CN113009226A - 一种获取接触电阻的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种获取接触电阻的方法及装置，首先获取待测界面的微观组织信息，而后将微观组织信息输入预先训练的函数模型中，获取待测界面的接触电阻。这样，利用待测界面的微观组织信息以及预先训练的函数模型能够直接获得待测界面的接触电阻，突破现有的WAT测试方法无法测试特定位置的接触电阻的限制。

Description

一种获取接触电阻的方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种获取接触电阻的方法及装置。

背景技术

接触电阻Rc是导体间呈现的电阻，接触电阻直接影响器件的电学性能，通过对接触电阻进行测试与监控是调节芯片性能、反映器件工艺制程的重要手段之一。

目前常采用晶片允收测试(wafer acceptance test，WAT)方法测试接触电阻，但是该方法仅能够得到某区间段内的接触电阻的总和，无法测试特定位置的接触电阻。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种获取接触电阻的方法及装置，以获取待测位置的接触电阻。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种获取接触电阻的方法，包括：

获取待测界面的微观组织信息，所述微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度；

将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得所述待测界面的接触电阻。

可选的，所述将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型之前，所述方法还包括：

获取所述函数模型的训练集，所述训练集包括：已知界面的微观组织信息和所述已知界面的接触电阻；

利用所述训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系；

根据所述映射关系确定所述函数模型的模型参数。

可选的，所述已知界面包括：不同材料之间的界面，相同材料不同物相之间的界面以及相同物相不同晶粒之间的界面。

可选的，所述已知界面的接触电阻的获取方法包括：

获取所述已知界面的膜层结构，所述膜层结构包括至少两个膜层；

根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取所述已知界面的接触电阻。

可选的，所述待测界面为3D NAND存储器中金属层和通孔之间的接触界面，或者不同金属层之间，或者不同通孔之间的接触界面。

可选的，所述获取待测界面的微观组织信息包括：

采用聚焦离子束技术制备目标样品，所述目标样品包括所述待测界面；

通过透射菊池衍射技术测试所述待测界面的微观组织信息。

一种获取接触电阻的装置，包括：

第一获取单元，用于获取待测界面的微观组织信息，所述微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度；

处理单元，用于将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得所述待测界面的接触电阻。

可选的，还包括：

第二获取单元，用于在将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型之前，获取所述函数模型的训练集，所述训练集包括：已知界面的微观组织信息和所述已知界面的接触电阻；

学习单元，用于利用所述训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系；

确定单元，用于根据所述映射关系确定所述函数模型的模型参数。

可选的，所述第二获取单元包括：

第一子获取单元，用于获取所述已知界面的膜层结构，所述膜层结构包括至少两个膜层；

第二子获取单元，用于根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取所述已知界面的接触电阻。

可选的，所述第一获取单元包括：

制备单元，用于采用聚焦离子束技术制备目标样品，所述目标样品包括所述待测界面；

测试单元，用于通过透射菊池衍射技术测试所述待测界面的微观组织信息。

本发明实施例提供的一种获取接触电阻的方法，首先获取待测界面的微观组织信息，而后将微观组织信息输入预先训练的函数模型中，获取待测界面的接触电阻。这样，利用待测界面的微观组织信息以及预先训练的函数模型能够直接获得待测界面的接触电阻，突破现有的WAT测试方法无法测试特定位置的接触电阻的限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了根据本发明实施例一种接触结构的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例一种获取接触电阻的方法的流程示意图；

图3示出了根据本发明实施例一种函数模型训练过程的流程示意图；

图4示出了根据本发明实施例一种获取接触电阻的装置的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例一种获取接触电阻的装置的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例一种获取接触电阻的装置的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例一种获取接触电阻的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术的描述，目前常采用晶片允收测试(wafer acceptance test，WAT)方法测试接触电阻，但是该方法仅能够得到某区间段内的接触电阻的总和，无法测试特定位置的接触电阻。具体的，参考图1所示，图1示出了一种接触结构，包括第一金属102、第二金属104和第三金属106，为了便于描述，将在X方向上延伸的金属统称为第一金属102，将在Z方向上延伸的金属统称为第二金属104，将在Y方向上延伸的金属统称为第三金属106。

第二金属104的一端与第一金属102接触，第二金属104的另一端与第三金属106接触，将第二金属104与第一金属102接触的界面称为第一接触界面，第一接触界面的电阻称为第一接触电阻，将第二金属104和第三金属106接触的界面称为第二接触界面，第二接触界面的电阻称为第二接触电阻，图中的接触结构包括四个第一接触界面和四个第二接触界面。则现有的WAT测试方法只能获得该接触结构的总接触电阻，即四个第一接触电阻和四个第二接触电阻的加和，而无法获得其中一个接触界面的接触电阻，例如一个第一接触界面的第一接触电阻或者一个第二接触界面的第二接触电阻。

