電容測試方法
2023-10-11 17:38:34 1
專利名稱：電容測試方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，尤其涉及多層互連線系統中電容測試方法。
背景技術：
隨著集成電路技術發展，同一晶片上互連線層數越來越多，已從三層四層發展到九層十層甚至更多層，隨之而來的是，互連延遲逐漸成為影響集成電路發展的瓶頸。由於互連電容和互連電阻等互連線寄生參數對互連延遲有決定性影響，因此互連線寄生參數的測試日益得到關注。目前業界進行電容測試的測試機臺都是基於電橋原理測量，在機臺的測試端只有兩個埠，分別輸出高電平(H)測試信號和低電平(L)測試信號，如果要測試兩根互連線間的電容，則先將測試機臺測試端的兩個埠和這兩根互連線各自的測試端(pad)連接，其中一個埠連接一個pad，然後測試機臺測試出兩個埠之間的電容值即為待測電容值。圖1為一種多層互連線結構的剖面圖，該結構包括六層互連線，第一至第六層分別用Ml M6表示，圖中標號i j代表互連線，i表示該互連線位於第i層，j表示該互連線是該層的第j根互連線，此外各層的第一根和第三根互連線連接在一起，i = l，2，...，6;j
1 j 2 j 3 ο例如如果要測試第三層互連線與第四層互連線之間的層間電容C43(見圖1)，則可以將測試機臺測試端的一個埠和互連線a 32連接，給其施加H測試信號，將另一個埠與互連線b 42連接，給其施加L測試信號，然後測試出兩個埠之間的電容值作為層間電容C43的電容值，但該測試方案中，由於互連線a 32和互連線b 42外的其它互連線處於懸空狀態，當互連線a 32和互連線b 42上有信號時，這些懸空的互連線就會對這兩條加信號的互連線(即互連線a 32和互連線b 42)感應出電荷，產生寄生電容，使得測試機臺所量測到電容值包括不期望的這些寄生電容，使得測出的電容值有很大的誤差，導致測試精度降低。
發明內容
本發明提供多層互連線系統中電容測試方法，以提高電容的測試精度。本發明提供的電容測試方法對多層互連線系統中各個互連線均施加測試信號，測試出該多層互連線系統的整體電容值，然後根據整體電容值計算出層內電容和層間電容等待測電容值，避免了現有測試方案僅在待測電容連接的測試互連線上施加測試信號，使得其它未測試互連線懸空而與測試互連線之間產生寄生電容，幹擾測試結果的問題。本發明提供的電容測試方法通過對測試機臺測試端的埠輸出的原始測試信號進行分離，分離出和原始測試信號相同的多個測試信號，無需對現有測試機臺進行修改即可給各個互連線施加測試信號，實施便利，成本低。對於未共用pad的多層互連線系統，本發明提供的電容測試方案能夠通過施加等電位測試信號消除寄生電容，並一次就能測試出待測電容。
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對於共用pad的多層互連線系統，本發明提供的電容測試方案提出通過多次測試，採用相應的測試信號施加方式獲得多個整體電容值，然後根據整體電容值獲得待測電容值，解決了在共用pad多層互連線系統中無法單獨給各個互連線施加相應測試信號來消除寄生電容的問題，消除了不期望的寄生電容對待測電容值的影響。本發明提供的電容測試方案由於可以多次測試整體電容，並進行相應運算後同時獲得層內電容值及層間電容值，所以提高了測試效率。
圖1為集成電路中多層互連線布局的剖面圖；圖2為本發明第一實施例中層間電容分布及信號施加方式示意圖；圖3a 3b為本發明實施例測試層間電容時電容分布及信號施加示意圖；圖4a 4c為本發明實施例測試層內電容時電容分布及信號施加示意圖。
具體實施例方式由於現有電容測試方案中，未測試的互連線懸空，會和測試的互連線產生寄生電容，影響測試結果，因此本發明提出可以在未測試互連線上施加電壓來避免未測試互連線懸空對測試結果的影響，從而提高測試精確度，其中測試互連線是指需要測試電容的互連線，未測試互連線是指除測試互連線外的其它互連線。基於該思路，本發明提出可以首先依照測試信號施加方式，給多層互連線系統中各互連線均施加測試信號，再在每次施加測試信號後，測試該多層互連線系統的整體電容值，然後根據測試出的整體電容值，以及整體電容值和待測電容值的數量關係，計算出待測電容值。