本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种测试结构，特别是一种在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构及测试电路。
背景技术：
随着信息技术的发展，对半导体器件的运算速度以及集成度的要求逐步提高，半导体制造技术不断向着高集成度、高密度及高性能方向发展，这也意味着半导体器件特征尺寸不断缩小。目前超大规模集成电路的特征尺寸已经在向22nm以下进军，基本上还在遵循着摩尔定律。但在实际生产过程中，随着器件特征尺寸的缩小短沟道效应、多晶硅耗尽效应及传统栅介质的穿通效应都将降低器件性能，这也使得高k金属栅和finfet等新型器件结构方案得到发展，其中金属栅可以消除多晶硅栅的耗尽效应，减小栅电阻，还能消除硼穿透，提高器件可靠性。
目前在金属栅的制造工艺中，对金属栅进行平坦化的工艺是化学机械抛光工艺（chemical-mechanicalpolishing，简称cmp）。cmp在延续摩尔定律方面起着中心作用，cmp能实现采用hkmg的先进晶体管制造、finfet、局部连接的先进触点、先进逻辑器件中的高迁移率沟道材料、先进dram中的bwl结构。在晶体管制造中，cmp现在必须满足厚度与均匀性要求，这些要求比以前加于这种应用的要求更加严格。栅极制造的过程中，在采用cmp除去金属层时，可能沿半导体晶片发生凹陷（dishing），而在采用回蚀刻时，可能腐蚀栅沟槽周围的绝缘材料，这导致非功能性的器件，降低产量。同时，cmp受到图形密度效应的影响，即在晶片上不同区域由于图形密度不同会造成抛光速率不同，导致图形密度较高的区域容易产生凹陷，从而导致金属栅的高度不一致，使器件的良率和一致性降低。因此，为了提高金属栅的制作工艺的稳定性和可靠性，需对金属栅的cmp工艺进行监控，使cmp研磨厚度具有一定的均匀性。
目前工艺中采用的测试结构比较简单，需要占用大量的焊盘个数单独对其进行测试，如图1所示。这种测试结构中的每个测试单元需连接一个两个焊盘，这种方式使其在测试的时候周围的测试环境对测试结果造成了一定的影响，也造成了芯片面积的浪费。如图2所示，为了测试结果的精确性，传统的结构还会采用四端法对其测试单元进行测试，这使得焊盘的数量成倍增加，大大浪费了芯片面积。
技术实现要素：
鉴于现有监测金属栅工艺的缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，用于监控cmp制程，可以更好的检测局部环境凹陷、侵蚀效应，同时该测试结构共用pad，大节省了芯片面积。
本实用新型提供一种在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，所述测试结构包括至少两个密度不同的测试单元和焊盘，所述测试单元中间为待测图形，待测图形两边分别各放置至少一个环境图形；所述所有待测图形的一端共接到共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的焊盘相连接。
作为进一步的改进，所述测试结构中所有测试单元的待测图形相同。
作为进一步的改进，所述同一测试单元的测试结构两边相互对称。
作为进一步的改进，所述所有测试单元的待测图形的一端共同与两个焊盘相连接，待测图形的另一端分别与两个不同的焊盘相连接，可用四端法进行测试。
作为进一步的改进，所述测试单元的待测图形宽度为：0.01-0.2um。
作为进一步的改进，所述测试单元的测试环境中环境图形的宽度为：0.01-0.5um。
作为进一步的改进，所述测试单元之间的间隔为：0.02-0.5um。
作为进一步的改进，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试测试单元的环境图形的宽度相同，数量与间隔不同。
作为进一步的改进，所述测试结构中不同测试单元的环境图形的数量或间隔等差值递增或递减。
作为进一步的改进，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试测试单元的环境图形数量相同，宽度与间隔不同。
作为进一步的改进，所述测试结构中不同测试单元的环境图形之间的宽度或间隔等差值递增或递减。
作为进一步的改进，所述所有待测图形的一端共接到一个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的一个焊盘相连接，即该测试结构用于二端法测试。
作为进一步的改进，所述所有待测图形的一端共接到两个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的两个焊盘相连接，即该测试结构用于四端法测试。
基于上述在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构而产生的一种测试电路，所述测试电路包括测试结构、电压源及电流采集单元；所述电压源、电流采集单元通过测试结构的焊盘连接到测试结构的待测图形。通过测试不同测试单元中待测图形的电流值得出其电阻值，通过对比不同测试单元电阻值的差异来监控cmp研磨不同环境所引起的凹陷和侵蚀效应。所测得的测试单元的电阻值差异越小，则说明cmp工艺中凹陷和侵蚀效应越小，研磨厚度比较一致；当所测得的电阻值差异过大时，凹陷和侵蚀效应越大，研磨厚度均匀性较差，则需要调整cmp工艺，以提高产品的良率。
本实用新型的有益效果在于：上述在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构一方面采用一端共用焊盘，可以消除测试结构周围大环境对测试带来的影响，同时也大大节省了芯片面积；另一方面设计了不同密度的测试单元，通过不同小环境下的测试对比，能够更好的监测局部环境凹陷和侵蚀效应，可以更加有效、准确的监控cmp制程，有助于更好地提高产品的良率。
附图说明
图1传统两端法用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构示意图；
图2传统四端法用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构示意图；
图3根据本发明一较佳实施例的一种用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构示意图；
图4根据本发明一较佳实施例的一种用于监测凹陷和侵蚀效应的测试电路示意图；
