專利名稱：互連電阻測量結構及方法
技術領域：
本發明涉及集成電路領域，尤其涉及互連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 互連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。所述各金屬層的互 連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。 所述互連結構中，通孔通常連接有兩條互連線，其頂部及底部各連接一條，于是互
連結構的電阻通常分為如下四部分連接至通孔頂部的頂部互連線電阻、連接至通孔底部
的底部互連線電阻、通孔電阻及接觸電阻，所述接觸電阻為互連線與通孔之間的接觸電阻。 如上所述，互連結構的電阻很大程度上會影響集成電路的性能，如果能夠將互連
結構中的上述電阻進行分別測量，則將能夠為互連結構的各組成部分及在其制作工藝過程
中選擇更為合理的材料，從而有利于集成電路性能的提高。 但是業界目前卻缺乏能夠分別測量互連結構中上述電阻的方案，因此限制了集成 電路性能的提高。
發明內容
本發明提供互連電阻測量結構及方法，以測量出集成電路中金屬層互連結構的各 部分電阻，有利于集成電路性能的提高。 本發明提出了互連電阻測量結構，該結構包括主測量結構，包括通孔、兩條彎折 互連線及至少兩個電阻測量端，所述兩條彎折互連線位于不同金屬層，并通過至少一個通 孔連接；其中所述彎折互連線彎折出至少兩個凸起，所述凸起的形狀為缺少一邊的矩形，各 個凸起的間距等于各凸起缺乏對邊的邊的長度；第一輔助測量結構，由一條所述彎折互連 線及至少兩個電阻測量端構成，并與主測量結構的兩條彎折互連線中的一條彎折互連線位 于同一個金屬層；以及第二輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端 構成，并與主測量結構的所述兩條彎折互連線中的另一條彎折互連線位于同一個金屬層； 其中主測量結構中各條互連線未與通孔連接的線端，各自分布有至少一個電阻測量端；第 一及第二輔助測量結構中各條互連線的線端，各自分布有至少一個電阻測量端；以及主測 量結構、第一輔助測量結構及第二輔助測量結構中各彎折互連線的寬度及材質相同，且第 一及第二輔助測量結構的彎折互連線分別與各自所處金屬層中所述主測量結構彎折互連 線的長度相等。
本發明還提出了互連電阻測量方法，該方法包括制作多個所述互連電阻測量結 構于集成電路中，其中各個互連電阻測量結構中主測量結構的通孔數目不同；基于電阻測 量點，分別測量出所述各個互連電阻測量結構中，主測量結構及各輔助測量結構的電阻值； 以及根據各互連電阻測量結構中，主測量結構的電阻值等于各輔助測量結構的電阻值、主 測量結構中通孔的電阻值以及通孔與彎折互連線的接觸電阻值之和的關系，計算出所述通 孔電阻值及接觸電阻值。 本發明實施例提出的上述測量方案，測量出輔助測量結構的電阻及主測量結構的 總電阻，由于輔助測量結構與主測量結構中互連線電阻相等，因此通過輔助測量結構就能 夠測量出主測量結構中互連線的電阻；又由于主測量結構的總電阻值等于主測量結構中的 通孔的電阻值、兩條彎折互連線的電阻值以及互連線與通孔的接觸電阻值之和，因此對于 多個包含通孔數目不同的互連電阻測量結構，在測量出各個互連電阻中主測量結構的總電 阻，并基于輔助測量結構到主測量結構的兩條彎折互連線的電阻值后，就能夠得到多個包 含接觸電阻值及通孔電阻值作為未知數的方程，然后求解所述方程，就能夠得到接觸電阻 值及通孔電阻值，從而就能夠測量出互連電阻中通孔電阻值、接觸電阻值及連接至通孔的 兩條互連線的電阻值。
圖1為本發明第一實施例的互連電阻效
圖2為本發明第一實施例的互連電阻效
圖3為本發明第二實施例的互連電阻效
