用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造技術領域，具體來說，本發明涉及一種用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質(ILD)測試結構(test key)。
【背景技術】
[0002]在半導體器件結構中，層間介質(ILD, Inter Layer Dielectric)是指后段各導電層之間的絕緣層，一般可以由二氧化硅等非導電性材料構成，其作用是使不同的電路結構之間相互隔離。層間介質的性質對于半導體器件的性能是至關重要的，通常要求其具有良好的抗擊穿性能，即能承受較高的擊穿電壓。
[0003]通常來說，半導體器件結構的首層金屬層(Metal 1，簡稱Ml)至柵極層(gate)之間的層間介質的厚度是足夠大的，沒有失效風險的。正因為如此，所以首層金屬層至其下方的柵極層(一般是多晶硅，稱為gate poly)之間的電學性能通常是不檢測的。
[0004]不過不檢測并不代表兩者之間總是足夠安全的，在實際的半導體生產過程中已經發現首層金屬層至柵極層之間出現橋接(bridge)的異常現象。圖1為現有技術中的一個首層金屬層與柵極層之間的層間介質出現異常的剖面結構示意圖。如圖1所示，在制作有半導體器件(未圖不)的娃襯底100上方依次形成有柵極多晶娃層(gate poly) 101,層間介質層102和首層金屬層103。其中，橢圓形的虛線環中示出的部分代表首層金屬層103至柵極多晶硅層101之間的層間介質出現了問題，導致首層金屬層103透過層間介質層102與柵極多晶硅層101之間發生橋接，即本應該絕緣的兩層導電層竟然直接短路了。
[0005]而現有技術中并不存在任何用于檢測上述首層金屬層至柵極層的異常或失效的測試結構。這樣的可靠性風險只能由后續的客戶終端產品的可靠性來被評估。所以，在實際制造階段，首層金屬層至柵極層之間的層間介質的性能需要被納入評估。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構，能夠實現對首層金屬至柵極的異常檢測，并且評估首層金屬至柵極的電學性能。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構，包括一個或多個測試單元，所述測試單元包括:
[0008]柵極層，位于一半導體襯底的上方；
[0009]層間介質層，位于所述柵極層的上方，由非導電性材料構成；以及
[0010]首層金屬層，位于所述層間介質層的上方；
[0011]其中，所述柵極層向上通過多個通孔與柵極引出線相連接，所述柵極引出線與所述首層金屬層位于同一水平層，但互相不接觸；所述首層金屬層直接通過首金引出線引出；所述柵極弓I出線和所述首金弓丨出線中一個接測試電壓，另一個接地。
[0012]可選地，該層間介質測試結構包括多個測試單元，所述測試單元排成矩形陣列，形成測試陣列；
[0013]其中，每個所述測試單元的所述柵極層通過柵極連接線與相鄰的其它所述測試單元的所述柵極層相連接；每個所述測試單元的所述首層金屬層通過首金連接線與相鄰的其它所述測試單元的所述首層金屬層相連接；所述測試陣列的一側邊緣的每個所述測試單元的所述柵極層分別向上通過多個通孔與一公共連接線相連接，所述公共連接線向外延伸出多個柵極層測試端口 ；所述測試陣列的相對的另一側邊緣的每個所述測試單元的所述首層金屬層直接分別向外延伸出多個首金層測試端口 ；所述柵極層測試端口和所述首金層測試端口中一個接測試電壓，另一個接地。
[0014]可選地，所述柵極連接線和所述首金連接線在上下方向上的位置是重合的。
[0015]可選地，所述柵極層的材質為多晶硅。
[0016]可選地，所述首層金屬層的材質為鋁或者銅。
[0017]可選地，所述層間介質層的材質為二氧化硅或者氮化硅。
[0018]可選地，所述半導體襯底內具有有源區。
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0020]本發明能夠檢測首層金屬層至柵極層的工藝漂移(process excurs1n),實現對首層金屬至柵極的異常檢測，并且評估首層金屬層至柵極層的電學性能。
[0021]另外，本發明的測試結構可以包括多個測試單元，該多個測試單元被設計為批量結構(bulk structure)并陣列化，來實現不同的測試區域。越大的測試區域對于異常檢測的效果是越好的。
[0022]本發明的設計考慮了工藝限制如銅工藝化學機械拋光(CMP)的問題，并且是非常彈性的(flexible)。基于不同的工藝，本發明的測試陣列可以是適用于不同的測試區域的。
【附圖說明】
[0023]本發明的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0024]圖1為現有技術中的一個首層金屬層與柵極層之間的層間介質出現異常的剖面結構示意圖；
[0025]圖2為本發明一個實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的俯視不意圖；
[0026]圖3為圖2所示實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構中的虛線矩形框內的結構的放大示意圖；
[0027]圖4為本發明另一個實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的俯視示意圖；
[0028]圖5為圖4所示實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的虛線矩形框A內的結構的放大示意圖；
[0029]圖6為圖4所示實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的虛線矩形框B內的結構的放大示意圖；
[0030]圖7為圖4所示實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的虛線矩形框C內的結構的放大示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護范圍。
[0032]圖2為本發明一個實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測的層間介質測試結構的俯視示意圖。需要注意的是，這個以及后續其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發明實際要求的保護范圍構成限制。如圖2所示，該層間介質測試結構可以包括一個或多個測試單元200，而該測試單元200主要包括柵極層201、層間介質層(未標示)和首層金屬層203。其中，該柵極層201位于一半導體襯底(未示出)的上方，該半導體襯底內具有有源區；該層間介質層位于柵極層201的上方，由非導電性材料構成；而該首層金屬層203位于層間介質層的上方。以上主要介紹了柵極層201、層間介質層和首層金屬層203這三者之間的基本上下關系。
[0033]圖3為圖2所示實施例的用于首層金屬至柵極的異常檢測