專利名稱:通孔電阻測量結構及方法
技術領域:
本發明涉及集成電路領域,尤其涉及通孔電阻測量結構及方法。
背景技術:
隨著技術發展,集成電路內包含的晶體管等半導體器件的數目逐步增多。為將半 導體器件連接起來,集成電路內通常設置有多個金屬層,所述金屬層由多條處于同一層的 互連線構成。半導體器件通過接觸孔與金屬層的互連線連接,各金屬層的互連線之間通過 通孔連接。 隨著集成電路包含半導體器件數目的增加,金屬層數也逐漸增加,使得各金屬層 的連接結構的電阻和電容等電學參數成為了決定電路性能的重要因素。所述各金屬層的連 接結構包括金屬層的互連線及連接互連線的通孔,此處通孔理解為包含通孔的填充材料在 內。 基于下述考慮,通孔電阻的測量受到業界的廣泛關注 l,集成電路制造過程包含成千上萬種工序,且集成電路通常包含數百萬至一億多
個通孔,任何一個通孔的失效都可能導致集成電路的功能無法達到預定要求; 2,通過測量通孔電阻,能夠根據通孔電阻值對半導體器件性能進行分析,例如開
關速度及熱性能等; 3,由于填充通孔時,通孔與上下層金屬的互連線將具有良好的接觸,如果光刻工 藝中光強或光刻膠厚度等任何一個光刻參數波動,將導致互連線對通孔只是半覆蓋等問 題,由于半覆蓋通孔比全覆蓋通孔的電阻高得多,因此通過測量通孔電阻,能夠較好的預測 用以制造通孔的光刻工藝的精準性。 測量通孔電阻的原理通常是采用測量結構,在制作集成電路時,將測量結構制作 于集成電路中,然后通過測量測量結構的電阻,來最終得到通孔電阻。 目前業界存在基于開爾文(Kelvin)四點測量結構,采用Kelvin四端測量法測量 通孔電阻的測量方案;以及通過測量通孔鏈電阻來測量通孔電阻的測量方案,其中通孔鏈 由多個通孔及各通孔連接的互連線構成。但上述方案存在如下問題 l,通孔鏈電阻由很多通孔電阻及各通孔對應的互連線的電阻加總而成,因此如果 通孔鏈中某一個或幾個通孔有缺陷,則通孔鏈就開路,測量得到的通孔鏈電阻為無窮大,無 法測量出通孔電阻,降低了測量效率; 2,Kelvin四點測量結構中的通孔連接至相鄰金屬層互連線交叉位置,即通常沒有 位于互連線的端點,而實際電路中,通孔一般位于互連線的端點,因此通過該測量結構來測 量時,測量誤差大,降低了測量質量。
發明內容
本發明提供通孔電阻測量結構及方法,以提高測量效率及質量。 本發明提出了通孔電阻測量結構,該結構包括多條互連線,所述多條互連線相互
3垂直,分別處于集成電路中互不相同的金屬層,且寬度及材質相同,各個互連線上均設置有 多個電阻測量點;以及通孔,通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線,其中所述通孔與互 連線的連接端位于互連線的線端,連接端由互連線覆蓋。 本發明還提出了一種通孔電阻測量方法,該方法包括將本發明提出的通孔電阻 測量結構制作于待測量通孔所在的集成電路中;測量所述測量結構中通孔的電阻;以及將 所述測量出的電阻確定為待測量通孔的電阻。 本發明提出的上述通孔電阻測量方案,通過使通孔連接于互連線的線端,且測量 結構與實際電路結構關聯較大,因此一方面使得該測量結構能夠用于實際有源器件電路中 通孔電阻的測量,另一方面使得基于該測量結構得到的通孔的電阻值極為精確,提高了通 孔的測量質量。 此外由于無需測量通孔鏈的電阻,因此避免了現有技術中由于通孔鏈中的部分通 孔損壞導致的測量失敗的問題,提高了測量效率。 另外由于該測量結構與實際電路結構關聯較大,因此基于該測量結構測量出的電 阻值不僅能夠反映通孔的電阻等電學特性,而且能夠反映出相應的光刻特性。
圖1為本發明第一實施例中兩層測量結構的俯視圖; 圖2為本發明第一實施例中兩層測量結構的截面圖; 圖3為本發明第二實施例中三層測量結構的俯視圖; 圖4為本發明實施例提出的通孔電阻測量方法的流程圖; 圖5為本發明實施例中測量點至通孔的距離與電阻值的對應關系示意圖。
具體實施例方式
針對背景技術提及的問題,本申請發明人分析得出如果能夠提出一種測量結構, 使其無需通過測量通孔鏈電阻就能夠得到通孔電阻,且通孔連接于互連線的線端,則就不 會產生背景技術提到的問題。
