[發明專利]金屬層下介電層測試結構

有效

• 申請號: 201010123607.0
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN102194795A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 胡其欣;楊莉娟;何蓮群
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L23/528
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及半導體制造中的可靠性分析領域，特別涉及一種金屬層下介電層測試結構。

背景技術

在半導體器件結構中，內層電介質(ILD，Inter?Layer?Dielectric)是指金屬間的絕緣層，一般由SiO₂等非導電性材料組成，其作用是使不同的電路結構之間相互隔離。內層電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。

斜坡電壓法(Vramp?methodology)可用于測試內層電介質的性能，這種方法主要的手段是對內層電介質兩端施加以恒定步驟升高的電壓，當電壓升高到一定程度，內層電介質被擊穿，然后根據此過程中記錄的相應數據，對受測試的內層電介質性能進行評估。這種檢測結果通常可以反映出材料中的缺陷，可用于偵測集成電路中電介電層中的缺陷，制程異常情況(如金屬、光阻殘余物等物質殘留在金屬線之間等)，以及銅擴散制程中用于監測銅擴散的狀況。

對半導體器件的金屬層下的介電層進行性能測試時，由于單純的介電層較軟，不便于測試，因此現有技術中通常制造如圖1和圖2所示的測試結構對其金屬層下的介電層進行測試，以對頂層金屬層下的介電層進行測試為例，現有技術的測試結構中除包括頂層金屬層和頂層金屬層下的介電層和襯底外還包括由柵極結構和多級金屬連線層、多級金屬連線層間的互連通孔及層間介電層組成的虛設結構。設置該虛設機構的目的是克服對頂層金屬層下介電層進行化學機械平坦化處理時容易發生圓弧形的下沉甚至塌陷的缺陷，從而造成在對頂層金屬層進行化學機械平坦化處理后仍存在金屬殘留，導致測試結構失效的問題。請參看圖1和圖2，圖1為現有技術的測試結構的截面結構示意圖；圖2為現有技術的測試結構中頂層金屬層下的介電層及其以下結構的立體結構示意圖。如圖1和圖2所示，現有技術的測試結構包括：具有有源區的襯底110、柵極結構120和多級金屬連線層130(如圖中所示的M1-M5金屬連線層及頂層金屬連線層131)、多級金屬連線層間的互連通孔140、層間介電層150(圖中的透明部分)及位于頂層金屬層之上的壓焊點160，所述多級金屬互連線層130間通過所述互連通孔140實現電性連接。測試時，在所述壓焊點160上施加測試電壓，以上述斜坡電壓法測試所述頂層金屬層131下的介電層151的性能。

對于45nm及以下的半導體器件采用現有技術的測試結構進行測試時，測試時很容易發生測試器件燒壞的情況。經過研究發現，由于45nm及以下的半導體器件相較于65nm及以上的半導體器件，其有源區至第一金屬層間的厚度非常薄，當所述壓焊點上施加測試電壓后，電流通過測試器件內的互連通路傳導至第一層金屬層，隨著測試電壓的逐漸增大，大電壓很容易將有源區至第一金屬層間的部分燒壞。測試中一旦出現電路結構先被燒毀的情況，測試就不能再繼續進行，甚至得到錯誤的測試結果，因為上述測試過程沒有記錄到內層電介質被擊穿的數據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種金屬層下介電層測試結構，以解決現有技術的測試結構在用于對45nm及以下的半導體器件的金屬層下介電層進行性能測試時，容易造成測試器件燒壞的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種金屬層下介電層測試結構，包括：襯底，位于所述襯底之上的柵極結構，位于所述襯底和所述柵極結構之上的多級金屬連線層，位于所述多級金屬連線層間的互連通孔和層間介電層，以及位于頂層金屬層之上的壓焊點，所述多級金屬連線層間的互連通孔未實現各金屬互連線層間的電性互連。

可選的，所述襯底內具有有源區。

采用本發明提供的金屬層下介電層測試結構中，各層金屬連線層間的互連通孔未實現各層金屬互連線層間的電性互連，因此可避免在進行測試時，當在測試結構的壓焊點上施加測試電壓后，以斜坡電壓法測試所述金屬層下的介電層的性能時不會造成測試結構中有源區至第一金屬層間的部分燒壞的問題。

附圖說明

圖1為現有技術的測試結構的截面結構示意圖；

圖2為現有技術的測試結構中頂層金屬層下的介電層及其以下結構的立體結構示意圖；

圖3為本發明的測試結構的截面結構示意圖；

圖4為本發明的測試結構中頂層金屬層下的介電層及其以下結構的立體結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

本發明所述的金屬層下介電層測試結構可利用多種替換方式實現，下面是通過較佳的實施例來加以說明，當然本發明并不局限于該具體實施例，本領域內的普通技術人員所熟知的一般的替換無疑涵蓋在本發明的保護范圍內。