图5-图6根据本发明一较佳实施例的一种用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构测试结果图。
具体实施方式
名词解释说明：
本实用新型的“环境图形”是指待测图形两边的结构图形，在测试过程中主要用于考量在cmp工艺条件下其对待测图形电阻值的影响。
“密度”是指测试单元中单位面积内环境图形所占的面积比例。
“测试单元”是指由环境图形与待测图形组成；不同测试单元的环境图形密度不同，待测图形相同。
以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
参照本实用新型的说明书附图之图3－图4，依据本实用新型的一优选实施例的在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构被阐明。所述在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构包括六个密度不同的测试单元和若干焊盘，所述测试单元中间为待测图形，待测图形两边分别各放置四个环境图形；所述所有测试单元的待测图形相同；所述所有测试单元待测图形的一端共接至一个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的一个焊盘相连接。基于该测试结构采用二端法进行测试。
基于上述在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构而产生的一种测试电路，所述测试电路包括测试结构、一个电压源及一个电流采集单元；所述电压源、电流采集单元通过测试结构的焊盘连接到测试结构的待测图形。通过测试不同测试单元中待测图形的电流值得出其电阻值，通过对比不同测试单元的电阻值的差异来监控cmp研磨不同环境时所引起的凹陷和侵蚀效应。
本实施例选取了待测图形宽度为0.04um、环境图形宽度为0.032-0.5um、环境图形宽度依次递增、测试单元之间的间隔为0.2um进行了实际测量，其测试结果图5与图6所示。
由测试结果可以看出，环境图形宽度越高，其测试结构单元的密度越大，测试所得的待测图形的电阻值越大，说明cmp工艺制程中研磨程度越大，其凹陷侵蚀效应越明显，使生产出来的产品良率和一致性降低。当最小密度的测试单元所测得的电阻值与最大密度的测试单元所测的电阻值相差大于15%时，则需要对cmp工艺进行进一步的调整，以改善器件的研磨均匀性。
在一些实施例中，所述同一测试单元的测试结构两边相互对称。
在一些实施例中，所述所有测试单元的待测图形的一端共同与两个焊盘相连接，待测图形的另一端分别与两个不同的焊盘相连接，可用四端法进行测试。
在一些实施例中，所述测试单元的待测图形宽度为：0.01-0.2um。
在一些实施例中，所述测试单元的测试环境中环境图形的宽度为：0.01-0.5um，环境图形的间隔为：0.02-0.5um。
在一些实施例中，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试测试单元的环境图形的宽度相同，数量与间隔不同。
在一些实施例中，所述测试结构中不同测试单元的环境图形的数量或间隔等差值递增或递减。
在一些实施例中，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试测试单元的环境图形数量相同，宽度与间隔不同。
在一些实施例中，所述测试结构中不同测试单元的环境图形之间的宽度或间隔等差值递增或递减。
在一些实施例中，所述所有待测图形的一端共接到两个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的两个焊盘相连接，即该测试结构用于四端法测试。
本实用新型公开的测试结构一方面采用一端共用焊盘，可以消除测试结构周围大环境对测试带来的影响，同时也大大节省了芯片面积；另一方面设计了不同密度的测试单元，通过不同小环境下的测试对比，能够更好的监测局部环境凹陷和侵蚀效应，可以更加有效、准确的监控cmp制程，有助于更好地提高产品的良率。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。
1.一种在金属栅工艺中用于监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构包括至少两个密度不同的测试单元和焊盘，所述测试单元中间为待测图形，待测图形两边分别各放置至少一个环境图形；
所述的待测图形的一端共接到共享的焊盘，待测图形的另一端分别与各自的焊盘相连接。
2.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构中所有测试单元的待测图形相同。
3.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述同一测试单元的待测图形两侧的环境图形对称设置。
4.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试单元的环境图形的宽度相同，数量与间隔不同。
5.根据权利要求4所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构中不同测试单元的环境图形数量或间隔等差值递增或递减。
6.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构中所有测试单元所占面积相同，不同测试单元的环境图形数量相同，宽度与间隔不同。
7.根据权利要求6所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述测试结构中不同测试单元的环境图形之间的宽度或间隔等差值递增或递减。
8.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述所有待测图形的一端共接到一个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的一个焊盘相连接，即该测试结构用于二端法测试。
9.根据权利要求1所述的监测凹陷和侵蚀效应的测试结构，其特征在于，所述所有待测图形的一端共接到两个共享的焊盘，每个待测图形的另一端分别与各自的两个焊盘相连接，即该测试结构用于四端法测试。
10.一种监测凹陷和侵蚀效应的测试电路，其特征在于，所述测试电路包括权利要求1所述的测试结构、电压源及电流采集单元；所述电压源、电流采集单元通过测试结构的焊盘连接到测试结构的待测图形。
技术总结