測量導電層厚度的方法
2023-04-27 15:13:31
測量導電層厚度的方法
【專利摘要】一種測量導電層厚度的方法，包括：使一第一探針和一第二探針扎入待測導電層中，所述第一探針和所述第二探針之間的間距為L1；在所述第一探針和所述第二探針上施加預定電壓U1；測量流經所述第一探針和所述第二探針的電流值I1；提供已知厚度的標準導電層的測量數據，所述標準導電層與待測導電層的材料相同，所述標準導電層的厚度為d，所述標準導電層相距為L的兩點上施加預定電壓U時，流經該兩點的電流值為I；待測導電層的厚度d1=I1L1Ud/（ILU1）。本發明提供的測量導電層厚度的方法可有效測量金屬層的厚度。
【專利說明】測量導電層厚度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體領域，特別涉及到一種測量導電層厚度的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著集成電路的飛速發展，單位面積上半導體器件的數量不斷增加，對工藝參數 的監控變得愈加嚴格。以形成金屬層為例，需要對金屬層的厚度進行檢測。
[0003] 現有技術中，已經開發出電渦流法、X射線吸收法、X螢光法、雷射超聲檢測等技 術。但是電渦流法和雷射超聲檢測的測量精度不高，X射線吸收法和X螢光法具有放射性 而不適宜在一般的環境中應用。
[0004] 因此需要一種有效測量金屬層厚度的方法。
【發明內容】
[0005] 為解決上述問題，本發明提供一種測量導電層厚度的方法，包括：
[0006] 使一第一探針和一第二探針扎入待測導電層中，所述第一探針和所述第二探針之 間的間距為L1;
[0007] 在所述第一探針和所述第二探針上施加預定電壓U1;
[0008] 測量流經所述第一探針和所述第二探針的電流值I1;
[0009] 提供已知厚度的標準導電層的測量數據，所述標準導電層與待測導電層的材料相 同，所述標準導電層的厚度為d，所述標準導電層相距為L的兩點上施加預定電壓U時，流經 該兩點的電流值為I;
[0010] 待測導電層的厚度Cl1=I1L1Ud/ (ILUJ。
[0011] 可選的，所述第一探針和所述第二探針扎入待測導電層中的深度應至少使流經所 述第一探針和所述第二探針的電流值I1達到最大值。
[0012] 可選的，所述第一探針和所述第二探針設置於探頭下表面，所述第一探針和所述 第二探針垂直所述探頭的下表面。
[0013] 可選的，所述第一探針和所述第二探針位於同一平面內。
[0014] 可選的，所述第一探針為一根，所述第一探針固定於所述探頭外。
[0015] 可選的，所述第一探針與所述第二探針的長度相同。
[0016] 可選的，所述第二探針為兩根以上，各第二探針與第一探針之間的間距不同，所述 第二探針可縮入所述探頭內。
[0017] 可選的，所述第二探針為四根。
[0018] 可選的，各第二探針與所述第一探針之間的間距分別為lmm、2mm、4mm和8mm。
[0019] 可選的，測量在預定電壓U1下流經各第二探針和所述第一探針的電流值，對所述 電流值與間距的函數進行線性回歸，得到間距為L1時，流經第二探針和所述第一探針的電 流值Ilt=
[0020] 可選的，所述待測導電層為Cu層、Al層或Ta層。
[0021] 可選的，所述待測導電層的厚度為100-5000A。
[0022] 與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點：
[0023] 本技術方案使第一探針與一第二探針扎入待測導電層中，並在所述第一探針和所 述第二探針上施加預定電壓，測量流經所述第一探針和該第二探針的電流值，由於所述電 流值與待測導電層的厚度、預定電壓呈正比，而與所述第一探針與該第二探針間的間距成 反比，只要通過與標準導電層的測量數據進行對比得到待測導電層的厚度。該測量導電層 厚度的方法便捷，因此可有效測量導電層的厚度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明第一實施例中測量導電層厚度的設備的示意圖；
[0025] 圖2為圖1中所述探頭下表面的仰視圖；
[0026] 圖3是本發明第一實施例中第一探針和第二探針扎入待測導電層中的示意圖；
[0027] 圖4是本發明第一實施例中第一探針和第二探針扎入待測導電層深度與流經第 一探針和第二探針的電流的函數關係圖；
