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Teststruktur zur Überwachung von Leckströmen in einer Metallisierungsschicht - Dokument DE102006025351A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006025351A1 06.12.2007
Titel Teststruktur zur Überwachung von Leckströmen in einer Metallisierungsschicht
Anmelder Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder Feustel, Frank, 01187 Dresden, DE;
Werner, Thomas, 01468 Moritzburg, DE;
Peters, Carsten, 01099 Dresden, DE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 31.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006025351
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/544(2006.01)A, F, I, 20060925, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/66(2006.01)A, L, I, 20060925, B, H, DE   H01L 23/522(2006.01)A, L, I, 20060925, B, H, DE   
Zusammenfassung Durch Vorsehen mehrerer Widerstände und mehrerer Testmuster in einer Leckstromteststruktur kann die Anzahl der Sondierungsflächen, die zum Abschätzen der mehreren Testmuster erforderlich ist, deutlich reduziert werden, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen mehrere Testmuster gleichzeitig auf der Grundlage zweier Sondierungsflächen bewertet werden können. Folglich können Prozessparameter und/oder Entwurfsparameter für die Herstellung von Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen in effizienter Weise überwacht und gesteuert werden.

Beschreibung[de]
Gebiet der vorliegenden Erfindung

Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung von Mikrostrukturen, etwa moderne integrierte Schaltungen, und betrifft insbesondere die Herstellung leitender Strukturen, etwa Metallgebiete, und die Überwachung von Prozessen, die damit verknüpft sind.

Beschreibung des Stands der Technik

Bei der Herstellung moderner Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen, gibt es ein ständiges Bestreben, die Strukturgrößen von Mikrostrukturelementen zu verringern, wodurch die Funktion dieser Strukturen verbessert wird. Beispielsweise haben in modernen integrierten Schaltungen die minimalen Strukturgrößen, etwa die Kanallänge von Feldeffekttransistoren, den Bereich deutlich unter 1 &mgr;m erreicht, wodurch das Leistungsverhalten dieser Schaltungen im Hinblick auf Geschwindigkeit und/oder Leistungsaufnahme verbessert werden. Da typischerweise die Größe einzelner Schaltungselemente bei jeder neuen Schaltungsgeneration reduziert wird, wodurch beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit der Transistorelemente verbessert wird, wird auch der verfügbare Platz für Verbindungsleitungen, die die einzelnen Schaltungselemente elektrisch miteinander verbinden, ebenso reduziert. Folglich müssen die Abmessungen dieser Verbindungsleitungen verringert werden, um dem geringeren Anteil an verfügbaren Platz und der erhöhten Anzahl an Schaltungselementen, die pro Einheitschipfläche vorgesehen sind, Rechnung zu tragen. Die reduzierte Querschnittsfläche der Verbindungsleitungen erfordert möglicherweise in Verbindung mit einem Anstieg der statischen Leistungsaufnahme äußerst größenreduzierter Transistorelemente ggf., dass eine Vielzahl von gestapelten Metallisierungsschichten vorgesehen wird, um die Erfordernisse im Hinblick auf eine tolerierbare Stromdichte in den Metallleitungen zu erfüllen.

Moderne integrierte Schaltungen mit Transistorelementen mit einer kritischen Abmessung von 0,13 &mgr;m oder weniger können jedoch deutlich erhöhte Stromdichten in den einzelnen Verbindungsleitungen erfordern, trotz des Vorsehens einer relativ großen Anzahl an Metallisierungsschichten auf Grund der hohen Anzahl an Schaltungselementen pro Einheitsfläche. Das Betreiben der Verbindungsleitungen bei erhöhten Stromdichten zieht jedoch eine Reihe von Problemen nach sich, die mit belastungsinduzierter Leitungsbeeinträchtigung einhergehen, was schließlich zu einem vorzeitigen Ausfall der integrierten Schaltung führen kann. Ein wichtiges Phänomen in dieser Hinsicht ist der strominduzierte Materialtransport in Metallleitungen, der auch als „Elektromigration" bezeichnet wird, die zu einer Ausbildung von Hohlräumen innerhalb und von Materialanhäufungen neben der Metallleitung führen kann, wodurch sich ein reduziertes Leistungsverhalten und eine geringere Zuverlässigkeit oder ein vollständiger Ausfall des Bauelements ergeben kann. Beispielsweise werden Aluminiumleitungen, die in Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrd eingebettet sind, häufig als Metall für Metallisierungsschichten eingesetzt, wobei, wie zuvor erläutert ist, moderne integrierte Schaltungen mit kritischen Abmessungen von 0,18 &mgr;m oder weniger deutlich reduzierte Querschnittsflächen der Metallleitungen erfordern und damit erhöhte Stromdichten notwendig machen, wodurch Aluminium zu einem wenig attraktiven Metall für die Herstellung von Metallisierungsschichten wird. Folglich wird Aluminium zunehmend durch Kupfer ersetzt, da Kupfer einen deutlich geringeren Widerstand aufweist und wesentliche Elektromigrationseffekte erst bei deutlich höheren Stromdichten im Vergleich zu Aluminium aufweist. Das Einführen von Kupfer bei der Herstellung von Mikrostrukturen und integrierten Schaltungen ist jedoch mit einer Reihe von schwierigen Problemen begleitet, die in der Eigenschaft des Kupfers ihren Ursache besitzen, dass dieses leicht in Siliziumdioxid und einer Vielzahl von dielektrischen Materialien mit kleinem &egr; diffundiert. Um die notwendige Haftung bereitzustellen und um die unerwünschte Diffusion von Kupferatomen in empfindliche Bauteilgebiete zu vermeiden, ist es daher für gewöhnlich erforderlich, eine Barrierenschicht zwischen dem Kupfer und dem dielektrischen Material vorzusehen, in welchem die Kupferleitungen eingebettet sind. Obwohl Siliziumnitrid ein dielektrisches Material ist, das in effizienter Weise die Diffusion von Kupferatomen verhindert, ist die Auswahl von Siliziumnitrid als ein Zwischenschichtdielektrikumsmaterial wenig wünschenswert, da Siliziumnitrid eine moderat hohe Permittivität aufweist, wodurch die parasitäre Kapazität benachbarter Kupferleitungen erhöht wird. Daher wird eine dünne leitende Barrierenschicht, die auch dem Kupfer die erforderliche mechanische Stabilität verleiht, so gebildet, dass der Hauptanteil des Kupfers von dem umgebenden dielektrischen Material getrennt ist und es wird lediglich eine dünne Siliziumnitridschicht oder Siliziumkarbidschicht oder eine stickstoffangereicherte Siliziumkarbidschicht in Form einer Deckschicht häufig in kupferbasierten Metallisierungsschichten verwendet. Aktuell sind Tantal, Titan, Wolfram und ihre Verbindungen mit Stickstoff und Silizium, Wolfram/Kobalt/Phosphor-Verbindungen, Wolfram/Kobal/Bor-Verbindungen, und dergleichen bevorzugte Kandidaten für eine leitende Barrierenschicht, wobei die Barrierenschicht zwei oder mehr Teilschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen kann, um damit die Erfordernisse im Hinblick auf das Unterdrücken der Diffusion und das Verbessern der Haftung zu erfüllen.

