CN102169141A

CN102169141A - 电容测试方法

Info

Publication number: CN102169141A
Application number: CN2010101134950A
Authority: CN
Inventors: 秦晓静; 蒋乐乐; 程玉华
Original assignee: Shanghai Research Institute of Microelectronics of Peking University
Current assignee: Shanghai Research Institute of Microelectronics of Peking University
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开了多层互连线系统中电容测试方法，以提高电容测试的精确度，其中该方法包括步骤：依照测试信号施加方式，给多层互连线系统中各互连线均施加测试信号；在每次施加测试信号后，测试该多层互连线系统的整体电容值；根据测试出的整体电容值，以及整体电容值和待测电容值的数量关系，计算出待测电容值。

Description

电容测试方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及多层互连线系统中电容测试方法。

背景技术

随着集成电路技术发展，同一芯片上互连线层数越来越多，已从三层四层发展到九层十层甚至更多层，随之而来的是，互连延迟逐渐成为影响集成电路发展的瓶颈。由于互连电容和互连电阻等互连线寄生参数对互连延迟有决定性影响，因此互连线寄生参数的测试日益得到关注。

目前业界进行电容测试的测试机台都是基于电桥原理测量，在机台的测试端只有两个端口，分别输出高电平(H)测试信号和低电平(L)测试信号，如果要测试两根互连线间的电容，则先将测试机台测试端的两个端口和这两根互连线各自的测试端(pad)连接，其中一个端口连接一个pad，然后测试机台测试出两个端口之间的电容值即为待测电容值。

图1为一种多层互连线结构的剖面图，该结构包括六层互连线，第一至第六层分别用M1～M6表示，图中标号ij代表互连线，i表示该互连线位于第i层，j表示该互连线是该层的第j根互连线，此外各层的第一根和第三根互连线连接在一起，i＝1，2，...，6；j＝1，2，3。

例如如果要测试第三层互连线与第四层互连线之间的层间电容C₄₃(见图1)，则可以将测试机台测试端的一个端口和互连线a 32连接，给其施加H测试信号，将另一个端口与互连线b 42连接，给其施加L测试信号，然后测试出两个端口之间的电容值作为层间电容C₄₃的电容值，但该测试方案中，由于互连线a 32和互连线b 42外的其它互连线处于悬空状态，当互连线a 32和互连线b 42上有信号时，这些悬空的互连线就会对这两条加信号的互连线(即互连线a 32和互连线b 42)感应出电荷，产生寄生电容，使得测试机台所量测到电容值包括不期望的这些寄生电容，使得测出的电容值有很大的误差，导致测试精度降低。

发明内容

本发明提供多层互连线系统中电容测试方法，以提高电容的测试精度。

本发明提供的电容测试方法对多层互连线系统中各个互连线均施加测试信号，测试出该多层互连线系统的整体电容值，然后根据整体电容值计算出层内电容和层间电容等待测电容值，避免了现有测试方案仅在待测电容连接的测试互连线上施加测试信号，使得其它未测试互连线悬空而与测试互连线之间产生寄生电容，干扰测试结果的问题。

本发明提供的电容测试方法通过对测试机台测试端的端口输出的原始测试信号进行分离，分离出和原始测试信号相同的多个测试信号，无需对现有测试机台进行修改即可给各个互连线施加测试信号，实施便利，成本低。

对于未共用pad的多层互连线系统，本发明提供的电容测试方案能够通过施加等电位测试信号消除寄生电容，并一次就能测试出待测电容。

对于共用pad的多层互连线系统，本发明提供的电容测试方案提出通过多次测试，采用相应的测试信号施加方式获得多个整体电容值，然后根据整体电容值获得待测电容值，解决了在共用pad多层互连线系统中无法单独给各个互连线施加相应测试信号来消除寄生电容的问题，消除了不期望的寄生电容对待测电容值的影响。

本发明提供的电容测试方案由于可以多次测试整体电容，并进行相应运算后同时获得层内电容值及层间电容值，所以提高了测试效率。

附图说明

图1为集成电路中多层互连线布局的剖面图；

图2为本发明第一实施例中层间电容分布及信号施加方式示意图；

图3a～3b为本发明实施例测试层间电容时电容分布及信号施加示意图；

图4a～4c为本发明实施例测试层内电容时电容分布及信号施加示意图。

具体实施方式

由于现有电容测试方案中，未测试的互连线悬空，会和测试的互连线产生寄生电容，影响测试结果，因此本发明提出可以在未测试互连线上施加电压来避免未测试互连线悬空对测试结果的影响，从而提高测试精确度，其中测试互连线是指需要测试电容的互连线，未测试互连线是指除测试互连线外的其它互连线。