为此，本申请实施例提供一种获取接触电阻的方法，首先获取待测界面的微观组织信息，而后将微观组织信息输入预先训练的函数模型中，获取待测界面的接触电阻。这样，利用待测界面的微观组织信息以及预先训练的函数模型能够直接获得待测界面的接触电阻，突破现有的WAT测试方法无法测试特定位置的接触电阻的限制。

为了便于理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的说明。

参考图2所示，在步骤S01中，获取待测界面的微观组织信息。

待测界面可以是不同材料之间的接触界面，也可以是相同材料不同物相之间的界面以及相同物相不同晶粒之间的界面。具体的，可以为金属和金属之间的接触界面，例如钨和钨之间的接触界面，或者钨和铜之间的接触界面，也可以为金属和半导体之间的接触界面，例如钨和多晶硅之间的接触界面，或者不同制备方法的相同材料的界面，例如ALD(atomlayer deposition，原子层沉积)方法制备的钨和CVD(chemical vapour deposition，化学气相沉积)方法制备的钨，或者相同材料相同制备方法、不同工艺条件所制备薄膜的界面，例如退火时间长的铜和退火时间短的铜之间的界面。半导体芯片的结构是在硅衬底上制作各种器件，为了将器件连接在一起，通常在器件上设置金属层，而后通过通孔将金属层连接在一起，以实现器件的连接，或者金属层之间的互连实现器件的连接。此处的通孔为填充有金属材料或半导体材料的通孔，因而此处的金属与金属之间接触界面可以理解为金属层和金属层之间的接触界面，或者金属层和通孔之间的接触界面，或者通孔和通孔之间的接触界面，此处的金属和半导体之间的接触界面可以理解为金属层和通孔之间的接触界面，或者通孔和通孔之间的接触界面。本实施例中待测界面可以为3D NAND存储器中金属层与通孔之间的接触界面，或者不同材料金属层之间的接触界面，或者不同通孔之间的接触界面。

本实施例中，微观组织信息可以包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶界缺陷密度。通常，晶界长度指晶界界面的长度，晶粒尺寸指闭合晶界形成晶粒的大小，晶界缺陷密度指界面单位面积内的缺陷数量。具体的，可以通过电子背散射衍射(Electron BackscatteredDiffraction，EBSD)获取待测界面的微观组织信息，也可以通过利用透射菊池衍射(Transmission Kikuchi Diffraction，TKD)获取待测界面的微观组织信息。而且，由于TKD特定测试条件下的极限空间分辨率为5-10nm，角度分辨率为0.2°，因而通过TKD能够较为精确识别并计算晶粒晶界、取向及缺陷信息等。

在具体的应用中，可以先通过聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)制备目标样品，目标样品为包含待测界面的样品。具体的，利用聚焦离子束从前后两个方向加工，最后在中间留下一个薄的区域作为目标样品，通常目标样品的尺寸可以为80nm-110nm。而后，利用TKD测试待测界面的微观组织信息。通过FIB制备样品以及TKD测试待测界面的微观组织信息耗费的时间较短，通常FIB制备样品仅需2h，TKD测试样品仅需1h。

在步骤S02中，将微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得待测界面的接触电阻。

为了便于理解本申请的技术方案，下面将结合附图先介绍一种函数模型的训练过程。

参考图3所示，在步骤101中，获取函数模型的训练集，训练集包括：已知界面的微观组织信息和已知界面的接触电阻。

本实施例中，已知界面是指能够确定微观组织信息以及接触电阻的界面。已知界面的数量可以为多个，此处，已知界面的微观组织信息包括晶界长度、晶粒尺寸和晶界缺陷密度。具体的，可以通过EBSD或者TKD获取已知界面的微观组织信息。具体的，可以通过FIB制备包含已知界面的样品，而后，利用BESD或者TKD测试待测界面的微观组织信息。

已知界面的接触电阻的获取方式，可以为，获取已知界面的膜层结构，膜层结构至少包括两个膜层。为了便于理解，以金属层和通孔之间的膜层结构进行举例说明，例如金属层包括第一金属层和第二金属层，第二金属层和通孔中的填充材料接触，则已知界面的膜层结构可以理解为第一金属层和第二金属层之间的接触界面，以及第二金属层和通孔之间的接触界面。

随后，根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取已知界面的接触电阻。具体的，可以为，设计含已知界面的半成品试样，此处的半成品试样是指可以只包含已知界面不包含其他结构的样品，利用半成品试样进行已知界面的接触电阻的测试，无需形成其他结构，简化工艺和成本。而后，获取已知界面的膜层结构，并根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取已知界面的接触电阻。