[0028] 圖5是本發明第一實施例中第一探針和另一第二探針扎入待測導電層中的示意 圖；
[0029] 圖6是本發明第二實施例中經線性回歸後得到的流經第一探針和第二探針的電 流與第一探針和第二探針之間的間距的函數關係圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的具體實施例做詳細的說明。
[0031] 參考圖1和圖2,本實施例測量導電層厚度的方法中使用的設備1，包括：
[0032] 探頭 10 ;
[0033] 位於所述探頭10下表面101的一第一探針21 ;
[0034] 位於所述探頭10下表面101的第二探針221、222、223和224。
[0035] 本實施中第二探針的數量不限於四根，在其他實施例中，第二探針也可以為一根 以上包含一根的其他任一數量。
[0036] 在本實施例中，如圖2所示，所述探頭10下表面101為圓形平面。
[0037] 在具體實施例中，所述第一探針21與第二探針221、222、223和224的長度相同。
[0038] 各第二探針與第一探針21之間的間距可以相同，也可以不同。當各第二探針與第 一探針21之間的間距相同時，各第二探針可以分布在以第一探針21為圓心的圓周上。
[0039] 在本實施例中，各第二探針與第一探針21之間的間距不同。如圖1和圖2所述， 在本實施例中，所述第二探針為四根，分別為第二探針221、第二探針222、第二探針223和 第二探針224,第二探針221與所述第一探針21之間的間距為1mm，第二探針222與所述第 一探針21之間的間距為2mm，第二探針223與所述第一探針21之間的間距為4mm，第二探 針224與所述第一探針21之間的間距為8mm。
[0040] 在具體實施例中，所述第一探針21和第二探針221、222、223和224位於同一平面 內。參考圖2,即所述第一探針21和第二探針221、222、223和224在所述探頭10下表面 101上的投影位於同一直線上。
[0041] 在具體實施例中，所述第一探針21和第二探針221、222、223和224垂直所述探頭 10的下表面101。
[0042] 第二探針221、222、223和224可縮入所述探頭10內。
[0043] 在本實施例中，所述第一探針21固定於所述探頭10外，即所述第一探針21隻能 位於所述探頭10外，不能縮入所述探頭10內。
[0044] 在其他實施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內。
[0045] 第一實施例
[0046] 本實施例提供一種測量導電層厚度的方法，包括：
[0047] 參考圖1，提供所述的設備1。
[0048] 參考圖3,使所述第一探針21和第二探針221扎入待測導電層30中。
[0049] 在具體實施例中，所述第二探針為兩根以上。所述第一探針21和第二探針221扎 入待測導電層30中時，其他第二探針縮入所述探頭10內，以保證只有所述第一探針21和 第二探針221扎入待測導電層30中。
[0050] 所述第一探針21和該第二探針221之間的間距為L1 (未標出）。
[0051] 在具體實施例中，所述待測導電層30為Cu層、Al層或Ta層，所述待測導電層30 的厚度為100-5000A。
[0052] 然後，在所述第一探針21和第二探針221上施加預定電壓U1，由於所述第一探針 21和第二探針221已通過所述待測導電層30連接，所以所述第一探針21和第二探針221 之間產生電流。
[0053] 測量流經所述第一探針21和第二探針221的電流值L。
[0054] 參考圖4,流經所述第一探針21和第二探針221的電流值在所述第一探針21和第 二探針221扎入待測導電層30的初始階段，隨著所述第一探針21和第二探針221扎入待 測導電層30深度的增加而逐漸變大。這是因為第一探針21和第二探針221扎入待測導電 層30內的深度過淺時，第一探針21和第二探針221與待測導電層30的接觸不良導致的。
[0055] 當第一探針21和第二探針221扎入待測導電層30內H深度時，電流值I1達到最 大。這時，第一探針21和第二探針221與待測導電層30的接觸良好。因此，為了得到準確 的流經所述第一探針21和第二探針221的電流值，所述第一探針21和第二探針221扎入 待測導電層30中的深度應至少使流經所述第一探針21和第二探針221的電流值I1達到最 大值，即扎入的深度至少為H。圖4中，H是使流經所述第一探針21和第二探針221的電流 值I1達到最大值的臨界值的標號，不代表第一探針21和第二探針221扎入待測導電層30 中深度的實際值。
