第一导电结构和其中一条第二导电结构，接触结构B电连接第一导电结构和另一条第二导电结构。
作为进一步的改进，第一电介质中包括2条第一导电结构，第二电介质层中包括1条第二导电结构，接触结构A电连接其中一条第一导电结构和第二导电结构，接触结构B电连接另一条第一导电结构和第二导电结构。
作为进一步的改进，第一电介质中包括2条第一导电结构，第二电介质层中包括2条第二导电结构，接触结构A电连接其中一条第一导电结构和其中一条第二导电结构，接触结构B电连接另一条第一导电结构和另一条第二导电结构。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的测试结构能测试若干个接触结构的接触电阻，且能实现四端法测量，测试准确，精度高；如果一个die中放置多个相同的测试结构，可以得到多组接触电阻值，进一步可以这些接触结构之间的局部偏差(local variation)和全局偏差(globalvariation)，为更好的监控工艺提供很好的指标。
本实用新型创造性地设计出针对多个接触结构Contact/via的接触电阻失配(mismatch)的测试结构，适用于有源区上的Contact，GT上的Contact，以及后端各个层次的via。
附图说明
图1为传统四端法测接触电阻的测试结构示意图。
图2为用于监控测试芯片后端各个层次的通孔(Via)间差异性的测试结构实施例图。
图3为用于监控测试芯片后端各个层次的通孔(Via)间差异性的测试结构实施例图。
图4为用于监控测试芯片后端各个层次的通孔(Via)间差异性的测试结构实施例图。
图5为用于监控栅极电极(GT)上接触孔(Contact)间差异性的测试结构实施例图。
图6为用于监控栅极电极(GT)上接触孔(Contact)间差异性的测试结构实施例图。
图7为用于监控栅极电极(GT)上接触孔(Contact)间差异性的测试结构实施例图。
图8为用于监控有源区上接触孔(Contact)间差异性的测试结构实施例图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
一种用于监控接触结构间差异性的测试结构包括N个接触结构，N为不小于2的自然数；第一电介质层中有若干个第一导电结构，第二电介质层中有若干个第二导电结构，每个接触结构分别电连接第一导电结构和第二导电结构。对于每个接触结构，该用于监控接触结构间差异性的测试结构中至少存在两个独立的测试路径，其中一个测试路径用于连接电流源以提供测试电流，另外一个测试路径用于连接电压采集单元以获得该接触结构两端的电压值；不同接触结构的测试路径中能够存在重叠部分。所述接触结构的测试路径是包括从第一导电结构经过该接触结构到第二导电结构的测试路径。
对于每个接触结构的两个独立的测试路径，一个测试路径连接电流源以构成测试通路，电流源用于提供固定的测试电流If，另一个测试路径连接电压采集单元，电压采集单元用于获得该接触结构两端的电压值V1和V2；然后利用公式：Rc＝(V1-V2)/If，计算得到该接触结构的接触电阻Rc。通过分别测试并计算这几个接触结构的接触电阻，来监控局部接触电阻的均一性，若发生问题，可及时调整工艺参数，防止造成重大生产损失。
下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。
实施例1用于计算后端金属通孔Via间差异性的测试结构
如图2所示的测试结构包括1条第一导电结构(metal1)和2条第二导电结构(metal2)，第一导电结构和第二导电结构分别是芯片后端两个不同层中的金属线，通孔Via1电连接第一导电结构和其中一条第二导电结构，通孔Via2电连接第一导电结构和另一条第二导电结构。
测试通孔Via1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试通孔Via2的接触电阻时，可以在I1和I3间force电流If，在V1和V3端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到通孔Via1和通孔Via2的接触电阻Rc，实现对这两个通孔接触电阻的差异进行监控。
实施例2用于计算后端金属通孔Via间差异性的测试结构
如图3所示的测试结构包括2条第一导电结构(metal1)和1条第二导电结构(metal2)，第一导电结构和第二导电结构分别是芯片后端两个不同层中的金属线，通孔Via1电连接其中一条第一导电结构和第二导电结构，通孔Via2电连接另一条第一导电结构和第二导电结构。
测试通孔Via1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试通孔Via2的接触电阻时，可以在I3和I2间force电流If，在V2和V3端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到通孔Via1和通孔Via2的接触电阻Rc，实现对这两个通孔接触电阻的差异进行监控。
实施例3用于计算后端金属通孔Via间差异性的测试结构
如图4所示的测试结构包括2条第一导电结构(metal1)和2条第二导电结构(metal2)，第一导电结构和第二导电结构分别是芯片后端两个不同层中的金属线，通孔Via1电连接其中一条第一导电结构和其中一条第二导电结构，通孔Via2电连接另一条第一导电结构和另一条第二导电结构。
测试通孔Via1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试通孔Via2的接触电阻时，可以在I3和I4间force电流If，在V3和V4端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到通孔Via1和通孔Via2的接触电阻Rc，实现对这两个通孔接触电阻Rc的差异进行监控。
实施例4用于计算栅极上接触孔CT间差异性的测试结构
如图5所示的测试结构包括2条第一导电结构(metal1)和1条第二导电结构(GT)，第二导电结构和第一导电结构分别是栅极电极和其上的金属线，接触孔CT1电连接其中一条金属线和栅极电极，通孔CT2电连接另一条金属线和栅极电极。
