CN101673728B

CN101673728B - 双极型晶体管器件中接触孔或通孔电阻的测量模型和方法

Info

Publication number: CN101673728B
Application number: CN 200910194439
Authority: CN
Inventors: 王兵冰; 许丹
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: CN101673728A

Abstract

本发明提出一种双极型晶体管器件中接触孔或通孔电阻的测量模型和方法，用于测量晶体管器件后端工艺中的接触孔和通孔的电阻值，测量模型由多个电阻器件组成。测量接触孔的电阻值需要设计一组不同长度和宽度的多晶硅电阻或扩散电阻，测量通孔的电阻值需要设计一组不同长度和宽度的金属电阻。多晶硅电阻由多晶硅层、接触孔和金属引出组成；扩散电阻由N型或P型扩散层、接触孔和金属引出组成。接触孔位于多晶硅层或扩散层和金属层之间，用于多晶硅电阻或扩散电阻的引出。金属电阻由某层金属，通孔和金属引出组成，通孔位于两层金属之间，用于下层金属电阻的引出。在每个电阻的两个电阻引出端加电压，测量通过这些电阻的电流。

Description

双极型晶体管器件中接触孔或通孔电阻的测量模型和方法

技术领域

本发明涉及一种测量电阻的测量模型和方法，更涉及测量一种SiGe工艺制程的双极型晶体管中接触孔或通孔的测量模型和方法。

背景技术

晶体管工艺制程中需要接触孔(contact)和通孔(via)作为器件的引出之用，接触孔和通孔是不同层之间的连接部分，接触孔在多晶硅(poly)或扩散层(diffusion active area)和金属(metal)之间，而通孔是在金属和金属之间。

在SiGe工艺的晶体管制造过程中，需要监控接触孔或通孔的电阻。已有的测量接触孔或通孔电阻的测量模型如图1和图2所示。

图1所示为现有技术中的测量接触孔电阻的测量模型。测量模型包括N+/P+扩散区硅化物电阻层(或多晶硅硅化物电阻层)101、金属层102，接触孔103，金属引出104和105(直到到工艺中的最高层金属或测试时所用的最高层金属)。当然，晶体管器件还包括在硅片里掺杂P型离子而形成的P阱，和器件间的STI隔离。

当欲测量晶体管器件中的接触孔103的电阻时，通常是从通过金属层102上的金属引出104、105上加电压V，电流会流经金属层102、接触孔103和N+/P+扩散区硅化物电阻层或多晶硅硅化物电阻层101，以及金属引出104和105，测量流经电阻的电流I，即可得出电流流经的这些金属层102、接触孔103和N+/P+扩散区硅化物电阻层或多晶硅层101，以及金属引出104和105所构成的电阻值R，R＝V/I。

在通常的测量工序中，由于金属引出和多晶硅层的电阻值较低，忽略不计，这样，单个接触孔103的电阻值Rc＝R/n(n为电流流经路径中接触孔103的个数，例如图1所示的测量模型中，接触孔的个数为6)。

图2所示为现有技术中的测量通孔电阻的简易测量模型。

测量通孔电阻的测量模型与测量接触孔电阻的测量模型相似。图2中，通孔203连接第n层金属层M_n和第n+1层金属层M_n+1，测量通孔203的电阻时，从通过第n+1层金属层M_n+1的金属引出204、205上加电压V，测量流经第n+1层金属层M_n+1、通孔203和第n层金属层M_n的电流I，忽略金属层的电阻，从而计算出通孔电阻Rv，Rv＝V/n*I(n为电流流经路径中通孔203的个数)