基于该思路，本发明提出可以首先依照测试信号施加方式，给多层互连线系统中各互连线均施加测试信号，再在每次施加测试信号后，测试该多层互连线系统的整体电容值，然后根据测试出的整体电容值，以及整体电容值和待测电容值的数量关系，计算出待测电容值。

根据测试信号施加方式的不同，至少有两种方式测试电容，一种是单一测试，在未测试互连线上施加和相应测试互连线上电位相等的电压，基于等电位的互连线间不产生感应电荷的原理，消除未测试互连线和测试互连线之间的寄生电容，然后一次测试出的整体电容值，此时该整体电容值为测试互连线间的电容值即待测电容值；另一种是多次测试，即在所有互连线上多次施加电压，其中每次施加电压的方式不同，以获得多个整体电容测试结果，然后通过对多个测试结果相减或者相加减，去除未测试互连线间的电容以及未测试互连线和测试互连线之间的电容，获得测试互连线间的电容作为最终测试结果。

下面结合具体实施例对上述这两种方式进行详细阐述。

第一实施例，单一测试。

参照图2，以测试M3和M4之间的层间电容C₄₃为例，具体测试过程是：

将电容测试机台输出的原始测试信号H分成6个分支，每个分支均输出信号H；再将6个分支输出的信号H分别施加给互连线b42、互连线c41、互连线d52、互连线e51、互连线f62及互连线g61，由于互连线h43、互连线i53及互连线j63分别与互连线c41、互连线e51及互连线g61连接，因此互连线c41、互连线e51及互连线g61上也施加有信号H，至此互连线c41～互连线j63均施加上信号H；

将电容测试机台输出的原始测试信号L分成6个分支，每个分支均输出信号L；再将6个分支输出的信号L分别施加给互连线a32、互连线k31、互连线m22、互连线n21、互连线o12及互连线p11，由于互连线q33、互连线r23及互连线s13分别与互连线k31、互连线n21及互连线p11连接，因此互连线k31、互连线n21及互连线p11上也施加有信号L，至此互连线p11～互连线q33均施加有信号L；

由于互连线c41～互连线j63均施加有信号H，彼此电位相同，所以互连线c41～互连线j63之间不会产生感应电荷，此外互连线p11～互连线q33均施加有信号L，彼此电位相同，所以互连线p11～互连线q33之间也不会产生感应电荷。

然后电容测试机台测试H和L信号间的电容，作为层间电容C43，由于排除了互连线p11、互连线o12、互连线s13、互连线n21、互连线m22及互连线r23这些未测试互连线对互连线k31、互连线a32及互连线q33这些测试互连线的干扰电容影响，且排除了互连线e51、互连线d52、互连线i53、互连线g61、互连线f62及互连线j63这些未测试互连线对互连线c41、互连线b42及互连线h43这些测试互连线的干扰电容影响，因此此时测出的H和L之间的电容仅为测试互连线之间的电容，即M3和M4之间的层间电容C43，而未包含其它不期望的电容，所以测试出的层间电容C43的精确性和准确度均得到提高。

第二实施例，多次测试。

为了节省测试芯片面积，在有些情况下，并不是所有的互连线都使用独立的pad，为了某些特殊需要，可能会将pad共用，即部分互连线是连接至一个pad，则通过pad向互连线施加信号时，该信号就同时施加给该pad连接的所有互连线，此时就尤其需要采用多次测试方案，通过多次测试，并进一步计算获得待测电容，多次测试并不限制于pad共用的情况下，对于pad不共用的情况，多次测试方案也可以适用。

假设图2中的互连线p11和互连线s13与pad1相连，互连线m22与pad2相连，互连线k31和互连线q33与pad3相连，互连线b42与pad4相连，互连线e51和互连线i53与pad5相连，互连线f62与pad6相连，互连线o12、互连线a32及互连线d52与pad7相连，互连线n21，互连线c41，互连线g61与pad8相连(其中，互连线n21与互连线r23是连在一起的互连线，互连线c41与互连线h43是连在一起的互连线，互连线g61与互连线j63是连在一起的互连线)。

一、在这种连接方式下，如果要测第三层与其相邻上下两层(第二层和第四层)之间的总层间电容可以通过两次测试实现，此时，该总层间电容为C_3v＝C₂₃+C₄₃，其中C_3v代表总层间电容，C₂₃代表第三层和第二层之间的电容，C₄₃代表第三层和第四层之间的电容。

