測量導(dǎo)電層厚度的方法
【專利摘要】一種測量導(dǎo)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(dǎo)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(yù)定電壓U1；測量流經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的測量數(shù)據(jù)，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層與待測導(dǎo)電層的材料相同，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的厚度為d，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層相距為L的兩點(diǎn)上施加預(yù)定電壓U時(shí)，流經(jīng)該兩點(diǎn)的電流值為I；待測導(dǎo)電層的厚度d1=I1L1Ud/（ILU1）。本發(fā)明提供的測量導(dǎo)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(dǎo)電層厚度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及到一種測量導(dǎo)電層厚度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著集成電路的飛速發(fā)展，單位面積上半導(dǎo)體器件的數(shù)量不斷增加，對(duì)工藝參數(shù) 的監(jiān)控變得愈加嚴(yán)格。以形成金屬層為例，需要對(duì)金屬層的厚度進(jìn)行檢測。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)開發(fā)出電渦流法、X射線吸收法、X熒光法、激光超聲檢測等技 術(shù)。但是電渦流法和激光超聲檢測的測量精度不高，X射線吸收法和X熒光法具有放射性 而不適宜在一般的環(huán)境中應(yīng)用。
[0004] 因此需要一種有效測量金屬層厚度的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種測量導(dǎo)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(dǎo)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(yù)定電壓U1;
[0008] 測量流經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的測量數(shù)據(jù)，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層與待測導(dǎo)電層的材料相 同，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的厚度為d，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層相距為L的兩點(diǎn)上施加預(yù)定電壓U時(shí)，流經(jīng) 該兩點(diǎn)的電流值為I;
[0010] 待測導(dǎo)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(dǎo)電層中的深度應(yīng)至少使流經(jīng)所 述第一探針和所述第二探針的電流值I1達(dá)到最大值。
[0012] 可選的，所述第一探針和所述第二探針設(shè)置于探頭下表面，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于同一平面內(nèi)。
[0014] 可選的，所述第一探針為一根，所述第一探針固定于所述探頭外。
[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(nèi)。
[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(yù)定電壓U1下流經(jīng)各第二探針和所述第一探針的電流值，對(duì)所述 電流值與間距的函數(shù)進(jìn)行線性回歸，得到間距為L1時(shí)，流經(jīng)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(dǎo)電層為Cu層、Al層或Ta層。
[0021] 可選的，所述待測導(dǎo)電層的厚度為100-5000A。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本技術(shù)方案使第一探針與一第二探針扎入待測導(dǎo)電層中，并在所述第一探針和所 述第二探針上施加預(yù)定電壓，測量流經(jīng)所述第一探針和該第二探針的電流值，由于所述電 流值與待測導(dǎo)電層的厚度、預(yù)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(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比得到待測導(dǎo)電層的厚度。該測量導(dǎo)電層 厚度的方法便捷，因此可有效測量導(dǎo)電層的厚度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例中測量導(dǎo)電層厚度的設(shè)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(fā)明第一實(shí)施例中第一探針和第二探針扎入待測導(dǎo)電層中的示意圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例中第一探針和第二探針扎入待測導(dǎo)電層深度與流經(jīng)第 一探針和第二探針的電流的函數(shù)關(guān)系圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例中第一探針和另一第二探針扎入待測導(dǎo)電層中的示意 圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例中經(jīng)線性回歸后得到的流經(jīng)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(shù)關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0031] 參考圖1和圖2,本實(shí)施例測量導(dǎo)電層厚度的方法中使用的設(shè)備1，包括：
[0032] 探頭 10 ;
[0033] 位于所述探頭10下表面101的一第一探針21 ;
[0034] 位于所述探頭10下表面101的第二探針221、222、223和224。
[0035] 本實(shí)施中第二探針的數(shù)量不限于四根，在其他實(shí)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(shù)量。