基于上述想法,本發明實施例提出如下通孔電阻測量結構,該結構包括 多條互連線,所述多條互連線相互垂直,分別處于集成電路中互不相同的金屬層,
且寬度及材質相同,各個互連線上均設置有多個電阻測量點;以及 通孔,通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線,其中所述通孔與互連線的連接 端位于互連線的線端,連接端由互連線覆蓋。 其中較佳可選的,通孔頂部連接的互連線上各個電阻測量點距離通孔的距離,與
通孔底部連接的互連線上相應各個電阻測量點距離通孔的距離相等。 所述多條互連線的長度可以相等,也可以不相等。 下面結合說明書附圖對上述通孔電阻測量結構進行詳細闡述。 盡管下面將參照附圖對本發明進行更詳細的描述,其中表示了本發明的優選實施 例,應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發明而仍然實現本發明的有利效果。 因此,下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道,而并不作為對本發明的限 制。
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為了清楚,不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中,不詳細描述公知的功能 和結構,因為它們會使本發明由于不必要的細節而混亂。應當認為在任何實際實施例的開 發中,必須作出大量實施細節以實現開發者的特定目標,例如按照有關系統或有關商業的 限制,由一個實施例改變為另一個實施例。另外,應當認為這種開發工作可能是復雜和耗費 時間的,但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規工作。 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發明。根據下面說明和權利要 求書,本發明的優點和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比率,僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。 下面分別給出上述測量結構的兩個具體實施例,以便于理解上述測量結構。
實施例一,有兩條互連線及一個通孔的兩層測量結構。 圖1及圖2分別為本發明第一實施例中兩層測量結構的俯視及截面圖,結合該圖 可知,本實施例的兩層測量結構包括頂層互連線11及底層互連線12,分別連接至通孔13 的頂層及底層;其中 頂層互連線11及底層互連線13相互垂直,分別處于集成電路中的不同金屬層;且 頂層互連線11及底層互連線13的長度、寬度及材質相同;以及 在頂層互連線11及底層互連線13上還各設置有四個電阻測量點14。 本實施例中,兩條互連線上的測量點14各自有4個,實際上只需要保證各自有兩
個測量點14即可,且同一互連線上相鄰測量點14的距離可以相同,也可以不同。其中標號
15代表引出端,一端連接至電阻測量點14,另一端連接電阻測量裝置(圖中未示出),實現
電阻測量點14電阻的測量。 此外所述通孔13與上述兩個互連線的連接端位于互連線的線端處,連接端由互 連線覆蓋。 其中通孔13頂部連接的頂部互連線11上各個電阻測量點14距離通孔13的距離, 與通孔13底部連接的底部互連線12上相應各個電阻測量點14距離通孔13的距離可以相 等,也可以不相等,圖1中頂層互連線11上的四個電阻測量點14至通孔13的距離分別為 Lp L2、 !^及L4,這四個電阻測量點14對應的,在底層互連線12上的四個電阻測量點14至 通孔13的距離分別為V L4',即Lj與L/可以相等也可以不相等,j此時取值1,2,3或 4。 實施例二,有三條互連線及兩個通孔的三層測量結構。 