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CN109801855B - 用于检测金属连线隆起的wat测试装置、制备方法及测试方法 - Google Patents

用于检测金属连线隆起的wat测试装置、制备方法及测试方法 Download PDF

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CN109801855B
CN109801855B CN201910057319.0A CN201910057319A CN109801855B CN 109801855 B CN109801855 B CN 109801855B CN 201910057319 A CN201910057319 A CN 201910057319A CN 109801855 B CN109801855 B CN 109801855B
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Abstract

本发明公开一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置、制备方法及测量方法。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括：前金属层和后金属层，所述前金属层具有至少一预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之预设线宽的金属线与第一测试垫电连接，所述后金属层与第二测试垫电连接。本发明所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置可以有效监测金属连线隆起对金属线宽的依赖性，并获得关键的金属线宽，为版图规则提供依据。同时，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置亦可监测层间介质层的可靠性，如TDDB等。

Description

用于检测金属连线隆起的WAT测试装置、制备方法及测试方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置、制备方法及测试方法。
背景技术
随着产品工艺持续微缩，后段金属层间介质(Inter Metal Dielectric,IMD)厚度也会持续减薄，当介质厚度与金属隆起(Hillock)缺陷高度可以比拟时，层间介质平坦化工艺(IMD CMP)势必会将层间介质层研磨穿透并接触到前层金属的隆起(Hillock)缺陷，这将会造成一系列工艺问题，比如研磨液(CMP Slurry)腐蚀前层金属形成空洞(Metal Void)，以及后续金属淀积，例如过孔钛、过孔氮化钛、过孔钨等进入所述空洞，从而造成金属层之间的短路。
作为本领域技术人员，容易知晓地，所述金属隆起(Hillock)缺陷系金属运动形成，因此与金属的线宽具有相关性。明显地，大块金属形成尺寸较大隆起的可能性也更高。寻求一种用于检测金属连线隆起与金属线宽的相关性之电性测试结构已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置、制备方法及测试方法。
发明内容
本发明之第一目的是针对现有技术中，当介质厚度与金属隆起(Hillock)缺陷高度可以比拟时，层间介质平坦化工艺(IMD CMP)势必会将层间介质层研磨穿透并接触到前层金属的隆起(Hillock)缺陷，这将会造成一系列工艺问题等缺陷提供一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置。
本发明之第二目的是针对现有技术中，当介质厚度与金属隆起(Hillock)缺陷高度可以比拟时，层间介质平坦化工艺(IMD CMP)势必会将层间介质层研磨穿透并接触到前层金属的隆起(Hillock)缺陷，这将会造成一系列工艺问题等缺陷提供一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之测试方法。
本发明之第三目的是针对现有技术中，当介质厚度与金属隆起(Hillock)缺陷高度可以比拟时，层间介质平坦化工艺(IMD CMP)势必会将层间介质层研磨穿透并接触到前层金属的隆起(Hillock)缺陷，这将会造成一系列工艺问题等缺陷提供一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法。
为实现本发明之第一目的，本发明提供一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括：前金属层和后金属层，所述前金属层具有至少一预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之预设线宽的金属线与第一测试垫电连接，所述后金属层与第二测试垫电连接。
可选地，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括：前金属层和后金属层，所述前金属层具有第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之第一预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第二预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第三预设线宽的金属线与测试垫电连接。
可选地，所述前金属层之第一预设线宽的金属线间隔设置，且所述第一预设线宽为1μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第二预设线宽的金属线间隔设置，且所述第二预设线宽为2μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第三预设线宽的金属线间隔设置，且所述第三预设线宽为3μm，间距为0.6μm。
可选地，所述前金属层之第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线之间的间距为1μm。
可选地，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括前金属层和后金属层，所述前金属层具有第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之第四预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第五预设线宽的金属线与测试垫电连接。
可选地，所述前金属层之第四预设线宽的金属线间隔设置，且所述第四预设线宽为4μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第五预设线宽的金属线的第五预设线宽为12μm。
可选地，所述前金属层之第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线之间的间距为1μm。
可选地，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置包括前金属层，且所述前金属层呈块状设置。
为实现本发明之第二目的，本发明提供用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之测试方法。当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层之第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线分别电连接的测试垫上分别施加低电压，并在所述后金属层上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层之金属线宽的关键尺寸。
可选地，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层之第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线分别电连接的测试垫上分别施加低电压，并在所述后金属层上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层之金属线宽的关键尺寸。
