CN104425303B - 测量导电层厚度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种测量导电层厚度的方法，包括：使一第一探针和一第二探针扎入待测导电层中，所述第一探针和所述第二探针之间的间距为L1；在所述第一探针和所述第二探针上施加预定电压U1；测量流经所述第一探针和所述第二探针的电流值I1；提供已知厚度的标准导电层的测量数据，所述标准导电层与待测导电层的材料相同，所述标准导电层的厚度为d，所述标准导电层相距为L的两点上施加预定电压U时，流经该两点的电流值为I；待测导电层的厚度d1=I1L1Ud/（ILU1）。本发明提供的测量导电层厚度的方法可有效测量金属层的厚度。

Description

测量导电层厚度的方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及到一种测量导电层厚度的方法。
背景技术
随着集成电路的飞速发展，单位面积上半导体器件的数量不断增加，对工艺参数的监控变得愈加严格。以形成金属层为例，需要对金属层的厚度进行检测。
现有技术中，已经开发出电涡流法、X射线吸收法、X荧光法、激光超声检测等技术。但是电涡流法和激光超声检测的测量精度不高，X射线吸收法和X荧光法具有放射性而不适宜在一般的环境中应用。
因此需要一种有效测量金属层厚度的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种测量导电层厚度的方法，包括：
使一第一探针和一第二探针扎入待测导电层中，所述第一探针和所述第二探针之间的间距为L1；
在所述第一探针和所述第二探针上施加预定电压U1；
测量流经所述第一探针和所述第二探针的电流值I1；
提供已知厚度的标准导电层的测量数据，所述标准导电层与待测导电层的材料相同，所述标准导电层的厚度为d，所述标准导电层相距为L的两点上施加预定电压U时，流经该两点的电流值为I；
待测导电层的厚度d1=I1L1Ud/（ILU1）。
可选的，所述第一探针和所述第二探针扎入待测导电层中的深度应至少使流经所述第一探针和所述第二探针的电流值I1达到最大值。
可选的，所述第一探针和所述第二探针设置于探头下表面，所述第一探针和所述第二探针垂直所述探头的下表面。
可选的，所述第一探针和所述第二探针位于同一平面内。
可选的，所述第一探针为一根，所述第一探针固定于所述探头外。
可选的，所述第一探针与所述第二探针的长度相同。
可选的，所述第二探针为两根以上，各第二探针与第一探针之间的间距不同，所述第二探针可缩入所述探头内。
可选的，所述第二探针为四根。
可选的，各第二探针与所述第一探针之间的间距分别为1mm、2mm、4mm和8mm。
可选的，测量在预定电压U1下流经各第二探针和所述第一探针的电流值，对所述电流值与间距的函数进行线性回归，得到间距为L1时，流经第二探针和所述第一探针的电流值I1。
可选的，所述待测导电层为Cu层、Al层或Ta层。
可选的，所述待测导电层的厚度为
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本技术方案使第一探针与一第二探针扎入待测导电层中，并在所述第一探针和所述第二探针上施加预定电压，测量流经所述第一探针和该第二探针的电流值，由于所述电流值与待测导电层的厚度、预定电压呈正比，而与所述第一探针与该第二探针间的间距成反比，只要通过与标准导电层的测量数据进行对比得到待测导电层的厚度。该测量导电层厚度的方法便捷，因此可有效测量导电层的厚度。
附图说明
图1是本发明第一实施例中测量导电层厚度的设备的示意图；
图2为图1中所述探头下表面的仰视图；
图3是本发明第一实施例中第一探针和第二探针扎入待测导电层中的示意图；
图4是本发明第一实施例中第一探针和第二探针扎入待测导电层深度与流经第一探针和第二探针的电流的函数关系图；
图5是本发明第一实施例中第一探针和另一第二探针扎入待测导电层中的示意图；
图6是本发明第二实施例中经线性回归后得到的流经第一探针和第二探针的电流与第一探针和第二探针之间的间距的函数关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参考图1和图2，本实施例测量导电层厚度的方法中使用的设备1，包括：
探头10；
位于所述探头10下表面101的一第一探针21；
位于所述探头10下表面101的第二探针221、222、223和224。
本实施中第二探针的数量不限于四根，在其他实施例中，第二探针也可以为一根以上包含一根的其他任一数量。
在本实施例中，如图2所示，所述探头10下表面101为圆形平面。
在具体实施例中，所述第一探针21与第二探针221、222、223和224的长度相同。
各第二探针与第一探针21之间的间距可以相同，也可以不同。当各第二探针与第一探针21之间的间距相同时，各第二探针可以分布在以第一探针21为圆心的圆周上。
在本实施例中，各第二探针与第一探针21之间的间距不同。如图1和图2所述，在本实施例中，所述第二探针为四根，分别为第二探针221、第二探针222、第二探针223和第二探针224，第二探针221与所述第一探针21之间的间距为1mm，第二探针222与所述第一探针21之间的间距为2mm，第二探针223与所述第一探针21之间的间距为4mm，第二探针224与所述第一探针21之间的间距为8mm。
