KR20050079540A - Test pattern group of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹에 관한 것으로, 다마신 방식으로 금속배선을 형성할 때 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위한 확산방지 도전막의 프로파일을 정확히 분석하여 확산방지 도전막 형성 공정 마진을 용이하게 확보하기 위하여, 테스트 패턴 그룹은 기판 상에 형성된 제 1 층간 절연층에 하부 금속배선으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 1 및 제 2 빗 패턴들과, 제 1 및 제 2 빗 패턴들 사이에 위치되며 제 1 층간 절연층에 하부 금속배선으로 이루어진 제 1 고립패턴들과, 제 1 고립패턴들 각각의 양단에 연결되며 제 2 층간 절연층에 확산방지 도전막을 포함하는 상부 금속배선으로 이루어진 비아 콘택들과, 제 1 고립패턴들이 비아 콘택들을 통해 전기적으로 연결되도록 제 2 층간 절연층에 상부 금속배선으로 이루어진 제 2 고립패턴들과, 제 2 층간 절연층에 상부 금속배선으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 3 및 제 4 빗 패턴들을 포함하여 구성되는 단위 테스트 패턴이 복수개로 형성되어 이루어진다. The present invention relates to a test pattern group of a semiconductor device, and easily forms a diffusion barrier layer by accurately analyzing a profile of a diffusion barrier layer to prevent external diffusion of metal atoms when forming a metal wiring in a damascene manner. In order to secure the test group, the test pattern group includes first and second comb patterns and first and second comb patterns formed of a lower metal wiring on the first interlayer insulating layer formed on the substrate, and in which two combs are engaged. A first isolation pattern formed between the first interlayer insulating layers and lower metal interconnections on the first interlayer insulating layer, and an upper metal interconnection connected to both ends of each of the first isolation patterns and including a diffusion preventing conductive film on the second interlayer insulating layer. Via metallization is formed on the second interlayer insulating layer so that the via contacts and the first isolation patterns are electrically connected through the via contacts. The second binary patterns, isolated and, in a second interlayer insulation layer made up of an upper metal wiring is made of two comb shape of the test pattern units comprises the third and the fourth comb pattern placed in engagement is formed in plurality.
Description
본 발명은 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹에 관한 것으로, 특히 다마신(damascene) 방식으로 금속배선을 형성할 때 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위한 확산방지 도전막의 프로파일(profile)을 정확히 분석하여 확산방지 도전막 형성 공정 마진을 용이하게 확보할 수 있게 하는 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a test pattern group of a semiconductor device. In particular, when forming a metal wiring in a damascene method, diffusion prevention is performed by accurately analyzing a profile of a diffusion preventing conductive film for preventing external diffusion of metal atoms. The present invention relates to a test pattern group of a semiconductor device for easily securing a conductive film forming process margin.
반도체 소자가 고집적화 및 소형화되어 감에 따라 금속 배선의 재료로 알루미늄에 비해 녹는점이 높아 전기이동도(electro-migration; EM)에 대한 저항이 커서 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 비저항이 낮아 신호전달 속도를 증가시킬 수 있는 구리가 널리 사용되고 있다.As semiconductor devices are highly integrated and miniaturized, they have a higher melting point compared to aluminum as a material for metal wiring, and thus have high resistance to electro-migration (EM), which improves the reliability of the device. Copper, which can increase the speed, is widely used.
그런데, 구리배선은 건식 식각이 어렵고, 대기 중에서 쉽게 부식되며, 구리 원자가 절연막으로 쉽게 확산되는 등의 문제를 지니고 있어서, 싱글 다마신 (single damascene) 또는 듀얼 다마신(dual damascene) 방식을 적용하고 있다. 또한, 구리배선은 실리콘 또는 실리콘 산화막 내로 구리 원자가 쉽게 침투하여 소자의 전기적 특성 및 절연 특성을 악화시키는 문제점이 있어, 구리 원자의 외부 확산을 방지할 수 있는 층의 적용이 필수 적이다. 구리배선 뿐만 아니라 다른 금속 재료로 배선을 형성할 때에도 금속 이온 확산 방지를 위한 층들이 사용되고 있다. 이와 같이 구리 원자뿐만 아니라 배선용으로 사용되는 기타 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위해 사용되는 층은 Ti, TiN, Ta, TaN, TiSiN, WN과 같은 도전성 물질이나 SiN, SiC와 같은 절연성 물질로 형성하고 있다. 도전성 물질로 형성되는 확산방지 도전막은 배선의 저항을 고려하여 주로 다마신 패턴 내벽에 형성하고, 절연성 물질로 형성되는 확산방지 절연막은 하부 금속배선과 상부 금속배선 사이 즉 층간 절연층들 사이에 주로 형성하고 있다.However, copper wiring is difficult to dry etch, is easily corroded in the atmosphere, and copper atoms easily diffuse into the insulating film. Thus, a single damascene or dual damascene method is applied. . In addition, the copper wiring has a problem in that copper atoms easily penetrate into the silicon or silicon oxide film, thereby deteriorating the electrical and insulating properties of the device. Therefore, it is essential to apply a layer capable of preventing external diffusion of the copper atoms. Layers for preventing metal ion diffusion have been used not only for copper wiring but also for forming wiring with other metal materials. As such, the layer used to prevent external diffusion of not only copper atoms but also other metal atoms used for wiring is formed of a conductive material such as Ti, TiN, Ta, TaN, TiSiN, WN or an insulating material such as SiN, SiC. have. The diffusion preventing conductive film formed of the conductive material is mainly formed on the inner wall of the damascene pattern in consideration of the resistance of the wiring, and the diffusion preventing insulating film formed of the insulating material is mainly formed between the lower metal wiring and the upper metal wiring, that is, between the interlayer insulating layers. Doing.
