CN106206343B

CN106206343B - 半导体器件测试方法

Info

Publication number: CN106206343B
Application number: CN201510230999.3A
Authority: CN
Inventors: 殷原梓
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2019-01-25
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: CN106206343A

Abstract

本发明提供一种半导体器件测试方法，包括如下步骤：在待测区域的周围形成若干个缓冲垫，所述缓冲垫自下至上包括一介质层和一金属层；将半导体器件置于扫描电镜的样品室中，控制扫描电镜的探针向所述缓冲垫下针，并根据扫描电镜控制系统中显示的缓冲垫的明暗确定探针是否与缓冲垫接触，所述探针与缓冲垫接触之后，停止下针；将所述探针分别移到邻近的所述接触电极，并分别与相应的所述接触电极接触，在每个所述探针上加不同的偏压，从而测试半导体器件的电学特性。本发明中，使得探针先下针到缓冲垫，可以避免针尖弯曲，保证测试的准确，并且，根据缓冲垫图像的明暗判断探针是否与缓冲垫接触，确定探针下针的位置，便于测试。

Description

半导体器件测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试与分析技术领域，尤其涉及一种半导体器件测试方法。

背景技术

随着半导体工艺的发展，半导体器件的尺寸正在逐步成比例缩小，其关键尺寸变得越来越小，逐渐从90nm到45nm再到28nm，对于关键尺寸越来越小的半导体器件，其引出的接触电极的关键尺寸也越来越小。

通常采用扫描电镜系统测试半导体器件的电学性能，具体而言，是将半导体器件放置于扫描电镜的样品室中，使扫描电镜的探针与半导体器件的接触电极接触，并为接触电极提供电压，从而测试半导体器件的电学性能。

然而，随着接触电极关键尺寸的减小，其需采用的探针也越来越小，并且针尖更加尖细，例如，对于28nm工艺的半导体器件，接触电极的关键尺寸仅为40nm，需要使用的探针的曲率半径仅为35nm，针尖的角度为20°，因此，探针在与接触电极接触测试半导体器件的电学特性时针尖容易弯曲。并且，由于接触电极通常是采用金属铜制作而成，而金属铜的材质硬度较大，因此，当扫描电镜的探针与半导体器件的接触电极接触时，探针极易弯曲。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种半导体器件测试方法，避免测试过程中扫描电镜的探针的针尖弯曲的现象，从而保证测试的精确。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体器件测试方法，包括：

半导体器件的待测区域中包括若干接触电极，在所述待测区域的周围形成若干个缓冲垫，所述缓冲垫自下至上包括一介质层和一金属层；

将半导体器件置于扫描电镜的样品室中，控制扫描电镜的探针向所述缓冲垫下针，并根据扫描电镜控制系统中显示的所述缓冲垫的明暗确定所述探针是否与所述缓冲垫接触，所述探针与缓冲垫接触之后，停止下针；

将所述探针分别移到邻近的所述接触电极，并分别与相应的所述接触电极接触，在每个所述探针上加不同的偏压，从而测试半导体器件的电学特性。

可选的，形成的所述缓冲垫的个数为4个。

可选的，所述缓冲垫为矩形，所述缓冲垫的长度为2μm-5μm，所述缓冲垫的宽度为2μm-5μm。

可选的，所述金属层的材料为铝。

可选的，所述金属层的厚度为500nm-800nm。

可选的，所述介质层的材料为二氧化硅。

可选的，所述介质层的厚度为500nm-800nm。

可选的，所述金属层部分覆盖所述介质层。

可选的，所述缓冲垫与所述接触电极之间相距1μm-3μm。

可选的，当扫描电镜中显示的缓冲垫为亮时，所述探针与所述缓冲垫接触；当扫描电镜中显示的缓冲垫为暗时，所述探针与所述缓冲垫不接触。

可选的，当扫描电镜中显示的缓冲垫由暗变亮时，所述探针与所述缓冲垫接触，控制所述探针停止下针。

本发明的半导体器件测试方法，先将扫描探针进针到缓冲垫上，之后将探针移到接触电极，由于缓冲垫上的金属层的延展性好，并且更加柔软，因此探针的针尖与金属层接触时不容易弯曲。进一步的，缓冲垫中的介质层将金属层与半导体器件绝缘隔离，使得根据扫描电镜中显示的缓冲垫的明暗可以确定探针是否与缓冲垫接触，从而判断探针下针的位置，方便操作。

