测试结构及其制作方法、测试方法与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种测试结构及其制作方法、测试方法。

背景技术：

1、随着半导体制程工艺的发展，逻辑芯片、存储芯片等半导体器件的先进制程中的介质层，例如金属层间电介质层(inter metal dielectric，简称imd)，往往设置互连线，以连接介质层两侧的导电层。介质层，尤其是低介电常数材料层，通常为疏松多孔结构，易吸收水汽。在高温高电压的情况下，互连线中的金属离子在水汽的催化下，易向介质层中迁移，甚至会扩散到其他膜层，使得半导体器件失效，造成严重的可靠性问题。因此，需要测试结构检测介质层中的金属离子扩散情况。然而，现有的测试结构的灵敏度较低，难以动态监测金属离子的迁移情况，且不利于早期的研发对比工艺。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开实施例提供一种测试结构及其制作方法、测试方法，能够动态监测金属离子的迁移情况，并有利于早期研发对比工艺。

2、根据一些实施例，本公开的第一方面提供一种测试结构，所述测试结构设置在挡控片上，包括：衬底、设置在所述衬底上的第一介质层、位于所述第一介质层内且与所述衬底间隔设置的第一导电件、覆盖所述第一导电件和所述第一介质层的第二介质层，以及贯穿所述第二介质层和所述第一介质层的导线结构，所述导线结构与所述第一导电件间隔设置且与所述衬底相接触；

3、其中，所述第一导电件、所述第一介质层和所述衬底形成测试电容，所述导线结构和所述第一导电件中的一者用于与电源的正极连接，所述导线结构和所述第一导电件中的另一者用于与所述电源的负极连接，所述测试电容的电容电压特性曲线用于监测在所述第一介质层中的所述第一导电件的金属离子的含量信息。

4、在一些可能的实施例中，所述第一导电件包括第一导电层，以及设置在所述第一导电层和所述第一介质层之间的第一扩散阻挡层，所述金属离子包括来自所述第一导电层和所述第一扩散阻挡层的金属离子。

5、在一些可能的实施例中，所述第一导电层包括：

6、沿第一方向延伸的导电连接部；

7、连接在所述导电连接部同一侧的多个导电分支部，所述多个导电分支部间隔设置且沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向相交。

8、在一些可能的实施例中，所述导线结构包括接触插塞和第二导电件，所述接触插塞位于所述第一介质层内且与所述衬底相接触，所述第二导电件贯穿所述第二介质层，且与所述接触插塞相接触。

9、在一些可能的实施例中，所述第二导电件包括：

10、靠近所述导电分支部远离所述导电连接部的一侧设置的第一段，所述第一段沿所述第一方向延伸；

11、分别连接在所述第一段两端、且在靠近所述导电连接部的一侧设置的两个第二段，所述两个第二段均沿所述第二方向延伸且分别位于所述导电分支部的两侧。

12、在一些可能的实施例中，所述第二导电件在所述衬底上的正投影覆盖所述接触插塞在所述衬底上的正投影。

13、在一些可能的实施例中，所述导线结构包括第三导电件，所述第三导电件贯穿所述第一介质层和所述第二介质层，且与所述衬底相接触；

14、其中，所述第三导电件包括第一导电柱，以及设置在所述第一导电柱与所述第一介质层之间、所述第一导电柱与所述第二介质层之间的第二扩散阻挡层。

15、在一些可能的实施例中，所述第一导电件的底表面与所述衬底的顶表面之间的距离为5-5000nm。

16、本公开实施例提供的测试结构至少具有如下优点：

17、本公开实施例提供的测试结构设置在挡控片上，有利于早期研发对比工艺，还可以用于产线的监测。测试结构包括衬底、设置在衬底上的第一介质层、位于第一介质层内且与衬底间隔设置的第一导电件、覆盖第一导电件和第一介质层的第二介质层，以及贯穿第二介质层和第一介质层的导线结构，导线结构与第一导电件间隔设置且与衬底相接触。第一导电件、第一介质层和衬底形成测试电容，测试电容的电容电压特性曲线用于监测在第一介质层中的第一导电件的金属离子的含量信息，从而获得第一导电件的金属离子在第一介质层内的扩散情况，测试电容的灵敏度高。测试电容中的衬底(如硅衬底)对金属离子污染具有高敏感性，因此还可以基于该测试电容的电容电压特性曲线监测金属离子迁移和失效的动态过程，从而可以分析测试电容的失效机理。

18、根据一些实施例，本公开第二方面提供一种测试结构的制作方法，其包括：

19、在挡控片的衬底上形成第一介质层；

20、在所述第一介质层内形成第一导电件，所述第一导电件与所述衬底间隔设置；

21、形成覆盖所述第一导电件和所述第一介质层的第二介质层；

22、形成贯穿所述第二介质层和所述第一介质层的导线结构，所述导线结构与所述第一导电件间隔设置且与所述衬底相接触。

23、本公开实施例提供的测试结构的制作方法至少具有如下优点：

24、本公开实施例提供的测试结构的制作方法中，在挡控片的衬底上形成第一介质层、第一导电件、第二介质层、导线结构，使得测试结构设置在挡控片上，便于早期的研发对比，还可以用于产线的监测。在衬底上形成第一介质层，在第一介质层内形成与衬底间隔设置的第一导电件，并在覆盖第一导电件和第一介质层的第二介质层内形成导线结构，导线结构与第一导电件间隔设置且与衬底接触，从而将衬底引出，以使第一导电件和衬底形成测试电容的两个极板。利用测试电容的电容电压特性曲线用于监测在第一介质层中的第一导电件的金属离子的含量信息，从而获得第一导电件的金属离子在第一介质层内的扩散情况，测试电容的灵敏度高。测试电容中的衬底(如硅衬底)对金属离子污染具有高敏感性，因此还可以基于该测试电容的电容电压特性曲线还可以监测金属离子迁移和失效的动态过程，从而可以分析测试电容的失效机理。

25、根据一些实施例，本公开第二方面提供一种测试方法，其用于如上所述的测试结构，所述测试方法包括：

26、打开电源，所述电源的正极与所述导线结构和所述第一导电件中的一者连接，所述电源的负极与所述导线结构和所述第一导电件中的另一者连接；

27、获得所述测试电容的电容电压特性曲线；

28、根据所述电容电压特性曲线，监测在所述第一介质层中的所述第一导电件的金属离子的含量信息。

29、本公开实施例提供的测试方法至少具有如下优点：

30、本公开实施例提供的测试方法中，第一导电件和导线结构中的一者与电源的一极连接，第一导电件和导线结构中的另一者与电源的另一极连接，使得衬底和第一导电件分别作为测试电容的两个极板。利用测试结构的电容电压特性曲线用于监测在第一介质层中的第一导电件的金属离子的含量信息，从而获得第一导电件的金属离子在第一介质层内的扩散情况，测试电容的灵敏度高。测试电容中的衬底(如硅衬底)对金属离子污染具有高敏感性，因此还可以基于该测试电容的电容电压特性曲线还可以监测金属离子迁移和失效的动态过程，从而可以分析测试电容的失效机理。此外，该测试方法还可以应用在设置在挡控片上的测试结构，便于早期研究对比工艺。