Eine weitere Eigenschaft des Kupfers, die es deutlich von Aluminium unterscheidet, ist die Tatsache, dass Kupfer nicht in einfacher Weise in größeren Mengen durch chemische und physikalische Dampfabscheideverfahren aufgebracht werden kann, wozu sich die Tatsache gesellt, dass Kupfer nicht in effizienter Weise durch anisotrope Trockenätzprozesse strukturiert werden kann, wodurch eine Prozessstrategie erforderlich ist, die üblicherweise als die Damaszener- oder Einlege-Technik bezeichnet wird. Im Damaszener-Prozess wird zuerst eine dielektrische Schicht gebildet, die dann strukturiert wird, um Gräben und Kontaktdurchführungsöffnungen zu erhalten, die nachfolgend mit Kupfer oder einer Kupferlegierung gefüllt werden, wobei, wie zuvor angemerkt ist, vor oder nach dem Einfüllen des Metalls eine leitende Barrierenschicht gebildet wird. Das Abscheiden des Hauptanteils des Kupfermaterials in die Gräben und Kontaktdurchführungsöffnungen wird im Allgemeinen durch nasschemische Abscheideprozesse bewerkstelligt, etwa das Elektroplattieren oder das stromlose Plattieren, wobei das zuverlässige Auffüllen von Kontaktdurchführungen mit einem Aspektverhältnis von 5 oder größer mit einem Durchmesser von 0,1 &mgr;m oder sogar weniger in Verbindung mit dem Füllen von Gräben erforderlich ist, die eine Breite im Bereich von 0,1 &mgr;m bis einige Mikrometer aufweisen. Obwohl elektrochemische Abscheideprozesse für Kupfer auf dem Gebiet der Herstellung von Leiterplatten gut etabliert sind, ist ein im wesentlichen hohlraumfreies Auffüllen von Kontaktdurchführungsöffnungen mit einem großen Aspektverhältnis eine äußerst komplexe und herausfordernde Aufgabe, wobei die Eigenschaften der schließlich erhaltenen Kupfermetallgebiete deutlich von den Prozessparametern, den Materialien und der Symmetrie der interessierenden Struktur abhängen. Da die Abmessungen von Verbindungsstrukturen durch Entwurfserfordernisse bestimmt sind und nicht wesentlich für eine vorgegebene Mikrostruktur geändert werden können, ist es daher wichtig, den Einfluss von Materialien, etwa leitende und nicht leitende Barrierenschichten, auf die Kupfermikrostruktur und ihre gegenseitige Wechselwirkung auf die Eigenschaften der Verbindungsstruktur abzuschätzen und zu steuern, um damit sowohl eine hohe Ausbeute als auch die erforderliche Produktzuverlässigkeit sicherzustellen. Es ist insbesondere wichtig, Mechanismen zur Leitungsbeeinträchtigung und Ausfallmechanismen für Verbindungsstrukturen für diverse Konfigurationen zu erkennen und zu überwachen, um die Bauteilzuverlässigkeit für jede neue Bauteilgeneration beizubehalten.

Daher wurde ein hoher Aufwand betrieben, um die Eigenschaften von kupferbasierten Metallgebieten und der Fertigungsprozesse, die damit verknüpft sind, im Hinblick auf Elektromigration, das Leckstromverhalten und dergleichen zu untersuchen, um neue Materialien und Prozessstrategien zur Herstellung von kupferbasierten Metallisierungsschichten mit erhöhter Zuverlässigkeit und Packungsdichte zu finden. Daher werden im Allgemeinen Teststrukturen an geeigneten Stellen an dem Substrat, etwa den Schneidelinien des Substrats, vorgesehen, um spezielle Prozess- und Materialeigenschaften zu überwachen und/oder kritische Parameter und Materialien für die Herstellung von Metallisierungsstrukturelementen zu bestimmen. Ein Kriterium von Metallisierungsstrukturelementen, etwa von Kontaktdurchführungen und Metallleitungen, ist das Maß an Leckstrom zwischen benachbarten Metallgebieten, da der Leckstrom einen nicht ausreichenden Grad an Isolation anzeigen kann, was zu einer reduzierten Bauteilzuverfässigkeit oder gar zu einem vollständigen Ausfall des Bauteils führen kann, wenn dieser Fehler in eigentlichen Bauteilbereichen des Substrats auftritt. Beispielsweise werden Kontaktdurchführungsketten als Überwachungsstrukturen vorgesehen und sind mit entsprechenden Sondierungsflächen verbunden, die einen Zugriff auf die Teststruktur während eines elektrischen Tests ermöglichen. Beispielsweise kann eine Kontaktdurchführungskette mit zwei Sondierungsflächen verbunden sein, um zu erkennen, ob ein Stromfluss zwischen den beiden Sondierungsflächen während eines elektrischen Tests auftritt oder nicht, wobei die entsprechende Kontaktdurchführungskette eine spezielle Eigenschaft eines Prozessablaufs und eine geometrische Konfiguration repräsentieren kann, die durch die entsprechende Kontaktdurchführungskette zu überwachen ist. Für andere Eigenschaften, d. h. andere Werte der Prozessablaufparameter, werden entsprechende Kontaktdurchführungsketten vorgesehen. Mit der Zunahme der Informationsmenge, die man durch die Leckstromteststruktur gewinnen will, nimmt jedoch auch die Anzahl der Sondierungsflächen zu, die eine große Fläche in der letzten Metallisierungsschicht fordern, wodurch die Anwendbarkeit der Leckstromstrukturen merklich eingeschränkt ist.

Da moderne Mikrostrukturen, etwa schnelle Mikroprozessoren, eine erhöhte Verbindungsstrukturkomplexität mit dichten Metallstrukturen bei extrem reduzierten Abmessungen erfordern, besteht ein Bedarf für eine verbesserte oder alternative Verfahren, um Materialien und Prozesstechnologien zu untersuchen, zu überwachen und zu steuern, die bei der Herstellung komplexer Verbindungsstrukturen eingesetzt werden.