本实施例中，金属层和通孔之间的膜结构包括三个膜层，例如A/B/C三种金属膜层，具体的，可以为第一金属层和第二金属层之间的接触界面以及第二金属层和通孔之间的接触界面。首先，可以设计A/B试样以及B/C试样，即包含A金属和B金属之间的接触界面的试样，以及B金属和C金属之间的接触界面的试样。而后，获取A/B试样的电阻以及B/C试样的电阻，A/B试样的电阻包括A金属本身的电阻、B金属本身的电阻以及A金属和B金属之间的接触界面的接触电阻，B/C试样的电阻包括B金属本身的电阻、C金属本身的电阻以及B金属和C金属之间的接触界面的接触电阻。

在具体的应用中，可以通过公式(1)获取A金属和B金属之间的接触界面的接触电阻，公式(1)如下：

Rc＝(R/N)-*(LA/WA)*RsA-(LB/WB)*RsB (1)

Rc表示A金属和B金属之间的接触界面的接触电阻；R表示A/B试样的总电阻；LA表示A/B试样中材料A的长度；WA表示A/B试样中材料A的宽度；RsA表示A/B试样中材料A的方块电阻。LB表示A/B试样中材料B的长度；WB表示A/B试样中材料B的宽度；RsB表示A/B试样中材料B的方块电阻。

通过公式(2)计算B金属和C金属之间的接触界面的接触电阻，公式(2)如下：

Rc＝(R/N)-*(LB/WB)*RsB-(LC/WC)*RsC (2)

Rc表示B金属和C金属之间的接触界面的接触电阻；R表示B/C试样的总电阻；LB表示B/C试样中材料B的长度；WB表示B/C试样中材料B的宽度；RsB表示B/C试样中材料B的方块电阻。LC表示B/C试样中材料C的长度；WC表示B/C试样中材料C的宽度；RsC表示B/C试样中材料C的方块电阻。

A/B试样的方块电阻包括A金属的方块电阻和B金属的方块电阻，B/C试样的方块电阻包括B金属的方块电阻和C金属的方块电阻，方块电阻Rs可以由公式(3)获取，公式如下：

Rs＝ρ·W/(THK·L) (3)

式中，ρ表示电阻率；W表示宽度；THK表示厚度；L表示长度。

因而根据公式(3)可以获得A金属、B金属、C金属的方块电阻，进而获得A/B试样的方块电阻，B/C试样的方块电阻。

电阻率ρ的获取方式，具体的，根据Matthiessen定则，电阻率ρ＝ρ_T+ρ₀，ρ_T表示与温度相关的部分，主要是电子散射和声子散射，可以理解为晶体内部点阵对电子的阻碍；ρ₀表示与杂质、缺陷有关的电阻率，例如点缺陷、线缺陷、面缺陷等。根据M-S(Mayadas-Shatzke)模型仅考虑本底散射和晶界散射时的电阻率，利用反射系数R表示晶界对电阻率的影响，即

ρ＝ρ₀/3[1/3-α/2+α²-α³1n(1+α^-1)]^-1 (4)

式中，R为晶界反射系数，表示电子经过晶界反射后垂直电场方向的几率，可以取0.45；ρ₀为本底散射电阻率。

α由公式(4)获得，公式如下：

α＝I₀R·d^-1(1-R)^-1 (5)

式中，I₀为块体金属的平均电子自由程；d为晶粒尺寸。

在具体的应用中，已知界面可以包括不同材料之间的接触界面，以及相同材料之间的接触界面，例如可以为金属和金属之间的接触界面，也可以为金属和半导体之间的接触界面。为了提高获取接触电阻的准确性，函数模型的训练集可以包括多种材料之间的接触界面和该多种材料对应的接触电阻。

在步骤102中，利用训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系。

在获取已知界面的微观组织信息和已知界面的接触电阻之后，利用已知界面的微观组织信息和已知界面的接触电阻学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系。

以A/B/C三种金属膜层为例，根据上述公式(4)获取A金属的电阻率、B金属的电阻率以及C金属的电阻率，并根据公式(1)获得A金属和B金属的接触界面的接触电阻，根据公式(2)获得B金属和C金属的接触界面的接触电阻。而后，建立待测界面的微观组织信息与A/B/C三种金属膜层的接触电阻的相关性函数，即金属膜层结构的微观组织信息与接触电阻的相关性函数。

具体的，微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度，映射关系可以包括晶界长度与接触电阻的相关性，晶粒尺寸与接触电阻的相关性，晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，晶界长度以及晶粒尺寸与接触电阻的相关性，晶界长度以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，晶粒尺寸以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，境界长度、晶粒尺寸以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性。

在步骤103中，根据映射关系确定函数模型的模型参数。

上述101、102以及103是函数模型的训练过程。

将待测界面的微观组织信息输入函数模型，函数模型中保存有多种接触界面以及对应的接触电阻的映射关系，函数模型能够对输入的待测界面的微观组织信息进行处理，输出待测界面的接触电阻。因而，利用待测界面的微观组织信息以及预先训练的函数模型能够直接获得待测界面的接触电阻，突破现有的WAT测试方法无法测试特定位置的接触电阻的限制。

