CN113777405B - 测试方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例涉及半导体领域，提供一种测试方法，至少可以包括：提供层叠导电基底和待测接触孔，待测接触孔包括依次排列的第一接触孔、第二接触孔、第三接触孔和第四接触孔；提供流经第一接触孔和第四接触孔的第一激励电流，且检测第二接触孔顶端与第三接触孔顶端之间的第一电压差值，以及根据第一电压差值和第一激励电流得到第一电阻值；提供流经第二接触孔和第三接触孔的第二激励电流，且检测第二接触孔顶端与第三接触孔顶端之间的第二电压差值，以及根据第二电压差值和第二激励电流得到第二电阻值；根据第一电阻值和第二电阻值获取待测接触孔与导电基底的接触电阻。本申请实施例有利于准确测量待测接触孔与导电基底的接触电阻。
Description
技术领域
本申请实施例涉及半导体领域，特别涉及一种测试方法。
背景技术
在集成电路芯片的制造过程中，需要对已制备的成品晶圆或半成品晶圆的性能进行测试验证，晶圆性能包括导电通路的路径电阻，路径电阻由不同导电结构的电阻和不同导电结构之间的接触电阻组成。在过往经验中，常认为导电结构自身电阻远大于接触电阻，以至于路径电阻的计算常常忽略接触电阻，这导致最终计算得到的路径电阻精度较低。
此外，在采用纳米探针台对晶圆性能进行测试时，探针的使用还会引入新的接触电阻，若对电阻测量结果的精度要求较高，还需要排除探针引入的接触电阻的影响。
发明内容
本申请实施例提供一种测试方法，至少有利于准确测量待测接触孔与导电基底的接触电阻。
根据本申请一些实施例，本申请实施例提供一种测试方法，至少可以包括：提供导电基底、分立的多个待测接触孔以及多根探针，所述待测接触孔的底端与所述导电基底接触，所述待测接触孔包括依次排列的第一接触孔、第二接触孔、第三接触孔和第四接触孔，所述探针包括第一激励探针、第二激励探针、第一检测探针和第二检测探针；通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供第一激励电流，所述第一激励电流流经所述第一接触孔、所述导电基底以及所述第四接触孔；通过所述第一检测探针和所述第二检测探针检测第二接触孔顶端与所述第三接触孔顶端之间的第一电压差值，以及根据所述第一电压差值和所述第一激励电流的电流值得到第一电阻值；通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供第二激励电流，所述第二激励电流流经所述第二接触孔、所述导电基底和所述第三接触孔；通过所述第一检测探针和所述第二检测探针检测第二接触孔顶端与所述第三接触孔顶端之间的第二电压差值，以及根据所述第二电压差值和所述第二激励电流的电流值得到第二电阻值；根据所述第一电阻值和所述第二电阻值获取所述待测接触孔与所述导电基底的接触电阻。
在一些实施例中，通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供激励电流，包括：通过所述第一激励探针施加所述激励电流，以及通过所述第二激励探针施加低电位，以使所述激励电流从所述第一激励探针流向所述第二激励探针。
在一些实施例中，所述待测接触孔的材料与所述导电基底的材料不同。
在一些实施例中，在所述第一激励电流的流通方向上，所述待测接触孔的横截面为矩形。
在一些实施例中，提供所述导电基底和所述待测接触孔的工艺步骤包括：提供依次层叠的导电基底、第一钝化层和第二钝化层，所述待测接触孔位于所述第一钝化层内，且贯穿所述第一钝化层并与所述导电基底相接触，所述第二钝化层覆盖所述待测接触孔顶面；至少去除部分所述第二钝化层以暴露所述待测接触孔顶面。
在一些实施例中，采用聚焦离子束去除部分所述第二钝化层，形成分立的多个通孔，每一所述通孔暴露对应的一所述待测接触孔的顶面。
在一些实施例中，测试方法还包括：形成填充满所述通孔的延伸层，探针通过所述延伸层与所述待测接触孔的顶面电接触。