Überblick über die Erfindung

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik zum Bestimmen der Eigenschaften von Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen durch Bewerten entsprechender Testmuster im Hinblick auf Leckströme. Zu diesem Zweck werden mehrere Testmuster, die in einigen anschaulichen Ausführungsformen, unterschiedlich sind im Hinblick auf mindestens eine Eigenschaft, etwa besitzen diese eine unterschiedliche Entwurfsabmessung, einen unterschiedlichen Parameterwert während der Bearbeitung, und dergleichen, elektrisch über mehrere Widerstände, d. h. Schaltungselemente, die als Widerstand dienen, mit entsprechenden Sondierungsflächen gekoppelt, wobei das „Netzwerk" aus Widerständen die mehreren Testmuster mit den Sondierungsflächen verbinden, Information über den Leckstromzustand jedes der mehreren Testmuster mit einer deutlich reduzierten Anzahl an Sondierungsflächen liefert. Folglich kann durch Ausbilden einer „Schaltung" mit mehreren Widerständen und Testmustern ein Messsignal erhalten werden, das gleichzeitig Information über den Status jeder der mehreren Testmuster enthält. Daher können Entwurtsparameter, etwa kritische Abstände zwischen Schaltungselementen, und/oder Prozessparameterwerte in effizienter Weise auf der Basis von Leckstromtestmessungen bestimmt werden, wobei ein deutlich reduzierter Anteil an Sondierungsflächen im Vergleich zu konventionellen Leckstromteststrukturen ausreichend ist.

Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leckstromteststruktur ein Substrat, ein erstes Schaltungselement, das über dem Substrat ausgebildet ist und einen Widerstandswert aufweist, und ein zweites Schaltungselement, das über dem Substrat ausgebildet und das einen zweiten Widerstandswert aufweist. Ferner umfasst die Teststruktur eine erste Testanordnung und eine zweite Testanordnung, die über dem Substrat ausgebildet sind, und eine erste Sondierungsfläche und eine zweite Sondierungsfläche, die über dem Substrat gebildet sind. Des weiteren ist eine Verbindungsstruktur über dem Substrat ausgebildet, die das erste und das zweite Schaltungselement mit der ersten und der zweiten Testanordnung und der ersten und der zweiten Sondierungsfläche verbindet. Das erste und das zweite Schaltungselement, die erste und die zweite Testanordnung und die erste und die zweite Sondierungsfläche sind auf der Grundlage eines mikroelektronischen Herstellungsprozessablaufs gebildet.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leckstromteststruktur ein Substrat und mehrere Testmuster, die über dem Substrat ausgebildet sind. Des weiteren umfasst die Teststruktur mehrere Widerstände, die über dem Substrat ausgebildet sind, und eine erste Sondierungsfläche und eine zweite Sondierungsfläche, die über dem Substrat gebildet sind, wobei die mehreren Testmuster elektrisch mit der ersten und der zweiten Sondierungsfläche zumindest für einige der mehreren Widerstände verbunden sind.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer Teststruktur über einem Substrat, wobei die Teststruktur mehrere Testmuster aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Erhalten eines Messsignals von einer ersten Sondierungsfläche und einer zweiten Sondierungsfläche, die über dem Substrat ausgebildet sind, wobei das Messsignal Information über einen Leckstromstatus für jedes der mehreren Testmuster enthält. Schließlich wird der Leckstromstatus für jedes der Testmuster auf der Grundlage der Information bestimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:

1a schematisch eine Draufsicht einer Teststruktur zeigt, die auf der Grundlage mikroelektronischer Prozesse hergestellt ist und mehrere Testmuster aufweist, deren Leckstromstatus auf der Grundlage zweier Sondierungsflächen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermittelt wird;

1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines Teils der Teststruktur aus 1a gemäß anschaulicher Ausführungsformen; und

1c und 1d zeigen schematisch Draufsichten entsprechender Teststrukturen mit einem Widerstandsnetzwerk zum Erhalten einer größeren Informationsmenge mittels einer einzelnen Messung gemäß noch weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Detailierte Beschreibung

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulichen offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an die Bewertung von Entwurfskriterien und Prozessablaufparameter für die Herstellung von Metallisierungsstrukturen für moderne Halbleiterbauelemente. Wie zuvor dargelegt ist, erfordert die komplexe Konfiguration von Metallisierungsstrukturen von integrierten Schaltungen, mikromechanischen Bauelementen und dergleichen, bei anspruchsvollen Anwendungen eine gründliche Überwachung und Steuerung der Entwurfsregeln, etwa kritische Abmessungen und Abstände zwischen benachbarten Schaltungselementen, und dergleichen, und von Prozessablaufparametern, etwa Materialeigenschaften, der Einfluss von Strukturierungs- und Ausheizprozeduren, und dergleichen während der Herstellung von Metallisierungsstrukturen. Folglich werden große Anstrengungen typischerweise unternommen, um entsprechende Steuerungs- und Überwachungsmechanismen einzurichten, etwa entsprechende Teststrukturen, die auf speziellen Testsubstraten oder auf Produktsubstraten an speziellen Substratpositionen ausgebildet sind. Im Hinblick auf das Leckstromverhalten der Metallisierungselemente, etwa Metallleitungen, Kontaktdurchführungen, und dergleichen ist eine sehr effiziente Verfahrenstechnik das Bestimmen des Vorhandenseins eines leitenden Weges zwischen benachbarten Strukturelementen innerhalb eines spezifizierten Testmusters, das beispielsweise eine Vielzahl einzelner Komponenten, etwa Kontaktdurchführungen, Metallleitungen, und dergleichen aufweisen kann, wobei jedoch konventioneller Weise auf Grund der im Wesentlichen digitalen Natur der Antwort eines entsprechenden Testmusters, d. h. „Leckstrom ist vorhanden", d. h. ein im Wesentlichen niederohmiger Status, oder „Leckstrom ist nicht vorhanden", d. h. ein im Wesentlichen hochohmiger Status, eine Vielzahl von Sondierungsflächen erforderlich sind, wodurch wertvolle Substratfläche verbraucht wird, wenn die entsprechenden Teststrukturen auf Produktsubstraten hergestellt sind. Wenn in ähnlicher Weise entsprechende Testsubstrate verwendet werden, kann die große Anzahl an Sondierungsflächen, die für konventionelle Leckstromprüfungen erforderlich sind, deutlich die Effizienz der entsprechenden Substrate im Hinblick auf andere Testprozeduren, die auf der Grundlage der gleichen Testsubstrate auszuführen sind, verringern. Im Gegensatz zum Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung eine deutlich erhöhte Effizienz für Leckstromprüfungen, indem eine Teststruktur mit mehreren Testanordnungen oder Testmustern vorgesehen wird, die in Bezug auf mindestens eine Eigenschaft im Wesentlichen „gleichzeitig" auf der Grundlage einer deutlich reduzierten Anzahl an Sondierungsflächen getestet werden können, indem die mehreren Testmuster oder Anordnungen über mehrere Schaltungselemente, die als Widerstände arbeiten, mit den Sondierungsflächen verbunden werden. Folglich können die entsprechenden Testmuster oder Anordnungen als „Schalter" betrachtet werden, so dass durch geeignetes Ausbilden des Widerstandsnetzwerks ein hohes Maß an Information gleichzeitig erhalten werden kann, selbst wenn lediglich zwei Sondierungsflächen zum Gewinnen eines entsprechenden Messsignals verwendet werden. Folglich kann eine systematische Prüfung spezieller Parameter oder selbst mehrerer unterschiedlicher Parameter auf der Grundlage einer einzelnen Teststruktur mit einer deutlich reduzierten Anzahl an Sondierungsflächen erreicht werden. Es sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung äußerst vorteilhaft ist im Zusammenhang mit modernen Halbleiterbauelementen, etwa integrierten Schaltungen mit einer Metallisierungsstruktur auf der Grundlage von Kupfer und dielektrischen Materialien mit kleinem &egr;, da hier die Strukturgrößen ständig verringert werden, wodurch auch zunehmend striktere Prozessgrenzen für die entsprechenden Prozessabläufe zur Herstellung von Metallisierungsstrukturen erforderlich sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf Leckstromprüfungen in beliebigen Halbleiterbauelementen angewendet werden können, unabhängig von dem speziellen Fertigungsablauf und den verwendeten Materialien. Sofern dies nicht speziell in der Beschreibung und/oder den angefügten Patentansprüchen zum Ausdruck kommt, sollte die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle Fertigungstechnik und eine spezielle Art eines Halbleiterbauelements eingeschränkt gesehen werden.

