專利名稱：監控制程穩定性的測試模塊和方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體電性測試中的測試模塊和方法，尤其涉及一種監控制程穩定性的測試模塊和方法。
背景技術：
在半導體的生產過程中，尤其是大規模的量產時，經常會出現金屬與通孔的之間的overlay (疊層)偏差而引起半導體器件的short (短路)情況,從而引起半導體器件的良率不穩定，因此，在量產前需要評估overlay的安全區間，以監控制程的穩定性。在現有的技術中，對于半導體器件量產時，通常沒有很好的評估overlay的安全區間的方法，而是等到問題出現了之后，才采取延時補救的措施，這會使得在半導體生產過程中，對其制程穩定性的控制比較被動，從而導致半導體器件的良率不高，進而影響整個生產過程中產品的品質。中國專利(授權公告號:CN 100576526C)公開了一種用于實現上下層金屬互聯的電路結構，包括上層金屬與下層金屬，位于所述上層金屬與下層金屬之間的通孔，其中:所述的上層金屬與下層金屬嚴格對準，層間的通孔以排為單位與下層金屬之間形成O至1/2孔徑不等的偏移，且相鄰兩排通孔對應通孔的偏移量和偏移方向不同，即當最左側一排通孔向左偏移，偏移量從O至1/2孔徑不等時，與它相鄰的左側第2排的通孔則向右偏移，偏移量從O至1/2孔徑不等。該專利能夠及時發現并確認通孔與下層金屬之間發生的偏移及鈦缺失的工藝問題，但是其并沒有解決 在半導體器件量產前確定overlay的安全區間的問題。可見，目前在半導體器件的大規模量產前并沒有一個用以評估器件overlay的安全區間的有效方法。
發明內容
鑒于上述問題，本發明提供一種監控制程穩定性的測試模塊和方法。本發明解決技術問題所采用的技術方案為:一種測試模塊，應用于監控制程的穩定性，其中，所述測試模塊包括:一襯底，所述襯底的上設置有第一測試層和第二測試層，且所述第一測試層覆蓋所述襯底的上表面，所述第二測試層覆蓋所述第一測試層的上表面；所述第一測試層包括多個第一金屬線，且相鄰的兩個第一金屬線之間設置有絕緣塊；所述第二測試層包括多個第二金屬線，且每個所述第二金屬線均位于一所述絕緣塊的上表面，且第二金屬線不與所述第一金屬線連接；其中，每個所述第二金屬線與與其相鄰的兩個第一金屬線之間的距離不相等。所述的測試模塊，其中，所述第一測試層還包括第一金屬連接線，所述第一金屬線通過所述第一金屬連接線連接；所述第二測試層還包括第二金屬連接線，所述第二金屬線通過所述第二金屬連接線連接。所述的測試模塊，其中，每個所述第一金屬線均為長方體結構；每個所述第二金屬線均為長方體結構。所述的測試模塊，其中，多個所述第一金屬線之間相互平行；多個所述第二金屬線之間互相平行。所述的測試模塊，其中，多個所述第一金屬線與多個所述第二金屬線之間相互平行。所述的測試模塊，其中，每個所述第二金屬線上均設置有通孔。所述的測試模塊，其中，所述通孔為多個，且位于同一所述第二金屬線上的多個所述通孔以相同的間隔依次分布于所述第二金屬線上。一種監控制程穩定性的方法，其中，采用所述的測試模塊進行制程穩定性的監控工藝，所述方法包括:提供一制程中的測試模塊的測試電流的預設值；提供多個所述測試模塊，每個所述測試模塊的第一金屬線和第二金屬線之間均存在一個偏移量，且每個所述測試模塊的偏移量均不相等；獲取每個所述測試模塊的測試電流值；將每個所述測試電流值與所述預設值進行對比分析后，獲取所述制程的疊層安全區間。所述的監控制程穩定性的方法，其中，所述對比分析包括:在獲取的每個所述測試模塊的測試電流值中，選定小于所述預設值且最接近于所述預設值的測試電流所對應的所述測試模塊；將該測試模塊的偏移量確定為所述制程的疊層安全區間的最大值。所述的監控制程穩定性的方法，其中，所述預設值為根據具體工藝需求所預先確定的一個參照值。所述的監控制程穩定性的方法，其中，獲取的所述測試電流值中，包括大于所述預設值的測試電流值和小于所述預設值的測試電流值。