銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法
2023-07-06 02:04:31
銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法
【專利摘要】本發明的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法，其採用電學方式測量測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。因此，本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法在精確測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的同時，又避免銅線陣的損傷。
【專利說明】銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體集成電路量測【技術領域】，尤其涉及一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體集成電路製造工藝的不斷進步，當半導體器件尺寸縮小至深亞微米時，金屬互連中的電阻(R)和電容(C)易產生寄生效應，導致金屬連線傳遞的時間延遲(RC time delay)。在超大規模集成電路集成工藝中，為克服金屬互連中電阻(R)和電容(C)的寄生效應，常採用銅大馬士革技術以減少時間延遲，提高半導體器件間信號的傳播速度。一般來說，銅大馬士革技術通過製作基底，並於基底中形成凹槽(線槽)，再通過澱積，電鍍等方式於線槽及基底上覆蓋阻擋層和銅層，最後通過化學機械拋光工藝(ChemicalMechanical Polishing,簡稱CMP)去除多餘的銅層,保留在線槽內的銅層即形成所期望的銅互連線。
[0003]其中，CMP是集成電路製造中所應用的表面平坦化工藝，是化學腐蝕和機械研磨的組合技術，被公認為是超大規模集成電路階段最好的用於全局平坦化方法。但是，因銅金屬化學電鍍後產生的銅金屬高度差，不同材料在研磨拋光過程中去除率不同，研磨墊形變，片內拋光均勻性，管芯內拋光均勻性等因素的影響，在銅線陣區域CMP工藝中常產生表面凹陷。所謂凹陷，是指對銅線陣區域做CMP工藝處理時，拋光後的銅線陣區域中心部位略低於四周，即表面形貌類似於一個碟形，尤其是在銅金屬導線的密集區域如圖1所示。由於CMP工藝對圖形的尺寸很敏感，因此在實際的生產中，必須經常檢測銅線陣區域的表面凹陷。
[0004]現有技術中，常採用探針接觸式儀器對銅線陣區域的表面形貌進行模擬。如圖2所示，通過探針在銅線陣區域的移動來測量拋光後銅線陣區域的表面凹陷。但是，探針接觸式儀器的探針和銅線陣直接接觸，會導致銅線陣的損傷，並且銅線陣表面殘留的物質可能會導致較大的測量誤差。
[0005]為此，如何在測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的同時，提高量測的精確度，避免銅線陣的損傷，是目前業界急需解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的主要目的為，針對上述問題，提出了一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法，其採用電學方式測量所述測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後的表面凹陷形貌，在精確測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的同時，又避免銅線陣的損傷。
[0007]為達成上述目的，本發明提供一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其包括:
[0008]電學測試模塊，其包括η等分的測試分區，η為大於或等於5的整數且每個測試分區至少有m組互不重疊的蛇形盤繞金屬線，m為大於或等於I的整數，其中，所述測試分區是從所述電學測試模塊中心向外依次等間距劃分的環形區域；
[0009]量測引出線組，其包括內量測引出線組和外量測引出線組，其中，所述內量測引出線組位於所述電學測試模塊內，且與所述蛇形盤繞金屬線相連；所述外量測引出線組與所述電學測試接觸區相連；
[0010]量測模塊，由η個電學測試接觸區組成，其中，η為大於或等於I的整數；該電學測試接觸區與電阻測量儀器的探針相接觸，並通過所述量測引出線組於所述測試分區相接，以測量出所述測試分區的電阻，然後，再通過數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而表徵出銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。
[0011]優選地，所述電學測試模塊的形狀為三角形、矩形或圓形中的任意一種。
[0012]優選地，所述電學測試模塊中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬均勻一致。
[0013]優選地，所述電學測試模塊中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬與線間間距的比值範圍為1:10?10:1。
[0014]優選地，所述內量測引出線組的金屬線與所述蛇形盤繞金屬線的線寬一致。
[0015]優選地，所述量測引出線組金屬線的長度不大於所述每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的1/100。
[0016]優選地，所述電學測試接觸區的尺寸不小於30umX30um。