Mit Bezug zu den 1a bis 1d werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.

1a zeigt schematisch eine Draufsicht einer Teststruktur 100 in vereinfachter Weise, um nicht unnötig die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu verdunkeln. Somit werden Metallleitungen oder andere Leitungen sowie Metallinseln, etwa Sondierungsflächen, und dergleichen in Form eines Schaltbilds dargestellt, wenn dies geeignet ist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst die Teststruktur 100 ein Substrat 101, das ein beliebiges geeignetes Substrat zum Herstellen einer Metallisierungsstruktur eines Halbleiterbauelements darauf repräsentieren kann. Beispielsweise kann das Substrat 101 ein Halbleitervollsubstrat, etwa ein Siliziumsubstrat, oder ein SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat repräsentieren, oder kann ein beliebiges anderes Trägermaterial mit einer darauf ausgebildeten erforderlichen Materialschicht, etwa einer Halbleiterschicht, repräsentieren, die dann zur Herstellung von Schaltungselementen verwendet werden kann, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen repräsentiert das Substrat 101 ein Produktsubstrat mit darauf ausgebildeten mehreren Halbleiterbauelementen, etwa integrierten Schaltungen, die an zugewiesenen Stellen angeordnet sind, wobei die Teststruktur 100 an einer geeigneten Position ausgebildet sein kann, etwa einer Schneidelinie, und dergleichen. Die Teststruktur 100 umfasst ferner mehrere Testanordnungen oder Testmuster 110, die als 110a, 110b, 110n angegeben sind, wobei die Anzahl der Testmuster von zwei Testmustern bis zu einer beliebigen Anzahl, vier oder mehr, acht oder mehr und dergleichen variieren kann. Jedes der Testmuster 110a,..., 110n umfasst eine geeignete Anordnung aus Metallisierungsstrukturkomponenten, etwa Metallleitungen, Metallkontaktdurchführungen, und dergleichen, deren Eigenschaften auf den im Hinblick auf die Leckströme abzuschätzen sind, die während des Betriebs der Teststruktur 100 erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen können weitere Komponenten, etwa Schaltungselemente in den Testmustern oder Anordnungen 110 enthalten sein. Somit soll der Begriff Testmuster oder Testanordnung eine beliebige Zusammensetzung von Strukturelementen beinhalten, die das Definieren der elektrischen Antwort beim Auftreten eines ausgeprägten Leckstrompfades in einer der Komponenten erforderlich ist, die funktionell mit einem entsprechenden Testmuster der Testmuster 110 verknüpft ist. Somit sollte der Begriff „Testmuster" nicht auf Metallisierungsstrukturen innerhalb einer einzelnen Metallisierungsschicht eingeschränkt gesehen werden, sofern dies nicht anders in der Beschreibung oder in den angefügten Patentansprüchen dargestellt ist. In einer anschaulichen Ausführungsform weisen mindestens einige der Testmuster 110a, ...., 110n mehrere dichtliegende Komponenten 111 auf, die beispielsweise durch Kontaktdurchführungen, Metallleitungen, und dergleichen repräsentiert sind. In der dargestellten Ausführungsform können die Kontaktdurchführungen 111 eine erste Kontaktdurchführungskette 112 bilden, die durch eine entsprechende Metallleitung 112a verbunden ist, und eine zweite Kontaktdurchführungskette 113 ist durch eine entsprechende Metallleitung 113a verbunden, wobei die einzelnen Kontaktdurchführungen der Ketten 112 und 113 in einer zueinander verschobenen Weise angeordnet sein können. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die spezielle Anordnung der Komponenten 111 in den entsprechenden Testmustern 110a,..., 110n entsprechend einem beliebigen speziellen Kriterium ausgewählt sein kann, um damit Information im Hinblick auf die betrachtete Fertigungssequenz oder auf entsprechende Entwurfsabmessungen und dergleichen zu gewinnen. Beispielsweise haben in der in 1a gezeigten Ausführungsfonn die Testmuster 110a,..., 110n im Wesentlichen die gleiche Konfiguration, wobei eine spezielle Eigenschaft unter den einzelnen Testmustern 110a,..., 110n variiert wird. Beispielsweise wird ein Abstand 114 zwischen verschobenen Kontaktdurchführungen in den entsprechenden Kontaktdurchführungsketten 112 und 113 als ein zu untersuchender Entwurfsparameter verwendet, wobei bei dem Muster 110a begonnen wird, so dass beispielsweise das letzte Testmuster 110n den geringsten Abstand 114 aufweist, der im Wesentlichen einer parallelen Anordnung der entsprechenden Kontaktdurchführungen 111 entspricht. In diesem Falle ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Kontaktdurchführungsketten 112 und 113 in dem ersten Muster 110a am geringsten und steigt kontinuierlich an, um die höchste Wahrscheinlichkeit für den Leckstrom in dem letzten Testmuster 110n zu erreichen. In anderen anschaulichen Ausführungsformen können die entsprechenden Testmuster 110a,..., 110n in einer im Wesentlichen beliebigen Weise angeordnet sein, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist.