这样的计算方法只能够对单个的接触孔或者通孔进行粗略的测量和计算，当接触孔或通孔电阻值很小的时候，这种测量方法的误差较大，无法准确测量出具体的接触层的电阻值。

发明内容

本发明提出一种SiGe双极型晶体管工艺中接触孔或通孔电阻值的测量模型和方法，能够解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种测量模型，用于测量SiGe双极型晶体管中的接触孔和通孔电阻值。对于接触孔电阻，测量模型包括一组不同长度和宽度的多晶硅电阻或扩散层电阻。电阻由多晶硅层或扩散层、金属引出和接触孔组成。接触孔位于多晶硅层或扩散层和金属层之间，和金属引出一起用于多晶硅电阻或扩散电阻的引出。在每个电阻两端的金属引出上加电压，测量流经这些电阻的电流。通过数学拟合得到接触孔的电阻值。

本发明还提出一种应用如权利要求1所述的测量模型的测量方法，用于测量晶体管器件中的接触孔的电阻值，包括以下步骤：

a.在电阻两端的金属引出上加电压V；

b.测量流经电阻的电流I；

c.根据公式R＝V/I，计算电阻器件的电阻值R；

d.多次在具有不同长、宽的多晶硅层的电阻器件上重复步骤a～c；

e.根据多个电阻器件的电阻值R和这些电阻器件的长宽比绘出曲线；以及

f.曲线的截距即为两倍接触层的电阻值Rc。

本发明另外提出与前文所述相似的通孔的电阻值的测量模型和方法。

本发明采用新的测量模型来提取晶体管中接触孔或通孔的电阻值，相较于先前技术忽略多晶硅层和金属层的电阻值，本发明的方案能够更加准确地描绘出接触孔或通孔的电阻值。

附图说明

图1所示为现有技术中的测量接触孔电阻值的测量模型；

图2所示为现有技术中的测量通孔电阻值的简易测量模型；

图3所示为本发明较佳实施例中测量接触孔电阻值的测量模型；

图4所示为本发明较佳实施例中根据图3中的模型测量得到的数据拟合得到的曲线；

图5所示为本发明较佳实施例中测量通孔电阻值的测量模型；

图6所示为本发明较佳实施例中测量得到的数据拟合得到的曲线；

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图3所示为本发明较佳实施例中测量接触孔电阻值的测量模型。

与先前技术中测量流经多个接触孔的总电阻值再平均的做法不同，本实施例通过多次测量不同宽度(W)和长度(L)的电阻器件的电阻，拟合相应的曲线，曲线的截距是接触孔的电阻。

图3中电阻器件的其他结构例如P阱、STI隔离等在此不再一一赘述。本实施例中包括多个电阻器件300a～300c，每个电阻器件300a～300c包括多晶硅层或扩散层301a～301c、多晶硅层或扩散层301a～301c两端的接触孔303和连接于接触孔303的金属引出302、304。每组电阻器件中的多晶硅层或扩散层301a～301c具有不同的宽度和长度。

欲测量接触孔303的电阻值Rc时，分别在每组电阻器件300a～300c的两端金属引出304a～304c上加压，测得流经每个电阻器件300a～300c的电流I，由R＝V/I计算出每组电阻器件300a～300c的电阻值R，再根据

R＝Rsh*L/W+2Rc (1)

进行数学拟合，得到R和L/W的关系曲线，如图4所示。

公式(1)中，Rsh为所测量的这组电阻器件的方块电阻，是多晶硅层单位长L、宽W所具有的电阻值，当电阻器件的其他电阻特性不变，仅多晶硅层的长L、宽W改变时，多晶硅层或扩散层的电阻值可以表达为Rsh*L/W；Rc为接触孔电阻值；R为根据所测得的电流I和所施加的电压V计算所得电阻的电阻值。

由公式(1)可知，Rc为不变值，Rsh也为不变值，所绘出的曲线如图4所示为一元一次方程直线，该直线的斜率为多晶硅层或扩散层的方块电阻Rsh，而截距即为两倍的接触件电阻值Rc。