반도체 소자의 고집적화 및 소형화에 따라 금속배선의 선폭 및 금속배선 간의 간격은 점점 좁아지고 있으며, 또한 하부 금속배선과 상부 금속배선을 연결하는 비아 콘택홀의 크기도 좁아지고 있다. 특히 다마신 패턴 내벽에 형성되는 확산방지 도전막은 금속 원자의 확산을 방지하면서 배선의 저항을 최소화하기 위해 적절한 두께로 형성해야 하는데, 증착 스텝 커버리지(deposition step coverage) 특성으로 인해 균일한 두께로 증착하기 어려운 문제가 있다. 확산방지 도전막은 고유의 역할을 충실히 수행하지 못하였을 때, 소자의 전기적 특성이나 신뢰성에 악영향을 미치게 된다. 따라서 확산방지 도전막이 소자에 미치는 영향을 평가하여 보다 신뢰성 있고 전기적 특성을 향상시키는 노력이 필요하다.As the integration and miniaturization of semiconductor devices increase, the widths of the metal wires and the gaps between the metal wires become narrower, and the size of the via contact holes connecting the lower metal wires and the upper metal wires also becomes smaller. In particular, the diffusion barrier conductive layer formed on the inner wall of the damascene pattern should be formed to an appropriate thickness to prevent the diffusion of metal atoms and to minimize the resistance of the wiring, and to deposit a uniform thickness due to the deposition step coverage characteristics. There is a difficult problem. The diffusion preventing conductive film adversely affects the electrical characteristics and reliability of the device when the diffusion preventing conductive film does not perform its inherent role faithfully. Therefore, it is necessary to evaluate the influence of the diffusion preventing conductive film on the device and to improve reliability and electrical characteristics.
기존에는 확산방지 도전막이 반도체 소자에 미치는 영향을 확인하기 위해, 다마신 패턴에 확산방지 도전막을 형성한 후 TEM과 같은 파괴적인 분석 방법을 이용하여 프로파일(profile)을 분석하였다. 반도체 소자의 고집적화 및 소형화로 비아 콘택홀의 크기가 작아지게 되면 비아 콘택홀 단면을 절단(cutting)하여 분석하는 방법을 사용할 때 분석 장비의 분석 한계로 인하여 분석이 불가능하게 된다. 예를 들어, 0.2㎛의 비아 콘택홀은 단면을 절단하여 TEM 시편으로 만들 때 보통 FIB TEM 시편을 제작하는데 이때 시편의 두께가 0.1㎛정도 되므로 비아 콘택홀 측벽의 확산방지 도전막 두께 측정시 에러(error)가 발생하게 된다. Conventionally, in order to confirm the influence of the diffusion preventing conductive film on the semiconductor device, a profile was formed by using a destructive analysis method such as TEM after forming the diffusion preventing conductive film on the damascene pattern. If the size of the via contact hole is reduced due to the high integration and miniaturization of the semiconductor device, the analysis may not be possible due to the analysis limitation of the analysis equipment when using a method of cutting the via contact hole cross section. For example, a 0.2 μm via contact hole usually produces a FIB TEM specimen when the cross section is cut into a TEM specimen. In this case, the thickness of the anti-diffusion conductive film on the sidewalls of the via contact hole is reduced because the thickness of the specimen is about 0.1 μm. error) will occur.