[0017]此外，為達成上述目的，本發明還提供一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量方法，該測量方法包括採用電學方式測量所述測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後的表面凹陷形貌。
[0018]從上述技術方案可以看出，本發明的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法，其採用電學方式測量測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。因此，本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法在精確測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的同時，又避免銅線陣的損傷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為銅線陣區域拋光後表面凹陷的示意圖；
[0020]圖2為現有技術中測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的示意圖；
[0021]圖3為本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷測量單元一具體實施例的示意圖；
[0022]圖4為本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷測量單元一具體實施例中測試分區的示意圖；
[0023]圖5為本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷測量單元一具體實施例中測試分區的聞度差不意圖
[0024]圖6為本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷形貌的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非用以限制本發明。[0026]上述及其它技術特徵和有益效果，將結合附圖3-6對本發明的銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法進行詳細說明。
[0027]需要說明的是本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜，但其皆不脫離本發明的範圍。
[0028]請參閱圖3，為本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷測量單元一具體實施例的示意圖。
[0029]如圖3所示，本發明一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其包括:
[0030]電學測試模塊100，其包括η等分的測試分區，η為大於或等於5的整數，且每個測試分區至少有m組互不重疊的蛇形盤繞金屬線，m為大於或等於I的整數，其中，所述測試分區是從所述電學測試模塊中心向外依次等間距劃分的環形區域。優選地，該電學測試模塊100的形狀為三角形、矩形或圓形中的任意一種，進一步地，其形狀為對稱圖形；該電學測試模塊100中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬均勻一致；該電學測試模塊100中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬與線間間距的比值範圍為1:10~10:1，當其線寬與線間間距的比值越大即銅線越密集時，銅線陣區域拋光後表面凹陷越明顯。
[0031]在本實施中，該電學測試模塊100的形狀為矩形，其包括5個測試分區分別為A」A2、A3、A4和A5，如圖4所示。其中，以上5個測試分區彼此互不重疊，且各分區間互不幹擾。
[0032]量測引出線組200，其包括內量測引出線組和外量測引出線組，其中，內量測引出線組位於電學測試模塊100內，且與蛇形盤繞金屬線相連，優選地，該內量測引出線組的金屬線與上述蛇形盤繞金屬線的線寬一致，以更好的模擬出銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌；而位於電學測試模塊100外的外量測引出線組與電學測試接觸區相連，且其線寬與線間間距比要遠大於內量測引出線組，以避免在此區域出現凹陷形貌，進而影響後期的電學測試計算精度。在本實施中，為避免因引入量測引出線組200帶來的電阻，電學測試模塊100內任意一個測試分區中的蛇形盤繞金屬線的長度與量測引出線組200的長度比值大於100:1，以保證可以忽略引入的量測引出線組200的影響。其中，該量測引出線組200的長度為內量測引出線組長度和外量測引出線組長度之和。
[0033]此外，還包括量測模塊300，由η個電學測試接觸區組成，其中，η為大於或等於I的整數。該電學測試接觸區與電阻測量儀器的探針相接觸，並通過量測引出線組與該測試分區相接，以測量出該測試分區的電阻，然後，再通過數學計算得到該測試分區的高度差，根據該測試分區和銅線陣區域具有相似的凹陷形貌，可得知上述銅線陣區域的高度差，進而表徵出銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。在本實施例中，η的取值為6，也即該量測模塊300具有6個電學測試接觸區分別為P。、P1^ P2> P3> P4和Ρ5。其中，該電學測試接觸區的數量和電學測試模塊100的測試分區有關，具體為電學測試接觸區的數量為電學測試模塊100的測試分區數量加I。另外，在電學測試接觸區上還布置有用來進行電學測試的電學測量儀器探頭，上述量測模塊300中的電學測試接觸區的尺寸大小需根據電學測量儀器探頭來進行設計，優選地，其尺寸不應小於30umX30um。