所述的監控制程穩定性的方法，其中，在每個所述測試模塊中，每相鄰兩個所述第一金屬線之間均存在一個中間位置，所述中間位置為該兩個第一金屬線之間距離的二分之一位置；所述第二金屬線所在的位置與所述中間位置之間的距離構成所述偏移量。上述技術方案具有如下優點或有益效果:本發明通過改變常規的設計規則，將測試模塊中的上層金屬線與下層金屬線之間不按照常規的相等間隔分布，而是采用具有一個偏移量的設置方法進行設置，從而能夠確定制程中的overlay的安全區間,起到監控制程穩定性的有益效果。
參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構成對本發明范圍的限制。圖1是本發 明實施例中的測試模塊的俯視結構圖2A是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為+5nm時的俯視結構示意圖；圖2C是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為+20nm時的俯視結構示意圖；圖2D是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為+80nm時的俯視結構示意圖；圖2E是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為-50nm時的俯視結構示意圖；圖2F是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為-20nm時的俯視結構示意圖；圖2B是本發明實施例中的測試模塊的偏移量為_80nm時的俯視結構示意圖；圖3是本發明實施例中的測試模塊的測試數據示意圖。
具體實施例方式本發明提供一種監控制程穩定性的測試模塊和方法。本發明可用于技術節點為小于22nm、32/28nm、45/40nm、65/55nm、90nm以及大于130nm的工藝中；本發明用于測試平臺中。本發明中的監控制程穩定性的測試模塊用于確定半導體大規模量產時，金屬和通孔之間的疊層(overlay)的允許的偏差量，以使得在該器件中不產生短路(short)的情況。
下面結合附圖和具體實施例來對本發明進行詳細闡述。圖1是本發明實施例中的測試模塊的俯視結構圖，如圖1所示:該測試模塊包括一襯底(圖中未不出)、第一測試層I和第二測試層2,第一測試層覆蓋襯底的上表面，第二測試層覆蓋第一測試層的上表面，其中，第二測試層2包括若干第二金屬線21，第一測試層I也包括若干第一金屬線11,若干個第一金屬線11之間通過第一金屬連接線連接12，若干第二金屬線21之間通過第二金屬連接線連接22，且若干第一金屬線11之間均設置有絕緣塊(未在圖中示出)，若干第二金屬線21均設置于絕緣塊之上，若干第二金屬線21之間相隔相同的距離，若干第一金屬線11之間也相隔相同的距離，第二金屬線21和第一金屬線11之間錯位分布，即第二金屬線21和第一金屬線11位于不同豎直平面內，在圖1中顯示為，第二金屬線21和第一金屬線11不重合，并且第二金屬線21不位于相鄰兩個第一金屬線11的正中間位置，而是位于正中間偏左或偏右一段距離的位置處；在每個第二金屬線上還設置有通孔3。更進一步的，若干第一金屬線11均為長方體結構，且其之間互相平行設置；若干第二金屬線21也均為長方體結構，若干第二金屬線21之間也為相互平行設置；若干第一金屬線11和若干第二金屬線21之間也為相互平行設置。在本實施例中為了便于描述，規定以正中間位置為零點，向左偏取負值，向右偏取正值。