至此，接触孔的电阻值Rc能够由拟合出的曲线清楚准确地得到。

图5所示为本发明较佳实施例中测量通孔电阻值的测量模型。

本实施例中测量通孔电阻值的测量模型与测量接触孔电阻值的测量模型相似，包括多个金属电阻器件400a～400c，每个金属电阻器件400a～400c均包括第n层金属层M_n1～M_n3、第n层金属层M_n1～M_n3两端的通孔403和与通孔403连接的金属引出M_n+1及404a～404c。

每组金属电阻器件400a～400c中的第n层金属层M_n1～M_n3具有不同长度L和宽度W。测量时，在各对金属引出404a～404c上分别加电压V，测得流经每组金属电阻器件400a～400c的电流I，金属电阻器件400a～400c的电阻值R＝V/I。

根据

R＝Rsh*L/W+2Rv (1)

进行数学拟合，得到R和L/W的关系曲线，如图6所示。

由该公式可得，图6中曲线的斜率为第n层金属层的方块电阻Rsh，截距为两倍的通孔的电阻值Rv。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种测量模型，该测量模型运用于测量双极型晶体管器件中的接触孔电阻值，其特征是，该测量模型包括：

多个电阻器件，每个该电阻器件包括：

多晶硅层或扩散层；

金属引出，用于电阻测量时外加偏值电压；

接触孔，在该多晶硅层和该金属引出之间或扩散层和该金属引出之间，位于该多晶硅层或扩散层的两端和金属引出一起用于电阻的引出；

其中每组该电阻器件中的该多晶硅层或扩散层具有不同的长度和宽度。

2.根据权利要求1所述的测量模型，其特征是，该模型适用于SiGe工艺的双极型晶体管。

3.一种应用如权利要求1所述的测量模型的测量方法，用于测量SiGe双极型晶体管器件中的接触孔的电阻值，其特征是，包括以下步骤：

a.在连接到某一电阻器件的该金属引出的两端加电压V；

b.测量该电阻器件的电流I；

c.根据公式R＝V/I，计算该电阻器件的电阻值R；

d.多次在具有不同长、宽的多晶硅层或扩散层的电阻器件上重复步骤a～c；

e.根据数学模型，拟合出多个不同尺寸电阻器件的电阻值R和这些多晶硅层或扩散层的长宽比之间的相关曲线；以及

f.该曲线的截距即为两倍该接触孔的电阻值Rc。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征是，其中该电阻器件的电阻值R与多晶硅层或扩散层的长和宽，即L和W的关系表示为：

R＝Rsh*L/W+2Rc，

其中Rsh为电阻器件的方块电阻。

5.一种测量模型，该测量模型运用于测量双极型晶体管器件中的通孔电阻值，其特征是，该测量模型包括：

多个金属电阻器件，每个该金属电阻器件包括：

第n层金属层；

第n+1层金属层；

通孔，位于该第n层金属层和该第n+1层金属层之间，在第n层金属的两端；以及

多对金属引出，作为电阻的引出用于电阻测量时外加偏值电压，其中每组该电阻器件中的该第n层金属层具有不同的长度和宽度。

6.根据权利要求5所述的测量模型，其特征是，该测量模型适用于SiGe工艺的双极型晶体管。

7.一种应用如权利要求5所述的测量模型的测量方法，用于测量双极型晶体管器件中的通孔的电阻值，其特征是，包括以下步骤：

a.在连接到某一电阻器件的该金属引出上加电压V；

b.测量流经该金属电阻器件的电流I；

c.根据公式R＝V/I，计算该电阻器件的电阻值R；

d.多次在具有不同长、宽的第n层金属层的电阻器件上重复步骤a～c；

e.根据数学模型，拟合出多个不同长度电阻的电阻值R和这些电阻的长之间的相关曲线；以及

f.该曲线的截距即为两倍的该孔的电阻值Rv。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征是，其中电阻器件的电阻值R与第n层金属层的长和宽，即L和W的关系表示为：

R＝Rsh*L/W+2Rv，

其中Rsh为电阻器件的方块电阻。