在一些实施例中，形成所述延伸层的工艺步骤包括：沉积金属化合物并利用聚焦离子束还原所述金属化合物中的金属原子，以形成所述延伸层。
在一些实施例中，所述延伸层的材料与所述待测接触孔的材料相同。
在一些实施例中，所述待测接触孔包括自下向上堆叠的第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分和所述导电基底之间，在所述第一激励电流的流通方向上，所述第二部分的横截面积大于所述第一部分的横截面积。
在一些实施例中，在所述第一激励电流的流通方向上，所述第一部分的横截面为圆形，所述第二部分的横截面为矩形。
在一些实施例中，所述第二部分由相接触的初始接触孔和填充部组成，所述初始接触孔和所述填充部为独立的不同结构，所述填充部环绕所述初始接触孔顶部，所述填充部与被环绕的部分所述初始接触孔组成所述第二部分，剩余部分所述初始接触孔作为所述第一部分。
在一些实施例中，提供所述待测接触孔的工艺步骤包括：提供依次层叠的导电基底和钝化层，所述钝化层内具有分立的多个初始接触孔，所述初始接触孔贯穿所述钝化层；去除部分所述钝化层以形成多个分立的凹槽，每一所述凹槽环绕对应的所述初始接触孔顶部；形成填充满所述凹槽的所述填充部，所述填充部与所述初始接触孔的接触电阻小于所述初始接触孔与所述导电基底的接触电阻，所述填充部与所述初始接触孔构成所述待测接触孔。
在一些实施例中，所述导电基底的材料包括金属材料、金属化合物以及掺杂半导体。
在一些实施例中，在同一工艺步骤中形成所述凹槽和所述填充部。
本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
上述技术方案中，采用不同的探针分别施加激励电流和检测不同待测接触孔之间的电压差，有利于避免引入探针与待测接触孔之间的第一接触电阻，保证第一电阻值和第二电阻值均不包含第一接触电阻；此外，通过单独计算获取激励电流流经导电基底所引起的压降，有利于计算得到电流回路中导电基底部分的阻值，进而排除导电基底的阻值对测量待测接触孔与导电基底之间的第二接触电阻的影响，保证第二接触电阻的测量准确性。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1至图7为本申请实施例提供的测试方法各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1至图7为本申请实施例提供的测试方法各步骤对应的结构示意图。
参考图1和图2，测试方法包括：提供导电基底10、分立的多个待测接触孔11以及多根探针，待测接触孔11的底端与导电基底10接触，待测接触孔11包括依次排列的第一接触孔111、第二接触孔112、第三接触孔113和第四接触孔114，探针包括第一激励探针211、第二激励探针212、第一检测探针221和第二检测探针222；通过第一激励探针211和第二激励探针212提供第一激励电流，第一激励电流流经第一接触孔111、导电基底10以及第四接触孔114；通过第一检测探针221和第二检测探针222检测第二接触孔112顶端与第三接触孔113顶端之间的第一电压差值，以及根据第一电压差值和第一激励电流的电流值得到第一电阻值；通过第一激励探针211和第二激励探针212提供第二激励电流，第二激励电流流经第二接触孔112、导电基底10和第三接触孔113；通过第一检测探针211和第二检测探针212检测第二接触孔112顶端与第三接触孔113顶端之间的第二电压差值，以及根据第二电压差值和第二激励电流的电流值得到第二电阻值；根据第一电阻值和第二电阻值获取待测接触孔11与导电基底10的接触电阻。
上述测试方法中，以第一激励电流为例，通过探针施加激励电流指的是：第一激励电流先从第一接触孔111顶端流至底端，再从第一接触孔111底端经过导电基底10流至第四接触孔114底端，以及从第四接触孔114底端流至第四接触孔114顶面。其中，探针与对应的待测接触孔11的顶端可以是直接接触或间接接触，顾名思义，间接接触指的是探针通过位于待测接触孔11顶端的其他导电介质与待测接触孔11的顶端电连接。
