CN115825569A - 测试方法 - Google Patents

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：提供导电基底和分立的多个待测接触结构，待测接触结构的底端与导电基底接触，第二接触结构和第三接触结构位于第一接触结构的不同侧；提供第一激励探针以与第一接触结构顶端电接触，提供第二激励探针以与第二接触结构顶端电接触；提供第一检测探针以与第一接触结构顶端电接触，提供第二检测探针以与第三接触结构顶端电接触；提供流经第一接触结构和第二接触结构的激励电流；根据第一检测探针和第二检测探针的电压差值以及激励电流的数值获取第一接触结构与导电基底的接触电阻。本申请实施例有利于准确测量接触电阻。

Description

测试方法

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：提供导电基底和分立的多个待测接触结构，所述待测接触结构的底端与所述导电基底接触，所述待测接触结构包括第一接触结构、第二接触结构和第三接触结构，所述第二接触结构和所述第三接触结构位于所述第一接触结构的不同侧；提供第一激励探针和第二激励探针，所述第一激励探针与所述第一接触结构顶端电接触，所述第二激励探针与所述第二接触结构顶端电接触；提供第一检测探针和第二检测探针，所述第一检测探针与所述第一接触结构顶端电接触，所述第二检测探针与所述第三接触结构顶端电接触；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，所述激励电流流经所述第一接触结构和所述第二接触结构，以形成电流回路，且所述第一检测探针和所述第二检测探针构成电压回路；根据所述第一检测探针和所述第二检测探针的电压差值以及所述激励电流的数值获取所述第一接触结构与所述导电基底的接触电阻。

在一些实施例中，形成所述电流回路，包括：通过所述第一激励探针向所述第一接触结构施加所述激励电流，以及通过所述第二激励探针控制所述第二接触结构的顶端电压低于所述第一接触结构的顶端电压，以使所述激励电流经所述导电基底流至所述第二接触结构顶端。

在一些实施例中，所述第二接触结构和所述第三接触结构位于所述第一接触结构的相对两侧。

在一些实施例中，所述待测接触结构的材料与所述导电基底的材料不同。

在一些实施例中，在所述激励电流的流通方向上，所述待测接触结构的横截面为矩形。

在一些实施例中，提供所述导电基底和所述待测接触结构的工艺步骤包括：提供依次层叠的导电基底、第一钝化层和第二钝化层，所述待测接触结构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结构顶面；至少去除部分所述第二钝化层以暴露所述待测接触结构顶面。

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结构的顶面。

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，所述延伸层的材料与所述待测接触结构的材料相同，探针通过所述延伸层与所述待测接触结构的顶面电接触。

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，所述待测接触结构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结构和填充部组成，所述初始接触结构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结构顶部，所述填充部与被环绕的部分所述初始接触结构组成所述第二部分，剩余部分所述初始接触结构作为所述第一部分。

在一些实施例中，提供所述导电基底和所述待测接触结构的工艺步骤包括：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结构，所述初始接触结构贯穿所述钝化层；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结构顶部；形成填充满所述凹槽的填充部，所述填充部与所述初始接触结构的接触电阻小于所述初始接触结构与所述导电基底的接触电阻，所述填充部与所述初始接触结构构成所述待测接触结构。

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，电压回路与电流回路的路径电阻均包含第一接触结构的自身电阻以及第一接触结构和导电基底的接触电阻，电压回路不包含第一激励探针与第一接触结构的接触电阻，由于电压回路自身的电流很小，因此电压回路的压降主要由激励电流流经的第一接触结构以及第一接触结构和导电基底的接触面引起，也就是说，电压的测量能够排除探针引入的接触电阻的影响；同时，通过控制第一接触结构的自身电阻远小于对应的接触电阻，以使得电压回路测量的电压差值主要由第一接触结构的接触电阻引起，就可以准确测量第一接触结构与导电基底之间的接触电阻。

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6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6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，测试方法包括：提供导电基底10和分立的多个待测接触结构11，待测接触结构11的底端与导电基底10接触，待测接触结构11包括第一接触结构111、第二接触结构112以及第三接触结构113，第二接触结构112和第三接触结构113位于第一接触结构111的不同侧；提供第一激励探针211和第二激励探针212，第一激励探针211与第一接触结构111顶面电接触，第二激励探针212与第二接触结构112顶端电接触；提供第一检测探针221和第二检测探针222，第一检测探针221与第一接触结构111顶端电接触，第二检测探针222与第三接触结构113顶端电接触；通过第一激励探针211和第二激励探针212提供激励电流，激励电流流经第一接触结构111和第二接触结构112，以形成电流回路，且第一检测探针221和第二检测探针222构成电压回路；根据第一检测探针221和第二检测探针222的电压差值以及激励电流的数值获取第一接触结构111与导电基底10的接触电阻。