根據測試信號施加方式的不同，至少有兩種方式測試電容，一種是單一測試，在未測試互連線上施加和相應測試互連線上電位相等的電壓，基於等電位的互連線間不產生感應電荷的原理，消除未測試互連線和測試互連線之間的寄生電容，然後一次測試出的整體電容值，此時該整體電容值為測試互連線間的電容值即待測電容值；另一種是多次測試，即在所有互連線上多次施加電壓，其中每次施加電壓的方式不同，以獲得多個整體電容測試結果，然後通過對多個測試結果相減或者相加減，去除未測試互連線間的電容以及未測試互連線和測試互連線之間的電容，獲得測試互連線間的電容作為最終測試結果。下面結合具體實施例對上述這兩種方式進行詳細闡述。第一實施例，單一測試。 參照圖2，以測試M3和M4之間的層間電容C43為例，具體測試過程是將電容測試機臺輸出的原始測試信號H分成6個分支，每個分支均輸出信號H ；再將6個分支輸出的信號H分別施加給互連線b42、互連線c41、互連線d52、互連線e51、互連線f62及互連線g61，由於互連線h43、互連線i53及互連線j63分別與互連線c41、互連線 e51及互連線g61連接，因此互連線c41、互連線e51及互連線g61上也施加有信號H，至此互連線c41 互連線j63均施加上信號H ；將電容測試機臺輸出的原始測試信號L分成6個分支，每個分支均輸出信號L ；再將6個分支輸出的信號L分別施加給互連線a32、互連線k31、互連線m22、互連線n21、互連線ol2及互連線pll，由於互連線q33、互連線r23及互連線sl3分別與互連線k31、互連線 n21及互連線pll連接，因此互連線k31、互連線n21及互連線pll上也施加有信號L，至此互連線pll 互連線q33均施加有信號L ；由於互連線c41 互連線j63均施加有信號H，彼此電位相同，所以互連線c41 互連線j63之間不會產生感應電荷，此外互連線pll 互連線q33均施加有信號L，彼此電位相同，所以互連線Pll 互連線q33之間也不會產生感應電荷。然後電容測試機臺測試H和L信號間的電容，作為層間電容C43，由於排除了互連線pll、互連線012、互連線sl3、互連線π21、互連線m22及互連線r23這些未測試互連線對互連線k31、互連線a32及互連線q33這些測試互連線的幹擾電容影響，且排除了互連線 e51、互連線d52、互連線i53、互連線g61、互連線f62及互連線j63這些未測試互連線對互連線c41、互連線b42及互連線h43這些測試互連線的幹擾電容影響，因此此時測出的H和 L之間的電容僅為測試互連線之間的電容，即M3和M4之間的層間電容C43，而未包含其它不期望的電容，所以測試出的層間電容C43的精確性和準確度均得到提高。第二實施例，多次測試。為了節省測試晶片面積，在有些情況下，並不是所有的互連線都使用獨立的pad， 為了某些特殊需要，可能會將pad共用，即部分互連線是連接至一個pad，則通過pad向互連線施加信號時，該信號就同時施加給該pad連接的所有互連線，此時就尤其需要採用多次測試方案，通過多次測試，並進一步計算獲得待測電容，多次測試並不限制於pad共用的情況下，對於pad不共用的情況，多次測試方案也可以適用。假設圖2中的互連線pll和互連線sl3與padl相連，互連線m22與pad2相連，互連線k31和互連線q33與pad3相連，互連線b42與pad4相連，互連線e51和互連線i53與 pad5相連，互連線f62與pad6相連，互連線ol2、互連線a32及互連線d52與pad7相連，互連線n21，互連線c41，互連線g61與pad8相連(其中，互連線n21與互連線r23是連在一起的互連線，互連線c41與互連線h43是連在一起的互連線，互連線g61與互連線j63是連在一起的互連線)。一、在這種連接方式下，如果要測第三層與其相鄰上下兩層(第二層和第四層)之間的總層間電容可以通過兩次測試實現，此時，該總層間電容為C3v = C23+C43，其中Qv代表總層間電容，C23代表第三層和第二層之間的電容，C43代表第三層和第四層之間的電容。通過給對應的pad施加電位，分析電容分布，找出施加電位後整個互連線結構的總電容中除待測電容外還包含的其它電容，然後再換一種施加信號的方式，讓這種情況下產生的電容只有所述其它電容，再用整個互連線系統的總電容減去所述其它電容即可得到待測電容值，具體步驟包括第一步，將「H」分成兩個相同的「H」分別給pad3和pad8，將「L 」分成6個相同的 「L」施加給其它pad。這樣施加電位後整個互連線系統中存在的電容如圖3a所示，測得的電容值是系統中總的電容值C' 3，在該電位施加方式下，總電容C' 3的電容值等於第三層與上下兩層之間的層間電容C3v 30的電容值及其它電容C" 3 31的電容值相加。第二步，給pad3和pad5加「H」，其餘pad加「L」，這樣施加電位後互連線系統中存在的電容如圖北所示，測得的電容值是此時系統中的總電容值，測得的電容即為C" 3 31， 所以第三層與上下兩層之間的總層間電容(^為