[0056] 由於導體的電阻R=PL/S，P為導體的電阻率，S為導體的橫截面積，L為導體的 長度。再由歐姆定律I=U/R，可以得到S=PIL/U。
[0057] 所以待測導電層30的橫截面積S1=PJ1IVU115
[0058] 其中S1=Cl1W1。其中Cl1為待測導電層30的厚度，W1為待測導電層30的寬度。
[0059] 提供已知厚度的標準導電層的測量數據，所述標準導電層與待測導電層30的材 料相同，所以待測導電層30的電阻率Pi與標準導電層的電阻率P相同。
[0060] 所述標準導電層的厚度為d，所述標準導電層相距為L的兩點上施加預定電壓U 時，流經該兩點的電流值為I。
[0061] 所以待測導電層30的橫截面積S=PIL/U。
[0062] 其中S=dw。其中d為標準導電層的厚度，w為標準導電層的寬度。
[0063] 在標準導電層的兩點上施加電壓時，並非標準導電層的所有區域都能進行導電， 而是只有靠近該兩點的區域才能形成電流而成為導電區。同理，待測導電層30上只有導電 區形成電流。
[0064] 待測導電層30和標準導電層中形成的導電區中，導電區的寬度可以認為近似相 等，艮PW1=W0
[0065] 通過以上分析，可以得到待測導電層30的厚度Cl1=I1L1Ud/ (ILUJ。
[0066] 參考圖5,在其他實施例中，也可以使所述第一探針21和第二探針222扎入待測導 電層30中，其他第二探針縮入探頭10中，對待測導電層30的厚度進行測量。
[0067] 其測量方法可以參考上述使所述第一探針21和第二探針221扎入待測導電層30 中測量待測導電層30厚度的測量方法。
[0068] 在其他實施例中，還可以使所述第一探針21和任一其他第二探針扎入待測導電 層30中，其他第二探針縮入探頭10中，對待測導電層30的厚度進行測量。
[0069] 在其他實施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內。可以任選兩第二 探針扎入待測導電層30中，所述第一探針21和其他第二探針縮入探頭10中，對待測導電 層30的厚度進行測量。
[0070] 第二實施例
[0071] 本實施例與第一實施例的區別在於：
[0072] 使用線性回歸得到流經所述第一探針21和與其相距L1的第二探針的電流值L。
[0073] 參考圖1，設備1包括第二探針221、第二探針222、第二探針223和第二探針224。 其中，第二探針221與所述第一探針21之間的間距為1mm，第二探針222與所述第一探針 21之間的間距為2mm，第二探針223與所述第一探針21之間的間距為4mm，第二探針224與 所述第一探針21之間的間距為8mm。
[0074] 測量在預定電壓U1下流經各第二探針和所述第一探針21的電流值。
[0075] 由第一實施例中分析可知，在預定電壓一定的條件下，流經第二探針和所述第一 探針21的電流值與該第二探針和所述第一探針21之間的間距成反比。
[0076] 例如，在預定電壓U1下，流經第二探針221和所述第一探針21的電流值為I2 ;在 預定電壓U1下，流經第二探針222和所述第一探針21的電流值為I3 ;在預定電壓U1下，流 經第二探針223和所述第一探針21的電流值為I4 ;在預定電壓U1下，流經第二探針224和 所述第一探針21的電流值為I5。由於第二探針221與所述第一探針21之間的間距為1_， 第二探針222與所述第一探針21之間的間距為2mm，第二探針223與所述第一探針21之間 的間距為4mm，第二探針224與所述第一探針21之間的間距為8mm。所以I2/I3=2mm/lmm=2， I2/I4=4mm/lmm=4,I2/I5=8mm/lmm=8。
[0077] 但在實際中，測量流經第二探針和所述第一探針21的電流值時，不可能完全沒有 誤差，為了減小測量的電流值的誤差減小，本實施例採用線性回歸的方法對所述電流值與 間距的函數進行線性回歸。
[0078] 如圖6所示，圖6中的直線為線性回歸後所得到的。
[0079] 然後在所述直線上任意取一點A，該點A表示了第一探針21與第二探針的間距為 L1時，流經第一探針21與該第二探針的電流值為L。
[0080] 然後參考第一實施例，將所得值與標準導電層的參數代入公式Cl1=I1L1Ud/ (ILU1), 得到待測導電層30的厚度Cl1。