在具体实施例中，所述第一探针21和第二探针221、222、223和224位于同一平面内。参考图2，即所述第一探针21和第二探针221、222、223和224在所述探头10下表面101上的投影位于同一直线上。
在具体实施例中，所述第一探针21和第二探针221、222、223和224垂直所述探头10的下表面101。
第二探针221、222、223和224可缩入所述探头10内。
在本实施例中，所述第一探针21固定于所述探头10外，即所述第一探针21只能位于所述探头10外，不能缩入所述探头10内。
在其他实施例中，所述第一探针21也可以缩入所述探头10内。
第一实施例
本实施例提供一种测量导电层厚度的方法，包括：
参考图1，提供所述的设备1。
参考图3，使所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中。
在具体实施例中，所述第二探针为两根以上。所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中时，其他第二探针缩入所述探头10内，以保证只有所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中。
所述第一探针21和该第二探针221之间的间距为L1（未标出）。
在具体实施例中，所述待测导电层30为Cu层、Al层或Ta层，所述待测导电层30的厚度为
然后，在所述第一探针21和第二探针221上施加预定电压U1，由于所述第一探针21和第二探针221已通过所述待测导电层30连接，所以所述第一探针21和第二探针221之间产生电流。
测量流经所述第一探针21和第二探针221的电流值I1。
参考图4，流经所述第一探针21和第二探针221的电流值在所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30的初始阶段，随着所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30深度的增加而逐渐变大。这是因为第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30内的深度过浅时，第一探针21和第二探针221与待测导电层30的接触不良导致的。
当第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30内H深度时，电流值I1达到最大。这时，第一探针21和第二探针221与待测导电层30的接触良好。因此，为了得到准确的流经所述第一探针21和第二探针221的电流值，所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中的深度应至少使流经所述第一探针21和第二探针221的电流值I1达到最大值，即扎入的深度至少为H。图4中，H是使流经所述第一探针21和第二探针221的电流值I1达到最大值的临界值的标号，不代表第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中深度的实际值。
由于导体的电阻R=ρL/S，ρ为导体的电阻率，S为导体的横截面积，L为导体的长度。再由欧姆定律I=U/R，可以得到S=ρIL/U。
所以待测导电层30的横截面积S1=ρ1I1L1/U1。
其中S1=d1w1。其中d1为待测导电层30的厚度，w1为待测导电层30的宽度。
提供已知厚度的标准导电层的测量数据，所述标准导电层与待测导电层30的材料相同，所以待测导电层30的电阻率ρ1与标准导电层的电阻率ρ相同。
所述标准导电层的厚度为d，所述标准导电层相距为L的两点上施加预定电压U时，流经该两点的电流值为I。
所以待测导电层30的横截面积S=ρIL/U。
其中S=dw。其中d为标准导电层的厚度，w为标准导电层的宽度。
在标准导电层的两点上施加电压时，并非标准导电层的所有区域都能进行导电，而是只有靠近该两点的区域才能形成电流而成为导电区。同理，待测导电层30上只有导电区形成电流。
待测导电层30和标准导电层中形成的导电区中，导电区的宽度可以认为近似相等，即w1=w。
通过以上分析，可以得到待测导电层30的厚度d1=I1L1Ud/（ILU1）。
参考图5，在其他实施例中，也可以使所述第一探针21和第二探针222扎入待测导电层30中，其他第二探针缩入探头10中，对待测导电层30的厚度进行测量。
其测量方法可以参考上述使所述第一探针21和第二探针221扎入待测导电层30中测量待测导电层30厚度的测量方法。
在其他实施例中，还可以使所述第一探针21和任一其他第二探针扎入待测导电层30中，其他第二探针缩入探头10中，对待测导电层30的厚度进行测量。
在其他实施例中，所述第一探针21也可以缩入所述探头10内。可以任选两第二探针扎入待测导电层30中，所述第一探针21和其他第二探针缩入探头10中，对待测导电层30的厚度进行测量。
第二实施例
本实施例与第一实施例的区别在于：
使用线性回归得到流经所述第一探针21和与其相距L1的第二探针的电流值I1。