[0036] 在本實(shí)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(shí)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(dāng)各第二探針與第 一探針21之間的間距相同時(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)施例中，所述第一探針21和第二探針221、222、223和224位于同一平面 內(nèi)。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上的投影位于同一直線上。
[0041] 在具體實(shí)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(nèi)。
[0043] 在本實(shí)施例中，所述第一探針21固定于所述探頭10外，即所述第一探針21只能 位于所述探頭10外，不能縮入所述探頭10內(nèi)。
[0044] 在其他實(shí)施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內(nèi)。
[0045] 第一實(shí)施例
[0046] 本實(shí)施例提供一種測量導(dǎo)電層厚度的方法，包括：
[0047] 參考圖1，提供所述的設(shè)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(dǎo)電層30中。
[0049] 在具體實(shí)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(dǎo)電層30中時(shí)，其他第二探針縮入所述探頭10內(nèi)，以保證只有所述第一探針21和 第二探針221扎入待測導(dǎo)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(biāo)出）。
[0051] 在具體實(shí)施例中，所述待測導(dǎo)電層30為Cu層、Al層或Ta層，所述待測導(dǎo)電層30 的厚度為100-5000A。
[0052] 然后，在所述第一探針21和第二探針221上施加預(yù)定電壓U1，由于所述第一探針 21和第二探針221已通過所述待測導(dǎo)電層30連接，所以所述第一探針21和第二探針221 之間產(chǎn)生電流。
[0053] 測量流經(jīng)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(jīng)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(dǎo)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(dǎo)電層30深度的增加而逐漸變大。這是因?yàn)榈谝惶结?1和第二探針221扎入待測導(dǎo)電 層30內(nèi)的深度過淺時(shí)，第一探針21和第二探針221與待測導(dǎo)電層30的接觸不良導(dǎo)致的。
[0055] 當(dāng)?shù)谝惶结?1和第二探針221扎入待測導(dǎo)電層30內(nèi)H深度時(shí)，電流值I1達(dá)到最 大。這時(shí)，第一探針21和第二探針221與待測導(dǎo)電層30的接觸良好。因此，為了得到準(zhǔn)確 的流經(jīng)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(dǎo)電層30中的深度應(yīng)至少使流經(jīng)所述第一探針21和第二探針221的電流值I1達(dá)到最 大值，即扎入的深度至少為H。圖4中，H是使流經(jīng)所述第一探針21和第二探針221的電流 值I1達(dá)到最大值的臨界值的標(biāo)號(hào)，不代表第一探針21和第二探針221扎入待測導(dǎo)電層30 中深度的實(shí)際值。
[0056] 由于導(dǎo)體的電阻R=PL/S，P為導(dǎo)體的電阻率，S為導(dǎo)體的橫截面積，L為導(dǎo)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(dǎo)電層30的橫截面積S1=PJ1IVU115
[0058] 其中S1=Cl1W1。其中Cl1為待測導(dǎo)電層30的厚度，W1為待測導(dǎo)電層30的寬度。
[0059] 提供已知厚度的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的測量數(shù)據(jù)，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層與待測導(dǎo)電層30的材 料相同，所以待測導(dǎo)電層30的電阻率Pi與標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的電阻率P相同。
[0060] 所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的厚度為d，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層相距為L的兩點(diǎn)上施加預(yù)定電壓U 時(shí)，流經(jīng)該兩點(diǎn)的電流值為I。
[0061] 所以待測導(dǎo)電層30的橫截面積S=PIL/U。
[0062] 其中S=dw。其中d為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的厚度，w為標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的寬度。
[0063] 在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的兩點(diǎn)上施加電壓時(shí)，并非標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的所有區(qū)域都能進(jìn)行導(dǎo)電， 而是只有靠近該兩點(diǎn)的區(qū)域才能形成電流而成為導(dǎo)電區(qū)。同理，待測導(dǎo)電層30上只有導(dǎo)電 區(qū)形成電流。
[0064] 待測導(dǎo)電層30和標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層中形成的導(dǎo)電區(qū)中，導(dǎo)電區(qū)的寬度可以認(rèn)為近似相 等，艮PW1=W0
[0065] 通過以上分析，可以得到待測導(dǎo)電層30的厚度Cl1=I1L1Ud/ (ILUJ。
[0066] 參考圖5,在其他實(shí)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(dǎo) 電層30中，其他第二探針縮入探頭10中，對(duì)待測導(dǎo)電層30的厚度進(jìn)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(dǎo)電層30 中測量待測導(dǎo)電層30厚度的測量方法。
[0068] 在其他實(shí)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(dǎo)電 層30中，其他第二探針縮入探頭10中，對(duì)待測導(dǎo)電層30的厚度進(jìn)行測量。
[0069] 在其他實(shí)施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內(nèi)。可以任選兩第二 探針扎入待測導(dǎo)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(duì)待測導(dǎo)電 層30的厚度進(jìn)行測量。