따라서, 본 발명은 다마신 공정으로 금속배선을 형성할 때 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위한 확산방지 도전막의 프로파일을 파괴적인 방법이 아니라 비파괴적인 방법으로 정확히 분석하여 확산방지 도전막 형성 공정 마진을 용이하게 확보할 수 있게 하는 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹을 제공함에 그 목적이 있다. Therefore, the present invention accurately analyzes the profile of the diffusion preventing conductive film to prevent external diffusion of metal atoms when forming the metal wiring by the damascene process by using a non-destructive method, not a destructive method, and thus the margin of the diffusion preventing conductive film formation process. An object of the present invention is to provide a test pattern group of a semiconductor device that can be easily secured.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹은 기판 상에 형성된 제 1 층간 절연층에 제 1 확산방지 도전막을 포함하는 하부 금속배선으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 1 및 제 2 빗 패턴들; 제 1 및 제 2 빗 패턴들 사이에 위치되며 제 1 층간 절연층에 하부 금속배선으로 이루어진 제 1 고립패턴들; 제 1 및 제 2 빗 패턴들과 제 1 고립패턴들을 포함한 제 1 층간 절연층 상에 형성된 제 2 층간 절연층; 제 1 고립패턴들 각각의 양단에 연결되도록 제 2 층간 절연층을 관통하여 형성되며, 제 2 확산방지 도전막을 포함하는 상부 금속배선으로 이루어진 비아 콘택들; 제 1 고립패턴들이 비아 콘택들을 통해 전기적으로 연결되도록 제 2 층간 절연층에 형성되며, 제 2 확산방지 도전막을 포함하는 상부 금속배선으로 이루어진 제 2 고립패턴들; 및 제 2 층간 절연층에 상부 금속배선으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 3 및 제 4 빗 패턴들을 포함하여 구성되는 단위 테스트 패턴; 및 단위 테스트 패턴이 복수개로 형성되어 이루어진다.The test pattern group of the semiconductor device according to the aspect of the present invention for achieving this object consists of a lower metal wiring including a first diffusion preventing conductive film on the first interlayer insulating layer formed on the substrate and is formed by engaging two combs. First and second comb patterns; First isolation patterns positioned between the first and second comb patterns and formed of a lower metal wiring on the first interlayer insulating layer; A second interlayer insulating layer formed on the first interlayer insulating layer including first and second comb patterns and first isolation patterns; Via contacts formed through the second interlayer insulating layer so as to be connected to both ends of each of the first isolation patterns, and formed of upper metal wires including a second diffusion preventing conductive layer; Second isolation patterns formed on the second interlayer insulating layer such that the first isolation patterns are electrically connected through the via contacts, the second isolation patterns including upper metal wirings including a second diffusion preventing conductive layer; And a unit test pattern formed of upper and second metal interconnections on the second interlayer insulating layer, and including third and fourth comb patterns in which two combs are engaged with each other. And a plurality of unit test patterns are formed.
상기에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 빗 패턴들 각각에는 전압을 인가하기 위한 패드들이 구비되며, 제 1 고립패턴들중 최초 패턴과 최종 패턴 각각에는 전압을 인가하기 위한 패드들이 구비된다.In the above, each of the first, second, third and fourth comb patterns is provided with pads for applying a voltage, and each of the first and last patterns of the first isolated patterns is provided with pads for applying a voltage. do.
제 1 고립패턴들 및 상기 제 2 고립 패턴들은 상기 비아 콘택들에 의해 연속적으로 연결된 3차원 구조의 스네이크 형태의 비아 체인 패턴을 이룬다.The first isolation patterns and the second isolation patterns form a snake chain via chain pattern having a three-dimensional structure which is continuously connected by the via contacts.
단위 테스트 패턴이 스크라이브 라인이나 별도의 테스트 웨이퍼에 형성되며, 실제 반도체 소자의 금속배선 공정과 동일한 조건으로 형성된다.The unit test pattern is formed on a scribe line or a separate test wafer, and is formed under the same conditions as the metallization process of the actual semiconductor device.
복수개의 단위 테스트 패턴은 실제 반도체 소자의 금속배선 공정과 동일한 조건으로 형성된 단위 테스트 패턴과, 비아 콘택이 하부 금속배선과 임의로 일정 거리 오정렬되도록 형성된 단위 테스트 패턴을 포함한다. 오정렬된 단위 테스트 패턴은 오정렬 거리를 최소 간격 디자인 룰을 적용한다.The plurality of unit test patterns may include a unit test pattern formed under the same conditions as a metal wiring process of an actual semiconductor device, and a unit test pattern formed such that a via contact is randomly misaligned with a lower metal wiring. The misaligned unit test pattern applies minimum spacing design rules for misalignment distances.
단위 테스트 패턴을 이루는 비아 콘택들은 적어도 1000개 이상이 되도록 형성한다.At least 1000 via contacts forming a unit test pattern may be formed.
제 3 및 제 4 빗 패턴들은 제 1 및 제 2 빗 패턴들에 오버랩 되는 위치에 형성된다.The third and fourth comb patterns are formed at positions overlapping the first and second comb patterns.