此外，在通过探针提供激励电流时，探针与对应的待测接触孔11形成电流回路，不同激励电流对应的待测接触孔11不同，在通过探针检测电压差时，探针与对应的待测接触孔11形成电压回路，可以理解的是，不同电压差对应待测接触孔11不同。电流回路内的电流(即激励电流)较大，电流流经导电结构及其接触界面所造成的压降较为明显；电压回路内的电流较小，电流流经导电结构和接触界面所造成的压降可以忽略不计。在电压回路内，第一检测探针221和第二检测探针222共同起到电压表的作用，第一检测探针221和第二检测探针222的电压差值由激励电流流经电压回路中的部分路径引起，示例性地，由导电基底10引起。
为了表达上的简洁，后续采用“第一接触电阻”指代探针与待测接触孔11之间的接触电阻，采用“第二接触电阻”指代待测接触孔11与导电基底10之间的接触电阻。可以理解的是，多个探针可能引入多个第一接触电阻，多个待测接触孔可能引入多个第二接触电阻；同时，探针包括检测探针和激励探针，激励探针至少包括第一激励探针211和第二激励探针212，检测探针至少包括第一检测探针221和第二检测探针222。
上述技术方案中，第二接触孔112和第三接触孔113位于第一接触孔111和第四接触孔114之间，第一激励电流会流经第二接触孔112和第三接触孔113之间的导电基底10，由于电压回路中电流极小，因此第一电压差值主要为第一激励电流流经导电基底10所引起的压降，通过第一电压差值和第一激励电流的电流值可以得到第二接触孔112和第三接触孔113之间的导电基底10的等效电阻，即第一电阻值；相应地，根据第二接触孔112和第三接触孔113测量得到的第二电压差值由第二激励电流流经第二接触孔112、导电基底10以及第三接触电阻113所引起，即第二电阻值等于两倍的待测接触孔11的自身电阻、两倍的第二接触电阻以及第一电阻值之和，由于待测接触孔11的自身电阻一般远小于与导电基底10的接触电阻，因此，根据第二电阻值和第一电阻值可以准确测量得到第二接触电阻。
以下将结合附图对本申请实施例进行更为详细的说明。
在一些实施例中，以第一激励电流为例，通过第一激励探针211和第二激励探针212提供激励电流包括：通过第一激励探针211向第一接触孔111施加激励电流，以及通过第二激励探针212控制第四接触孔114的顶端电压小于第一接触孔111的顶端电压，以使激励电流经导电基底10流至第四接触孔114顶端。也就是说，通过第一激励探针211施加电流，通过第二激励探针212调整电位，以使得第一接触孔111具有高电位，第四接触孔114具有低电位，由于激励电流总是倾向于从高电位流向低电位，因此能够形成包含第一接触孔111和第四接触孔114的电流回路。
可以理解的是，在通过第二激励探针212控制第四接触孔114处于低电位时，包含第一接触孔111在内的其他待测接触孔11均处于高电位，如此，有利于使得避免激励电流流向其他待测接触孔11(例如第二接触孔112和第三接触孔113)，保证V≈I×Ra，其中，V指的是第一检测探针221和第二检测探针222检测到的电压差值，I指的是第一激励电流的预设数值，Ra指的是第二接触孔112和第三接触孔113之间的导电基底10的等效电阻，即第一电阻值。激励电流的预设数值可由技术人员进行控制，或者由电流源的规格进行限制。
在一些实施例中，待测接触孔11的材料与导电基底10的材料不同。记待测接触孔11的自身电阻为Rm，第二接触电阻为Rc，第二电阻值为Rb，根据上述分析可知，Rb＝(2×Rm+2×Rc+Ra)。可以理解的是，只有当Rm＜＜Rc时，才可以认为Rm+Rc≈Rc，即可认为Rc＝(Rb-Ra)/2。而若想使得Rm＜＜Rc，一方面可使得待测接触孔11的横截面较大、电阻率较小以及长度较短，以减小Rm，另一方向可使得待测接触孔11与导电基底10的材料差异较大或者接触面积较小，以增大Rc。也就是说，通过设置待测接触孔11的材料与导电基底10的材料不同，有利于增大Rc，从而使得Rm+Rc≈Rc，进而准确测量待测接触孔11与导电基底10之间的第二接触电阻Rb。