上述测试方法中，探针与待测接触结构11的顶端电接触指的是：在电压回路或电流回路中，流经探针的电流会从待测接触结构11的底端流向顶端或者从顶端流向底端，探针与待测接触结构11的顶端之间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结构11顶端的其他导电介质与待测接触结构11的顶端电连接。

此外，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，由第一接触结构111及其与导电基底10的接触界面引起。

为了表达上的简洁，后续采用“第一接触结构111的接触电阻”指代第一接触结构111与导电基底10的接触电阻，采用“探针的接触电阻”指代激励探针和检测探针与待测接触结构11之间的接触电阻，根据上述内容可知，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，通过控制第一激励探针211和第一检测探针221均与第一接触结构111顶端电接触，以及控制第二接触结构112和第三接触结构113位于第一接触结构111的不同侧，限制电流回路的路径电阻和电压回路的路径电阻仅共同包含第一接触结构111的自身电阻和第一接触结构111的接触电阻，不包含探针的接触电阻和导电基底10的电阻，如此，有利于避免探针的接触电阻对最终测量结果造成影响，进而根据电压回路的电压差值和激励电流的电流值准确测量第一接触结构111的自身电阻与第一接触结构111的接触电阻的和值；在准确测量上述和值的情况下，通过控制第一接触结构111的自身电阻远小于第一接触结构111的接触电阻，可使得上述和值趋近于第一接触结构111的接触阻值，进而实现第一接触结构111的接触阻值的准确测量。

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，形成电流回路，包括：通过第一激励探针211向第一接触结构111施加激励电流，以及通过第二激励探针212控制第二接触结构112的顶端电压小于第一接触结构111的顶端电压，以使激励电流经导电基底10流至第二接触结构112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，以使得第一接触结构111具有高电位，第二接触结构112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结构111和第二接触结构112的电流回路。

可以理解的是，在通过第二激励探针212控制第二接触结构112处于低电位时，包含第一接触结构111在内的其他待测接触结构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结构11(例如第三接触结构113)，保证V≈I×(R_m+R_c)，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指的是激励电流的预设数值，R_m指的是第一接触结构111的自身电阻，R_c指的是第一接触结构111的接触电阻。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，第二接触结构112和第三接触结构113位于第一接触结构111的相对两侧。如此，有利于最大程度避免激励电流流经第一接触结构111和第三接触结构113之间的部分导电基底10，避免第一检测探针221和第二检测探针222检测到的电压差值包含导电基底10的电阻，从而准确测量第一接触结构111的自身电阻与第一接触结构111的接触电阻的和值，上述和值可由第一检测探针221和第二检测探针222检测到的电压差值检测到的电压差值除以激励电流的预设数值得到。

在一些实施例中，待测接触结构11的材料与导电基底10的材料不同。第一接触结构111的自身电阻与第一接触结构111的自身电阻的和值等于R_m+R_c，可以理解的是，只有当R_m＜＜R_c时，才可以认为R_m+R_c≈R_c，即根据电压差值和激励电流的预设数值计算得到的电阻和值才能够近似作为第一接触结构111的接触电阻。而若想使得R_m＜＜R_c，一方面可使得第一接触结构111的横截面较大、电阻率较小以及长度较短，以减小R_m，另一方向可使得待测接触结构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R_c。也就是说，通过设置待测接触结构11的材料与导电基底10的材料不同，有利于增大R_c，从而使得R_m+R_c≈R_c，即通过电压差值和激励电流的电流值准确测量得到第一接触结构111的接触电阻R_c。

其中，不同待测接触结构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。当不同待测接触结构11的尺寸和材料相同时，待测接触结构11的接触电阻可通过测试任一具体的待测接触结构11的接触电阻得到，例如通过测量第一接触结构111得到；待测接触结构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，待测接触结构11一般指的是导电插塞等连接不同布线层的中间结构，以待测接触结构11为导电插塞作为示例，在这一情况下，待测接触结构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R_m＜＜R_c；换句话说，由于是基于实际结构进行电阻测试，因此R_c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，待测接触结构11的横截面为矩形。继续以接触结构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，设置待测接触结构11的横截面为矩形，有利于保证第一接触结构111的横截面积较大以及自身电阻较小，以实现R_m+R_c≈R_c；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一接触结构111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2和图3，提供导电基底10和待测接触结构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，待测接触结构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，待测接触结构11的顶面与第一钝化层101的顶面平齐，第二钝化层102覆盖待测接触结构11顶面和第一钝化层101顶面；至少去除部分第二钝化层102以暴露待测接触结构11顶面。