제 1 층간 절연층 및 제 2 층간 절연층 각각의 상부에는 확산방지 절연막이 형성된 것을 포함한다. The diffusion barrier insulating layer is formed on each of the first interlayer insulating layer and the second interlayer insulating layer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의하여 이해되어야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only the present embodiment is provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
한편, 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 '상'에 있다라고 기재되는 경우에 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되어질 수도 있다. 도면 상에서 동일 부호는 동일 요소를 지칭한다. On the other hand, when a film is described as being "on" another film or semiconductor substrate, the film may exist in direct contact with the other film or semiconductor substrate, or a third film may be interposed therebetween. In addition, the thickness or size of each layer in the drawings may be exaggerated for convenience and clarity of description. Like numbers refer to like elements on the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹중 단위 테스트 패턴의 레이아웃이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1의 X-X'선을 따라 절단한 단면도들로서, 도 2a는 오버랩 마진(overlap margin)이 충분하여 비아 콘택이 하부 금속배선에 정렬된 상태를 도시한 것이고, 도 2b는 오버랩 마진이 충분한 조건과 비교할 수 있도록 비아 콘택이 하부 금속배선과 일정 거리 오정렬된 상태를 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 구조를 전체적으로 도시한 개략도이다. 여기서 테스트 패턴 그룹은 디램(DRAM) 제품이나 로직(logic) 제품 등이며, 본 발명은 어느 하나의 반도체 소자에 한정하지 않고 이하에서 설명되는 테스트 패턴 그룹을 적용할 수 있는 반도체 소자이면 모두 적용 가능하다. 또한, 테스트 패턴 그룹은 제품으로 제공될 주 영역에서 다마신 방식으로 진행되는 금속배선 공정 공정과 동일한 제조 공정으로 스크라이브 라인이나 제품이 형성되지 않는 부분의 테스트 패턴 영역에 형성된다. 따라서 반도체 기판을 제품으로 제공될 주 영역과 분석을 위한 테스트 패턴 영역으로 정의하고, 이들 두 영역을 동시에 설명해야 하지만 어느 특정 반도체 소자에 한정되지 않기 때문에 테스트 패턴 영역만을 도시한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 한편, 테스트 패턴 그룹은 반도체 소자의 금속배선 공정과 동일한 공정으로 별도의 테스트 웨이퍼에 형성할 수 있다.1 is a layout of a unit test pattern of a test pattern group of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. 2A and 2B are cross-sectional views taken along the line X-X 'of FIG. 1, and FIG. 2A illustrates a state in which the via contact is aligned with the lower metal line due to sufficient overlap margin, and FIG. 2B. Shows that the via contact is misaligned with the underlying metallization so that the overlap margin can be compared with a condition sufficient. 3 is a schematic diagram showing the structure of FIG. 1 as a whole. The test pattern group may be a DRAM product or a logic product, and the present invention may be applied to any semiconductor device to which the test pattern group described below is not limited to any one semiconductor device. . In addition, the test pattern group is formed in the test pattern region of the portion where the scribe line or the product is not formed in the same manufacturing process as the metallization process proceeded in the damascene manner in the main region to be provided with the product. Therefore, the semiconductor substrate is defined as a main region to be provided as a product and a test pattern region for analysis, and these two regions should be described at the same time, but are not limited to any specific semiconductor device. Shall be. The test pattern group may be formed on a separate test wafer in the same process as the metallization process of the semiconductor device.
도 1, 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 테스트 웨이퍼 또는 금속배선 형성 전까지의 공정이 완료된 기판(10) 상에 단층 또는 다층 구조로 제 1 층간 절연층(20)을 형성한다. 하부 금속배선 공정을 실시하여, 두 개의 빗(comb)을 맞물려 놓은 둣한 형태으로 제 1 빗 패턴(first comb pattern; 100)과 제 2 빗 패턴(200)이 제 1 층간 절연층(20)에 형성되고, 제 1 및 제 2 빗 패턴들(100 및 200) 사이에 위치되며 일정 간격을 두고 다수의 고립패턴이 스네이크(snake) 형태로 제 1 층간 절연층(20)에 형성된다. 여기서 고립패턴들은 비아 체인 패턴(500)의 일부 구성 요소이다.Referring to FIGS. 1, 2A, 2B, and 3, the first interlayer insulating layer 20 may be formed in a single layer or a multilayer structure on the substrate 10 on which the process until the test wafer or the metallization is completed is formed. A first comb pattern 100 and a second comb pattern 200 are formed on the first interlayer insulating layer 20 in a shape of a shape in which two combs are engaged by performing a lower metal wiring process. The plurality of isolation patterns are formed in the first interlayer insulating layer 20 in the form of snakes, which are positioned between the first and second comb patterns 100 and 200 and spaced apart from each other. The isolation patterns may be a part of the via chain pattern 500.
제 1 빗 패턴(100)은 일단부에 제 1 빗 패턴용 패드(110)가 구비되어 형성되고, 제 2 빗 패턴(200)은 일단부에 제 2 빗 패턴용 패드(210)가 구비되어 형성된다. 고립 패턴들중 최초 패턴은 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)가 구비되어 형성되며, 최종 패턴은 비아 체인 패턴용 제 2 패드(520)가 구비되어 형성된다. 제 1 및 제 2 빗 패턴들(100 및 200)과, 고립패턴들과, 제 1 및 제 2 패드들(510 및 520) 각각은 하부 금속배선(30)으로 이루어지며, 하부 금속배선(30)은 금속 이온이 외부로 확산되는 것을 방지하기 위하여 형성된 제 1 확산방지 도전막(30a)을 포함한다.The first comb pattern 100 is formed with a first comb pattern pad 110 at one end, and the second comb pattern 200 is formed with a second comb pattern pad 210 at one end. do. The first pattern of the isolation patterns is formed with the first pad 510 for the via chain pattern, and the final pattern is formed with the second pad 520 for the via chain pattern. Each of the first and second comb patterns 100 and 200, the isolation patterns, and the first and second pads 510 and 520 is formed of a lower metal wiring 30, and a lower metal wiring 30 The first diffusion preventing conductive film 30a is formed to prevent the silver metal ions from diffusing to the outside.
