專利名稱：通孔電阻測量結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，尤其涉及通孔電阻測量結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)發(fā)展，集成電路內(nèi)包含的晶體管等半導(dǎo)體器件的數(shù)目逐步增多。為將半 導(dǎo)體器件連接起來，集成電路內(nèi)通常設(shè)置有多個金屬層，所述金屬層由多條處于同一層的 互連線構(gòu)成。半導(dǎo)體器件通過接觸孔與金屬層的互連線連接，各金屬層的互連線之間通過 通孔連接。 隨著集成電路包含半導(dǎo)體器件數(shù)目的增加，金屬層數(shù)也逐漸增加，使得各金屬層 的連接結(jié)構(gòu)的電阻和電容等電學(xué)參數(shù)成為了決定電路性能的重要因素。所述各金屬層的連 接結(jié)構(gòu)包括金屬層的互連線及連接互連線的通孔，此處通孔理解為包含通孔的填充材料在 內(nèi)。 基于下述考慮，通孔電阻的測量受到業(yè)界的廣泛關(guān)注 l，集成電路制造過程包含成千上萬種工序，且集成電路通常包含數(shù)百萬至一億多
個通孔，任何一個通孔的失效都可能導(dǎo)致集成電路的功能無法達到預(yù)定要求； 2，通過測量通孔電阻，能夠根據(jù)通孔電阻值對半導(dǎo)體器件性能進行分析，例如開
關(guān)速度及熱性能等； 3，由于填充通孔時，通孔與上下層金屬的互連線將具有良好的接觸，如果光刻工 藝中光強或光刻膠厚度等任何一個光刻參數(shù)波動，將導(dǎo)致互連線對通孔只是半覆蓋等問 題，由于半覆蓋通孔比全覆蓋通孔的電阻高得多，因此通過測量通孔電阻，能夠較好的預(yù)測 用以制造通孔的光刻工藝的精準性。 測量通孔電阻的原理通常是采用測量結(jié)構(gòu)，在制作集成電路時，將測量結(jié)構(gòu)制作 于集成電路中，然后通過測量測量結(jié)構(gòu)的電阻，來最終得到通孔電阻。 目前業(yè)界存在基于開爾文(Kelvin)四點測量結(jié)構(gòu)，采用Kelvin四端測量法測量 通孔電阻的測量方案；以及通過測量通孔鏈電阻來測量通孔電阻的測量方案，其中通孔鏈 由多個通孔及各通孔連接的互連線構(gòu)成。但上述方案存在如下問題 l，通孔鏈電阻由很多通孔電阻及各通孔對應(yīng)的互連線的電阻加總而成，因此如果 通孔鏈中某一個或幾個通孔有缺陷，則通孔鏈就開路，測量得到的通孔鏈電阻為無窮大，無 法測量出通孔電阻，降低了測量效率； 2，Kelvin四點測量結(jié)構(gòu)中的通孔連接至相鄰金屬層互連線交叉位置，即通常沒有 位于互連線的端點，而實際電路中，通孔一般位于互連線的端點，因此通過該測量結(jié)構(gòu)來測 量時，測量誤差大，降低了測量質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供通孔電阻測量結(jié)構(gòu)及方法，以提高測量效率及質(zhì)量。 本發(fā)明提出了通孔電阻測量結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括多條互連線，所述多條互連線相互
3垂直，分別處于集成電路中互不相同的金屬層，且寬度及材質(zhì)相同，各個互連線上均設(shè)置有 多個電阻測量點；以及通孔，通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線，其中所述通孔與互 連線的連接端位于互連線的線端，連接端由互連線覆蓋。 本發(fā)明還提出了一種通孔電阻測量方法，該方法包括將本發(fā)明提出的通孔電阻 測量結(jié)構(gòu)制作于待測量通孔所在的集成電路中；測量所述測量結(jié)構(gòu)中通孔的電阻；以及將 所述測量出的電阻確定為待測量通孔的電阻。 本發(fā)明提出的上述通孔電阻測量方案，通過使通孔連接于互連線的線端，且測量 結(jié)構(gòu)與實際電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)較大，因此一方面使得該測量結(jié)構(gòu)能夠用于實際有源器件電路中 通孔電阻的測量，另一方面使得基于該測量結(jié)構(gòu)得到的通孔的電阻值極為精確，提高了通 孔的測量質(zhì)量。 此外由于無需測量通孔鏈的電阻，因此避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于通孔鏈中的部分通 孔損壞導(dǎo)致的測量失敗的問題，提高了測量效率。 另外由于該測量結(jié)構(gòu)與實際電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)較大，因此基于該測量結(jié)構(gòu)測量出的電 阻值不僅能夠反映通孔的電阻等電學(xué)特性，而且能夠反映出相應(yīng)的光刻特性。