圖2A 2F是本發明實施例中的測試模塊在不同偏移量下的俯視結構示意圖；在圖2A所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于+5nm位置處，其表明第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏右5nm處；同樣的，圖2B所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏右20nm處；圖2C所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏右80納米處；圖2D所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏左5nm處；圖2E所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏左20nm處；圖2F所繪示的測試模塊中，第二金屬線位于相鄰兩個第一金屬線的正中間位置偏左80nm處。這樣的測試模塊的結構設計打破了原先的設計規范，將測試模塊中的第二金屬線和第一金屬線之間設置一個上述偏移量，通過對處于上述不同偏移量位置處的測試模塊的電流值，能夠確定相關制程中的疊層偏差的安全區間，從而在進行大規模量產時，所制造的器件在該疊層偏差的安全區間內不會產生短路。在半導體器件的制造過程中，每個制程中對電流都會有一個要求，在制程開始之前會確定一個電流的預設值，該預設值為根據制程的工藝需求所確定的經驗值，在該預設值以內的為正常，在該預設值以外的為非正常，即小于該預設值的電流值為安全，大于該預設值的電流值為不安全。在本實施例中，假設該制程在正常良率情況下的安全電流為
1.00E-10A。圖3是本發明實施例中的測試模塊的測試數據示意圖，如圖3所示，圖中的縱坐標表示的是測試模塊的電流值，而橫坐標表示的是測試模塊的偏移量。通過測試在不同偏移量下的測試模塊的電流值，進行統計，繪制成上述的圖3中所示的折線圖，從圖中可知，當測試模塊的偏移量在在_20nm以及+20nm時，對測試模塊所測得的電流值為1.00E-10A,表面在該偏移量下的測試模塊的測試電流恰好符合該制程的預設值，同時通過圖3可知，當測試模塊的偏移量在_20nm +20nm之間時，其測得的電流值均小于預設值1.00E-10A,那么可以確定該對于該制程來講，其疊層偏差量(overlay)的安全區間即為[-20，+20];當制程中因為某些因素(比如制程的相關參數的變化等)導致其處于不正常良率狀態時，其電流的預設值也會發生相應的變化，如圖所示，本實施例中的不正常良率狀態下的電流的預設值為1.00E-11A，此時制程的疊層偏差量(overlay)的安全區間發生了變化，從圖中可知，當測試模塊的偏移量為_5nm和+5nm時，該測試模塊所測得的電流值恰好為1.00E-11A，即當前制程的預設值，同時，當測試模塊的偏移量位于_5nm +5nm之間時，對該測試模塊所測得的電流小于1.00E-11A,而當測試模塊的偏移量位于_5nm +5nm之外時,對該測試模塊所測得的電流大于1.00E-11A，因此，可以確定，此時，對于處于非正常良率下的該制程來講，其疊層偏差量(overlay)的安全區間為[_5，+5]。通過對比正常良率情況下的安全區間和非正常情況下的安全區間，可發現，正常情況下的安全區間的范圍相較于非正常情況下的安全區間的范圍更大。在安全區間下能夠保證在半導體器件大規模量產時，其上層金屬和下層金屬之間為斷開(open)，即不 發生短路(short)的情況，從而保證了器件良率的穩定性。對于上述的安全區間的設定，還可設置一定范圍內的spec，從而使得安全區間的范圍存在一個緩沖區間。另外，可設置警報系統，當實際情況不滿足該安全區間及緩沖區間的設置時，可發出警報，以提醒技術人員及時作出相應的反應。對于本領域的技術人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權利要求書應看作是涵蓋本發明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權利要求書范圍內任何和所有等價的范圍與內容，都應認為仍屬本發明的意圖和范圍內。