参考图1，设备1包括第二探针221、第二探针222、第二探针223和第二探针224。其中，第二探针221与所述第一探针21之间的间距为1mm，第二探针222与所述第一探针21之间的间距为2mm，第二探针223与所述第一探针21之间的间距为4mm，第二探针224与所述第一探针21之间的间距为8mm。
测量在预定电压U1下流经各第二探针和所述第一探针21的电流值。
由第一实施例中分析可知，在预定电压一定的条件下，流经第二探针和所述第一探针21的电流值与该第二探针和所述第一探针21之间的间距成反比。
例如，在预定电压U1下，流经第二探针221和所述第一探针21的电流值为I2；在预定电压U1下，流经第二探针222和所述第一探针21的电流值为I3；在预定电压U1下，流经第二探针223和所述第一探针21的电流值为I4；在预定电压U1下，流经第二探针224和所述第一探针21的电流值为I5。由于第二探针221与所述第一探针21之间的间距为1mm，第二探针222与所述第一探针21之间的间距为2mm，第二探针223与所述第一探针21之间的间距为4mm，第二探针224与所述第一探针21之间的间距为8mm。所以I2/I3=2mm/1mm=2，I2/I4=4mm/1mm=4，I2/I5=8mm/1mm=8。
但在实际中，测量流经第二探针和所述第一探针21的电流值时，不可能完全没有误差，为了减小测量的电流值的误差减小，本实施例采用线性回归的方法对所述电流值与间距的函数进行线性回归。
如图6所示，图6中的直线为线性回归后所得到的。
然后在所述直线上任意取一点A，该点A表示了第一探针21与第二探针的间距为L1时，流经第一探针21与该第二探针的电流值为I1。
然后参考第一实施例，将所得值与标准导电层的参数代入公式d1=I1L1Ud/（ILU1），得到待测导电层30的厚度d1。
在其他实施例中，所述第一探针21也可以缩入所述探头10内。可以任选两第二探针扎入待测导电层30中，所述第一探针21和其他第二探针缩入探头10中，对待测导电层30的厚度进行测量；以及将任一第二探针和第一探针21扎入待测导电层30中，其他第二探针缩入探头10中，对待测导电层30的厚度进行测量；然后采用线性回归的方法对所述电流值与间距的函数进行线性回归，得到间距为L1时，电流值为I1。然后参考第一实施例，将所得值与标准导电层的参数代入公式d1=I1L1Ud/（ILU1），得到待测导电层30的厚度d1。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种测量导电层厚度的方法，其特征在于，包括：
使一第一探针和一第二探针扎入待测导电层中，所述第一探针和所述第二探针之间的间距为L1；
在所述第一探针和所述第二探针上施加预定电压U1；
测量流经所述第一探针和所述第二探针的电流值I1；
提供已知厚度的标准导电层的测量数据，所述标准导电层与待测导电层的材料相同，所述标准导电层的厚度为d，所述标准导电层相距为L的两点上施加预定电压U时，流经该两点的电流值为I；
待测导电层的厚度d1＝I1L1Ud/(ILU1)；所述第一探针和所述第二探针扎入待测导电层中的深度应至少使流经所述第一探针和所述第二探针的电流值I1达到最大值且保持稳定。
2.如权利要求1所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针设置于探头下表面，所述第一探针和所述第二探针垂直所述探头的下表面。
3.如权利要求2所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第一探针和所述第二探针位于同一平面内。
4.如权利要求2或3所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第一探针为一根，所述第一探针固定于所述探头外。
5.如权利要求1所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第一探针与所述第二探针的长度相同。
6.如权利要求2所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第二探针为两根以上，各第二探针与第一探针之间的间距不同，所述第二探针可缩入所述探头内。
7.如权利要求6所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述第二探针为四根。
8.如权利要求7所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，各第二探针与所述第一探针之间的间距分别为1mm、2mm、4mm和8mm。
9.如权利要求6所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，测量在预定电压U1下流经各第二探针和所述第一探针的电流值，对所述电流值与间距的函数进行线性回归，得到间距为L1时，流经第二探针和所述第一探针的电流值I1。
10.如权利要求1所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述待测导电层为Cu层、Al层或Ta层。
11.如权利要求10所述的测量导电层厚度的方法，其特征在于，所述待测导电层的厚度为
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