[0070] 第二實(shí)施例
[0071] 本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于：
[0072] 使用線性回歸得到流經(jīng)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(shè)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(yù)定電壓U1下流經(jīng)各第二探針和所述第一探針21的電流值。
[0075] 由第一實(shí)施例中分析可知，在預(yù)定電壓一定的條件下，流經(jīng)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(yù)定電壓U1下，流經(jīng)第二探針221和所述第一探針21的電流值為I2 ;在 預(yù)定電壓U1下，流經(jīng)第二探針222和所述第一探針21的電流值為I3 ;在預(yù)定電壓U1下，流 經(jīng)第二探針223和所述第一探針21的電流值為I4 ;在預(yù)定電壓U1下，流經(jīng)第二探針224和 所述第一探針21的電流值為I5。由于第二探針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(shí)際中，測量流經(jīng)第二探針和所述第一探針21的電流值時(shí)，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(shí)施例采用線性回歸的方法對(duì)所述電流值與 間距的函數(shù)進(jìn)行線性回歸。
[0078] 如圖6所示，圖6中的直線為線性回歸后所得到的。
[0079] 然后在所述直線上任意取一點(diǎn)A，該點(diǎn)A表示了第一探針21與第二探針的間距為 L1時(shí)，流經(jīng)第一探針21與該第二探針的電流值為L。
[0080] 然后參考第一實(shí)施例，將所得值與標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的參數(shù)代入公式Cl1=I1L1Ud/ (ILU1), 得到待測導(dǎo)電層30的厚度Cl1。
[0081] 在其他實(shí)施例中，所述第一探針21也可以縮入所述探頭10內(nèi)?？梢匀芜x兩第二 探針扎入待測導(dǎo)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(duì)待測導(dǎo)電 層30的厚度進(jìn)行測量；以及將任一第二探針和第一探針21扎入待測導(dǎo)電層30中，其他第 二探針縮入探頭10中，對(duì)待測導(dǎo)電層30的厚度進(jìn)行測量；然后采用線性回歸的方法對(duì)所述 電流值與間距的函數(shù)進(jìn)行線性回歸，得到間距為L1時(shí)，電流值為I1。然后參考第一實(shí)施例， 將所得值與標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的參數(shù)代入公式Cl1=I1L1Ud/ (ILU1),得到待測導(dǎo)電層30的厚度屯。 [0082] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，包括： 使一第一探針和一第二探針扎入待測導(dǎo)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(yù)定電壓Ui ; 測量流經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的測量數(shù)據(jù)，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層與待測導(dǎo)電層的材料相同， 所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層的厚度為d，所述標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電層相距為L的兩點(diǎn)上施加預(yù)定電壓U時(shí)，流經(jīng)該 兩點(diǎn)的電流值為I ; 待測導(dǎo)電層的厚度di=I山Ud/ (ILUi)。
2. 如權(quán)利要求1所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第一探針和所述第 二探針扎入待測導(dǎo)電層中的深度應(yīng)至少使流經(jīng)所述第一探針和所述第二探針的電流值Ii 達(dá)到最大值。
3. 如權(quán)利要求1所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第一探針和所述第 二探針設(shè)置于探頭下表面，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(quán)利要求3所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第一探針和所述第 二探針位于同一平面內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第一探針為一 根，所述第一探針固定于所述探頭外。
6. 如權(quán)利要求1所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第一探針與所述第 二探針的長度相同。
7. 如權(quán)利要求1所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，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(nèi)。
8. 如權(quán)利要求7所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述第二探針為四根。
9. 如權(quán)利要求8所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，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(quán)利要求7所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，測量在預(yù)定電壓Ui下流 經(jīng)各第二探針和所述第一探針的電流值，對(duì)所述電流值與間距的函數(shù)進(jìn)行線性回歸，得到 間距為Li時(shí)，流經(jīng)第二探針和所述第一探針的電流值Ii。
11. 如權(quán)利要求1所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述待測導(dǎo)電層為化 層、A1層或化層。
12. 如權(quán)利要求11所述的測量導(dǎo)電層厚度的方法，其特征在于，所述待測導(dǎo)電層的厚 度為 100-5000A。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK104425303SQ201310401311
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】沈哲敏, 李廣寧 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司