半導體器件測試方法與流程

本發(fā)明涉及半導體器件測試與分析技術領域，尤其涉及一種半導體器件測試方法。

背景技術：

隨著半導體工藝的發(fā)展，半導體器件的尺寸正在逐步成比例縮小，其關鍵尺寸變得越來越小，逐漸從90nm到45nm再到28nm，對于關鍵尺寸越來越小的半導體器件，其引出的接觸電極的關鍵尺寸也越來越小。

通常采用掃描電鏡系統(tǒng)測試半導體器件的電學性能，具體而言，是將半導體器件放置于掃描電鏡的樣品室中，使掃描電鏡的探針與半導體器件的接觸電極接觸，并為接觸電極提供電壓，從而測試半導體器件的電學性能。

然而，隨著接觸電極關鍵尺寸的減小，其需采用的探針也越來越小，并且針尖更加尖細，例如，對于28nm工藝的半導體器件，接觸電極的關鍵尺寸僅為40nm，需要使用的探針的曲率半徑僅為35nm，針尖的角度為20°，因此，探針在與接觸電極接觸測試半導體器件的電學特性時針尖容易彎曲。并且，由于接觸電極通常是采用金屬銅制作而成，而金屬銅的材質(zhì)硬度較大，因此，當掃描電鏡的探針與半導體器件的接觸電極接觸時，探針極易彎曲。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種半導體器件測試方法，避免測試過程中掃描電鏡的探針的針尖彎曲的現(xiàn)象，從而保證測試的精確。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種半導體器件測試方法，包括：

半導體器件的待測區(qū)域中包括若干接觸電極，在所述待測區(qū)域的周圍形成若干個緩沖墊，所述緩沖墊自下至上包括一介質(zhì)層和一金屬層；

將半導體器件置于掃描電鏡的樣品室中，控制掃描電鏡的探針向所述緩沖 墊下針，并根據(jù)掃描電鏡控制系統(tǒng)中顯示的所述緩沖墊的明暗確定所述探針是否與所述緩沖墊接觸，所述探針與緩沖墊接觸之后，停止下針；

將所述探針分別移到鄰近的所述接觸電極，并分別與相應的所述接觸電極接觸，在每個所述探針上加不同的偏壓，從而測試半導體器件的電學特性。

可選的，形成的所述緩沖墊的個數(shù)為4個。

可選的，所述緩沖墊為矩形，所述緩沖墊的長度為2μm-5μm，所述緩沖墊的寬度為2μm-5μm。

可選的，所述金屬層的材料為鋁。

可選的，所述金屬層的厚度為500nm-800nm。

可選的，所述介質(zhì)層的材料為二氧化硅。

可選的，所述介質(zhì)層的厚度為500nm-800nm。

可選的，所述金屬層部分覆蓋所述介質(zhì)層。

可選的，所述緩沖墊與所述接觸電極之間相距1μm-3μm。

可選的，當掃描電鏡中顯示的緩沖墊為亮時，所述探針與所述緩沖墊接觸；當掃描電鏡中顯示的緩沖墊為暗時，所述探針與所述緩沖墊不接觸。

可選的，當掃描電鏡中顯示的緩沖墊由暗變亮時，所述探針與所述緩沖墊接觸，控制所述探針停止下針。

本發(fā)明的半導體器件測試方法，先將掃描探針進針到緩沖墊上，之后將探針移到接觸電極，由于緩沖墊上的金屬層的延展性好，并且更加柔軟，因此探針的針尖與金屬層接觸時不容易彎曲。進一步的，緩沖墊中的介質(zhì)層將金屬層與半導體器件絕緣隔離，使得根據(jù)掃描電鏡中顯示的緩沖墊的明暗可以確定探針是否與緩沖墊接觸，從而判斷探針下針的位置，方便操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明半導體器件測試方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明半導體器件測試方法一實施例中半導體器件結(jié)構(gòu)的俯視圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的半導體器件測試方法進行更詳細的描述，其 中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的核心思想在于，在待測試區(qū)域的周圍形成若干個緩沖墊，在測試過程中，先將掃描探針進針到緩沖墊上，之后將探針移到接觸電極，由于緩沖墊上的金屬層的延展性較好，并且金屬層更加柔軟，因此探針的針尖與金屬層接觸時不容易產(chǎn)生彎曲。另一方面，緩沖墊中的介質(zhì)層將金屬層與半導體器件絕緣隔離，使得根據(jù)掃描電鏡系統(tǒng)中顯示圖像的電壓對比原理，可以由掃描電鏡中顯示的的緩沖墊的明暗來確定探針是否與緩沖墊接觸，從而判斷探針的位置，便于測試。

本發(fā)明的半導體器件測試方法的流程圖參考圖1所示，并且下文結(jié)合圖2對半導體器件測試方法的各步驟進行具體說明。

首先，執(zhí)行步驟S1，參考圖2所示，提供待測試的半導體器件10，半導體器件10中的待測區(qū)域11中包括若干接觸電極12。在本實施例中，以所述半導體器件10為MOS晶體管為例進行說明，從而所述待測區(qū)域11中包括有半導體襯底、源極、漏極以及柵極(圖中均未示出)，并且，所述半導體襯底、所述源極、所述漏極、以及所述柵極均通過接觸電極12引出，所述接觸電極12的材料可以為金屬銅或者金屬鎢，而且，根據(jù)引出的部分的不同，所述接觸電極12的大小尺寸可以不同。本領域技術人員可以理解的是，所述半導體器件10中的待測試區(qū)域11并不限于為MOS晶體管，還可以是三極管，或者MOS晶體管與三極管組合，本發(fā)明對此不做限定。此外，本實施例中的半導體器件10可以包括多個MOS晶體管或者三極管等結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實際需要，選擇其中一個進行測試，或者選擇多個進行測試。