圖1為本發(fā)明第一實施例中兩層測量結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖2為本發(fā)明第一實施例中兩層測量結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖3為本發(fā)明第二實施例中三層測量結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖4為本發(fā)明實施例提出的通孔電阻測量方法的流程圖； 圖5為本發(fā)明實施例中測量點至通孔的距離與電阻值的對應(yīng)關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
針對背景技術(shù)提及的問題，本申請發(fā)明人分析得出如果能夠提出一種測量結(jié)構(gòu)， 使其無需通過測量通孔鏈電阻就能夠得到通孔電阻，且通孔連接于互連線的線端，則就不 會產(chǎn)生背景技術(shù)提到的問題。
基于上述想法，本發(fā)明實施例提出如下通孔電阻測量結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 多條互連線，所述多條互連線相互垂直，分別處于集成電路中互不相同的金屬層，
且寬度及材質(zhì)相同，各個互連線上均設(shè)置有多個電阻測量點；以及 通孔，通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線，其中所述通孔與互連線的連接 端位于互連線的線端，連接端由互連線覆蓋。 其中較佳可選的，通孔頂部連接的互連線上各個電阻測量點距離通孔的距離，與
通孔底部連接的互連線上相應(yīng)各個電阻測量點距離通孔的距離相等。 所述多條互連線的長度可以相等，也可以不相等。 下面結(jié)合說明書附圖對上述通孔電阻測量結(jié)構(gòu)進行詳細闡述。 盡管下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施 例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。 因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限 制。
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為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開 發(fā)中，必須作出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費 時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。 下面分別給出上述測量結(jié)構(gòu)的兩個具體實施例，以便于理解上述測量結(jié)構(gòu)。
實施例一，有兩條互連線及一個通孔的兩層測量結(jié)構(gòu)。 圖1及圖2分別為本發(fā)明第一實施例中兩層測量結(jié)構(gòu)的俯視及截面圖，結(jié)合該圖 可知，本實施例的兩層測量結(jié)構(gòu)包括頂層互連線11及底層互連線12，分別連接至通孔13 的頂層及底層；其中 頂層互連線11及底層互連線13相互垂直，分別處于集成電路中的不同金屬層；且 頂層互連線11及底層互連線13的長度、寬度及材質(zhì)相同；以及 在頂層互連線11及底層互連線13上還各設(shè)置有四個電阻測量點14。 本實施例中，兩條互連線上的測量點14各自有4個，實際上只需要保證各自有兩
個測量點14即可，且同一互連線上相鄰測量點14的距離可以相同，也可以不同。其中標號
15代表引出端，一端連接至電阻測量點14，另一端連接電阻測量裝置(圖中未示出)，實現(xiàn)
電阻測量點14電阻的測量。 此外所述通孔13與上述兩個互連線的連接端位于互連線的線端處，連接端由互 連線覆蓋。 其中通孔13頂部連接的頂部互連線11上各個電阻測量點14距離通孔13的距離， 與通孔13底部連接的底部互連線12上相應(yīng)各個電阻測量點14距離通孔13的距離可以相 等，也可以不相等，圖1中頂層互連線11上的四個電阻測量點14至通孔13的距離分別為 Lp L2、 ！^及L4，這四個電阻測量點14對應(yīng)的，在底層互連線12上的四個電阻測量點14至 通孔13的距離分別為V L4'，即Lj與L/可以相等也可以不相等，j此時取值1，2，3或 4。 實施例二，有三條互連線及兩個通孔的三層測量結(jié)構(gòu)。 圖3為本發(fā)明第二實施例中三層測量結(jié)構(gòu)的俯視圖，結(jié)合該圖可知，本實施例的 三層測量結(jié)構(gòu)包括三條互連線及第一通孔34和第二通孔37 ; 所述三條互連線中，一條互連線31的兩端分別連接于第一通孔34的頂部及第二 通孔37的底部，另外一條互連線32連接于第一通孔34的底部，以及第三條互連線33連接 于第二通孔37的頂部。其中標號35及36分別代表電阻測量點及引線端，標號L/' L4" 分別表示互連線33至通孔37的距離。 三層測量結(jié)構(gòu)中，關(guān)于互連線位置關(guān)系，互連線與通孔連接的連接端的覆蓋關(guān)系 及電阻測量點等其他測量結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和特點均和實施例一中兩層測量結(jié)構(gòu)類似，結(jié)合實施 例一，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易推斷出三層測量結(jié)構(gòu)的其他特點和性質(zhì)，本實施例此處不再贅 述。