附图说明

图1为本发明半导体器件测试方法的流程图；

图2为本发明半导体器件测试方法一实施例中半导体器件结构的俯视图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的半导体器件测试方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

本发明的核心思想在于，在待测试区域的周围形成若干个缓冲垫，在测试过程中，先将扫描探针进针到缓冲垫上，之后将探针移到接触电极，由于缓冲垫上的金属层的延展性较好，并且金属层更加柔软，因此探针的针尖与金属层接触时不容易产生弯曲。另一方面，缓冲垫中的介质层将金属层与半导体器件绝缘隔离，使得根据扫描电镜系统中显示图像的电压对比原理，可以由扫描电镜中显示的的缓冲垫的明暗来确定探针是否与缓冲垫接触，从而判断探针的位置，便于测试。

本发明的半导体器件测试方法的流程图参考图1所示，并且下文结合图2对半导体器件测试方法的各步骤进行具体说明。

首先，执行步骤S1，参考图2所示，提供待测试的半导体器件10，半导体器件10中的待测区域11中包括若干接触电极12。在本实施例中，以所述半导体器件10为MOS晶体管为例进行说明，从而所述待测区域11中包括有半导体衬底、源极、漏极以及栅极(图中均未示出)，并且，所述半导体衬底、所述源极、所述漏极、以及所述栅极均通过接触电极12引出，所述接触电极12的材料可以为金属铜或者金属钨，而且，根据引出的部分的不同，所述接触电极12的大小尺寸可以不同。本领域技术人员可以理解的是，所述半导体器件10中的待测试区域11并不限于为MOS晶体管，还可以是三极管，或者MOS晶体管与三极管组合，本发明对此不做限定。此外，本实施例中的半导体器件10可以包括多个MOS晶体管或者三极管等结构，可以根据实际需要，选择其中一个进行测试，或者选择多个进行测试。

接着，在所述待测区域11的周围形成若干个缓冲垫20，所述缓冲垫20自下至上包括一介质层21和一金属层22。在聚焦离子束设备中，采用化学气相沉积工艺形成所述介质层21和所述金属层22，由于聚焦离子束设备中可以直接观察半导体器件的表面形貌，因此，可以在半导体器件中的指定位置处形成缓冲垫20。其中，形成的所述缓冲垫20可以为矩形，缓冲垫20的长度例如为2μm-5μm，形成的所述缓冲垫20的宽度例如为2μm-5μm。其中，所述介质层21的材料为二氧化硅。所述介质层21的厚度为500nm-800nm，所述金属层22的材料为铝金属，所述金属层22的厚度为500nm-800nm。在本实施例中，由于MOS晶体管中的半导体衬底、源极、漏极和栅极上的接触电极均需要引出，因此，对于MOS晶体管的测试，需要在所述待测区域11周围形成4个所述缓冲垫20。本领域技术人员可以理解的是，所述金属层22的材料并不限于为铝金属，只要选用的金属材料柔软、延展性较好，亦在本发明保护的思想范围之内。此外，所述缓冲垫20的形状并不限于矩形，还可以为正方形、圆形等。

之后，执行步骤S2，将半导体器件10置于扫描电镜的样品室中，进行扫描电镜的抽真空、加电场等常规操作方法，从而得到半导体器件的表面形貌，并且，将扫描区域移动待测区域11附近，观察到待测区域11以及缓冲垫20。之后，通过扫描电镜的操作系统，控制扫描电镜的探针向所述缓冲垫20下针，使得探针位于缓冲垫20的上方。由于缓冲垫中的铝金属层22的延展性能较好，并且相对于探针的钨金属，铝金属的材质较柔软，从而探针与缓冲垫20接触的过程中，探针的针尖不会产生弯曲。