圖4為本發明實施例提出的互連電阻效
t結構的俯視圖； t結構的截面圖； t結構中主測量結構的截面圖 t方法的流程圖。
具體實施例方式
為測量出集成電路中金屬層互連結構的各部分電阻，本發明實施例提出如下互連 電阻測量結構，該結構包括 主測量結構，包括通孔、兩條彎折互連線及至少兩個電阻測量端，所述兩條彎折互 連線位于不同金屬層，并通過至少一個通孔連接； 第一輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成，并與主
測量結構的兩條彎折互連線中的一條彎折互連線位于同一個金屬層；以及 第二輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成，并與主
測量結構的所述兩條彎折互連線中的另一條彎折互連線位于同一個金屬層。 其中所述彎折互連線彎折出至少兩個凸起，所述凸起的形狀為缺少一邊的矩形，
各個凸起的間距等于各凸起缺乏對邊的邊的長度； 所述主測量結構中各條互連線未與通孔連接的線端，各自分布有至少一個電阻 測量端，且第一及第二輔助測量結構中各條互連線的線端，各自分布有至少一個電阻測量
丄山
順； 而且主測量結構、第一輔助測量結構及第二輔助測量結構中各彎折互連線的寬度 及材質相同，此外第一及第二輔助測量結構的彎折互連線分別與各自所處金屬層中所述主 測量結構彎折互連線的長度相等。
可選的，主測量結構、第一輔助測量結構及第二輔助測量結構中各彎折互連線的 長度均相等，如果均相等，則有利于工藝制作。 由于輔助測量結構的彎折互連線與處于同一層的主測量結構彎折互連線，長度、 寬度及材質等均相同，因此輔助測量結構的電阻即為主測量結構中對應彎折互連線的電 阻，于是就能夠通過測量輔助測量結構的電阻值得到主測量結構中對應彎折互連線的電阻 值。 此外從主測量結構的具體結構可以分析得出，主測量結構的總電阻值等于主測量 結構中的通孔的電阻值、兩條彎折互連線的電阻值以及互連線與通孔的接觸電阻值之和， 因此對于多個包含通孔數目不同的互連電阻測量結構，在測量出各個互連電阻中，主測量 結構的總電阻，并基于輔助測量結構到主測量結構的兩條彎折互連線的電阻值后，就能夠 得到多個包含接觸電阻值及通孔電阻值作為未知數的方程，然后求解該方程，就能夠得到 接觸電阻值及通孔電阻值，從而就能夠測量出互連電阻中通孔電阻值、接觸電阻值及連接 至通孔的兩條互連線的電阻值。 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。
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。
實施例一，包含一個通孔的互連電阻測量結構。 圖1及圖2分別為本發明第一實施例的互連電阻測量結構的俯視及截面圖，結合 該圖，所述互連電阻測量結構包括 主測量結構IO，包括通孔11、連接至通孔11頂部的頂部彎折互連線12、連接至通 孔11底部的底部互連彎折線13以及電阻測量端14 ; 第一輔助測量結構20，由彎折互連線21及電阻測量端22構成，并與主測量結構 10的頂部彎折互連線12位于同一個金屬層；以及 第二輔助測量結構30，由彎折互連線31及電阻測量端32構成，并與主測量結構 10的底部彎折互連線13位于同一個金屬層； 其中以彎折互連線21為例說明上述各個彎折互連線的形狀彎折互連線21彎折
出至少兩個凸起，此處為三個凸起，所述凸起的形狀為缺少一邊的矩形，各個凸起的間距23