通过给对应的pad施加电位，分析电容分布，找出施加电位后整个互连线结构的总电容中除待测电容外还包含的其它电容，然后再换一种施加信号的方式，让这种情况下产生的电容只有所述其它电容，再用整个互连线系统的总电容减去所述其它电容即可得到待测电容值，具体步骤包括：

第一步，将“H”分成两个相同的“H”分别给pad3和pad8，将“L ”分成6个相同的“L”施加给其它pad。这样施加电位后整个互连线系统中存在的电容如图3a所示，测得的电容值是系统中总的电容值C′₃，在该电位施加方式下，总电容C′₃的电容值等于第三层与上下两层之间的层间电容C_3v 30的电容值及其它电容C″₃ 31的电容值相加。

第二步，给pad3和pad5加“H”，其余pad加“L”，这样施加电位后互连线系统中存在的电容如图3b所示，测得的电容值是此时系统中的总电容值，测得的电容即为C″₃ 31，所以第三层与上下两层之间的总层间电容C_3v为

C_3V＝C′₃-C″₃

二、在上述连接方式下，如果要测试第三层M3的层内电容C_3c，则可以采取下述步骤：

第一步，给pad3和pad7加“H”，给其他pad加“L”，测得的电容值记为C₃ ¹，这种情况下，测试结构中各条互连线之间存在的电容示意图为图4a，C₃ ¹即为图中的总电容，其由辅助电容41及待测电容C_3c 43构成。

第二步，给pad7加“H”，其它pad加“L”，测得的电容记为C₃ ²，C₃ ²则为图4b中所示的总电容，其由辅助电容41及层间电容42构成。

第三步，给pad3加“H”，其余pad加“L”，测得的电容记为C₃ ³，C₃ ³则为图4c中所示的总电容，其由层内电容C_3c 43和层间电容42构成。

则层内电容

此外由图4a～图4c可以看出：层内电容C_3c和层间电容42的差值等于C₃ ¹-C₃ ²；层内电容C_3c和层间电容42的和等于C₃ ³，因此可以解出层间电容42的值，即通过这三个测试步骤，还可以得到层间电容42的电容值。

上述实施例中的公式即整体电容值和待测电容值的数量关系可以通过分析电容分布确定出来。

上述实施例通过首先施加首轮测试信号获得包含未测试互连线之间电容值、未测试互连线与测试互连线之间电容值，以及测试互连线之间电容值的互连线系统整体电容值，然后通过施加后续测试信号，获得上述未测试互连线之间电容值，和未测试互连线与测试互连线之间电容值，然后从整体电容值中去除未测试互连线之间电容值，和未测试互连线与测试互连线之间电容值，从而获得测试互连线之间电容值即为待测电容值，由于该实施例在基于测试互连线来测试待测电容时，排除了未测试互连线的影响，其精确度和准确度均有提高。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种多层互连线系统中电容测试方法，其特征在于，包括：

依照测试信号施加方式，给多层互连线系统中各互连线均施加测试信号；

在每次施加测试信号后，测试该多层互连线系统的整体电容值；

根据测试出的整体电容值，以及整体电容值和待测电容值的数量关系，计算出待测电容值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加测试信号的步骤，具体包括：

将测试机台输出的原始测试信号，分离为多个与原始测试信号相同的测试信号；

依照预定测试信号施加方式，在多层互连线系统中各个互连线上施加该分离的测试信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据多层互连线系统中各互连线与各测试端(pad)的连接方式及待测电容，确定测试信号施加方式的步骤。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在各互连线未共用测试端(pad)的情况下，所述预定信号施加方式为：在待测电容一端连接的测试互连线上施加高电平测试信号，在待测电容另一端连接的测试互连线上施加低电平测试信号；且

在未测试互连线上施加和测试互连线等电位的测试信号，其中所述未测试互连线需满足条件：在所述未测试互连线悬空的情况下，所述未测试互连线与所述测试互连线之间将产生能干扰待测电容值的寄生电容。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在至少有两根互连线共用测试端(pad)的情况下，所述预定信号施加方式包括：

施加首轮测试信号，所述首轮测试信号能测试出包含未测试互连线之间电容值、未测试互连线与测试互连线之间电容值，以及测试互连线之间电容值的整体电容值；

施加后续测试信号，所述后续测试信号能测试出包含未测试互连线之间电容值、未测试互连线与测试互连线之间电容值的整体电容值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括根据测试信号施加方式确定整体电容值和待测电容值的数量关系的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测电容为层内电容。

8.如权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述待测电容为层间电容。