하부 금속배선 공정이 완료된 전체 구조 상에 제 1 확산방지 절연막(40)을 형성한다. 제 1 확산방지 절연막(40) 상에 단층 또는 다층 구조로 제 2 층간 절연층(50)을 형성한다. 다마신 방식으로 상부 금속배선 공정을 실시하여, 두 개의 빗(comb)을 맞물려 놓은 둣한 형태으로 제 3 빗 패턴(300)과 제 4 빗 패턴(400)이 제 2 층간 절연층(50)에 형성되고, 제 3 및 제 4 빗 패턴들(300 및 400) 사이에 위치되며 일정 간격을 두고 다수의 고립패턴이 제 2 층간 절연층(50)에 형성되며, 고립패턴들 각각의 양 단부에는 비아 콘택(60)이 하부 금속배선(30)으로 이루어진 고립패턴에 연결되도록 제 2 층간 절연층(50)에 형성된다. 여기서, 상부 금속배선 공정으로 형성되는 고립패턴들은 하부 금속배선 공정으로 형성되는 스네이크 형태의 불연속 고립패턴들을 비아 콘택(60)으로 이어주기 위하여 불연속 부분에 위치되도록 형성된다.The first diffusion barrier insulating layer 40 is formed on the entire structure where the lower metal wiring process is completed. The second interlayer insulating layer 50 is formed on the first diffusion barrier insulating film 40 in a single layer or a multilayer structure. A third comb pattern 300 and a fourth comb pattern 400 are formed on the second interlayer insulating layer 50 in a rough shape in which two combs are engaged by performing the upper metal wiring process in a damascene manner. And a plurality of isolation patterns are formed in the second interlayer insulating layer 50 at regular intervals between the third and fourth comb patterns 300 and 400, and via contacts are formed at both ends of each of the isolation patterns. 60 is formed in the second interlayer insulating layer 50 so as to be connected to the isolation pattern formed of the lower metal wiring 30. Here, the isolation patterns formed by the upper metallization process are formed to be positioned in the discontinuous portion in order to lead the snake contact discontinuous isolation patterns formed by the lower metallization process to the via contact 60.
제 3 빗 패턴(300)은 일단부에 제 3 빗 패턴용 패드(310)가 구비되어 형성되고, 제 4 빗 패턴(400)은 일단부에 제 4 빗 패턴용 패드(410)가 구비되어 형성된다. 제 3 및 제 4 빗 패턴들(300 및 400)과, 고립패턴들과, 비아 콘택들(60) 각각은 상부 금속배선(80)으로 이루어지며, 상부 금속배선(80)은 금속 이온이 외부로 확산되는 것을 방지하기 위하여 형성된 제 2 확산방지 도전막(70)을 포함한다.The third comb pattern 300 is formed with a third comb pattern pad 310 at one end, and the fourth comb pattern 400 is formed with a fourth comb pattern pad 410 at one end. do. Each of the third and fourth comb patterns 300 and 400, the isolation patterns, and the via contacts 60 may be formed of an upper metal interconnection 80, and the upper metal interconnection 80 may be formed of metal ions to the outside. And a second diffusion barrier conductive film 70 formed to prevent diffusion.
상부 금속배선(80)으로 이루어진 고립패턴들 및 비아 콘택들(60)은 비아 체인 패턴(500)의 일부 구성 요소이며, 하부 금속배선(30)으로 이루어진 고립패턴들이 비아 콘택들(60)에 의해 상부 금속배선(80)으로 이루어진 고립패턴들로 연속적으로 연결되어 비아 체인 패턴(500)이 완성된다. 이에 따라 비아 체인 패턴(500)은 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)으로부터 비아 패턴용 제 2 패드(520)까지 연속적으로 이어지는 3차원 구조의 스네이크 형태를 갖는다.Isolation patterns and via contacts 60 made of upper metallization 80 are some components of via chain pattern 500, and isolation patterns made of lower metallization 30 are formed by via contacts 60. The via chain pattern 500 is completed by continuously connecting the isolation patterns formed of the upper metal interconnection 80. Accordingly, the via chain pattern 500 has a snake shape having a three-dimensional structure that continuously runs from the first pad 510 for the via chain pattern to the second pad 520 for the via pattern.
상부 금속배선 공정이 완료된 전체 구조 상에 제 1 확산방지 절연막(90)을 형성한다.The first diffusion barrier insulating layer 90 is formed on the entire structure where the upper metal wiring process is completed.