[0034]本發明還提供一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量方法，該測量方法包括採用電學方式測量上述電學測試模塊100中測試分區內蛇形盤繞金屬線的電阻，然後通過數學計算得到電學測試模塊100中每個測試分區的高度差，並因該電學測試模塊100中測試分區的凹陷與銅線陣區域拋光後表面凹陷近似，可得到銅線陣區域的高度差，從而測量出銅線陣區域拋光後的表面凹陷形貌。[0035]具體來說，比如測試分區A1，其一端通過量測引出線組200連接到量測模塊300中的電學測試接觸區Po，另一端通過量測引出線組200連接到量測模塊300中的電學測試接觸區P1，通過設置於電學測試接觸區Ptl和電學測試接觸區P1的電學測量儀器探頭測得總電阻為R1，其中量測引出線組200的電阻為&，也即測試分區A1的電阻為:
[0036]Rai=R1-Rl
[0037]因測試分區A1中蛇形盤繞金屬線的長度與量測引出線組200的長度比值大於100:1，故&可忽略不計。那麼也就是說測試分區A1的電阻為:
[0038]Rai ^ R1
[0039]而根據電阻的計算公式可知測試分區A1的高度Hai為:
[0040]Hm=^
[0041]其中，Lai為測試分區A1中蛇形盤繞金屬線的長度，W為蛇形盤繞金屬線的線寬。
[0042]同理，測試分區A2，其一端通過量測引出線組200連接到量測模塊300中的電學測試接觸區P1，另一端通過量測引出線組200連接到量測模塊300中的電學測試接觸區P2,通過設置於電學測試接觸區P1和電學測試接觸區P2的電學測量儀器探頭測得總電阻為R2,則其高度Ha2為:
[。。43]"丨
[0044]其中，La2為測試分區A2中蛇形盤繞金屬線的長度，W為蛇形盤繞金屬線的線寬。
[0045]那麼可以推出任意一個測試分區的高度Hah:
_6] Ha^wr~
η
[0047]以上公式的推導過程，在此就不再贅述。通過以上的數學計算方法就得到了電學測試模塊100中任意一個測試分區的高度。具體地，在本市實施例中，就得到了上述5個測試分區的高度差，如圖5所示。並且，因該電學測試模塊100中測試分區的凹陷與銅線陣區域拋光後表面凹陷近似，進而可得到銅線陣區域的高度差，然後取每個測試分區高度平面的中心點繪製凹陷形貌曲線，就最終得到了如圖6所示的本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷形貌曲線。
[0048]綜上所述，本發明的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法，其採用電學方式測量測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。因此，本發明銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元及測量方法在精確測量銅線陣區域拋光後表面凹陷的同時，又避免銅線陣的損傷。
[0049]以上所述的僅為本發明的實施例，所述實施例並非用以限制本發明的專利保護範圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，包括: 電學測試模塊，其包括η等分的測試分區，η為大於或等於5的整數且每個測試分區至少有m組互不重疊的蛇形盤繞金屬線，m為大於或等於I的整數，其中，所述測試分區是從所述電學測試模塊中心向外依次等間距劃分的環形區域； 量測引出線組，其包括內量測引出線組和外量測引出線組，其中，所述內量測引出線組位於所述電學測試模塊內，且與所述蛇形盤繞金屬線相連；所述外量測引出線組與所述電學測試接觸區相連； 量測模塊，由η個電學測試接觸區組成，其中，η為大於或等於I的整數；該電學測試接觸區與電阻測量儀器的探針相接觸，並通過所述量測引出線組於所述測試分區相接，以測量出所述測試分區的電阻，然後，再通過數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而表徵出銅線陣區域拋光後表面凹陷的形貌。
2.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述電學測試模塊的形狀為三角形、矩形或圓形中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述電學測試模塊中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬均勻一致。
4.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述電學測試模塊中每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的線寬與線間間距的比值範圍為1:10 ?10:1。
5.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述內量測引出線組的金屬線與所述蛇形盤繞金屬線的線寬一致。
6.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述量測引出線組金屬線的長度不大於所述每個測試分區內蛇形盤繞金屬線的1/100。
7.根據權利要求1所述的一種銅線陣區域拋光後表面凹陷的測量單元，其特徵在於，所述電學測試接觸區的尺寸不小於30umX30um。
8.一種採用權利要求1所述的銅線陣區域拋光後表面凹陷測量單元的測量方法，其特徵在於，測量方法包括採用電學方式測量所述測試分區中蛇形盤繞金屬線的電阻，並經由數學計算得到銅線陣區域的高度差，進而得到銅線陣區域拋光後的表面凹陷形貌。
【文檔編號】H01L21/66GK103474370SQ201310419757
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】黃仁東 申請人:上海集成電路研發中心有限公司