Die Teststruktur 100 umfasst ferner mehrere Schaltungselemente 120, wobei in der in der anschaulichen Ausführungsform gezeigten Schaltungselemente 120a,..., 120n in Form von Widerständen vorgesehen sind, wobei die entsprechenden Widerstände 120a, ..., 120n einen Widerstandswert aufweisen können, der deutlich höher ist als ein entsprechender Widerstandswert eines der Testmuster 110a,..., 110n, wenn ein entsprechender Leckstromweg darin hervorgerufen wird. Beispielsweise kann ein geeigneter Widertandswert für die entsprechenden Widerstände 120a,..., 120n im Bereich von einigen Kiloohm bis zu einigen 100 Kiloohm liegen. In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden die Schaltungselemente 120 als im Wesentlichen identische Elemente vorgesehen, d. h. diese besitzen im Wesentlichen den gleichen Widerstandswert, wodurch die Schaltungskomplexität verringert wird, da identische Schaltungsmuster für die entsprechenden Schaltungselemente 120 verwendet werden können. In noch anderen anschaulichen Ausführungsformen können sich die Widerstandwerte zumindest einiger der Widerstände 120a,..., 120n voneinander unterscheiden. Die Teststruktur 100 weist ferner eine Verbindungsstruktur 130 auf, die der Einfachheit halber in Form von Linien in den Zeichnungen dargestellt ist, wobei zu beachten ist, dass die Verbindungsstruktur 130 Metallleitungen, Polysiliziumleitungen, Kontaktdurchführungen und Kontakte nach Bedarf aufweist. Somit ist die Verbindungsstruktur 130 ausgebildet, die mehreren Schaltungselemente 120 und die mehreren Testmuster 110a,..., 110n gemäß einem speziellen Schaltungsentwurf zu verbinden, wobei die Verbindungsstruktur 130 auch die sich ergebende Schaltung mit mehreren Sondierungsflächen 140a, 140b verbindet, wobei in dem gezeigten anschaulichen Beispiel lediglich zwei Sondierungsflächen für die Teststruktur 100 vorgesehen sind. Wie zuvor erläutert ist, erfordern die Sondierungsflächen 140a, 140b eine relativ große Substratfläche, da diese Flächen so gestaltet sind, dass sie einen Zugriff durch eine externe Sonde zum Verbinden einer Teststruktur mit einer externen Messanordnung ermöglichen.

1b zeigt schematisch eine Querschnittsansicht durch einen Teil der Teststruktur 100, wie sie in 1a gezeigt ist. Es sollte beachtet werden, dass die Draufsicht der 1a als eine Mischung einer tatsächlichen Draufsicht und eines funktionellen Diagramms angegeben ist, um deutlicher die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu demonstrieren. In einer tatsächlichen Konfiguration können die diversen Komponenten sehr unterschiedlich angeordnet sein und können auch in unterschiedlichen Bauteilebenen ausgebildet sein, wie dies anschaulich mit Bezug zu 1b beschrieben ist. Somit kann die Teststruktur 100 das Substrat 101 aufweisen, das darauf ausgebildet eine Bauteilschicht 102, etwa eine Halbleiterschicht, aufweist, in der die mehreren Schaltungselemente 120 gebildet sein können, und die darin ausgebildet andere Schaltungselemente, etwa Transistoren, Kondensatoren, und dergleichen aufweisen kann, wenn eine zusätzliche Testschaltung oder eigentliche Produktbauelemente ebenso über dem Substrat 101 ausgebildet sind. In diesem Beispiel wird angenommen, dass die Schaltungselemente, die als Widerstände 120a,..., 120n dienen, in Form entsprechender Schaltungselemente, etwa Transistoren mit einem moderat hohen Durchgangswiderstand vorgesehen sind, oder wie gezeigt, die Schaltungselemente 120können in Form eines moderat gering dotierten Halbleitergebiets 103 bereitgestellt werden. In anderen Fällen können die entsprechenden Schaltungselemente 130 in Form von Halbleiterleitungen mit unterschiedlicher Länge, unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration und dergleichen vorgesehen sein. Es sollte beachtet werden, dass die Schaltungselemente 120 gemäß gut etablierter Prozessverfahren hergestellt werden können, wie sie typischerweise für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden.

Ferner ist ein Zwischenschichtdielektrikumsmaterial 104 vorgesehen, in welchem entsprechende Kontakte 105 ausgebildet sind, die als Komponenten der Verbindungsstruktur 130 betrachtet werden können. Eine Metallisierungsstruktur 150, die eine erste Metallisierungsschicht 151 aufweisen kann, die eine Metallleitung 152 aufweist, ist in ein dielektrisches Material 153 eingebettet. Die Metallisierungsstruktur 150 umfasst ferner eine zweite Metallisierungsschicht 156, die die Komponenten, d. h. in dem gezeigten Beispiel die Kontaktdurchführungskette 111, aufweisen kann, die in ein geeignetes dielektrisches Material eingebettet ist, wodurch eine Kontaktdurchführungsschicht 157 gebildet wird. Die Metallisierungsschicht 156 kann ferner eine Metallleitungsschicht 158 aufweisen, die über der Schicht 157 ausgebildet ist, die beispielsweise entsprechende Komponenten der Verbindungsstruktur 130 und, abhängig von der Konfiguration der Teststruktur 100, die Sondierungsflächen 140a, 140b (nicht gezeigt) aufweisen kann. In anderen anschaulichen Ausführungsformen sind weitere Metallisierungsschichten über der Schicht 158 vorgesehen, wobei die entsprechenden Sondierungsflächen 140a, 140b in einer oberen Metallisierungsschicht oder bei der letzten Metallisierungsschicht der betrachteten Metallisierungsstruktur vorgesehen sind, um damit einen Zugriff durch eine externe Messanordnung zu ermöglichen. Wenn beispielsweise die Teststruktur 100 in einem Produktsubstrat vorgesehen ist, kann sich der entsprechende Stromweg für Messsignale von dem entsprechenden Testmustern 110a,..., 110n zu den Sondierungsflächen 140a, 140b über die Schaltungselemente 120 durch die gesamte Metallisierungsstruktur erstrecken.

Ein typischer Prozessablauf zur Herstellung der Teststruktur 100, wie sie in 1b gezeigt ist, kann geeignete Fertigungsverfahren umfassen, wobei zumindest die Kontaktdurchführungsschicht 157 auf der Grundlage einer speziellen Fertigungssequenz hergestellt ist, um damit einen oder mehrere Prozessparameter oder Materialien abzuschätzen oder eine Entwurfsparameter, etwa den Abstand 114 (siehe 1a), die Abmessungen der Kontaktdurchführungen 111, und dergleichen abzuschätzen.