其中，不同待测接触孔11的材料和尺寸可以相同或不同，尺寸包括但不限于平均横截面积、与导电基底10的接触面积以及在电流延伸方向上的长度。当不同待测接触孔11的尺寸和材料相同时，待测接触孔11的接触电阻可通过测试任一具体的待测接触孔11的接触电阻得到，例如通过测量第一接触孔111得到；待测接触孔11和导电基底10的材料可以为金属、金属化合物、掺杂半导体等材料，示例性的，金属包括铜、银、铝、金以及钨，金属化合物包括氮化钛和氧化铟锡，掺杂半导体包括掺杂多晶硅、掺杂单晶硅、掺杂微晶硅以及掺杂碳化硅等。
在实际工艺制造过程中，待测接触孔11一般指的是用于连接不同布线层的中间结构，以待测接触孔11为导电插塞作为示例，在这一情况下，待测接触孔11相对于处于布线层的长导线，自身具有长度较短电阻较小的特点，有利于实现Rm＜＜Rc；换句话说，由于是基于实际结构进行电阻测试，因此Rc的测量结果能够更为有效应用于实际结构的电阻测算中，从而准确测算导电通路的路径电阻。
在一些实施例中，在激励电流的流通方向上，待测接触孔11的横截面为矩形。继续以待测接触孔11为导电插塞作为示例进行说明，在激励电流的导通方向上，导电插塞的横截面一般为圆形或矩形，圆形一般具有较小的横截面积，矩形一般具有较大的长宽比，以实现较大的横截面积。
本申请实施例中，设置待测接触孔11的横截面为矩形，有利于保证第二接触孔112和第三接触孔113的横截面积较大以及自身电阻较小，以实现Rm+Rc≈Rc；此外还有利于保证第一激励探针211和第一检测探针221有足够的空间以扎在第二接触孔112顶端的不同位置，以及保证第二激励探针212和第二检测探针222扎在第三接触孔113顶端的不同位置，保证本申请实施例所提供的测试方法能够被有效执行，即避免经第一激励探针211施加的激励电流流入第一检测探针211内，保证电流回路中的电流值等于激励电流的预设数值，以及保证电压回路中的电流所引起的压降能够被忽略。
在一些实施例中，参考图3和图4，提供导电基底10和待测接触孔11的工艺步骤包括：提供依次层叠的导电基底10、第一钝化层101和第二钝化层102，待测接触孔11位于第一钝化层101内，且贯穿第一钝化层101并与导电基底10相接触，待测接触孔11的顶面与第一钝化层101的顶面平齐，第二钝化层102覆盖待测接触孔11顶面和第一钝化层101顶面；至少去除部分第二钝化层102以暴露待测接触孔11顶面。
在图4所示实施例中，第二钝化层102被部分去除以形成分立的多个通孔102a，每一通孔102a暴露对应的一待测接触孔11的顶面。当待测接触孔11的横截面积较小时，通孔102a的横截面积可以大于待测接触孔11的横截面积，以便于第一激励探针和第一检测探针通过通孔102a与待测接触孔11顶端直接接触，且避免第一激励探针和第一检测探针发生电接触。其中，通孔102a可采用聚焦等离子束(Focused Ion beam，FIB)形成。
在一些实施例中，参考图5，测试方法还包括：形成填充满通孔102a(参考图4)的延伸层12，延伸层12的材料与待测接触孔11的材料相同，探针通过延伸层12与待测接触孔11的顶面电接触。通过设置延伸层12，可在不整体去除第二钝化层102的情况下保证探针具有较大的放置空间，避免与同一待测接触孔11顶端电接触的不同探针相互干扰，即避免第一激励探针和第一检测探针发生电接触从而分流部分激励电流。
此外，设置延伸层12与待测接触孔11的材料相同，有利于尽可能减小延伸层12与待测接触孔11之间的接触电阻，使得Rm+Rc+Ry+Ryc≈Rc，Ry为延伸层12的自身电阻，Ryc为延伸层12与待测接触孔11的接触电阻，从而保证第二电压差值能够近似等于两倍的第二接触电阻Rc所引起的压降，进而准确得到第二接触电阻Rc；此外，延伸层12与待测接触孔11的材料相同更符合实际生产制造成本，在某一部件存在缺失需要填补或者长度不够需要延长时，一般会选择相同的材料进行填补或延长，以保证结构性能的连续性和统一性。