圖3為本發明第二實施例中三層測量結構的俯視圖,結合該圖可知,本實施例的 三層測量結構包括三條互連線及第一通孔34和第二通孔37 ; 所述三條互連線中,一條互連線31的兩端分別連接于第一通孔34的頂部及第二 通孔37的底部,另外一條互連線32連接于第一通孔34的底部,以及第三條互連線33連接 于第二通孔37的頂部。其中標號35及36分別代表電阻測量點及引線端,標號L/' L4" 分別表示互連線33至通孔37的距離。 三層測量結構中,關于互連線位置關系,互連線與通孔連接的連接端的覆蓋關系 及電阻測量點等其他測量結構的性質和特點均和實施例一中兩層測量結構類似,結合實施 例一,本領域技術人員容易推斷出三層測量結構的其他特點和性質,本實施例此處不再贅 述。
上述通孔電阻測量結構中,通孔連接于互連線的線端,且測量結構與實際電路結
構關聯較大,因此一方面使得該測量結構能夠用于實際有源器件電路中通孔電阻的測量,
另一方面使得基于該測量結構得到的通孔的電阻值極為精確,提高了通孔的測量質量。另
外由于該測量結構與實際電路結構關聯較大,因此基于該測量結構測量出的電阻值不僅能
夠反映通孔的電阻等電學特性,而且能夠反映出相應的光刻特性。 下面詳細闡述采用上述測量結構測量通孔電阻的測量方法。 圖4為本發明實施例提出的通孔電阻測量方法的流程圖,結合該圖,該測量方法 包括 步驟l,將上述測量結構制作于集成電路中; 步驟2,分別測量連接于通孔頂部的互連線上的多個電阻測量點,與各自對應的位 于通孔底部的互連線上的電阻測量點之間的電阻; 步驟3,根據相應電阻點至通孔的距離及測量出的多個電阻值,獲得所述電阻值和 所述距離的對應關系;以及 步驟4,根據所述對應關系,得到在所述距離為零時的電阻值,作為通孔電阻值。
該測量方案首先獲得互連線上電阻測量點對應的電阻與測量點至通孔的距離的 對應關系,然后根據該對應關系,獲得所述距離為零時的電阻值即為通孔電阻值。 一方面該 測量方案無需測量通孔鏈的電阻,避免了現有技術中由于通孔鏈中的部分通孔損壞導致的 測量失敗的問題,提高了測量效率;另一方面,該測量方案中,通孔連接于互連線的線端,符 合實際電路結構采用的連接方式,因此能夠較大程度上模擬出實際電路結構的情況,使得 測量出的電阻值準確度增加,提高了測量質量。 由于采用該測量結構測量出的通孔的電阻不僅反映了通孔的電學特性,而且能夠 反應相關光刻工藝的光刻特性,因此在測量出通孔電阻后,上述測量方法還可以包括根據 測量出的通孔電阻,評估該通孔所屬集成電路的制作過程中,相應光刻工藝的光刻特性的 步驟,例如在光刻工藝條件設置有偏差,使得通孔與互連線的連接端未被互連線全部覆蓋 時,則測量出的通孔電阻就能夠反映出該偏差,進而進行相應處理。 此外如果采用三層及其以上測量結構測量通孔電阻,則還可以測量多個相鄰待測 量通孔的電阻;然后根據測量出的相鄰待測量通孔的電阻,評估相鄰待測量通孔對應的各 個互連線的連接質量。 下面以圖1所示兩層測量結構為例,闡述上述測量方法的具體實施方式
。 將兩層測量結構制作于集成電路中,然后測量該測量結構中通孔13的電阻;對應
于上述步驟2 4,其測量過程為 步驟bl,以距離通孔13的距離為和L/的兩個電阻測量點為端點,測量出對應 的電阻值R1 ; 步驟b2,與步驟bl類似的方式,分別測量出距離!^和L2'對應的電阻值R2、距離 L3和L3'對應的電阻值R3及距離L4和L4'對應的電阻值R4 ; 步驟b3,建立互連線上點至通孔13的距離和該距離處對應的電阻值之間的對應 關系;參照圖5,圖5為本發明實施例中測量點至通孔的距離與電阻值的對應關系示意圖, 本實施例中,該對應關系為