可选地，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置进行层间介质层之时间相关介质击穿监测时，通过在与所述前金属层电连接的测试垫施加低电压，并在所述后金属层上施加高电压，进而实施累计电压分布测试。
为实现本发明之第三目的，本发明提供用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法，包括：
执行步骤S1：前金属层溅射沉积、光刻、刻蚀；
执行步骤S2：层间介质层沉积、化学机械研磨；
执行步骤S3：过孔层光刻、刻蚀；
执行步骤S4：后金属层溅射沉积、光刻、刻蚀。
综上所述，本发明所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置可以有效监测金属连线隆起对金属线宽的依赖性，并获得关键的金属线宽，为版图规则提供依据。同时，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置亦可监测层间介质层的可靠性，如TDDB等。
附图说明
图1所示为本发明用于检测金属连线隆起的WAT测试装置结构示意图；
图2所示为本发明用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法流程图；
图3所示为本发明第一实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图；
图4所示为本发明第二实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图；
图5所示为本发明第三实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
随着产品工艺持续微缩，后段金属层间介质(Inter Metal Dielectric,IMD)厚度也会持续减薄，当介质厚度与金属隆起(Hillock)缺陷高度可以比拟时，层间介质平坦化工艺(IMD CMP)势必会将层间介质层研磨穿透并接触到前层金属的隆起(Hillock)缺陷，这将会造成一系列工艺问题，比如研磨液(CMP Slurry)腐蚀前层金属形成空洞(Metal Void)，以及后续金属淀积，例如过孔钛、过孔氮化钛、过孔钨等进入所述空洞，从而造成金属层之间的短路。
作为本领域技术人员，容易知晓地，所述金属隆起(Hillock)缺陷系金属运动形成，因此与金属的线宽具有相关性。明显地，大块金属形成尺寸较大隆起的可能性也更高。寻求一种用于检测金属连线隆起与金属线宽的相关性之电性测试结构已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
请参阅图1，图1所示为本发明用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1，包括前金属层11和后金属层12，所述前金属层11具有至少一预设线宽的金属线，并在所述前金属层11和所述后金属层12之间设置层间介质层13，且所述前金属层11之预设线宽的金属线与第一测试垫14电连接，所述后金属层12与第二测试垫15电连接。
请参阅图2，图2所示为本发明用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法流程图。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1的制备方法，包括：
执行步骤S1：前金属层11溅射沉积、光刻、刻蚀；
执行步骤S2：层间介质层13沉积、化学机械研磨；
执行步骤S3：过孔层光刻、刻蚀；
执行步骤S4：后金属层12溅射沉积、光刻、刻蚀。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式对本发明所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1之结构和工作原理进行阐述，在具体实施方式中，所述前金属层11的金属线数量、线宽等仅为列举，不应视为对本发明之技术方案的限制。
第一实施方式
作为本发明之第一实施方式，非限制性的列举，例如所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1包括前金属层11，且所述前金属层11具有第一预设线宽的金属线111a、第二预设线宽的金属线111b、第三预设线宽的金属线111c。
请参阅图3，图3所示为本发明第一实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1，包括前金属层11和后金属层12，所述前金属层11具有第一预设线宽的金属线111a、第二预设线宽的金属线111b、第三预设线宽的金属线111c，并在所述前金属层11和所述后金属层12之间设置层间介质层13，且所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a与测试垫141a电连接，所述前金属层11之第二预设线宽的金属线111b与测试垫141b电连接，所述前金属层11之第三预设线宽的金属线111c与测试垫141c电连接。
在本实施方式中，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a、第二预设线宽的金属线111b、第三预设线宽的金属线111c分别电连接的测试垫141a、测试垫141b、测试垫141c上分别施加低电压，并在所述后金属层12上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层11之金属线宽的关键尺寸。
作为本领域技术人员，容易理解地，例如所述前金属层11为第一金属层或第二金属层，相应地，则所述后金属层12为第二金属层或第三金属层。
更具体地，所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a间隔设置，且所述第一预设线宽为1μm，间距为0.6μm。所述前金属层11之第二预设线宽的金属线111b间隔设置，且所述第二预设线宽为2μm，间距为0.6μm。所述前金属层11之第三预设线宽的金属线111c间隔设置，且所述第三预设线宽为3μm，间距为0.6μm。
其中，所述后金属层12与所述前金属层11交错叠置，所述后金属层12之横向外边沿均大于所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a和第三预设线宽的金属线111c之外边沿，且间距为1.4μm。所述后金属层12之纵向外边沿均大于所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a、第二预设线宽的金属线111b、第三预设线宽的金属线111c之外边沿，且间距为1μm。优选地，所述前金属层11之第一预设线宽的金属线111a、第二预设线宽的金属线111b、第三预设线宽的金属线111c之间的间距优选的为1μm。
第二实施方式
作为本发明之第二实施方式，非限制性的列举，例如所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1包括前金属层11，且所述前金属层11具有第四预设线宽的金属线112a、第五预设线宽的金属线112b。其中，所述前金属层11之金属线112a的第四预设线宽和所述前金属层11之金属线112b的第五预设线宽为半导体器件制造过程中最关注的金属线宽。
请参阅图4，图4所示为本发明第二实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1，包括前金属层11和后金属层12，所述前金属层11具有第四预设线宽的金属线112a、第五预设线宽的金属线112b，并在所述前金属层11和所述后金属层12之间设置层间介质层13，且所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a与测试垫142a电连接，所述前金属层11之第五预设线宽的金属线112b与测试垫142b电连接。
在本实施方式中，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a、第五预设线宽的金属线112b分别电连接的测试垫142a、测试垫142b上分别施加低电压，并在所述后金属层12上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层11之金属线宽的关键尺寸。
