專利名稱：用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針及其量測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種表面介電常數(shù)的量測(cè)裝置及其量測(cè)方法，尤指一種用以量測(cè)介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)的探針及其量測(cè)方法。
鋁探針(Al probe)是目前習(xí)知的介電常數(shù)量測(cè)工具，其系利用所謂的鋁點(diǎn)法(Al dot method)來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體基底上的膜層的介電常數(shù)量測(cè)。此外，亦有將探針材質(zhì)改為水銀(亦即水銀探針(Hg probe))，以同鋁點(diǎn)法的量測(cè)方式，來(lái)對(duì)半導(dǎo)體基底上的膜層的介電常數(shù)進(jìn)行量測(cè)。今以鋁探針為例，說(shuō)明其如何利用鋁點(diǎn)法來(lái)進(jìn)行半導(dǎo)體基底上的膜層的介電常數(shù)量測(cè)如下，如

圖1所示請(qǐng)參閱圖1，若欲對(duì)一半導(dǎo)體基底100上的介電材質(zhì)膜層102進(jìn)行介電常數(shù)的量測(cè)，通常系將一鋁探針105與介電材質(zhì)膜層102的表面接觸，以使半導(dǎo)體基底100、介電材質(zhì)膜層102、鋁探針105三者構(gòu)成一平板電容器，如此一來(lái)即可利用習(xí)知的平板電容器的物理特性，施加電壓于半導(dǎo)體基底100與鋁探針105之間，而量測(cè)出介電材質(zhì)膜層102的介電常數(shù)。
然而上述傳統(tǒng)介電常數(shù)量測(cè)工具存在有如下的缺點(diǎn)若半導(dǎo)體基底上堆積有復(fù)數(shù)個(gè)膜層，則利用上述傳統(tǒng)介電常數(shù)量測(cè)工具，只能量測(cè)出由此復(fù)數(shù)個(gè)膜層所組成的復(fù)合層的介電常數(shù)，而無(wú)法量測(cè)出此復(fù)數(shù)個(gè)膜層中任一單一膜層的介電常數(shù)。換句話說(shuō)，利用上述傳統(tǒng)介電常數(shù)量測(cè)工具，僅能量測(cè)出堆塊(bulk)的介電常數(shù)，而無(wú)法量測(cè)出諸如低介電常數(shù)材質(zhì)膜層等單一薄膜的介電常數(shù)。
因此，如何提供一介電常數(shù)量測(cè)工具，以解決上述傳統(tǒng)介電常數(shù)量測(cè)工具的缺點(diǎn)，遂成為業(yè)界亟需努力的目標(biāo)。
本發(fā)明提出一種用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其中此探針為一結(jié)構(gòu)膜層以及一絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而此結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而此絕緣區(qū)域位于第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域。其中上述結(jié)構(gòu)膜層及絕緣膜層的電容大小為已知。
本發(fā)明系利用上述探針來(lái)進(jìn)行介電材質(zhì)膜層的電容的量測(cè)，并根據(jù)所量出的介電材質(zhì)膜層的電容大小，而求出介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)。其中上述介電材質(zhì)膜層的電容的量測(cè)方法至少包括下列步驟將此探針中的結(jié)構(gòu)膜層與介電材質(zhì)膜層的表面接觸，其中此探針中的結(jié)構(gòu)膜層系位于介電材質(zhì)膜層與此探針中的絕緣膜層二者之間；量測(cè)出第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域二者之間的電容值；計(jì)算出此電容值連續(xù)減去結(jié)構(gòu)膜層的電容大小以及絕緣膜層的電容大小所得的差值，其中此差值即為此介電材質(zhì)膜層的電容大小，而此介電材質(zhì)膜層的電容大小可作為求出此介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)的依據(jù)。
其中上述介電材質(zhì)膜層包含低介電常數(shù)材質(zhì)膜層，而第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域的材質(zhì)包含金屬。又，上述絕緣區(qū)域的形狀包含連續(xù)波形狀，而此連續(xù)波形狀包含連續(xù)周期波形狀，至于此連續(xù)周期波形狀包含連續(xù)方波形狀、連續(xù)三角波形狀、連續(xù)半圓波形狀或連續(xù)弧狀波形狀。
圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所提出的探針結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，所提出的探針結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)膜層的俯視示意圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，利用本發(fā)明的探針來(lái)對(duì)介電材質(zhì)膜層進(jìn)行介電常數(shù)量測(cè)的示意圖。
而本發(fā)明系利用上述探針205來(lái)進(jìn)行介電材質(zhì)膜層的電容的量測(cè)，并根據(jù)所量出的介電材質(zhì)膜層的電容大小，而求出介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)，如圖3所示，今以一較佳實(shí)施例為例，詳述本發(fā)明所提出的介電材質(zhì)膜層的電容的量測(cè)方法如下請(qǐng)參照?qǐng)D3，將本發(fā)明的探針205中的結(jié)構(gòu)膜層203與一介電材質(zhì)膜層202的表面接觸，其中此探針205中的結(jié)構(gòu)膜層203系位于介電材質(zhì)膜層202與此探針205中的絕緣膜層204二者之間；量測(cè)出第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者之間的電容值；計(jì)算出此電容值連續(xù)減去結(jié)構(gòu)膜層203的電容大小以及絕緣膜層204的電容大小所得的差值，其中此差值即為此介電材質(zhì)膜層202的電容大小，而此介電材質(zhì)膜層202的電容大小可作為求出此介電材質(zhì)膜層202的表面介電常數(shù)的依據(jù)。例如利用習(xí)知的電容與介電常數(shù)的物理關(guān)系式介電材質(zhì)膜層的電容＝(介電材質(zhì)膜層的介電常數(shù))×(介電材質(zhì)膜層的面積)/(介電材質(zhì)膜層的厚度)，來(lái)求出介電材質(zhì)膜層的介電常數(shù)。
其中上述第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間的電容值的量測(cè)，可以利用施加電壓于第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間而求得。而由于施加電壓于第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間，所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間的電場(chǎng)分布，主要系通過(guò)三個(gè)區(qū)域第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間的絕緣區(qū)域203B、絕緣膜層204、介電材質(zhì)膜層202。故上述所量測(cè)出來(lái)的第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C二者間的電容值，實(shí)為下列三個(gè)電容大小之和結(jié)構(gòu)膜層203的電容大小、絕緣膜層204的電容大小、介電材質(zhì)膜層202的電容大小。