상기한 바와 같이, 본 발명의 단위 테스트 패턴은 기판(10) 상에 형성된 제 1 층간 절연층(20)에 하부 금속배선(30)으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 1 및 제 2 빗 패턴들(100 및 200)과, 제 1 및 제 2 빗 패턴들(100 및 200) 사이에 위치되며 제 1 층간 절연층(20)에 상기 하부 금속배선(30)으로 이루어진 제 1 고립패턴들과, 제 1 및 제 2 빗 패턴들(100 및 200)과 제 1 고립패턴들을 포함한 제 1 층간 절연층(20) 상에 형성된 제 2 층간 절연층(50)과, 제 1 고립패턴들 각각의 양단에 연결되도록 제 2 층간 절연층(50)을 관통하여 형성되며, 제 2 확산방지 도전막(70)을 포함하는 상부 금속배선(80)으로 이루어진 비아 콘택들(60)과, 제 1 고립패턴들이 비아 콘택들(60)을 통해 전기적으로 연결되도록 제 2 층간 절연층(50)에 형성되며 제 2 확산방지 도전막(70)을 포함하는 상부 금속배선(80)으로 이루어진 제 2 고립패턴들과, 제 2 층간 절연층(50)에 상부 금속배선(80)으로 이루어지며 두 개의 빗을 맞물려 놓은 형태의 제 3 및 제 4 빗 패턴들(300 및 400)을 포함하여 구성된다. 여기서 제 1 고립패턴들 및 제 2 고립 패턴들은 비아 콘택들(60)에 의해 연속적으로 연결된 3차원 구조의 스네이크 형태의 비아 체인 패턴(500)을 이룬다.As described above, the unit test pattern of the present invention is formed of the lower metal wiring 30 on the first interlayer insulating layer 20 formed on the substrate 10, and the first and second combs having two combs engaged with each other. First isolation patterns positioned between the patterns 100 and 200, the first and second comb patterns 100 and 200, and formed of the lower metal wiring 30 on the first interlayer insulating layer 20; The second interlayer insulating layer 50 formed on the first interlayer insulating layer 20 including the first and second comb patterns 100 and 200 and the first isolation patterns, and both ends of each of the first isolation patterns. Via contacts 60 formed through the second interlayer insulating layer 50 to be connected to the upper metal wiring 80 including the second diffusion preventing conductive film 70 and the first isolation patterns may be formed. It is formed on the second interlayer insulating layer 50 to be electrically connected through the via contacts 60 and includes a second diffusion barrier conductive film 70. Third and fourth comb patterns 300 formed of the second isolation patterns formed of the upper metal interconnection 80 and the upper metal interconnection 80 of the second interlayer insulating layer 50 and engaging two combs. And 400). Here, the first isolation patterns and the second isolation patterns form a snake chain via chain pattern 500 having a three-dimensional structure that is continuously connected by the via contacts 60.
전압을 인가하기 위하여, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 빗 패턴들(100, 200, 300 및 400) 각각에는 패드들(110, 210, 310 및 410)이 구비되며, 비아 체인 패턴(500)의 양단 각각에는 제 1 및 제 2 패드들(510 및 520)이 구비된다. 한편, 상부 금속배선(80)은 제 2 확산방지 도전막(70)이 포함된다. 본 발명의 테스트 패턴 그룹은 상기한 구성을 갖는 단위 테스트 패턴이 제품이 형성되지 않는 스크라이브 라인이나 별도의 테스트 웨이퍼에 복수개로 형성하여 이루어진다.In order to apply a voltage, each of the first, second, third and fourth comb patterns 100, 200, 300, and 400 is provided with pads 110, 210, 310, and 410. Both ends of the 500 are provided with first and second pads 510 and 520. On the other hand, the upper metal wiring 80 includes a second diffusion preventing conductive film 70. The test pattern group of the present invention is formed by forming a plurality of unit test patterns having the above-described structure on a scribe line or a separate test wafer on which a product is not formed.
테스트 패턴 그룹은 다마신 공정으로 금속배선을 형성할 때 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위한 확산방지 도전막의 프로파일을 정확히 분석하여 확산방지 도전막이 반도체 소자에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실제 반도체 소자의 금속배선 공정과 동일한 조건으로 형성한다. 오버랩 마진이 충분하여 비아 콘택이 하부 금속배선에 이상적으로 정렬된 경우라면 단위 테스트 패턴은 도 2a와 같이 형성되고, 이러한 오버랩 마진이 충분한 조건과 비교하기 위해 도 2b와 같이 비아 콘택이 하부 금속배선과 일정 거리 오정렬되도록 단위 테스트 패턴을 형성한다. 오정렬 거리는 최소 간격 디자인 룰(minimum space design rule)을 적용한다. 테스트 패턴 그룹은 도 2a와 같은 단위 테스트 패턴을 복수개로 형성하여 이루어진다. 확산방지 도전막이 반도체 소자에 미치는 영향을 확인할 뿐만 아니라 오버랩 마진이 충분한 조건과 비교하기 위해서는 테스트 패턴 그룹을 도 2a와 같은 단위 테스트 패턴과 도 2b와 같은 단위 테스트 패턴이 복합적으로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.The test pattern group accurately analyzes the profile of the diffusion preventing conductive film to prevent the external diffusion of metal atoms when forming the metal wiring by the damascene process, so as to confirm the effect of the diffusion preventing conductive film on the semiconductor device. It is formed under the same conditions as the metal wiring process. In the case where the overlap contact is sufficiently aligned so that the via contact is ideally aligned with the lower metallization, the unit test pattern is formed as shown in FIG. 2a, and the via contact is formed with the lower metallization as shown in FIG. A unit test pattern is formed to misalign a certain distance. Misalignment distance applies a minimum space design rule. The test pattern group is formed by forming a plurality of unit test patterns as illustrated in FIG. 2A. In order to not only check the effect of the diffusion preventing conductive film on the semiconductor device but also compare the condition with sufficient overlap margin, it is preferable that the test pattern group is composed of a unit test pattern as shown in FIG. 2A and a unit test pattern as shown in FIG. 2B. .