Beispielsweise wird während der Herstellung der Kontaktdurchführungsschicht 157 ein entsprechendes dielektrisches Material abgeschieden und wird nachfolgend auf der Grundlage moderner Lithographie- und Ätzverfahren strukturiert, wobei entsprechende Prozessparameter in Verbindung mit den Entwurfsabmessungen kritische Parameter für die Kontaktdurchführungsschicht 157 repräsentieren können. Des weiteren wird eine Barrierenschicht 159 abgeschieden, woran sich das Abscheiden eines geeigneten Metallmaterials, etwa Kupfer, Kupferlegierungen, und dergleichen in die Kontaktdurchführungen anschließt, und danach wird überschüssiges Material auf der Grundlage von Fertigungsverfahren, etwa elektrochemisches Ätzen, CMP (chemisch-mechanisches Polieren), und dergleichen entfernt. Da jeder dieser Prozesse an sich ein äußerst komplexer Prozess ist, muss die Qualität der entsprechenden Fertigungssequenz sowie die Gültigkeit der entsprechenden Entwurfsabmessungen sorgfältig gesteuert werden, um die Produktzuverlässigkeit zu verbessern und um die Skalierbarkeit spezieller Fertigungsverfahren zu bewerten.

Es sei wiederum auf 1a verwiesen; wie zuvor erläutert ist, kann in der Schaltungsanordnung, wie sie in den diversen Testmustern 110a,..., 110n gezeigt ist, entsprechend einer zunehmenden Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines Leckstromfehlers während einer spezifizierten Fertigungssequenz angeordnet sein. Beispielsweise ist bei einem minimalen Abstand 114, der in dem letzten Testmuster 110n definiert ist, die Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Kontaktdurchführungen der unterschiedlichen Kontaktdurchführungsketten 112 und 113 äußerst hoch. Folglich kann ein zuverlässiger Abstand 114 ermittelt werden, der zusätzlich eine effiziente Prozesstoleranz ergibt. Zu diesem Zweck wird die Teststruktur 100 in Betrieb genommen, indem beispielsweise die Sondierungsflächen 140a, 140b mit einer externen Messeinrichtung, etwa einer Widerstandsmesseinrichtung, verbunden werden, um damit den Gesamtwiderstand der Teststruktur 100 zu ermitteln. Da jedes der Testmuster 110a, 110n in Reihe mit einem entsprechenden Widerstand 120a,..., 120n geschaltet ist, führt daher ein Leckstromfehler, beispielsweise in dem letzten Testmuster 110n, dass die höchste Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen eines Kurzschlusses aufweist, zu einem Gesamtwiderstandswert in dem Testmuster 100, der im Wesentlichen die Summe der Widerstandswerte der Widerstände 120 ist, die nicht von einem entsprechenden Leckstrom als „Nebenschluss" umgangen werden. Der entsprechende Wert kann mittels eines entsprechenden Messsignals ermittelt werden, das über die Sondierungsflächen 140a, 140b erhalten wird, das einen Wert aufweist, das beispielsweise im Wesentlichen die Summe aller Widerstände 120a,..., 120nrepräsentiert, da angenommen werden kann, dass der Widerstand des "kurzgeschlossen" Testmusters 110n deutlich kleiner ist im Vergleich zu den Widerstandswerten der Widerstände 120a,..., 120n. Wenn in ähnlicher Weise eines der Testmuster, das „vor" dem Testmuster 110n angeordnet ist, einen Fehler aufweist, beispielsweise kann das Testmuster 110b einen Kurzschluss aufweisen, ergibt der Gesamtwiderstandswert für diesen Zustand der Teststruktur 100, der über das Messsignal an den Sondierungsflächen 140a, 140b erhalten wird, im Wesentlichen den Widerstandswert der Widerstände 120a, 120b. Da die entsprechenden Widerstandswerte im Voraus bekannt sind, kann der entsprechende Gesamtwert während des Testverfahrens angeben, welches der Testmuster 110a,..., 110n einen Fehler aufweist, wobei angenommen wird, dass ein Fehler des Testmusters 110b auch zu einem Fehler der nachfolgenden Testmuster auf Grund der zunehmenden Wahrscheinlichkeit zum Erzeugen eines Leckstromfehlers führt. Folglich kann durch Vorsehen einer Reihenschaltung der Widerstände 120 in dem entsprechenden Testmuster, wobei ein erstes Paar aus Widerstand und Testmuster zwischen den Sondierungsflächen 140a, 140b und ein nachfolgendes Paar aus Widerstand und Testmuster mit der Sondierungsfläche 140b und einem Knoten, der durch einen Kontaktbereich zwischen einem vorhergehenden Paar aus Widerstand und Testmuster gebildet ist, etwa einem Knoten 160a, angeschlossen ist, das entsprechende Testmuster erkannt werden, das einen entsprechenden Leckstromfehler erzeugt. Beispielsweise ist das Paar mit dem Widerstand 120b, das in Reihe mit dem Testmuster 110b verbunden ist, mit dem Knoten 160a verbunden, usw., bis das letzte Paar 120n, 110n mit dem entsprechenden Schaltungsknoten des vorhergehenden Paars eines Widerstands und eines Testmusters verbunden ist.

1c zeigt schematisch eine weitere Schaltungsanordnung des Teststruktur 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, wobei ein entsprechender Leckstromfehler in einem der Testmuster im Wesentlichen ohne Vorsehen der entsprechenden Testmuster in einer vordefinierten Sequenz mit ansteigender Wahrscheinlichkeit für Leckstromfehler erkannt werden kann. In der gezeigten Ausführungsform ist jedes Testmuster 110a,..., 110n in Reihe mit einem entsprechenden der Widerstände 120a,..., 120n geschaltet, die in der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, die jedoch wiederum ausreichend hoch im Vergleich zu einem entsprechenden Leckstromfehler ausgewählt sind, der in einem oder mehreren der Testermuster 110a,..., 110n auftreten kann. Entsprechend unterschiedliche Widerstandswerte können effizient auf der Grundlage entsprechender Fertigungsverfahren erhalten werden, wobei beispielsweise mehrere Einheitswiderstandselemente auf Bauteilebene in geeigneter Weise so verbunden werden, dass die gewünschten unterschiedlichen Widerstandswerte für die Widerstände 120a,..., 120n erhalten werden. Ferner können die Testmuster 110a,..., 110n darin ausgebildet eine geeignete Anordnung aus Metallisierungskomponenten aufweisen, wobei nicht notwendigerweise der gleiche Parameter oder die gleiche Entwurfsabmessung bewertet wird. Beispielsweise können die Testmuster 110a,..., 110n mehrere Muster aufweisen, wie sie in 1a gezeigt sind, und zusätzlich können andere Testmusteranordnungen vorgesehen sein, in denen andere kritische Parameter abgeschätzt werden. Wenn beispielsweise eine äußerst komplexe Metallisierungsstruktur betrachtet wird, können entsprechende Kontaktdurchführungsketten unterschiedlicher Metallisierungsebenen gleichzeitig bewertet werden. In anderen Beispielen können unterschiedliche Metallisierungsebenen auf der Grundlage unterschiedlicher Prozessparameter hergestellt werden, um damit das Erkennen geeigneter Parameterwerte für eine spezifizierte Fertigungssequenz zu ermöglichen.