在一些实施例中，形成延伸层12的工艺步骤包括：沉积金属化合物并利用聚焦等离子束还原金属化合物中的金属离子，以形成延伸层12。金属化合物的沉积和聚焦等离子束的还原可同时进行，以保证延伸层12的材料具有较高的纯度，避免延伸层12内掺杂有较多的未被还原的金属氧化物，从而减小延伸层12的自身电阻及其与待测接触孔11的接触电阻。
在一些实施例中，待测接触孔21包括自下向上堆叠的第一部分和第二部分，第一部分位于第二部分和导电基底20之间，在激励电流的流通方向上，第二部分的横截面积大于第一部分的横截面积。其中，第一部分的横截面可以为圆形，第二部分的横截面可以为矩形。
示例性地，参考图6，待测接触孔21由相接触的初始接触孔21a和填充部21b组成，初始接触孔21a和填充部21b为独立的不同结构，也就是说，初始接触孔21a和填充部21b采用不同工艺步骤分别形成，填充部21b环绕初始接触孔21a顶部，填充部21b与被环绕的部分初始接触孔21a组成第二部分，剩余部分初始接触孔21a作为第一部分。
在一些实施例中，参考图6和图7，提供导电基底20和待测接触孔21的工艺步骤包括：提供依次层叠的导电基底20和钝化层201，钝化层201内具有分立的多个初始接触孔21a，初始接触孔21a贯穿钝化层201并与导电基底20接触；去除部分钝化层201以形成多个分立的凹槽201a，每一凹槽201a环绕对应的初始接触孔21a顶部；形成填充满凹槽201a的填充部21b，填充部21b与初始接触孔21a的接触电阻小于初始接触孔21a与导电基底20的接触电阻，填充部21b和初始接触孔21a构成待测接触孔21。同理如上，控制填充部21b与初始接触孔21a的接触电阻小于初始接触孔21a与导电基底20的接触电阻，有利于保证第二电压差值能够近似等于两倍的第二接触电阻Rc所引起的压降，进而准确得到第二接触电阻Rc。
在一些实施例中，在同一工艺步骤中形成凹槽201a和填充部21b。示例性地，可同时形成聚焦等离子束和沉积金属化合物，聚焦等离子束既用于刻蚀钝化层201，又用于还原金属化合物中的金属离子，实现凹槽201a和填充部21b的同时形成，从而缩短待测接触孔21的形成时长。
上述技术方案中，采用不同的探针分别施加激励电流和检测不同待测接触孔之间的电压差，有利于避免引入探针与待测接触孔之间的第一接触电阻，保证第一电阻值和第二电阻值均不包含第一接触电阻；此外，通过单独计算获取激励电流流经导电基底所引起的压降，有利于计算得到电流回路中导电基底部分的阻值，进而排除导电基底的阻值对测量待测接触孔与导电基底之间的第二接触电阻的影响，保证第二接触电阻的测量准确性。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (13)
1.一种测试方法，其特征在于，包括：
提供导电基底、分立的多个待测接触孔以及多根探针，所述待测接触孔的底端与所述导电基底接触，所述待测接触孔包括依次排列的第一接触孔、第二接触孔、第三接触孔和第四接触孔，所述探针包括第一激励探针、第二激励探针、第一检测探针和第二检测探针；
通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供第一激励电流，所述第一激励电流流经所述第一接触孔、所述导电基底以及所述第四接触孔；
通过所述第一检测探针和所述第二检测探针检测所述第二接触孔顶端与所述第三接触孔顶端之间的第一电压差值，以及根据所述第一电压差值和所述第一激励电流的电流值得到第一电阻值；
通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供第二激励电流，所述第二激励电流流经所述第二接触孔、所述导电基底和所述第三接触孔；
通过所述第一检测探针和所述第二检测探针检测所述第二接触孔顶端与所述第三接触孔顶端之间的第二电压差值，以及根据所述第二电压差值和所述第二激励电流的电流值得到第二电阻值；
根据所述第一电阻值和所述第二电阻值获取所述待测接触孔与所述导电基底的接触电阻；