扫描电镜成像的原理是：采用电子束打在样品上，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品中的二次电子发射，二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。当某一区域上的二次电子多时，其在扫描电镜中的成像是亮的，而某一区域上的二次电子少时，其在扫描电镜中的成像是暗的，此为扫描电镜的电压对比原理。然而，在本实施例进行测试时，所述半导体器件10接地，所述金属层22部分覆盖所述介质层21。从而保证所述介质层21将所述金属层22与所述半导体器件10绝缘隔离，从而所述金属层22上可以积累电荷，从而金属层22上的二次电子少，使得缓冲垫20在扫描电镜中的成像为暗。而当探针下针到与缓冲垫20接触时，由于探针接地，从而使得缓冲垫20中的正电荷导向地端，从而该缓冲垫20上的二次电子积累多，使得该缓冲垫20在扫描电镜中的成像为亮。因此，本实施例中，运用扫描电镜的电压对比原理，可以根据扫描电镜中缓冲垫20的亮暗判断探针是否与缓冲垫20接触，从而确定探针进针的位置。当针尖与缓冲垫20接触时，缓冲垫由暗变亮，此时控制探针停止下针，可以防止针尖因下针过程中的惯性而进一步进入缓冲垫20中，从而更进一步防止因接触造成的针尖弯曲。另一方面，确定探针进针的位置，可以明确探针下针到缓冲垫20上，而没有出现偏移，可以便于之后移动探针，进行后续的测试。

执行步骤S3，利用扫描电镜的控制系统，将所述探针分别移到邻近的所述接触电极，需要说明的是，本发明中设置所述缓冲垫20与所述接触电极12之间相距1μm-3μm，在探针可移动的范围之内，从而便于探针准确的移动到接触电极12所在的位置。在探针进到缓冲垫20后，将探针移动到与该探针待测区域中邻近的一个接触电极12。本实施例中，需要四个探针，因此，将四个探针分别依次移动到相应的接触电极12，即将MOS晶体管中的半导体衬底、源极、漏极和栅极一一引出，通过探针为半导体衬底、源极、漏极和栅极提供电压，从而进行后续的电学特性的测量。例如，可以在四个探针上加上不同的偏压，从而测量MOS晶体管的输出特性曲线、转移特性曲线等，此为本领域技术人员可以理解的，在此不再赘述。通过测得的输出特性曲线等判断MOS晶体管的性能，从而得到半导体器件的良率，并可以为工艺生产条件的选择提供参考。

需要说明的是，所述缓冲垫的个数并不限于为四个，例如，当需要的测试的半导体器件不是MOS晶体管，或者测试的半导体器件的电压输入点是两个或三个时，其形成的缓冲垫可以相应的设置为两个或三个。

综上所述，本发明的半导体器件测试方法，探针与缓冲垫的接触可以避免针尖弯曲，保证测试的准确，并且，根据缓冲垫图像的明暗判断探针是否与缓冲垫接触，确定探针下针的位置，便于测试。

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

1.一种半导体器件测试方法，其特征在于，包括：

将半导体器件置于扫描电镜的样品室中，控制扫描电镜的探针向所述缓冲垫下针，并根据扫描电镜控制系统中显示的所述缓冲垫的明暗确定所述探针是否与所述缓冲垫接触，所述探针与缓冲垫接触之后，停止下针,其中所述缓冲垫的所述金属层的延展性高于所述探针的金属延展性；

2.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述缓冲垫的个数为4个。

3.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述缓冲垫为矩形，所述缓冲垫的长度为2μm-5μm，所述缓冲垫的宽度为2μm-5μm。

4.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述金属层的材料为铝。

5.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述金属层的厚度为500nm-800nm。

6.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述介质层的材料为二氧化硅。

7.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述介质层的厚度为500nm-800nm。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述金属层部分覆盖所述介质层。

9.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，所述缓冲垫与所述接触电极之间相距1μm-3μm。

10.如权利要求1所述的半导体器件测试方法，其特征在于，当扫描电镜中显示的缓冲垫为亮时，所述探针与所述缓冲垫接触；当扫描电镜中显示的缓冲垫为暗时，所述探针与所述缓冲垫不接触。

11.如权利要求10所述的半导体器件测试方法，其特征在于，当扫描电镜中显示的缓冲垫由暗变亮时，所述探针与所述缓冲垫接触，控制所述探针停止下针。