Während des Betriebs der Teststruktur 100, wie sie in 1c gezeigt ist, weisen ein oder mehrere der Testmuster 110a einen Leckstromfehler auf, wobei das Auftreten des entsprechenden Leckstromfehlers willkürlich ist, abhängig von den Gegebenheiten der abzuschätzenden Eigenschaften. Beispielsweise sei angenommen, dass das erste Testmuster 110a und das letzte Testmuster 110n einen Leckstromfehler aufweisen. Da die entsprechenden Widerstandswerte der „kurzgeschlossen" Testmuster 110a, 110n deutlich kleiner sind im Vergleich zu den entsprechenden Widerstandswerten der Widerstände 120a, 120n, ergibt das „Ergebnismuster", das in diesem Falle erhalten wird, eine Parallelschaltung für die Widerstände 120a und 120n. Folglich kann ein entsprechender Gesamtwiderstandswert über die Sondierungsflächen 140a, 140b bestimmt werden, wobei das Ergebnismuster aus den bekannten Widerstandswerten der Widerstände 120a,..., 120n zurückgerechnet werden kann. Beispielsweise können entsprechende Widerstandswerte für die Widerstände 120a,... 120n so festgelegt werden, dass jede mögliche Konfiguration für Leckstromwege in den Testmustern 110 einen einzigartigen Gesamtwiderstandswert erzeugt. Aus dem entsprechenden Gesamtwert des entsprechenden Ergebnismusters, das mit dem Wert verknüpft ist, kann dann der Wert leicht erkannt werden. Folglich ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Überwachung von Leckstromfehlern in den entsprechenden Testmustern, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, mehrere unterschiedliche Eigenschaften einer Fertigungsprozesssequenz und/oder von Entwurfsregeln für eine Metallisierungsstruktur zu bestimmen.

1d zeigt schematisch die Teststruktur 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Teststruktur 100 umfasst die mehreren Widerstände 120, die so angeschlossen sind, dass sie ein Netzwerk bilden, das die Erkennung mehrer unterschiedlicher Ergebnismuster der entsprechenden Testmuster 110a,..., 110n verwirklicht, unabhängig davon, ob ein oder mehrere der Testmuster 110a einen Leckstromfehler aufweisen. Ferner können die Testmuster 110a, ..., 110n eine ähnliche oder sehr unterschiedliche Konfiguration aufweisen, so dass die entsprechenden Wahrscheinlichkeiten für ein Auftreten eines Leckstromfehlers zwischen den mehreren Testmustern 110a,..., 110n nicht korreliert ist, ähnlich wie dies zuvor mit Bezug zu 1c beschrieben ist. In dieser Anordnung können die mehreren Widerstände 120 eine Mehrzahl aus n Widerständen 121 aufweisen, die einen Widerstandswert von R besitzen, und es sind ferner eine Mehrzahl aus n+1 Widerständen 122 vorgesehen, die einen Widerstandswert von 2R besitzen. Wie gezeigt, bilden die n Widerstände 121 und ein einzelner Widerstand 122 eine Reihe von Widerständen, die zwischen dem Sondierungsflächen 140a, 140b angeschlossen sind. Ferner ist jedes der Testmuster 110a,..., 110n in Reihe mit einem der Widerstände 122 verbunden und ein entsprechendes Paar aus Widerständen 122 und eines Testmusters 110 ist mit einem entsprechenden Knoten zwischen den beiden Widerständen 121, beginnend mit einem Knoten 123 verbunden. Ferner ist jedes Testmuster 110a,..., 110n mit einem entsprechenden Widerstand 170a,..., 170n verbunden, wovon jeder mit einem Anschluss mit dem eigentlichen entsprechenden Testmuster verbunden ist und mit dem anderen Anschluss mit einer weiteren Sondierungsfläche 140c. Die Widerstandswerte der entsprechenden Widerstände 170a,..., 170n RK sind kleiner als der Widerstandswert R sind jedoch dennoch ausreichend höher als ein entsprechender Widerstandswert eines der entsprechenden Testmuster 110a, 110n, wenn diese einen Leckstromfehler aufweisen.

Während des Betriebs der Teststruktur 100, wie sie in 1d gezeigt ist, wird die Sondierungsfläche 140c mit einer Referenzspannung, etwa 5 Volt Gleichspannung, oder einem anderen geeigneten Wert, der als VDD bezeichnet ist, versorgt, während die Sondierungsfläche 140b als das Massepotential dient, das auch die Referenz für die Spannung VDD und eine Ausgangsspannung sein kann, die an der Sondierungsfläche 140a erhalten wird. In dieser Schaltungsanordnung werden die entsprechenden Testmuster 110a,..., 110n als Schalter betrachtet, die die Spannung VDD dem zugeordneten Widerstand 122 zuführen, wenn ein Leckstromfehler nicht auftritt, oder die das Massepotential von der Umgehung des entsprechenden Widerstands 170a an den entsprechenden Widerstand 122 anlegen. Auf diese Weise ist die an der Sondierungsfläche 140a erfasste Spannung durch den digitalen Wert bestimmt, der durch den entsprechenden Status der Testmuster 110a,..., 110n erhalten wird. D. h., wenn kein Leckstromfehler auftritt, ist der entsprechende digitale Wert oder Muster „0, 0, ... 0" für die Testmuster 110a,..., 110n. Wenn beispielsweise ein entsprechender Fehler in dem letzten Testmuster 110n auftritt, ist der entsprechende digitale Wert „0, 0,..., 1", wodurch eine entsprechende niedrige Spannung an der Ausgangsfläche 140a erzeugt wird. In ähnlicher Weise ist für ein beliebiges anderes digitales Muster eine einzigartige Spannung an der Ausgangsfläche 140a abgreifbar. Folglich kann das Netzwerk aus Widerständen 120 als ein „digital-analog-Wandler" in Bezug auf den Status der entsprechenden Testmuster 110a,..., 110n betrachtet werden, die den digitalen Eingangswert repräsentieren, der die quasi-analoge Ausgangsspannung an der Sondierungsfläche 140a erzeugt. Somit wird ein hohes Maß an Flexibilität erhalten, da eine moderat große Anzahl an Testmuster gleichzeitig auf der Grundlage dreier Sondierungsflächen bewertet werden kann. Da ferner lediglich drei unterschiedliche Widerstandswerte, d. h. R, 2R und RK verwendet werden, ist die entsprechende Schaltungskonfiguration zum Bereitstellen der entsprechenden Widerstände relativ gering.