接著，在所述待測區(qū)域11的周圍形成若干個緩沖墊20，所述緩沖墊20自下至上包括一介質(zhì)層21和一金屬層22。在聚焦離子束設備中，采用化學氣相沉積工藝形成所述介質(zhì)層21和所述金屬層22，由于聚焦離子束設備中可以直接觀察半導體器件的表面形貌，因此，可以在半導體器件中的指定位置處形成緩沖墊20。其中，形成的所述緩沖墊20可以為矩形，緩沖墊20的長度例如為2μm-5μm，形成的所述緩沖墊20的寬度例如為2μm-5μm。其中，所述介質(zhì)層 21的材料為二氧化硅。所述介質(zhì)層21的厚度為500nm-800nm，所述金屬層22的材料為鋁金屬，所述金屬層22的厚度為500nm-800nm。在本實施例中，由于MOS晶體管中的半導體襯底、源極、漏極和柵極上的接觸電極均需要引出，因此，對于MOS晶體管的測試，需要在所述待測區(qū)域11周圍形成4個所述緩沖墊20。本領域技術人員可以理解的是，所述金屬層22的材料并不限于為鋁金屬，只要選用的金屬材料柔軟、延展性較好，亦在本發(fā)明保護的思想范圍之內(nèi)。此外，所述緩沖墊20的形狀并不限于矩形，還可以為正方形、圓形等。

之后，執(zhí)行步驟S2，將半導體器件10置于掃描電鏡的樣品室中，進行掃描電鏡的抽真空、加電場等常規(guī)操作方法，從而得到半導體器件的表面形貌，并且，將掃描區(qū)域移動待測區(qū)域11附近，觀察到待測區(qū)域11以及緩沖墊20。之后，通過掃描電鏡的操作系統(tǒng)，控制掃描電鏡的探針向所述緩沖墊20下針，使得探針位于緩沖墊20的上方。由于緩沖墊中的鋁金屬層22的延展性能較好，并且相對于探針的鎢金屬，鋁金屬的材質(zhì)較柔軟，從而探針與緩沖墊20接觸的過程中，探針的針尖不會產(chǎn)生彎曲。

掃描電鏡成像的原理是：采用電子束打在樣品上，通過電子束與樣品的相互作用產(chǎn)生各種效應，其中主要是樣品中的二次電子發(fā)射，二次電子能夠產(chǎn)生樣品表面放大的形貌像，這個像是在樣品被掃描時按時序建立起來的，即使用逐點成像的方法獲得放大像。當某一區(qū)域上的二次電子多時，其在掃描電鏡中的成像是亮的，而某一區(qū)域上的二次電子少時，其在掃描電鏡中的成像是暗的，此為掃描電鏡的電壓對比原理。然而，在本實施例進行測試時，所述半導體器件10接地，所述金屬層22部分覆蓋所述介質(zhì)層21。從而保證所述介質(zhì)層21將所述金屬層22與所述半導體器件10絕緣隔離，從而所述金屬層22上可以積累電荷，從而金屬層22上的二次電子少，使得緩沖墊20在掃描電鏡中的成像為暗。而當探針下針到與緩沖墊20接觸時，由于探針接地，從而使得緩沖墊20中的正電荷導向地端，從而該緩沖墊20上的二次電子積累多，使得該緩沖墊20在掃描電鏡中的成像為亮。因此，本實施例中，運用掃描電鏡的電壓對比原理，可以根據(jù)掃描電鏡中緩沖墊20的亮暗判斷探針是否與緩沖墊20接觸，從而確定探針進針的位置。當針尖與緩沖墊20接觸時，緩沖墊由暗變亮，此時控制探針停止下針，可以防止針尖因下針過程中的慣性而進一步進入緩沖墊20中，從 而更進一步防止因接觸造成的針尖彎曲。另一方面，確定探針進針的位置，可以明確探針下針到緩沖墊20上，而沒有出現(xiàn)偏移，可以便于之后移動探針，進行后續(xù)的測試。

執(zhí)行步驟S3，利用掃描電鏡的控制系統(tǒng)，將所述探針分別移到鄰近的所述接觸電極，需要說明的是，本發(fā)明中設置所述緩沖墊20與所述接觸電極12之間相距1μm-3μm，在探針可移動的范圍之內(nèi)，從而便于探針準確的移動到接觸電極12所在的位置。在探針進到緩沖墊20后，將探針移動到與該探針待測區(qū)域中鄰近的一個接觸電極12。本實施例中，需要四個探針，因此，將四個探針分別依次移動到相應的接觸電極12，即將MOS晶體管中的半導體襯底、源極、漏極和柵極一一引出，通過探針為半導體襯底、源極、漏極和柵極提供電壓，從而進行后續(xù)的電學特性的測量。例如，可以在四個探針上加上不同的偏壓，從而測量MOS晶體管的輸出特性曲線、轉(zhuǎn)移特性曲線等，此為本領域技術人員可以理解的，在此不再贅述。通過測得的輸出特性曲線等判斷MOS晶體管的性能，從而得到半導體器件的良率，并可以為工藝生產(chǎn)條件的選擇提供參考。

需要說明的是，所述緩沖墊的個數(shù)并不限于為四個，例如，當需要的測試的半導體器件不是MOS晶體管，或者測試的半導體器件的電壓輸入點是兩個或三個時，其形成的緩沖墊可以相應的設置為兩個或三個。

綜上所述，本發(fā)明的半導體器件測試方法，探針與緩沖墊的接觸可以避免針尖彎曲，保證測試的準確，并且，根據(jù)緩沖墊圖像的明暗判斷探針是否與緩沖墊接觸，確定探針下針的位置，便于測試。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。