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其中Lj和L/代表電阻測量點至通孔的距離;Rj分別代表所述距離對應的電阻值; Ai代表互連線單位長度的電阻值;y代表互連線上至通孔距離為x的測量點對應的電阻值, i和j為下標,i為自然數,用于標識各互連線上測量電阻的電阻測量點的總個數;j用于標 識相應測量點。 步驟b4,在建立上述對應關系后,根據該對應關系得到在所述距離為零,時的電 阻,作為通孔電阻。由于所述距離為零時,相當于測量點位于通孔的頂部及底部,即對應出 通孔的電阻。結合上述公式,當x為零時,對應得到的值為通孔電阻值。對應的,圖5中圓 圈部分所示的為當x為零時,得到通孔電阻值,即在得到各個距離和電阻值后,通過做出兩 者的擬合線,也能夠找出通孔電阻值。 顯然,本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣,倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內,則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種通孔電阻測量結構,其特征在于,包括多條互連線,所述多條互連線相互垂直,分別處于集成電路中互不相同的金屬層,且寬度及材質相同,各個互連線上均設置有多個電阻測量點;以及通孔,通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線,其中所述通孔與互連線的連接端位于互連線的線端,連接端由互連線覆蓋。
2. 如權利要求1所述的結構,其特征在于,所述互連線有兩條,所述通孔有一個。
3. 如權利要求1所述的結構,其特征在于,所述互連線有三條,所述通孔包括第一通孔 及第二通孔;其中所述三條互連線中,一條互連線的兩端分別連接于第一通孔的頂部及第二通孔的底 部,另外兩條互連線分別連接于第一通孔的底部及第二通孔的頂部。
4. 如權利要求l所述的結構,其特征在于,各個互連線上,所述多個電阻測量點中,相 鄰測量點的間距相等或不相等。
5. 如權利要求1所述的結構,其特征在于,所述通孔頂部連接的互連線上各個電阻測 量點距離通孔的距離,與通孔底部連接的互連線上相應各個電阻測量點距離通孔的距離相 等或不相等。
6. 如權利要求1所述的結構,其特征在于,所述多條互連線的寬度相等或不相等。
7. —種采用權利要求1所述的測量結構來測量通孔電阻的方法,其特征在于,包括 將所述測量結構制作于集成電路中;分別測量連接于通孔頂部的互連線上的多個電阻測量點,與各自對應的位于通孔底部 的互連線上的電阻測量點之間的電阻;根據相應電阻點至通孔的距離及測量出的多個電阻值,獲得所述電阻值和所述距離的 對應關系;根據所述對應關系,得到在所述距離為零時的電阻值,作為通孔電阻值。
8. 如權利要求7所述的方法,其特征在于,所述對應關系為=稱-1£(、+丄))其中,Lj和L/代表所述電阻測量點至通孔的距離;Rj代表所述距離對應的電阻值A代表互連線單位長度的電阻值;y代表互連線上至通孔距離為x的測量點對應的電阻值,i 和j為下標,i為自然數,用于標識各互連線上測量電阻的電阻測量點的總個數;j用于標識 相應測量點;以及當x為零時,對應得到的y的值為通孔電阻值。
9. 如權利要求7所述的方法,其特征在于,還包括根據測量出的通孔電阻,評估該通孔 所屬集成電路的制作過程中,相應光刻工藝的光刻特性的步驟。
10. 如權利要求7所述的方法,其特征在于,還包括 測量多個相鄰待測量通孔的電阻;根據測量出的相鄰待測量通孔的電阻,評估相鄰待測量通孔對應的各個互連線的連接質量。
全文摘要
本發明提出通孔電阻測量結構及方法,以提高測量效率及質量。該結構包括多條互連線,所述多條互連線相互垂直,分別處于集成電路中互不相同的金屬層,且寬度及材質相同,各個互連線上均設置有多個電阻測量點;以及通孔,通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線,其中所述通孔與互連線的連接端位于互連線的線端,連接端由互連線覆蓋。
文檔編號G01R27/04GK101762750SQ20081004419
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優先權日2008年12月25日
發明者張永紅, 程玉華 申請人:上海北京大學微電子研究院