본 발명의 테스트 패턴 그룹을 이용하여 확산방지 도전막의 특성을 측정하는 방법은 다음과 같다. 측정 방법은 비아 체인 패턴(500)과 하부 금속배선(30)으로 형성된 제 1 또는 제 2 빗 패턴(100 또는 200) 간의 누설전류를 측정하거나, 비아 체인 패턴(500)과 상부 금속배선(80)으로 형성된 제 3 또는 제 4 빗 패턴(300 또는 400) 간의 누설전류를 측정하여 분석한다. 누설전류의 발생을 변별력 있게 측정하기 위해서는 단위 테스트 패턴에 비아 콘택(60)의 개수가 1000개 이상으로 구성하는 것이 바람직하다. 먼저, 비아 체인 패턴(500)과 하부 금속배선(30)으로 형성된 제 1 또는 제 2 빗 패턴(100 또는 200) 간의 누설전류를 측정하기 위해서는 제 2 빗 패턴용 패드(210)와 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)에 전원을 연결하거나, 제 2 빗 패턴용 패드(210)와 비아 체인 패턴용 제 2 패드(520)에 전원을 연결하거나, 제 1 빗 패턴용 패드(110)와 비아 체인 패턴용 제 2 패드(520)에 전원을 연결하거나, 제 1 빗 패턴용 패드(110)와 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)에 전원을 연결한다. 한쪽 단자에 접지를 연결하고, 다른 쪽 단자에 전원 단자를 연결한 뒤 0 에서 100V 까지 전압을 올리면서 전원 단자가 연결된 패드에서 전류를 측정하고, 약 1㎂이상의 전류가 측정되면 제 2 확산방지 도전막(70)의 프로파일이 불량하여 누설전류가 발생된 것으로 판단한다. 다음, 비아 체인 패턴(500)과 상부 금속배선(80)으로 형성된 제 3 또는 제 4 빗 패턴(300 또는 400) 간의 누설전류를 측정하기 위해서는 제 4 빗 패턴용 패드(410)와 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)에 전원을 연결하거나, 제 4 빗 패턴용 패드(410)와 비아 체인 패턴용 제 2 패드(520)에 전원을 연결하거나, 제 3 빗 패턴용 패드(310)와 비아 체인 패턴용 제 2 패드(520)에 전원을 연결하거나, 제 3 빗 패턴용 패드(310)와 비아 체인 패턴용 제 1 패드(510)에 전원을 연결한다. 한쪽 단자에 접지를 연결하고, 다른 쪽 단자에 전원 단자를 연결한 뒤 0 에서 100V 까지 전압을 올리면서 전원 단자가 연결된 패드에서 전류를 측정하고, 약 1㎂이상의 전류가 측정되면 확산방지 도전막(70)의 프로파일이 불량하여 누설전류가 발생된 것으로 판단한다. The method of measuring the characteristics of the diffusion barrier conductive film using the test pattern group of the present invention is as follows. The measuring method measures leakage current between the via chain pattern 500 and the first or second comb pattern 100 or 200 formed of the lower metal wiring 30, or the via chain pattern 500 and the upper metal wiring 80. The leakage current between the third or fourth comb patterns 300 or 400 formed as is measured and analyzed. In order to discriminate the occurrence of leakage current, it is preferable to configure the number of via contacts 60 in the unit test pattern to be 1000 or more. First, in order to measure the leakage current between the via chain pattern 500 and the first or second comb pattern 100 or 200 formed of the lower metal wiring 30, the second comb pattern pad 210 and the via chain pattern may be used. Connect the power to the first pad 510, or connect the power to the pad 210 for the second comb pattern and the second pad 520 for the via chain pattern, or the via 110 and via chain for the first comb pattern The power is connected to the second pad 520 for the pattern, or the power supply is connected to the pad 110 for the first comb pattern and the first pad 510 for the via chain pattern. Connect the ground to one terminal, connect the power terminal to the other terminal, increase the voltage from 0 to 100V, measure the current on the pad to which the power terminal is connected, and if the current of about 1㎂ or more is measured, It is determined that the leakage current is generated due to the poor profile of the film 70. Next, in order to measure the leakage current between the via chain pattern 500 and the third or fourth comb pattern 300 or 400 formed of the upper metal wiring 80, the pad for the fourth comb pattern 410 and the via chain pattern may be used. Connect the power to the first pad 510, the power supply to the fourth comb pattern pad 410 and the second pad 520 for the via chain pattern, or the third comb pattern pad 310 and the via chain The power is connected to the second pad 520 for the pattern, or the power supply is connected to the pad 310 for the third comb pattern and the first pad 510 for the via chain pattern. Connect the ground to one terminal, connect the power terminal to the other terminal, measure the current from the pad to which the power terminal is connected while increasing the voltage from 0 to 100V, and if the current of about 1㎂ or more is measured, It is determined that the leakage current is generated due to the poor profile of 70).