上述通孔電阻測量結(jié)構(gòu)中，通孔連接于互連線的線端，且測量結(jié)構(gòu)與實際電路結(jié)
構(gòu)關(guān)聯(lián)較大，因此一方面使得該測量結(jié)構(gòu)能夠用于實際有源器件電路中通孔電阻的測量，
另一方面使得基于該測量結(jié)構(gòu)得到的通孔的電阻值極為精確，提高了通孔的測量質(zhì)量。另
外由于該測量結(jié)構(gòu)與實際電路結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)較大，因此基于該測量結(jié)構(gòu)測量出的電阻值不僅能
夠反映通孔的電阻等電學(xué)特性，而且能夠反映出相應(yīng)的光刻特性。 下面詳細闡述采用上述測量結(jié)構(gòu)測量通孔電阻的測量方法。 圖4為本發(fā)明實施例提出的通孔電阻測量方法的流程圖，結(jié)合該圖，該測量方法 包括 步驟l，將上述測量結(jié)構(gòu)制作于集成電路中； 步驟2，分別測量連接于通孔頂部的互連線上的多個電阻測量點，與各自對應(yīng)的位 于通孔底部的互連線上的電阻測量點之間的電阻； 步驟3，根據(jù)相應(yīng)電阻點至通孔的距離及測量出的多個電阻值，獲得所述電阻值和 所述距離的對應(yīng)關(guān)系；以及 步驟4，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系，得到在所述距離為零時的電阻值，作為通孔電阻值。
該測量方案首先獲得互連線上電阻測量點對應(yīng)的電阻與測量點至通孔的距離的 對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系，獲得所述距離為零時的電阻值即為通孔電阻值。 一方面該 測量方案無需測量通孔鏈的電阻，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于通孔鏈中的部分通孔損壞導(dǎo)致的 測量失敗的問題，提高了測量效率；另一方面，該測量方案中，通孔連接于互連線的線端，符 合實際電路結(jié)構(gòu)采用的連接方式，因此能夠較大程度上模擬出實際電路結(jié)構(gòu)的情況，使得 測量出的電阻值準確度增加，提高了測量質(zhì)量。 由于采用該測量結(jié)構(gòu)測量出的通孔的電阻不僅反映了通孔的電學(xué)特性，而且能夠 反應(yīng)相關(guān)光刻工藝的光刻特性，因此在測量出通孔電阻后，上述測量方法還可以包括根據(jù) 測量出的通孔電阻，評估該通孔所屬集成電路的制作過程中，相應(yīng)光刻工藝的光刻特性的 步驟，例如在光刻工藝條件設(shè)置有偏差，使得通孔與互連線的連接端未被互連線全部覆蓋 時，則測量出的通孔電阻就能夠反映出該偏差，進而進行相應(yīng)處理。 此外如果采用三層及其以上測量結(jié)構(gòu)測量通孔電阻，則還可以測量多個相鄰待測 量通孔的電阻；然后根據(jù)測量出的相鄰待測量通孔的電阻，評估相鄰待測量通孔對應(yīng)的各 個互連線的連接質(zhì)量。 下面以圖1所示兩層測量結(jié)構(gòu)為例，闡述上述測量方法的具體實施方式
。 將兩層測量結(jié)構(gòu)制作于集成電路中，然后測量該測量結(jié)構(gòu)中通孔13的電阻；對應(yīng)
于上述步驟2 4，其測量過程為 步驟bl，以距離通孔13的距離為和L/的兩個電阻測量點為端點，測量出對應(yīng) 的電阻值R1 ; 步驟b2，與步驟bl類似的方式，分別測量出距離！^和L2'對應(yīng)的電阻值R2、距離 L3和L3'對應(yīng)的電阻值R3及距離L4和L4'對應(yīng)的電阻值R4 ; 步驟b3，建立互連線上點至通孔13的距離和該距離處對應(yīng)的電阻值之間的對應(yīng) 關(guān)系；參照圖5，圖5為本發(fā)明實施例中測量點至通孔的距離與電阻值的對應(yīng)關(guān)系示意圖， 本實施例中，該對應(yīng)關(guān)系為
6<formula>formula see original document page 7</formula>