其中上述介電材質(zhì)膜層202包含低介電常數(shù)材質(zhì)膜層，而第一導(dǎo)電區(qū)域203A以及第二導(dǎo)電區(qū)域203C的材質(zhì)包含金屬。又，上述連續(xù)波形狀包含連續(xù)周期波形狀，至于此連續(xù)周期波形狀包含連續(xù)方波形狀、連續(xù)三角波形狀、連續(xù)半圓波形狀或連續(xù)弧狀波形狀。
是以，藉由本發(fā)明所提出的用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針及其量測(cè)方法，可以解決傳統(tǒng)介電常數(shù)量測(cè)工具，僅能量測(cè)出堆塊(bulk)的介電常數(shù)，而無(wú)法量測(cè)出諸如低介電常數(shù)材質(zhì)膜層等單一薄膜的介電常數(shù)的缺點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范疇。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書而定。
權(quán)利要求
1.一種用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其特征在于該探針為一結(jié)構(gòu)膜層以及一絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而該絕緣區(qū)域?yàn)檫B續(xù)波形狀且位于該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域。
2.一種用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其特征在于該探針為一結(jié)構(gòu)膜層以及一絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而該絕緣區(qū)域位于該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其特征在于該探針用以量測(cè)介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)，上述介電材質(zhì)膜層包含低介電常數(shù)材質(zhì)膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其特征在于上述第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域的材質(zhì)包含金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其特征在于上述絕緣區(qū)域的形狀包含連續(xù)波形狀，而該連續(xù)波形狀包含連續(xù)周期波形狀，而該連續(xù)周期波形狀包含連續(xù)方波形狀、連續(xù)三角波形狀、連續(xù)半圓波形狀或連續(xù)弧狀波形狀。
6.一種量測(cè)表面介電常數(shù)的量測(cè)方法，其系利用一探針，其特征在于該探針為一電容大小已知的結(jié)構(gòu)膜層以及一電容大小已知的絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而該絕緣區(qū)域?yàn)檫B續(xù)波形狀且位于該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域，該方法至少包括下列步驟將該探針中的該結(jié)構(gòu)膜層與該介電材質(zhì)膜層的表面接觸，其中該探針中的該結(jié)構(gòu)膜層系位于該介電材質(zhì)膜層與該探針中的該絕緣膜層二者之間；量測(cè)出該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域二者之間的電容值；計(jì)算出該電容值連續(xù)減去該結(jié)構(gòu)膜層的電容大小以及該絕緣膜層的電容大小所得的差值，其中該差值即為該介電材質(zhì)膜層的電容大??；根據(jù)該介電材質(zhì)膜層的電容大小，求出該介電材質(zhì)膜層的表面介電常數(shù)。
7.一種量測(cè)一介電材質(zhì)膜層的電容大小的方法，系利用一探針，其特征在于該探針為一電容大小已知的結(jié)構(gòu)膜層以及一電容大小已知的絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而該結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而該絕緣區(qū)域位于該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域，該方法至少包括下列步驟將該探針中的該結(jié)構(gòu)膜層與該介電材質(zhì)膜層的表面接觸，其中該探針中的該結(jié)構(gòu)膜層系位于該介電材質(zhì)膜層與該探針中的該絕緣膜層二者之間；量測(cè)出該第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域二者之間的電容值；計(jì)算出該電容值連續(xù)減去該結(jié)構(gòu)膜層的電容大小以及該絕緣膜層的電容大小所得的差值，其中該差值即為該介電材質(zhì)膜層的電容大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量測(cè)一介電材質(zhì)膜層的電容大小的方法，其特征在于上述介電材質(zhì)膜層包含低介電常數(shù)材質(zhì)膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量測(cè)一介電材質(zhì)膜層的電容大小的方法，其特征在于上述第一導(dǎo)電區(qū)域以及該第二導(dǎo)電區(qū)域的材質(zhì)包含金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的量測(cè)一介電材質(zhì)膜層的電容大小的方法，其特征在于上述絕緣區(qū)域的形狀包含連續(xù)波形狀，而該連續(xù)波形狀包含連續(xù)周期波形狀，而該連續(xù)周期波形狀包含連續(xù)方波形狀、連續(xù)三角波形狀、連續(xù)半圓波形狀或連續(xù)弧狀波形狀。
全文摘要
一種用以量測(cè)表面介電常數(shù)的探針，其中此探針為一結(jié)構(gòu)膜層以及一絕緣膜層所組成的復(fù)合層結(jié)構(gòu)，而此結(jié)構(gòu)膜層系由一第一導(dǎo)電區(qū)域、一第二導(dǎo)電區(qū)域以及一絕緣區(qū)域所組成，而此絕緣區(qū)域?yàn)檫B續(xù)波形狀且位于第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域之間，用以隔離第一導(dǎo)電區(qū)域以及第二導(dǎo)電區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1449008SQ0210857
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月2日
發(fā)明者包天一 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司