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 소자 제조 공정과 동일한 공정으로 스크라이브 영역과 같은 소자 구성 요소가 형성되지 않는 공간이나 별도의 테스트 웨이퍼에 테스트 패턴을 형성하고, 테스트 패턴을 동작시켜 전기적인 특성들(electric properties)을 측정하므로, 실제 반도체 소자의 전기적 특성들을 측정하는 것과 같은 결과를 얻을 수 있고, 이에 따라 반도체 소자의 특성들은 테스트 패턴을 전기적으로 테스트함으로써 정확하게 추론될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다마신 공정으로 금속배선을 형성할 때 금속 원자의 외부 확산을 방지하기 위한 확산방지 도전막의 프로파일을 파괴적인 방법이 아니라 비파괴적인 방법으로 정확히 분석하므로, 제품으로 제공될 주 영역의 전기적 특성을 바로 확인할 수 있고, 문제점이 있을 경우 이를 개선시킬 수 있는 확산방지 도전막 형성 공정 마진을 확보할 수 있게 하여 실제 반도체 소자의 제조 공정에 적용하므로 보다 신뢰성 있고 전기적 특성이 향상된 반도체 소자를 구현할 수 있게 한다.As described above, the present invention is the same process as the semiconductor device manufacturing process, the test pattern is formed in a separate test wafer or a space in which no device component such as a scribe region is formed, and the test pattern is operated to provide electrical characteristics ( By measuring the electric properties, it is possible to obtain the same result as measuring the electrical properties of the actual semiconductor device, whereby the properties of the semiconductor device can be accurately inferred by electrically testing the test pattern. Accordingly, the present invention accurately analyzes the profile of the diffusion preventing conductive film for preventing the external diffusion of metal atoms when forming the metal wiring by the damascene process in a non-destructive manner, rather than a destructive method, so that The electrical characteristics can be checked immediately, and if there is a problem, the margin of diffusion preventing conductive film formation can be secured and applied to the actual semiconductor device manufacturing process, thereby realizing more reliable and improved electrical properties. To be able.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 테스트 패턴 그룹중 단위 테스트 패턴의 레이아웃;1 is a layout of a unit test pattern of a test pattern group of a semiconductor device according to an embodiment of the present disclosure;
도 2a 및 도 2b는 도 1의 X-X'선을 따라 절단한 단면도들; 및2A and 2B are cross-sectional views taken along the line X-X 'of FIG. 1; And
도 3은 도 1의 구조를 전체적으로 도시한 개략도이다. 3 is a schematic diagram showing the structure of FIG. 1 as a whole.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 기판 20: 제 1 층간 절연층10: substrate 20: first interlayer insulating layer
30a: 제 1 확산방지 도전막 30: 하부 금속배선30a: first diffusion preventing conductive film 30: lower metal wiring
40: 제 1 확산방지 절연막 50: 제 2 층간 절연층40: first diffusion barrier insulating film 50: second interlayer insulating layer
60: 비아 콘택 70: 제 2 확산방지 도전막60: via contact 70: second diffusion preventing conductive film
80: 상부 금속배선 90: 제 2 확산방지 절연막80: upper metal wiring 90: second diffusion barrier insulating film
100: 제 1 빗 패턴 110: 제 1 빗 패턴용 패드100: first comb pattern 110: pad for the first comb pattern
200: 제 2 빗 패턴 210: 제 2 빗 패턴용 패드200: second comb pattern 210: pad for second comb pattern
300: 제 3 빗 패턴 310: 제 3 빗 패턴용 패드 300: third comb pattern 310: pad for the third comb pattern
400: 제 4 빗 패턴 410: 제 4 빗 패턴용 패드400: fourth comb pattern 410: pad for fourth comb pattern
500: 비아 체인 패턴 510: 비아 체인 패턴용 제 1 패드500: via chain pattern 510: first pad for via chain pattern
520: 비아 체인 패턴용 제 2 패드 520: second pad for the via chain pattern
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2004
- 2004-02-06 KR KR1020040008028A patent/KR20050079540A/en not_active Application Discontinuation
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