[0081] 在其他實施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內。可以任選兩第二 探針扎入待測導電層30中，所述第一探針21和其他第二探針縮入探頭10中，對待測導電 層30的厚度進行測量；以及將任一第二探針和第一探針21扎入待測導電層30中，其他第 二探針縮入探頭10中，對待測導電層30的厚度進行測量；然後採用線性回歸的方法對所述 電流值與間距的函數進行線性回歸，得到間距為L1時，電流值為I1。然後參考第一實施例， 將所得值與標準導電層的參數代入公式Cl1=I1L1Ud/ (ILU1),得到待測導電層30的厚度屯。 [0082] 雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本 發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所 限定的範圍為準。
【權利要求】
1. 一種測量導電層厚度的方法，其特徵在於，包括： 使一第一探針和一第二探針扎入待測導電層中，所述第一探針和所述第二探針之間的 間距為Li ; 在所述第一探針和所述第二探針上施加預定電壓Ui ; 測量流經所述第一探針和所述第二探針的電流值Ii ; 提供已知厚度的標準導電層的測量數據，所述標準導電層與待測導電層的材料相同， 所述標準導電層的厚度為d，所述標準導電層相距為L的兩點上施加預定電壓U時，流經該 兩點的電流值為I ; 待測導電層的厚度di=I山Ud/ (ILUi)。
2. 如權利要求1所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第一探針和所述第 二探針扎入待測導電層中的深度應至少使流經所述第一探針和所述第二探針的電流值Ii 達到最大值。
3. 如權利要求1所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第一探針和所述第 二探針設置於探頭下表面，所述第一探針和所述第二探針垂直所述探頭的下表面。
4. 如權利要求3所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第一探針和所述第 二探針位於同一平面內。
5. 如權利要求3或4所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第一探針為一 根，所述第一探針固定於所述探頭外。
6. 如權利要求1所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第一探針與所述第 二探針的長度相同。
7. 如權利要求1所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第二探針為兩根W 上，各第二探針與第一探針之間的間距不同，所述第二探針可縮入所述探頭內。
8. 如權利要求7所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述第二探針為四根。
9. 如權利要求8所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，各第二探針與所述第一 探針之間的間距分別為和8mm。
10. 如權利要求7所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，測量在預定電壓Ui下流 經各第二探針和所述第一探針的電流值，對所述電流值與間距的函數進行線性回歸，得到 間距為Li時，流經第二探針和所述第一探針的電流值Ii。
11. 如權利要求1所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述待測導電層為化 層、A1層或化層。
12. 如權利要求11所述的測量導電層厚度的方法，其特徵在於，所述待測導電層的厚 度為 100-5000A。
【文檔編號】H01L21/66GK104425303SQ201310401311
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月5日 優先權日:2013年9月5日
【發明者】沈哲敏, 李廣寧 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司