[發明專利]一種監測金屬間介質層的裝置和方法

在審

• 申請號: 201310536136.X
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104617004A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 潘光燃;王焜;文燕;石金成;由云鵬;高振杰
• 申請（專利權）人: 北大方正集團有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種監測金屬間介質層的裝置和方法。

背景技術

隨著集成電路加工尺寸的逐漸縮小，一層金屬已經無法完成整個電路的連線工作，因此必須采用多層金屬互連線（例如2層、3層甚至更多層的金屬互連線）結構來達到電路的連線要求，在這些多層金屬互連線之間需要以絕緣性能良好的介質材料加以隔離，這些介質材料就是金屬間介質層。多層金屬互連線以及各層金屬間介質層形成堆疊結構，當含有多層金屬時依次命名為第1層金屬、第2層金屬、第3層金屬……，各層金屬間介質分別命名為第1金屬間介質層、第2金屬間介質層、第3金屬間介質層……，比如，第N層金屬和第N+1層金屬之間是第N金屬間介質層，示意圖如圖1所示，其中第1層金屬為1，第2層金屬為2，第1層金屬1與第2層金屬2之間是第1層金屬間介質層1a，同理，第M層金屬為M，第M+1層金屬為M+1，第M層金屬M與第M+1層金屬M+1之間是第M層金屬間介質層Ma。

金屬間介質層的主要作用是隔離相鄰兩層金屬，所以要求其絕緣性能良好，并且是平滑的、均勻的、沒有缺陷的，否則都有可能導致金屬互連線的層與層之間發生漏電。實踐工藝中，金屬間介質層的加工工藝非常復雜，容易在金屬間介質層上出現針孔、平坦化工藝不良、顆粒等缺陷。這些缺陷都會對金屬間介質層的絕緣性能產生影響，因此需要對這些會導致漏電的缺陷進行監測。

現有技術中，采用梳狀的測試電路來監測金屬間介質層的狀況，由于梳狀測試電路中的金屬線都同屬于同一層金屬，因此只能比較簡單的反映出同一層金屬連線之間的金屬間介質層是否存在漏電等異常狀況，無法對多層金屬互連線的金屬間介質層的漏電狀況進行監測，不能獲得多層金屬互連線的層與層之間的金屬間介質層的狀況。

發明內容

（一）要解決的技術問題

針對上述缺陷，本發明要解決的技術問題是如何對多層金屬互連線的層與層之間的金屬間介質層的狀況進行監測，無法判斷出多層金屬互連線之間的金屬間介質層是否存在異常或缺陷。

（二）技術方案

為解決上述問題，本發明提供了一種監測金屬間介質層的裝置，包括：至少兩層金屬組成堆疊結構，其中第一層金屬具有波形結構；

第二層金屬覆蓋在所述第一層金屬上。

進一步地，所述第一層金屬和所述第二層金屬之間用所述金屬間介質層填充。

進一步地，所述第一層金屬和所述第二層金屬之間沒有接觸孔或通孔進行電連接。

進一步地，所述第一層金屬的波形結構具體為以下形狀中至少一種：方波、正弦波、三角波、鋸齒波。

進一步地，所述波形結構為方波時，由N個金屬條電阻串聯組成，且所述金屬條電阻之間的間距不唯一，其中N為整數，其N≥2。

進一步地，間距為同一數值的金屬條電阻的個數為1～50。

為解決上述問題，本發明還提供了一種利用上述一種監測金屬間介質層的裝置實現監測金屬間介質層的方法，包括：測量兩層金屬之間金屬間介質層的擊穿電壓，當所述擊穿電壓超過閾值范圍時則確定兩層金屬之間的金屬間介質層存在異常。

進一步地，所述測量兩層金屬之間金屬間介質層的擊穿電壓具體包括：

將第一層金屬連接第一電極，第二層金屬連接第二電極，在所述第一電極和第二電極之間提供從0開始逐漸升高的電位差，當所述第一電極和/或所述第二電極端口的電流發生急劇變化時，所述第一電極和所述第二電極之間的電位差為所述金屬間介質層的擊穿電壓。

進一步地，所述第一電極為低電位時，所述第二電極為高電位；或者所述第一電極為高電位時，所述第二電極為低電位。

進一步地，所述擊穿電壓的閾值范圍為30伏～50伏。

（三）有益效果

本發明提供了一種監測金屬間介質層的裝置，包括：至少兩層金屬組成堆疊結構，其中第一層金屬具有波形結構；第二層金屬覆蓋在該第一層金屬上。由于第一層金屬為波形結構，可以增加該層金屬的長度和結構復雜度，在第一層金屬上方用大塊金屬即第二層金屬對第一層金屬進行完全覆蓋，還能增加金屬層與金屬間介質層的接觸面積，有利于對漏電現象的檢測，上述結構裝置能夠對金屬間介質層的針孔、平坦化工藝不良以及顆粒等缺陷進行有效監測。

附圖說明

圖1為現有技術中金屬間介質層的分布示意圖；

圖2為本發明實施例中一種監測金屬間介質層的裝置的平面示意圖；

圖3為本發明實施例中一種監測金屬間介質層的裝置的剖面示意圖；