[发明专利]金属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法

说明书

技术领域

本发明设计半导体制程工艺中的测试方法，更具体地说，涉及一种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法。

背景技术

在半导体制程工艺中，化学机械平坦化(CMP)是金属制程工艺中所不可缺少的重要技术。尤其是在制作铜层的过程中。

CMP是对图形敏感的工艺，在大块图形上具有更高的刻蚀速度(例如大块铜图形进行CMP时，速度会比小块的铜或者铜导线快很多，因此在大块的铜或者其他金属上进行CMP时会产生凹陷(dishing)的现象。

目前，多层金属互连已得到广泛的应用，尤其是在多层金属布线领域。比如，常用的8层铜互连技术。在采用多层金属互连技术时，前层的金属如果在CMP过程中产生凹陷，则这种凹陷会影响到后层金属，使得后层金属在CMP过程中更加容易产生凹陷，并且凹陷会更加明显。这种累加的效果使得凹陷的效应被逐渐放大，极大地影响后面的层次的金属CMP。严重的情况下可能会造成桥接现象(CMP没有完全清除不需要的金属层，使得原本不应该连接的器件由于残留的金属层而互相连接)的出现而使得器件短路，即使没有严重到出现桥接的现象，CMP引起的凹陷现象也会影响器件的性能。

CMP引起的凹陷会引起器件严重的性能缺陷，因此需要被及时地发现，以便进行修正，在本领域中，急需一种能有效并且方便地测试金属凹陷现象的技术。

发明内容

本发明旨在提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构及方法，能简便有效地测试金属制程工艺中产生的凹陷现象。

本发明利用了如下的原理：金属凹陷现象会改变器件的电阻阻值，当出现桥接现象时，还会在通电时产生很大的短路电流，因此只需要在待测金属层两端施加电压，通过检测电流和电阻的值就能确定是否存在凹陷的现象。另外，由于凹陷的现象具有累加的效应，因此只要测试最后层的金属层，就能确定是否在所有的金属层中是否存在不能容忍的凹陷现象。

根据本发明的一方面，提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试结构，其中，待测金属层依次排列；该测试结构包括第一测试片，第一测试片延伸出第一测试导线，第一测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接；第二测试片，第二测试片延伸出第二测试导线，第二测试导线包括数个分支，对于每个金属层，至少有一个分支与之连接；第二测试导线还连接到第三测试片；其中，在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象；以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大小测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。

根据一实施例，第一测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待测金属层；横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每一个横向分支分别连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结构，连接到第一测试片。

第二测试导线包括横向分支和连接分支，横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连；连接分支将每一个横向分支依次相连，使得第二测试导线的横向分支和连接分支构成串联的导线结构，一端连接到第二测试片，另一端连接到第三测试片。

其中，每一个金属层的宽度不大于一预定的金属层宽度b，金属层之间的间距不大于一预定的金属层间距a；第一测试导线、第二测试导线以及它们的分支的宽度不大于一预定的测试导线宽度c，任意的两条导线或者分支之间的间距不大于一预定的导线间距d。

该待测金属层典型的为铜层。

根据本发明的另一方面，提供一种金属制程工艺中凹陷现象的测试方法，包括，依次排列待测金属层；设置第一测试片，并从第一测试片延伸出第一测试导线，该第一测试导线包括数个分支，使每个金属层至少与一个分支相连接；设置第二测试片，并从第二测试片延伸出第二测试导线，该第二测试导线包括数个分支，使每个金属层至少与一个分支相连接；设置第三测试片，并连接到第二测试导线；在第一测试片和第二测试片之间施加电压，根据测得的电流的大小测试是否存在引起桥接的凹陷现象；以及在第二测试片和第三测试片之间施加电压，根据测得的电阻的大小测试是否存在不足以引起桥接的凹陷现象。

根据一实施例，第一测试导线包括纵向分支和横向分支；纵向分支的长度大于所有待测金属层的宽度总和并延伸跨越所有的待测金属层；横向分支包括数个，每一个待侧金属层至少与一个横向分支相连，每一个横向分支分别连接到纵向分支，使得第一测试导线构成并联的导线结构，连接到第一测试片。