權利要求
1.一種測試模塊，應用于監控制程的穩定性，其特征在于，所述測試模塊包括: 一襯底，所述襯底的上設置有第一測試層和第二測試層，且所述第一測試層覆蓋所述襯底的上表面，所述第二測試層覆蓋所述第一測試層的上表面； 所述第一測試層包括多個第一金屬線，且相鄰的兩個第一金屬線之間設置有絕緣塊；所述第二測試層包括多個第二金屬線，且每個所述第二金屬線均位于一所述絕緣塊的上表面，且第二金屬線不與所述第一金屬線連接； 其中，每個所述第二金屬線與與其相鄰的兩個第一金屬線之間的距離不相等。
2.如權利要求1所述的測試模塊，其特征在于，所述第一測試層還包括第一金屬連接線，所述第一金屬線通過所述第一金屬連接線連接；所述第二測試層還包括第二金屬連接線，所述第二金屬線通過所述第二金屬連接線連接。
3.如權利要求1所述的測試模塊，其特征在于，每個所述第一金屬線均為長方體結構；每個所述第二金屬線均為長方體結構。
4.如權利要求1所述的測試模塊，其特征在于，多個所述第一金屬線之間相互平行；多個所述第二金屬線之間互相平行。
5.如權利要求4所述的測試模塊，其特征在于，多個所述第一金屬線與多個所述第二金屬線之間相互平行。
6.如權利要求1所述的測試模塊，其特征在于，每個所述第二金屬線上均設置有通孔。
7.如權利要求6所述的測試模塊，其特征在于，所述通孔為多個，且位于同一所述第二金屬線上的多個所述通孔以相同的間隔依次分布于所述第二金屬線上。
8.—種監控制程穩定性的方法，其特征在于，采用如權利要求1-7中任意一項所述的測試模塊進行制程穩定性的監控工藝，所述方法包括: 提供一制程中的測試模塊的測試電流的預設值； 提供多個所述測試模塊，每個所述測試模塊的第一金屬線和第二金屬線之間均存在一個偏移量，且每個所述測試模塊的偏移量均不相等； 獲取每個所述測試模塊的測試電流值； 將每個所述測試電流值與所述預設值進行對比分析后，獲取所述制程的疊層安全區間。
9.如權利要求8所述的監控制程穩定性的方法，其特征在于，所述對比分析包括: 在獲取的每個所述測試模塊的測試電流值中，選定小于所述預設值且最接近于所述預設值的測試電流所對應的所述測試模塊； 將該測試模塊的偏移量確定為所述制程的疊層安全區間的最大值。
10.如權利要求8所述的監控制程穩定性的方法，其特征在于，所述預設值為根據具體工藝需求所預先確定的一個參照值。
11.如權利要求8所述的監控制程穩定性的方法，其特征在于，獲取的所述測試電流值中，包括大于所述預設值的測試電流值和小于所述預設值的測試電流值。
12.如權利要求8所述的監控制程穩定性的方法，其特征在于，在每個所述測試模塊中，每相鄰兩個所述第一金屬線之間均存在一個中間位置，所述中間位置為該兩個第一金屬線之間距離的二分之一位置； 所述第二金屬線所在的位置與所述中間位置之間的距離構成所述偏移量。
全文摘要
本發明涉及一種監控制程穩定性的測試模塊和方法，測試模塊包括一襯底、若干第一金屬線和若干第二金屬線，相鄰的兩第一金屬線之間設置有絕緣塊；每個第二金屬線均位于一絕緣塊的上表面，且第二金屬線不與第一金屬線連接；其中，第二金屬線與其相鄰的第一金屬線之間的距離不相等。方法包括提供一制程中的測試模塊的測試電流的預設值；提供多個測試模塊，其中，每個測試模塊的第一金屬線和第二金屬線之間均存在一個偏移量，且每個測試模塊的偏移量均不相等；獲取每個測試模塊的測試電流；將每個測試電流與預設值進行比較；找出小于預設值且最接近于預設值的測試電流所對應的測試模塊；將該測試模塊的偏移量確定為制程的疊層安全區間的最大值。
文檔編號H01L21/66GK103247550SQ20131016599
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優先權日2013年5月7日
發明者周羽宇 申請人:上海華力微電子有限公司