等于各凸起缺乏對邊的邊24的長度； 實施例二，包含兩個通孔的互連電阻測量結構。 圖3為本發明第二實施例的互連電阻測量結構中主測量結構的截面圖，可以看 出，實施例二中的互連電阻測量結構與實施例一中的互連電阻測量結構相比，差別僅在于主測量結構40包含第一通孔41及第二通孔42，第一通孔41及第二通孔42豎直連接，且特 性相同，因此其電阻相等，便于后續通孔電阻的測量。 結合上述互連電阻測量結構，本發明實施例提出了互連電阻測量方法，以測量出 集成電路中金屬層互連結構的各部分電阻。 圖4為本發明實施例提出的互連電阻測量方法的流程圖，結合該圖，所述方法包 括步驟 步驟l，制作多個所述互連電阻測量結構于集成電路中，其中各個互連電阻測量結 構中主測量結構的通孔數目不同；實際上采用兩個通孔數目不同的互連電阻測量結構就能 夠實施本方案，有時為防止測量結構制作失敗或測量失誤等風險，可以制作大于兩個的測 量結構備用。 步驟2，基于電阻測量點，分別測量出所述各個互連電阻測量結構中，主測量結構 及各輔助測量結構的電阻值；以及 步驟3，根據各互連電阻測量結構中，主測量結構的電阻值等于各輔助測量結構的 電阻值、主測量結構中通孔的電阻值以及通孔與彎折互連線的接觸電阻值之和的關系，計 算出所述通孔電阻值及接觸電阻值。 通過步驟1 3就能夠測量出互連結構的各部分電阻，下面結合實施例具體闡述。
實施例三，采用實施例一及二中的兩個互連電阻測量結構測量。
首先將實施例一及實施例二的測量結構制作在集成電路中，然后基于電阻測量點 測量出如下電阻 對于實施例一中包含一個通孔的互連電阻測量結構，測量出主測量結構的總電阻 R"。w、第一輔助測量結構的電阻Rl及第二輔助測量結構的電阻R2 ; 對于實施例二中包含兩個通孔的互連電阻測量結構，測量出主測量結構的總電阻 RwP第一輔助測量結構的電阻R3及第二輔助測量結構的電阻R4 ; 假設通孔電阻為Rv，接觸電阻為RP則根據下述兩個方程就能求出通孔電阻Rv及 接觸電阻&。 Rltotal = Rl+R2+Rv+2Rj ;
R2t。tal = R3+R4+2Rv+2Rj 至此，就能得到互連結構中連接至通孔的兩條互連線電阻、通孔電阻及接觸電阻， 實現了互連結構的各部分電阻的測量。 此外隨著特征尺寸的縮小，上述互連結構中各部分電阻受光刻效應、凹陷效應及 侵蝕效應的影響越來越大，所述光刻效應發生在制作相應光刻工藝中，凹陷及侵蝕效應發 生在化學機械研磨(CMP)工藝中，如果能夠衡量出上述效應對互連結構各部分電阻的影 響，則能夠采取相應措施，控制所述影響，提高集成電路的性能，因此本發明實施例提出，上 述測量方法還可以包括如下步驟，以提高集成電路性能 步驟a，在彎折互連線長度保持不變的情況下，在預定范圍內調整彎折互連線寬度 及密度，所述彎折互連線密度等于彎折互連線寬度除以所述寬度與彎折互連線凸起間距之 和，即密度=寬度/(寬度+間距)； 步驟b，測量出調整的彎折互連線寬度及密度對應的各個電阻；
步驟c，計算出在所述寬度及密度調整時，各個電阻對應的改變量；
步驟d，根據所述預定范圍與影響各個電阻值變動的因素的對應關系，及所述電阻
改變量，衡量所述因素對所述電阻的影響。 其中較佳的本實施例提出，所述對應關系為 在所述寬度為80納米至120納米，且所述密度大于零并小于等于0. 5時，對應因 素為光刻效應； 在所述寬度為250納米至400納米，且所述密度大于零并小于等于0. 5時，對應因 素為化學機械研磨工藝的凹陷效應；以及 在所述寬度160納米至200納米寬度范圍內，且所述密度大于等于0. 5并小于等 于0. 9時，對應因素為化學機械研磨工藝的侵蝕效應。 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