测试接触孔CT1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试接触孔CT2的接触电阻时，可以在I1和I3间force电流If，在V1和V3端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到接触孔CT1和接触孔CT2的接触电阻Rc，实现对这两个接触孔的接触电阻的差异进行监控。
实施例5用于计算栅极上接触孔CT间差异性的测试结构
如图6所示的测试结构包括1条第一导电结构(metal1)和2条第二导电结构(GT)，第二导电结构和第一导电结构分别是栅极电极和其上的金属线，接触孔CT1电连接金属线和其中一条栅极电极，通孔CT2电连接金属线和另一条栅极电极。
测试接触孔CT1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试接触孔CT2的接触电阻时，可以在I3和I2间force电流If，在V2和V3端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到接触孔CT1和接触孔CT2的接触电阻Rc，实现对这两个接触孔的接触电阻的差异进行监控。
实施例6用于计算栅极上接触孔CT间差异性的测试结构
如图7所示的测试结构包括2条第一导电结构(metal1)和2条第二导电结构(GT)，第二导电结构和第一导电结构分别是栅极电极和其上的金属线，接触孔CT1电连接其中一条金属线和其中一条栅极电极，通孔CT2电连接另一条金属线和另一条栅极电极。
测试接触孔CT1的接触电阻时，可以在I1和I2间force电流If，在V1和V2端分别量测电压并计算得到电压差V；测试接触孔CT2的接触电阻时，可以在I3和I4间force电流If，在V3和V4端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到接触孔CT1和接触孔CT2的接触电阻Rc，实现对这两个接触孔的接触电阻的差异进行监控。
实施例7用于计算有源区的接触孔CT间差异性的测试结构
如图8所示的测试结构包括4个第一导电结构(metal1)和一个第二导电结构(AA)，第二导电结构和第一导电结构分别是有源区和其上的金属线，有源区和其上的金属线之间有4条栅极结构(GT)进行隔断；接触孔CT1电连接其中一个第一导电结构和有源区，通孔CT2电连接另一个第一导电结构和有源区。
测试接触孔CT1的接触电阻时，同时打开GT1和GT2，在pin1和pin4间force电流If，在pin2和pin6端分别量测电压并计算得到电压差V；测试接触孔CT2的接触电阻时，同时打开GT1和GT2，在pin3和pin6间force电流If，在pin1和pin5端分别量测电压并计算得到电压差V。然后，分别利用公式Rc＝V/If计算得到接触孔CT1和接触孔CT2的接触电阻Rc，实现对这两个接触孔的接触电阻的差异进行监控。
上述实施例中涉及到的测试结构，以及各种简单的变形，适用于不同的技术节点，90nm以及更先进的工艺，包括FINFET，包括GAA(gate all around)；适用于有源区上的Contact，GT上的Contact，同样适用于后端的各个层次的via。这个测试结构可以多次放置，以进一步计算出局部偏差(local variation)和全局偏差(global variation)。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，包括N个接触结构，N为不小于2的自然数；第一电介质层中有至少一个第一导电结构，第二电介质层中有至少一个第二导电结构，接触结构电连接第一导电结构和第二导电结构；
对于每个接触结构，该用于监控接触结构间差异性的测试结构中至少存在两个独立的测试路径，其中一个测试路径用于连接电流源以提供测试电流，另外一个测试路径用于连接电压采集单元以获得该接触结构两端的电压值；所述接触结构的测试路径是包括从第一导电结构经过该接触结构到第二导电结构的测试路径。
2.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，所述用于监控接触结构间差异性的测试结构中，不同接触结构的测试路径中能够存在重叠部分。
3.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一导电结构和第二导电结构分别是芯片后端两个不同层中的金属线，接触结构是电连接芯片后端两个层中金属线的通孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一导电结构和第二导电结构分别是栅极电极和其上的金属线，接触结构是电连接栅极电极和其上金属线的接触孔。
5.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一导电结构和第二导电结构分别是有源区和其上的金属线，接触结构是电连接有源区和其上金属线的接触孔。
6.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一电介质中包括1条第一导电结构，第二电介质层中包括2条第二导电结构，接触结构A电连接第一导电结构和其中一条第二导电结构，接触结构B电连接第一导电结构和另一条第二导电结构。
7.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一电介质中包括2条第一导电结构，第二电介质层中包括1条第二导电结构，接触结构A电连接其中一条第一导电结构和第二导电结构，接触结构B电连接另一条第一导电结构和第二导电结构。
8.根据权利要求1所述的一种用于监控接触结构间差异性的测试结构，其特征在于，第一电介质中包括2条第一导电结构，第二电介质层中包括2条第二导电结构，接触结构A电连接其中一条第一导电结构和其中一条第二导电结构，接触结构B电连接另一条第一导电结构和另一条第二导电结构。
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| CN201922254936.8U CN211350640U (zh) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 一种用于监控接触结构间差异性的测试结构 |
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