在具体的应用中，映射关系可以包括晶界长度与接触电阻的相关性，晶粒尺寸与接触电阻的相关性，晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，晶界长度以及晶粒尺寸与接触电阻的相关性，晶界长度以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，晶粒尺寸以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性，境界长度、晶粒尺寸以及晶界缺陷密度与接触电阻的相关性。因而，通过向函数模型中输入待测界面的晶界长度、晶粒尺寸以及晶界缺陷密度中的至少一个，便可以获取待测晶面的接触电阻。

此外，发明人发现，在3DNAND制造工艺中，存在很多纳米结构，例如部分金属线线宽处于一百纳米范围，接触和通孔的直径处于几十个纳米范围内，而且制造工艺的发展，金属线、接触、通孔等的尺寸不断缩小。而WAT测试通过可移动的纳米探针选择目标地址的衬垫(pad)作为电信号接入点，检测电流电压信号，但是现有的纳米探针的尺寸相对较大，仅能够测试几十纳米尺寸的接触电阻，导致利用纳米探针技术测试接触电阻的方法遇到瓶颈。利用本申请实施例提供的获取接触电阻的方法，不仅能够获取特定位置的接触电阻，而且能够弥补纳米探针无法实现更小尺寸的纳米结构的接触电阻的测试的短板。

以上对本申请实施例提供的一种获取接触电阻的方法进行了详细的描述，本申请实施例还提供一种获取接触电阻的装置，参考图4所示，包括：

第一获取单元401，用于获取待测界面的微观组织信息，所述微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度；

处理单元402，用于将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得所述待测界面的接触电阻。

本实施例中，参考图5所示，还包括：

第二获取单元501，用于在将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型之前，获取所述函数模型的训练集，所述训练集包括：已知界面的微观组织信息和所述已知界面的接触电阻；

学习单元502，用于利用所述训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系；

确定单元503，用于根据所述映射关系确定所述函数模型的模型参数。

本实施例中，参考图6所示，所述第二获取单元501包括：

第一子获取单元601，用于获取所述已知界面的膜层结构，所述膜层结构包括至少两个膜层；

第二子获取单元602，用于根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取所述已知界面的接触电阻。

本实施例中，参考图7所示，所述第一获取单元401包括：

制备单元701，用于采用聚焦离子束技术制备目标样品，所述目标样品包括所述待测界面；

测试单元702，用于通过透射菊池衍射技术测试所述待测界面的微观组织信息。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种获取接触电阻的方法，其特征在于，包括：

获取待测界面的微观组织信息，所述微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度；

将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得所述待测界面的接触电阻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型之前，所述方法还包括：

获取所述函数模型的训练集，所述训练集包括：已知界面的微观组织信息和所述已知界面的接触电阻；

利用所述训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系；

根据所述映射关系确定所述函数模型的模型参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述已知界面包括：不同材料之间的界面，相同材料不同物相之间的界面以及相同物相不同晶粒之间的界面。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述已知界面的接触电阻的获取方法包括：

获取所述已知界面的膜层结构，所述膜层结构包括至少两个膜层；

根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取所述已知界面的接触电阻。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述待测界面为3D NAND存储器中金属层和通孔之间的接触界面，或者不同金属层之间的接触界面，或者不同通孔之间的接触界面。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述获取待测界面的微观组织信息包括：

采用聚焦离子束技术制备目标样品，所述目标样品包括所述待测界面；

通过透射菊池衍射技术测试所述待测界面的微观组织信息。

7.一种获取接触电阻的装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取待测界面的微观组织信息，所述微观组织信息包括：晶界长度、晶粒尺寸和/或晶面缺陷密度；

处理单元，用于将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型，获得所述待测界面的接触电阻。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

第二获取单元，用于在将所述微观组织信息输入预先训练的函数模型之前，获取所述函数模型的训练集，所述训练集包括：已知界面的微观组织信息和所述已知界面的接触电阻；

学习单元，用于利用所述训练集学习微观组织信息和界面的接触电阻的映射关系；

确定单元，用于根据所述映射关系确定所述函数模型的模型参数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元包括：

第一子获取单元，用于获取所述已知界面的膜层结构，所述膜层结构包括至少两个膜层；

第二子获取单元，用于根据每一个膜层本身的电阻以及相邻膜层之间的接触电阻，获取所述已知界面的接触电阻。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元包括：

制备单元，用于采用聚焦离子束技术制备目标样品，所述目标样品包括所述待测界面；

测试单元，用于通过透射菊池衍射技术测试所述待测界面的微观组织信息。

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