Auf der Grundlage der gemessenen Ergebnisse, die durch die Teststruktur 100 erhalten werden, kann ein geeigneter Entwurfsparameterwert und/oder ein Prozessablaufparameterwert für einen oder mehrere Parameter dafür eine spezielle betrachtete Metallisierungsstruktur erkannt werden. Ein entsprechender Parameterwert oder Werte können dann für das Ausführen einer Prozesssequenz verwendet werden, um damit entsprechende Metallisierungsstrukturen auf einer Vielzahl von Produktsubstraten zu erhalten.

Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Teststruktur und eine Messtechnik bereit, die das Bewerten mehrerer Testmuster ermöglicht, indem ein Widerstandsnetzwerk verwendet wird, wodurch die erforderliche Anzahl an Sondierungsflächen reduziert wird, wobei in einigen anschaulichen Ausführungsformen lediglich zwei Sondierungsflächen zum Abschätzen des Leckstromstatuts mehrerer Testmuster verwendet werden. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein hohes Maß an Flexibilität zum Testen von Prozess- und Entwurfsparametern erreicht, da das gleichzeitige Auftreten entsprechender Fehler in den Testmustern in einzigartiger Weise bestimmt werden kann, so dass die mehreren Parameter mit einer geringen Anzahl an Sondierungsflächen sondiert und überwacht und gesteuert werden können. Auf Grund der erhöhten Flexibilität und der deutlichen Verringerung der Substratfläche, die für entsprechende Sondierungsflächen erforderlich ist, kann die Steuerungseffizienz deutlich verbessert werden.

Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Forman der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.


Anspruch[de]
Leckstromteststruktur mit:

einem Substrat;

einem ersten Schaltungselement, das über dem Substrat ausgebildet ist und einen ersten Widerstandswert aufweist;

einem zweiten Schaltungselement, das über dem Substrat ausgebildet und einen zweiten Widerstandswert aufweist;

einer ersten Testanordnung und einer zweiten Testanordnung, die über dem Substrat gebildet sind;

einer ersten Sondierungsfläche und einer zweiten Sondierungsfläche, die über dem Substrat gebildet sind; und

einer Verbindungsstruktur, die über dem Substrat gebildet ist und das erste und das zweite Schaltungselement mit der ersten und der zweiten Testanordnung und der ersten und der zweiten Sondierungsfläche verbindet.
Leckstromteststruktur nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Schaltungselement in einer Bauteilebene gebildet sind, und wobei die erste und die zweite Testanordnung in einer Metallisierungsschicht ausgebildet sind, die über der Bauteilebene angeordnet ist. Leckstromteststruktur nach Anspruch 1, wobei die erste Testanordnung sich von der zweiten Testanordnung in Bezug auf ein spezifiziertes Entwurfskriterium unterscheidet. Leckstromteststruktur nach Anspruch 3, wobei das spezifizierte Entwurfskriterium eine Entwurfsabmessung mindestens einer Komponente in der ersten und zweiten Testanordnung repräsentiert. Leckstromteststruktur nach Anspruch 4, wobei die Entwurfsabmessung eine Abmessung eines Metallgebiets oder ein Abstand zwischen zwei benachbarten Metallgebieten ist. Leckstromteststruktur nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltungselement und die erste Testanordnung in Reihe zwischen der ersten Sondierungsfläche und der zweiten Sondierungsfläche angeschlossen sind. Leckstromteststruktur nach Anspruch 6, wobei das zweite Schaltungselement und die zweite Testanordnung in Reihe zwischen einem ersten Knoten und der zweiten Sondierungsfläche angeschlossen sind, wobei der erste Knoten durch das erste Schaltungselement und die erste Testanordnung definiert ist. Leckstromteststruktur nach Anspruch 6, wobei das zweite Schaltungselement und die zweite Testanordnung in Reihe zwischen der ersten Sondierungsfläche und der zweiten Sondierungsfläche angeschlossen sind. Leckstromteststruktur nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Widerstandswert unterschiedlich sind. Leckstromteststruktur nach Anspruch 1, wobei jeweils die erste und die zweite Testanordnung mit einer dritten Sondierungsfläche verbunden sind, die mittels einem Schaltungselement mit einem dritten Widerstandswert angeschlossen ist. Leckstromteststruktur mit:

einem Substrat;

mehreren Testmustern, die über dem Substrat ausgebildet sind;

mehreren Widerständen, die in oder über dem Substrat ausgebildet sind; und

einer ersten Sondierungsfläche und einer zweiten Sondierungsfläche, die über dem Substrat ausgebildet sind, wobei die mehreren Testmuster mit der ersten und der zweiten Sondierungsfläche über zumindest einige der mehreren Widerstände verbunden sind.
Leckstromteststruktur nach Anspruch 11, wobei die mehreren Widerstände in Reihe verbunden sind. Leckstromteststruktur nach Anspruch 11, wobei die mehreren Widerstände parallel zueinander angeschlossen sind und elektrisch mit einem Anschluss mit der ersten Sondierungsfläche und mit einem weiteren Anschluss mit einem entsprechenden der Testmuster verbunden sind. Leckstromteststruktur nach Anspruch 11, die ferner eine dritte Sondierungsfläche zum Zuführen einer Referenzspannung zu den mehreren Widerständen umfasst. Leckstromteststruktur nach Anspruch 14, wobei jedes Testmuster einen zugeordneten Widerstand aufweist, der mit der dritten Sondierungsfläche verbunden ist. Leckstromteststruktur nach Anspruch 15, wobei einige der mehreren Widerstände ein Netzwerk zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung zwischen der ersten und der zweiten Sondierungsfläche bilden, die von dem Status jedes der mehreren Testmuster abhängt. Verfahren mit:

Bilden einer Teststruktur über einem Substrat, das mehrere Testmuster aufweist;

Erhalten eines Messsignals von einer ersten Sondierungsfläche und einer zweiten Sondierungsfläche, wobei das Messsignal Information über einen Leckstromstatus jedes der mehreren Testmuster enthält; und

Bestimmen des Leckstromstatus für jedes der Testmuster auf der Grundlage der Information.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Bestimmen eines Parameterwertes eines oder mehrerer Prozesse einer Fertigungsprozesssequenz und/oder eines Parameterwertes einer oder mehrerer Entwurfsregeln auf der Grundlage des bestimmten Leckstromstatus. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst: Verwenden des bestimmten Parameterwertes eines oder mehrerer Prozesse der Fertigungsprozesssequenz und/oder eines Parameterwertes einer oder mehrerer Entwurtsregeln zur Bildung mehrerer Metallisierungsstrukturen von Halbleiterbauelementen. Verfahren nach Anspruch 17, wobei Bestimmen des Leckstromstatus für jede der mehreren Testmuster Bestimmen eines Gesamtwiderstands zwischen der ersten Sondierungsfläche und der zweiten Sondierungsfläche umfasst.






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