铜凹陷的测试结构及测量方法与流程

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种铜凹陷的测试结构及测量方法。

背景技术：

1、随着技术节点的发展，后端金属连线的关键尺寸(cd，critical dimension)越来越小，电阻越来越大，rc delay(rc延迟)问题严重。为解决这一问题，ibm公司在1997年推出了cu互连。cu互连采用双大马士革工艺，因此在电镀cu后需要采用cmp工艺去除多余的铜块。而cu质地软，cmp后容易产生凹陷(dishing)现象，在大块铜块上尤其严重。由于cu凹陷会影响晶圆的面内平整度，若不加以控制，会对后续工艺造成严重影响。因此，对cu cmp制程来说，cu凹陷深度是重要调控参数，尤其针对大块铜块。

2、针对上述问题，传统的测量cu凹陷的方法是afm(原子力显微镜，atomic forcemicroscope)，但是该方法容易划伤金属表面，测试后晶圆需要报废处理，测试成本高，不可重复。

3、因此，需要一种可重复的低成本方法测量cu cmp抛光后的凹陷的情况。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是如何通过可重复性高、低成本的方法测量cu cmp后的凹陷的情况。

2、为解决上述技术问题，根据本发明实施例的第一方面，提供了一种铜凹陷的测试结构，所述测试结构位于晶圆的切割道内，包括：

3、层间介质层；

4、至少四个规则形状的铜块、至少一个测试铜块和至少四个测试端；所述四个测试端从所述测试铜块的四个角延伸出；所述四个规则形状的铜块各设置于两所述测试端之间，而包围所述测试铜块；

5、所述铜块、所述测试铜块和所述测试端均嵌于所述层间介质层中；

6、所述铜块的尺寸与所述测试铜块的尺寸之比大于100：1；

7、所述测试端与所述铜块之间的间距大于等于铜工艺制作的最小设计规则。

8、可选的，所述测试结构包含n个测试铜块，所述n个测试铜块之间间隔预设距离，呈一维方向排列；对应地，所述测试端和所述铜块的数目为2*(n+1)。

9、可选的，所述测试结构包含m*n个测试铜块，所述m*n个测试铜块之间间隔预设距离，呈二维方向排列，对应地，所述测试端的数目为2*(m+n)，所述铜块的数目为(m+1)*(n+1)。

10、可选的，所述测试铜块位于所述铜块拼成的整体图形中偏中部的位置。

11、可选的，所述铜块为矩形结构，若干所述铜块排列后的整体形状也呈矩形；设置于所述铜块之间的测试铜块，相对相邻的铜块为旋转45度的矩形形状。

12、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种采用如本发明第一方面所述的铜凹陷的测试结构对铜凹陷进行测量的方法，包括以下步骤：

13、步骤s1：测量位置邻近所述测试结构的所述层间介质层的厚度；

14、步骤s2：获取金属铜的电阻率ρ；

15、步骤s3：采用范德堡法，结合步骤s2获得的铜的电阻率ρ，对待测位置的所述测试铜块的四个测试端子，第一次选取两相邻测试端通入第一测试电流，通过剩余的两测试端获取测试电压；第二次选取两相对的测试端通入第二测试电流，通过剩余的两测试端获取测试电压；第二次中所述两相对的测试端和第一次中所述两相邻测试端之间有一个测试端相同，利用范德堡公式计算所述测试铜块的厚度；

16、步骤s4：由步骤s1获取的所述层间介质层的厚度减去步骤s3中所获得所述测试铜块的厚度，获取所述测试铜块的位置相对所述层间介质层凹陷的数据。

17、可选的，所述步骤s1采用椭偏仪测量所述层间介质层的厚度。

18、可选的，所述步骤s2中采用四探针法测试金属铜的电阻率ρ。

19、可选的，所述步骤s3中范德堡公式为：其中r1＝v1/i1，r2＝v2/i2；其中，i1为第一次通入的电流，v1为第一次测得的电压，i2为第二次通入的电流，v2为第二次测得的电压；依据范德堡公式计算λ的值，然后依据厚度的公式：d＝ρ/πλ计算出所述测试铜块的厚度。

20、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

21、本发明提供的铜凹陷的测试结构中，包括位于层间介质层中的至少四个规则形状的铜块、至少一个测试铜块和至少四个测试端；利用至少四个测试端，通过电性测量的手段即可计算出测试铜块表面凹陷的深度，避免了传统的afm测量表面凹陷方式容易划伤金属表面的问题；通过改变测试铜块的位置，进一步完善对铜凹陷不同位置的深度的测量，进一步得到了铜缺陷的形貌，从而精确地模拟铜cmp后的凹陷情况；由于采用本发明的测试结构进行的测试属于非破坏性测试，因而测试后的晶圆不需要报废处理，从而降低了测试成本。并且通过本发明提供的测试结构可重复多次测量，提高了可重复性。

1.一种铜凹陷的测试结构，所述测试结构位于晶圆的切割道内，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述测试结构包含n个测试铜块，所述n个测试铜块之间间隔预设距离，呈一维方向排列；对应地，所述测试端和所述铜块的数目为2*(n+1)。

3.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述测试结构包含m*n个测试铜块，所述m*n个测试铜块之间间隔预设距离，呈二维方向排列，对应地，所述测试端的数目为2*(m+n)，所述铜块的数目为(m+1)*(n+1)。

4.根据权利要求1至3任一所述的测试结构，其特征在于，所述测试铜块位于所述铜块拼成的整体图形中偏中部的位置。

5.根据权利要求4所述的测试结构，其特征在于，所述铜块为矩形结构，若干所述铜块排列后的整体形状也呈矩形；设置于所述铜块之间的测试铜块，相对相邻的铜块为旋转45度的矩形形状。

6.一种采用如权利要求1所述的铜凹陷的测试结构对铜凹陷进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述步骤s3中范德堡公式为：其中r1＝v1/i1，r2＝v2/i2；其中，i1为第一次通入的电流，v1为第一次测得的电压，i2为第二次通入的电流，v2为第二次测得的电压；依据范德堡公式计算λ的值，然后依据厚度的公式：