[发明专利]一种金属膜厚度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体测试领域，特别涉及一种金属膜厚度测量方法。

背景技术

在半导体生产过程中，晶片的器件面会依次进行制作器件层的前端工艺和制作金属层的后端工艺，后端工艺的作用是为了电连接器件层中的半导体器件结构，最终形成半导体集成电路（IC）。其中，制作金属膜是后端工艺的基本步骤之一。本领域技术人员在金属膜制作完毕后，还需要通过测量金属膜的各方面参数来反映其工艺质量，例如，金属膜的厚度，就是必须测量的重要参数之一。

现有技术中，金属膜厚度的测量方法主要是电阻率（RS）测量法，该方法通过测得金属膜的电阻率并根据相关计算公式推导出金属膜的厚度。众所周知，RS测量法的局限性在于，其原理是将晶片等效于一个无边界的区域进行计算公式推导，但在实际电阻率的测量过程中，晶片并不是一个无边界的区域，其器件面金属膜的边界效应是一个无法避免的问题，所以将一个在无边界的区域条件下得出的计算公式应用于具有边界效应的金属膜的厚度推导，并不能真实反映金属膜的实际厚度。因此，如何准确测量金属膜的厚度成为一个需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金属膜厚度测量方法，能够准确检测金属膜厚度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种金属膜厚度测量方法，包括：提供一晶片，所述晶片的器件面的依次具有半导体基体、电介质层和金属膜，所述电介质层位于所述金属膜下方，所述金属膜上方垂直放置两根相隔预定距离的探针，所述探针的自由端朝向晶片的器件面，该方法还包括：

向晶片方向移动所述探针，当所述探针的针尖接触到所述金属膜的上表面时，用计数器记录开始时间T1；

所述探针做匀速直线运动插入金属膜，当所述探针的针尖接触到所述电介质层的表面时，所述计数器记录停止时间T2；

将所述匀速直线运动的速度与停止时间T2和开始时间T1之间的差值相乘，得到所述金属膜厚度。

该方法还包括，在向晶片方向移动所述探针之前，在所述探针之间施加电压。

当所述探针的针尖接触到所述金属膜的上表面时，所述探针之间出现电流，以所述电流出现的时间作为所述开始时间T1。

当所述探针的针尖接触到所述电介质层的表面时，所述探针之间的电流出现最小值，以所述最小值出现的时间作为所述停止时间T2。

所述匀速直线运动的速度范围是1到5毫米每分钟。

所述计数器的时间精度控制范围是10-6到10-5秒。

所述金属膜厚度的测量范围在0.01纳米到100纳米

从上述方案可以看出，本发明提出一种金属膜厚度的测量方法，通过检测匀速插入金属膜内部的探针的电流的变化确定探针的针尖与金属膜上表面和底面的接触时间，从而运用物理学的运动公式准确地测量出较厚的金属膜厚度。

附图说明

图1～3为本发明实施例的探针与待测晶片的位置示意图；

图4为本发明实施例的采样点分布图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例

如图1所示，本实施例提供的待测试晶片的器件面从上到下依次为金属膜103，电介质层102和半导体衬底101。也就是说本实例中待测试晶片在器件面的结构包括：最上层的金属膜103，最下层的半导体衬底101，以及沉积在半导体衬底101与金属膜103之间的电介质层102。需要注意的是，对各种具有不同器件结构的晶片，只要保证晶片器件面的最上层为金属膜103，并且金属膜103下方为绝缘体材料的电介质层102，即可使用本发明提供的金属膜103厚度测量方法检测该金属膜103的厚度，也就是说晶片的器件面上依次具有半导体基体、电介质层102和金属膜103，其中半导体基体上方为电介质层102，电介质层102上方为金属膜103。本发明实施例金属膜厚度的测量范围在0.01纳米（nm）到100纳米。对于金属膜厚度的测量范围限定，其下限由探针105的运动速率和计数器的时间精度同时决定，上限则是目前常规使用的最大厚度。

步骤201，探头（Probe）104上垂直放置两根相隔预定距离的探针105，探针105的自由端朝向晶片的器件面并校准探针105位置；