作为本领域技术人员，容易理解地，例如所述前金属层11为第一金属层或第二金属层，相应地，则所述后金属层12为第二金属层或第三金属层。
更具体地，所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a间隔设置，且所述第四预设线宽为4μm，间距为0.6μm。所述前金属层11之第五预设线宽的金属线112b的第二预设线宽为12μm。
其中，所述后金属层12与所述前金属层11交错叠置，所述后金属层12之横向外边沿均大于所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a和第五预设线宽的金属线112b之外边沿，且间距为2.3μm。所述后金属层12之纵向外边沿均大于所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a、第五预设线宽的金属线112b，且间距为1μm。优选地，所述前金属层11之第四预设线宽的金属线112a、第五预设线宽的金属线112b之间的间距优选的为1μm。
第三实施方式
作为本发明之第三实施方式，非限制性的列举，例如所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1包括前金属层11，且所述前金属层11呈块状设置，用于监测层间介质层13之时间相关介质击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown,TDDB)。
请参阅图5，图5所示为本发明第三实施方式用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之结构示意图。所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1，包括前金属层11和后金属层12，所述前金属层11呈块状设置，用于监测层间介质层13之时间相关介质击穿(TimeDependent Dielectric Breakdown,TDDB)，并在所述前金属层11和所述后金属层12之间设置层间介质层13，且所述前金属层11与测试垫143a电连接。
在本实施方式中，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1进行层间介质层13之时间相关介质击穿(Time Dependent Dielectric Breakdown,TDDB)监测时，通过在与所述前金属层11电连接的测试垫143a施加低电压，并在所述后金属层12上施加高电压，进而实施累计电压分布(Buildup Voltage Distribution,Bvd)测试。
明显地，本发明所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1可以有效监测金属连线隆起对金属线宽的依赖性，并获得关键的金属线宽，为版图规则提供依据。同时，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置1亦可监测层间介质层13的可靠性，如TDDB等。
综上所述，本发明所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置可以有效监测金属连线隆起对金属线宽的依赖性，并获得关键的金属线宽，为版图规则提供依据。同时，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置亦可监测层间介质层的可靠性，如TDDB等。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括：前金属层和后金属层，所述前金属层具有至少一预设线宽的金属线，所述前金属层具有不同预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之预设线宽的金属线与第一测试垫电连接，所述后金属层与第二测试垫电连接。
2.如权利要求1所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括：前金属层和后金属层，所述前金属层具有第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之第一预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第二预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第三预设线宽的金属线与测试垫电连接。
3.如权利要求2所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述前金属层之第一预设线宽的金属线间隔设置，且所述第一预设线宽为1μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第二预设线宽的金属线间隔设置，且所述第二预设线宽为2μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第三预设线宽的金属线间隔设置，且所述第三预设线宽为3μm，间距为0.6μm。
4.如权利要求2所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述前金属层之第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线之间的间距为1μm。
5.如权利要求2所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之测试方法，其特征在于，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层之第一预设线宽的金属线、第二预设线宽的金属线、第三预设线宽的金属线分别电连接的测试垫上分别施加低电压，并在所述后金属层上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层之金属线宽的关键尺寸。
6.如权利要求1所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，包括前金属层和后金属层，所述前金属层具有第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线，并在所述前金属层和所述后金属层之间设置层间介质层，且所述前金属层之第四预设线宽的金属线与测试垫电连接，所述前金属层之第五预设线宽的金属线与测试垫电连接。
7.如权利要求6所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述前金属层之第四预设线宽的金属线间隔设置，且所述第四预设线宽为4μm，间距为0.6μm；所述前金属层之第五预设线宽的金属线的第五预设线宽为12μm。
8.如权利要求6所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置，其特征在于，所述前金属层之第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线之间的间距为1μm。
9.如权利要求6所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之测试方法，其特征在于，当所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置进行金属连线隆起大小与金属线宽的关系监测时，通过在与所述前金属层之第四预设线宽的金属线、第五预设线宽的金属线分别电连接的测试垫上分别施加低电压，并在所述后金属层上施加高电压，进而实施漏电测试，便可获得形成金属连线隆起的前金属层之金属线宽的关键尺寸。
10.如权利要求1所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法，其特征在于，所述用于检测金属连线隆起的WAT测试装置之制备方法，包括：
执行步骤S1：前金属层溅射沉积、光刻、刻蚀；
执行步骤S2：层间介质层沉积、化学机械研磨；
执行步骤S3：过孔层光刻、刻蚀；
执行步骤S4：后金属层溅射沉积、光刻、刻蚀。
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