一種互連電阻測量結構，其特征在于，包括主測量結構，包括通孔、兩條彎折互連線及至少兩個電阻測量端，所述兩條彎折互連線位于不同金屬層，并通過至少一個通孔連接；其中所述彎折互連線彎折出至少兩個凸起，所述凸起的形狀為缺少一邊的矩形，各個凸起的間距等于各凸起缺乏對邊的邊的長度；第一輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成，并與主測量結構的兩條彎折互連線中的一條彎折互連線位于同一個金屬層；以及第二輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成，并與主測量結構的所述兩條彎折互連線中的另一條彎折互連線位于同一個金屬層；其中主測量結構中各條互連線未與通孔連接的線端，各自分布有至少一個電阻測量端；第一及第二輔助測量結構中各條互連線的線端，各自分布有至少一個電阻測量端；以及主測量結構、第一輔助測量結構及第二輔助測量結構中各彎折互連線的寬度及材質相同，且第一及第二輔助測量結構的彎折互連線分別與各自所處金屬層中所述主測量結構彎折互連線的長度相等。
2. 如權利要求1所述的測量結構，其特征在于，第一輔助測量結構彎折互連線的各個 凸起與位于同層的，主輔助測量結構彎折互連線的相應各凸起的凸起方向相同，且處于同 一直線。
3. 如權利要求1所述的測量結構，其特征在于，第二輔助測量結構彎折互連線的各個 凸起與位于同層的，主輔助測量結構彎折互連線的相應各凸起的凸起方向相同，且處于同一直線。
4. 如權利要求1所述的測量結構，其特征在于，主測量結構、第一輔助測量結構及第二 輔助測量結構中各彎折互連線的長度均相等。
5. 如權利要求1所述的測量結構，其特征在于，所述彎折互連線的長度大于1000微米。
6. —種采用權利要求1所述的互連電阻測量結構來測量互連電阻的方法，其特征在 于，包括制作多個所述互連電阻測量結構于集成電路中，其中各個互連電阻測量結構中主測量 結構的通孔數目不同；基于電阻測量點，分別測量出所述各個互連電阻測量結構中，主測量結構及各輔助測 量結構的電阻值；根據各互連電阻測量結構中，主測量結構的電阻值等于各輔助測量結構的電阻值、主 測量結構中通孔的電阻值以及通孔與彎折互連線的接觸電阻值之和的關系，計算出所述通 孔電阻值及接觸電阻值。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括在彎折互連線長度保持不變的情況下，在預定范圍內調整彎折互連線寬度及密度，所 述彎折互連線密度等于彎折互連線寬度除以所述寬度與彎折互連線凸起間距之和； 測量出調整的彎折互連線寬度及密度對應的各個電阻； 計算出在所述寬度及密度調整時，各個電阻對應的改變量；根據所述預定范圍與影響各個電阻值變動的因素的對應關系，及所述電阻改變量，衡 量所述因素對所述電阻的影響。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述對應關系為在所述寬度為80納米至120納米，且所述密度大于零并小于等于0. 5時，對應因素為 光刻效應；在所述寬度為250納米至400納米，且所述密度大于零并小于等于0. 5時，對應因素為 化學機械研磨工藝的凹陷效應；在所述寬度160納米至200納米寬度范圍內，且所述密度大于等于0. 5并小于等于0. 9 時，對應因素為化學機械研磨工藝的侵蝕效應。
全文摘要
本發明提供互連電阻測量結構及方法，以測量出集成電路中金屬層互連結構的各部分電阻，有利于提高集成電路的性能；該結構包括主測量結構，由通孔、兩條彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成；第一輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成；以及第二輔助測量結構，由一條所述彎折互連線及至少兩個電阻測量端構成。
文檔編號H01L21/66GK101764124SQ20081004419
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