在图3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结构11的顶面。当待测接触结构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结构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与待测接触结构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4，测试方法还包括：形成填充满通孔102a(参考图3)的延伸层12，延伸层12的材料与待测接触结构11的材料相同，探针通过延伸层12与待测接触结构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结构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与待测接触结构11的材料相同，有利于尽可能减小延伸层12与待测接触结构11之间的接触电阻，使得R_m+R_c+R_a+R_ac≈R_c，R_a为延伸层12的自身电阻，R_ac为延伸层12与待测接触结构11的接触电阻，从而保证第一检测探针和第二检测探针测量得到的电压差值能够近似作为待测接触结构11的接触电阻所导致的压降，进而准确得到待测接触结构11的接触电阻；此外，延伸层12与待测接触结构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结构11的接触电阻。

在一些实施例中，待测接触结构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5，待测接触结构21由相接触的初始接触结构21a和填充部21b组成，初始接触结构21a和填充部21b为独立的不同结构，也就是说，初始接触结构21a和填充部21b采用不同工艺步骤分别形成，填充部21b环绕初始接触结构21a顶部，填充部21b与被环绕的部分初始接触结构21a组成第二部分，剩余部分初始接触结构21a作为第一部分。

在一些实施例中，参考图5和图6，提供导电基底20和待测接触结构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结构21a，初始接触结构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结构21a顶部；形成填充满凹槽201a的填充部21b，填充部21b与初始接触结构21a的接触电阻小于初始接触结构21a与导电基底20的接触电阻，填充部21b和初始接触结构21a构成待测接触结构21。同理如上，控制填充部21b与初始接触结构21a的接触电阻小于初始接触结构21a与导电基底20的接触电阻，有利于保证第一检测探针和第二检测探针测量得到的电压差值能够近似作为待测接触结构21的接触电阻所导致的压降，进而准确得到待测接触结构21的接触电阻。

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，从而缩短待测接触结构21的形成时长。

本申请实施例中，电压回路与电流回路的路径电阻均包含第一接触结构的自身电阻以及第一接触结构和导电基底的接触电阻，电压回路不包含第一激励探针与第一接触结构的接触电阻，由于电压回路自身的电流很小，因此电压回路的压降主要由激励电流流经的第一接触结构以及第一接触结构和导电基底的接触面引起，也就是说，电压的测量能够排除探针引入的接触电阻的影响；同时，通过控制第一接触结构的自身电阻远小于对应的接触电阻，以使得电压回路测量的电压差值主要由第一接触结构的接触电阻引起，就可以准确测量第一接触结构与导电基底之间的接触电阻。

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 (15)

1.一种测试方法，其特征在于，包括：

提供导电基底和分立的多个待测接触结构，所述待测接触结构的底端与所述导电基底接触，所述待测接触结构包括第一接触结构、第二接触结构和第三接触结构，所述第二接触结构和所述第三接触结构位于所述第一接触结构的不同侧；

提供第一激励探针和第二激励探针，所述第一激励探针与所述第一接触结构顶端电接触，所述第二激励探针与所述第二接触结构顶端电接触；

提供第一检测探针和第二检测探针，所述第一检测探针与所述第一接触结构顶端电接触，所述第二检测探针与所述第三接触结构顶端电接触；

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，所述激励电流流经所述第一接触结构和所述第二接触结构，以形成电流回路，且所述第一检测探针和所述第二检测探针构成电压回路；

根据所述第一检测探针和所述第二检测探针的电压差值以及所述激励电流的数值获取所述第一接触结构与所述导电基底的接触电阻。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，形成所述电流回路，包括：通过所述第一激励探针向所述第一接触结构施加所述激励电流，以及通过所述第二激励探针控制所述第二接触结构的顶端电压低于所述第一接触结构的顶端电压，以使所述激励电流经所述导电基底流至所述第二接触结构顶端。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述第二接触结构和所述第三接触结构位于所述第一接触结构的相对两侧。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测接触结构的材料与所述导电基底的材料不同。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述激励电流的流通方向上，所述待测接触结构的横截面为矩形。

6.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结构的工艺步骤包括：

提供依次层叠的导电基底、第一钝化层和第二钝化层，所述待测接触结构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结构顶面；

至少去除部分所述第二钝化层以暴露所述待测接触结构顶面。

7.根据权利要求6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结构的顶面。

8.根据权利要求7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，所述延伸层的材料与所述待测接触结构的材料相同，探针通过所述延伸层与所述待测接触结构的顶面电接触。

9.根据权利要求8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。

10.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述待测接触结构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。

11.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，在所述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。

12.根据权利要求10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结构和填充部组成，所述初始接触结构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结构顶部，所述填充部与被环绕的部分所述初始接触结构组成所述第二部分，剩余部分所述初始接触结构作为所述第一部分。

13.根据权利要求12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结构的工艺步骤包括：

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所述初始接触结构，所述初始接触结构贯穿所述钝化层；

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结构顶部；

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结构的接触电阻小于所述初始接触结构与所述导电基底的接触电阻，所述填充部与所述初始接触结构构成所述待测接触结构。

14.根据权利要求13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材料、金属化合物以及掺杂半导体。

15.根据权利要求13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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