用于检测阻隔层凹槽填充能力的测试结构的制作方法

1.本实用新型属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于检测集成电路后段工艺中阻隔层凹槽填充能力的测试结构。


背景技术：

2.在芯片制造过程中，为了将掩模版上的设计线路图形转移到硅片上，首先需要通过曝光工艺（光刻）来实现转移，然后通过刻蚀工艺得到硅图形。光刻技术最早应用于印刷行业，并且是早期制造pcb的主要技术。自20世纪50年代开始，光刻技术逐步成为集成电路芯片制造中图形转移的主流技术。
3.过去几十年里，芯片制造商一直使用193nm波长的arf深紫外（duv）光刻技术来生产芯片。一般来讲，duv基本上只能做到25nm，只有euv能满足10nm以下的晶圆制造，并且还可以向5nm、3nm继续延伸。
4.考虑到在最先进的工艺下单掩膜euv分辨率面临的挑战以及双重曝光（dp）中光刻、蚀刻、光刻、蚀刻（lele）工艺固有的对齐问题，自对齐多重曝光工艺发展成为行业趋势。现下，最常见的自对齐多重曝光技术被称为自对齐双重曝光（sadp），sadp中所用的技术也可轻松沿用至自对齐四重曝光（saqp）。而sadp工艺在使用掩膜印制电介质阻挡的过程中，通常缩小至小于新工艺的间距时会增加工艺变异，从而增加对阻挡的可印制性约束，因此，必须优化阻挡图形的放置。此外采用添加冗余金属的技术则必须要考虑增加的电容问题。
5.在10nm及以下技术节点，当前针对duv机台的限制，后段工艺可通过自对齐光刻-蚀刻-光刻-蚀刻（salele）工艺实现金属线互连技术，其不添加任何冗余金属，意味着没有额外的电容，结合了自对齐多重曝光和lele工艺多个方面。
6.在10nm及以下节点的salele工艺中，后段金属线的端点和端点的自然隔离无法满足设计需要，造成器件性能下降，降低产品的成品率，需要引入刻蚀层来实现金属线端点间的隔离。该方法将形成的阻隔层凹槽用侧墙材料（spacer）填充，以达到切断金属线的目的。在此工艺中，刻蚀层中刻蚀的尺寸直接影响了阻隔层凹槽的填充能力，而其填充能力至关重要，如果填充能力差，会导致金属线之间发生粘连而造成漏电，使电路失效。
7.由此可知对在10nm及以下节点的salele工艺中的刻蚀工艺进行指导非常重要。当前，芯片制造过程中的工艺失效测试手段主要采用tem（透射电镜）切片的方式进行分析，其分析成本高，耗费时间长，这些都不利于芯片生产制造工艺的指导工作，不能满足对在10nm及以下节点的salele工艺中的刻蚀工艺进行指导的实际需求。
8.因此目前十分需要研究一种测试结构，能够适用于检测阻隔层凹槽填充能力，不依赖于tem切片方式，检测成本低、检测用时少、检测结果可靠，以此进一步推动salele工艺的深入发展及广泛应用。