C3v = C' 3_C〃 3二、在上述連接方式下，如果要測試第三層M3的層內電容C3。，則可以採取下述步驟第一步，給pad3和pad7加「H」，給其他pad加「L」，測得的電容值記為C31,這種情況下，測試結構中各條互連線之間存在的電容示意圖為圖4a，C31即為圖中的總電容，其由輔助電容41及待測電容C3e 43構成。第二步，給pad7加「H」，其它pad加「L」，測得的電容記為C32，C32則為圖4b中所示的總電容，其由輔助電容41及層間電容42構成。第三步，給pad3加「H」，其餘pad加「L」，測得的電容記為C33，C33則為圖4c中所示的總電容，其由層內電容C3e 43和層間電容42構成。則層內電容
權利要求
1.一種多層互連線系統中電容測試方法，其特徵在於，包括依照測試信號施加方式，給多層互連線系統中各互連線均施加測試信號； 在每次施加測試信號後，測試該多層互連線系統的整體電容值； 根據測試出的整體電容值，以及整體電容值和待測電容值的數量關係，計算出待測電容值。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述施加測試信號的步驟，具體包括 將測試機臺輸出的原始測試信號，分離為多個與原始測試信號相同的測試信號；依照預定測試信號施加方式，在多層互連線系統中各個互連線上施加該分離的測試信號。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括根據多層互連線系統中各互連線與各測試端(pad)的連接方式及待測電容，確定測試信號施加方式的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在各互連線未共用測試端(pad)的情況下， 所述預定信號施加方式為在待測電容一端連接的測試互連線上施加高電平測試信號，在待測電容另一端連接的測試互連線上施加低電平測試信號；且在未測試互連線上施加和測試互連線等電位的測試信號，其中所述未測試互連線需滿足條件在所述未測試互連線懸空的情況下，所述未測試互連線與所述測試互連線之間將產生能干擾待測電容值的寄生電容。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在至少有兩根互連線共用測試端(pad)的情況下，所述預定信號施加方式包括施加首輪測試信號，所述首輪測試信號能測試出包含未測試互連線之間電容值、未測試互連線與測試互連線之間電容值，以及測試互連線之間電容值的整體電容值；施加後續測試信號，所述後續測試信號能測試出包含未測試互連線之間電容值、未測試互連線與測試互連線之間電容值的整體電容值。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括根據測試信號施加方式確定整體電容值和待測電容值的數量關係的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述待測電容為層內電容。
8.如權利要求1或7所述的方法，其特徵在於，所述待測電容為層間電容。
全文摘要
本發明公開了多層互連線系統中電容測試方法，以提高電容測試的精確度，其中該方法包括步驟依照測試信號施加方式，給多層互連線系統中各互連線均施加測試信號；在每次施加測試信號後，測試該多層互連線系統的整體電容值；根據測試出的整體電容值，以及整體電容值和待測電容值的數量關係，計算出待測電容值。
文檔編號G01R27/26GK102169141SQ20101011349
公開日2011年8月31日 申請日期2010年2月25日 優先權日2010年2月25日
發明者秦曉靜, 程玉華, 蔣樂樂 申請人:上海北京大學微電子研究院