其中Lj和L/代表電阻測量點至通孔的距離；Rj分別代表所述距離對應(yīng)的電阻值； Ai代表互連線單位長度的電阻值；y代表互連線上至通孔距離為x的測量點對應(yīng)的電阻值， i和j為下標，i為自然數(shù)，用于標識各互連線上測量電阻的電阻測量點的總個數(shù)；j用于標 識相應(yīng)測量點。 步驟b4，在建立上述對應(yīng)關(guān)系后，根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系得到在所述距離為零，時的電 阻，作為通孔電阻。由于所述距離為零時，相當于測量點位于通孔的頂部及底部，即對應(yīng)出 通孔的電阻。結(jié)合上述公式，當x為零時，對應(yīng)得到的值為通孔電阻值。對應(yīng)的，圖5中圓 圈部分所示的為當x為零時，得到通孔電阻值，即在得到各個距離和電阻值后，通過做出兩 者的擬合線，也能夠找出通孔電阻值。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種通孔電阻測量結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括多條互連線，所述多條互連線相互垂直，分別處于集成電路中互不相同的金屬層，且寬度及材質(zhì)相同，各個互連線上均設(shè)置有多個電阻測量點；以及通孔，通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線，其中所述通孔與互連線的連接端位于互連線的線端，連接端由互連線覆蓋。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線有兩條，所述通孔有一個。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述互連線有三條，所述通孔包括第一通孔 及第二通孔；其中所述三條互連線中，一條互連線的兩端分別連接于第一通孔的頂部及第二通孔的底 部，另外兩條互連線分別連接于第一通孔的底部及第二通孔的頂部。
4. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，各個互連線上，所述多個電阻測量點中，相 鄰測量點的間距相等或不相等。
5. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述通孔頂部連接的互連線上各個電阻測 量點距離通孔的距離，與通孔底部連接的互連線上相應(yīng)各個電阻測量點距離通孔的距離相 等或不相等。
6. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多條互連線的寬度相等或不相等。
7. —種采用權(quán)利要求1所述的測量結(jié)構(gòu)來測量通孔電阻的方法，其特征在于，包括 將所述測量結(jié)構(gòu)制作于集成電路中；分別測量連接于通孔頂部的互連線上的多個電阻測量點，與各自對應(yīng)的位于通孔底部 的互連線上的電阻測量點之間的電阻；根據(jù)相應(yīng)電阻點至通孔的距離及測量出的多個電阻值，獲得所述電阻值和所述距離的 對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系，得到在所述距離為零時的電阻值，作為通孔電阻值。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述對應(yīng)關(guān)系為=稱-1￡(、+丄))其中，Lj和L/代表所述電阻測量點至通孔的距離；Rj代表所述距離對應(yīng)的電阻值A(chǔ)代表互連線單位長度的電阻值；y代表互連線上至通孔距離為x的測量點對應(yīng)的電阻值，i 和j為下標，i為自然數(shù)，用于標識各互連線上測量電阻的電阻測量點的總個數(shù)；j用于標識 相應(yīng)測量點；以及當x為零時，對應(yīng)得到的y的值為通孔電阻值。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)測量出的通孔電阻，評估該通孔 所屬集成電路的制作過程中，相應(yīng)光刻工藝的光刻特性的步驟。
10. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括 測量多個相鄰待測量通孔的電阻；根據(jù)測量出的相鄰待測量通孔的電阻，評估相鄰待測量通孔對應(yīng)的各個互連線的連接質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明提出通孔電阻測量結(jié)構(gòu)及方法，以提高測量效率及質(zhì)量。該結(jié)構(gòu)包括多條互連線，所述多條互連線相互垂直，分別處于集成電路中互不相同的金屬層，且寬度及材質(zhì)相同，各個互連線上均設(shè)置有多個電阻測量點；以及通孔，通孔的頂部和底部分別連接有一條互連線，其中所述通孔與互連線的連接端位于互連線的線端，連接端由互連線覆蓋。
文檔編號G01R27/04GK101762750SQ20081004419
公開日2010年6月30日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者張永紅, 程玉華 申請人:上海北京大學(xué)微電子研究院