其中，所述待测接触孔的材料与所述导电基底的材料不同；在所述第一激励电流的流通方向上，所述待测接触孔的横截面为矩形。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，通过所述第一激励探针和所述第二激励探针提供激励电流，包括：通过所述第一激励探针施加所述激励电流，以及通过所述第二激励探针施加低电位，以使所述激励电流从所述第一激励探针流向所述第二激励探针。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，提供所述导电基底和所述待测接触孔的工艺步骤包括：
提供依次层叠的所述导电基底、第一钝化层和第二钝化层，所述待测接触孔位于所述第一钝化层内，且贯穿所述第一钝化层并与所述导电基底相接触，所述第二钝化层覆盖所述待测接触孔顶面；
至少去除部分所述第二钝化层以暴露所述待测接触孔顶面。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，采用聚焦离子束去除部分所述第二钝化层，形成分立的多个通孔，每一所述通孔暴露对应的一所述待测接触孔的顶面。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，还包括：形成填充满所述通孔的延伸层，所述探针通过所述延伸层与所述待测接触孔的顶面电接触。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，形成所述延伸层的工艺步骤包括：沉积金属化合物并利用聚焦离子束还原所述金属化合物中的金属原子，以形成所述延伸层。
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述延伸层的材料与所述待测接触孔的材料相同。
8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测接触孔包括自下向上堆叠的第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分和所述导电基底之间，在所述第一激励电流的流通方向上，所述第二部分的横截面积大于所述第一部分的横截面积。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，在所述第一激励电流的流通方向上，所述第一部分的横截面为圆形，所述第二部分的横截面为矩形。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述第二部分由相接触的初始接触孔和填充部组成，所述初始接触孔和所述填充部为独立的不同结构，所述填充部环绕所述初始接触孔顶部，所述填充部与被环绕的部分所述初始接触孔组成所述第二部分，剩余部分所述初始接触孔作为所述第一部分。
11.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，提供所述待测接触孔的工艺步骤包括：
提供依次层叠的所述导电基底和钝化层，所述钝化层内具有分立的多个初始接触孔，所述初始接触孔贯穿所述钝化层；
去除部分所述钝化层以形成多个分立的凹槽，每一所述凹槽环绕对应的所述初始接触孔顶部；
形成填充满所述凹槽的所述填充部，所述填充部与所述初始接触孔的接触电阻小于所述初始接触孔与所述导电基底的接触电阻，所述填充部与所述初始接触孔构成所述待测接触孔。
12.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，所述导电基底的材料包括金属、金属化合物以及掺杂半导体。
13.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，在同一工艺步骤中形成所述凹槽和所述填充部。
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