技术实现要素：

9.本实用新型是为解决上述现有技术的全部或部分问题，本实用新型提供了一种用
于检测阻隔层凹槽填充能力的测试结构，适用于通过电学测试的方式检测集成电路后段工艺中阻隔层凹槽填充能力。
10.本实用新型供的用于检测阻隔层凹槽填充能力的测试结构，采用后段工艺制造而成，包括测试单元；所述测试单元包括至少两根待测金属线、阻隔层凹槽与连接金属线；所述阻隔层凹槽设置于相邻的所述待测金属线之间；将垂直于所述待测金属线的方向定义为竖直方向，所述阻隔层凹槽在所述竖直方向上的两端均设置在所述待测金属线上；所述阻隔层凹槽垂直于所述竖直方向的尺寸定义为凹槽宽度，平行于所述竖直方向的尺寸定义为凹槽长度；所述待测金属线由所述连接金属线连出。通过设置所述测试单元包含已知凹槽长度、凹槽宽度的阻隔层凹槽，能够通过电性测试测量所述测试结构的电学参数，通过电学参数的变化来判断阻隔层凹槽的工艺能力窗口，实现阻隔层凹槽填充能力的检测分析，不依赖于tem切片方式，检测便捷高效、检测结果可靠。
11.同一端连出的所述待测金属线并联连接。一般情况中相邻的两根所述待测金属线的不同端分别由所述连接金属线连出，将同一端连出的所述待测金属线并联可以使测试更加方便，利于提高测试效率。
12.相邻的所述待测金属线之间设置有多个所述阻隔层凹槽。将两个以上的所述阻隔层凹槽设置于所述待测金属线之间，有利于提高检测过程的有效性。
13.所述测试单元有多个，多个相同的所述测试单元并联连接。所述测试结构中多个相同测试单元所述测试单元并联连接构更能全面反应工艺问题。
14.所述测试单元中所述凹槽宽度均相同。即，同一所述测试单元中的所述阻隔层凹槽的凹槽宽度都相同。
15.所述凹槽宽度的范围是5纳米至30纳米。在该范围内的所述凹槽宽度能够符合工艺上不同节点的不同取值。
16.所述凹槽长度的范围是80纳米至1000纳米。在该范围内的所述凹槽长度能够符合工艺上不同节点的不同取值。
17.若干所述测试单元构成测试组，所述测试组有多个；不同的所述测试组中所述凹槽宽度不同。设置多个不同的所述测试组，并分别对其进行测量能够有效的指导刻蚀图形工艺能力窗口。
18.不同的所述测试组中所述凹槽宽度变化的步长值范围在1纳米至5纳米。结合不同的工艺节点在所述步长值范围内选取合适的步长值改变不同的所述测试组中所述凹槽宽度，在符合工艺节点的情况下步长值越小，检测的数据参考越多，检测越精确。该步长值范围能够满足符合工艺节点情况下步长值尽量小，有利于获得更好的检测精度。
19.与现有技术相比，本实用新型的主要有益效果：
20.本实用新型的用于检测阻隔层凹槽填充能力的测试结构，构造简单、易于制造，有利于节约成本，适用于先进工艺节点中salele工艺技术中填充阻隔层凹槽工艺窗口的定义，采用本实用新型提供的测试结构不需要改变其他工艺过程即可快速有效地检测阻隔层凹槽的填充能力，并给出明确的工艺窗口尺寸，更方便快捷的指导工艺生产过程，检测效率高、结果可靠，有利于进一步提高产品的成品率。
附图说明
21.图1为本实用新型实施例一的测试结构示意图。
22.图2为本实用新型实施例二的不同测试组中的阻隔层凹槽示意图。
23.图3为本实用新型实施例二的测量结果示意图。
具体实施方式
24.下面将对本实用新型具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。附图中，相同结构或功能的部分利用相同的附图标记来标记，出于显示清楚的原因必要时并不是所有示出的部分在全部附图中用所属的附图标记来标记。
26.实施例一
27.本实用新型实施例一中，如图1所示，示例的用于检测阻隔层凹槽填充能力的测试结构，采用后段工艺制造而成，包括测试单元。示例的有四个测试单元，每个测试单元包括阻隔层凹槽、连接金属线、两根待测金属线10和20。示例的连接金属线是梳齿状引脚combpin1和combpin2，为了简化附图连接金属线以条形示意。阻隔层凹槽设置于相邻的待测金属线10和20之间；将垂直于待测金属线10和20的方向定义为竖直方向，阻隔层凹槽在平行于竖直方向上的两端分别设置在待测金属线10和20上；阻隔层凹槽垂直于竖直方向的尺寸为凹槽宽度cut size，平行于竖直方向的尺寸为凹槽长度。待测金属线10和20的不同端相应分别由连接金属线combpin1和combpin2连出。
28.本实施例中，全部待测金属线10的同一端由连接金属线combpin1连出，并联连接。全部待测金属线20的同一端由连接金属线combpin2连出，并联连接。为了便于结合附图说明，示例的一个测试单元中只有两根待测金属线的情况，在有些实施例中一个测试单元中有更多待测金属线，更多待测金属线之间，通过将同一端引出的连接金属线并联连接。示例的测试单元中相邻的待测金属线10和20之间设置有四个阻隔层凹槽。四个测试单元中所有的阻隔层凹槽的尺寸相同，即相同的凹槽宽度cut size和相同的凹槽长度。四个相同的测试单元并联连接。同一个测试单元中的阻隔层凹槽的凹槽宽度cut size是唯一值，即同一个测试单元中每个阻隔层凹槽的宽度都一样。示例的情况中，凹槽宽度的取值范围是5纳米至30纳米。凹槽长度的取值范围是80纳米至1000纳米。根据不同的工艺节点，相应在取值范围内选取凹槽宽度的值和凹槽长度的值。
29.实施例二
30.实施例二的测试结构中由四个测试单元组成一个测试组，一共有五个测试组。如图2所示，每个测试组中的阻隔层凹槽c1、c2、c3、c4和c5的凹槽宽度cut size互不相同。示例的情况中，不同的测试组中凹槽宽度变化的步长值范围在1纳米至5纳米。五个测试组中阻隔层凹槽的宽度分别定义为cut size1、cut size2、cut size3、cut size4、cut size5。在本实施例中，外部电压源分别对五个测试组施加电压，测量测试结构的电流leakage，通过电流的大小变化来判断阻隔层凹槽的工艺能力窗口。由图3可以判定，该工艺中阻隔层凹
槽的工艺能力窗口为cut size2至cut size4之间。本实施例中的测试结构可以采用电学测试的方法实现对先进工艺节点中salele工艺技术中填充阻隔层凹槽工艺窗口的定义，该测试结构不需要改变其他工艺过程即可快速有效地检测阻隔层凹槽的填充能力，并给出明确的工艺窗口尺寸，更方便快捷的指导工艺生产过程。
31.本实用新型为了便于叙述清楚而采用的一些常用的英文名词或字母只是用于示例性指代而非限定性解释或特定用法，不应以其可能的中文翻译或具体字母来限定本实用新型的保护范围。
32.以上对本实用新型进行了详细介绍，本文中应用了具体的个例对本实用新型的结构及工作原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求保护的范围内。