一种电阻测试结构及电阻测试方法与流程

1.本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种电阻测试结构及电阻测试方法。


背景技术：

2.静态随机存储器(sram)由于其低压操作、读写速度快得到广泛应用，其中以6个晶体管为一个存储单元的6t-sram最为常见。在6t-sram布局中，因为使用更多的晶体管占据了更多的面积。为了减少sram在集成电路中的面积，在更为先进的工艺中引入了共享接触孔(shared ct)结构。与普通接触孔(ct)结构相比，共享接触孔工作环境更加复杂，套刻精度、金属硅化物(salicide)与栅极(例如采用多晶硅)的形貌问题等都会对共享接触孔的接触造成影响，进而增大整个体系的电阻。
3.如图1中示出了两种可能的共享接触孔的接触问题，标号a对应区域示出了套刻出现偏差，标号b对应区域示出了金属硅化物损失，这些都会造成共享接触孔的接触问题，进而增大整个体系的电阻。
4.因此，如何实现对共享接触孔的接触情况进行准确的测试，进而避免整个体系的电阻增大，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是，提供一种电阻测试结构及电阻测试方法，以实现对待测组件的接触电阻以及接触情况进行准确的测试及监控。
6.为解决上述问题，本发明一实施例提供了一种电阻测试结构，包括：多个第一测试模块；每一所述第一测试模块包括：形成于同一半导体器件有源区之上的两个间隔设置的第一接触结构和第二接触结构；相邻两所述第一测试模块中一第一测试模块的第一接触结构与另一第一测试模块的第二接触结构之间相邻且电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构，所述第一串联结构的两端分别电连接一第一测试焊垫；其中，通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第一测试模块相应接触电阻的测试与监控。
7.在一些实施例中，所述有源区为第一掺杂类型的重掺区；所述第一接触结构为接触孔结构，所述接触孔结构与所述重掺区之间形成第一接触电阻；所述第二接触结构为共享接触孔结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻；通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，基于所述重掺区的电阻、所述第一接触电阻，实现对所述共享接触孔接触电阻的测试与监控。
8.在一些实施例中，所述有源区为第一掺杂类型的重掺区，所述第一接触结构与所述第二接触结构均为共享接触孔结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻；通过在所述第一串联结构的两端所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，基于所述重掺区的电阻，实现对所述共享接触孔接触电阻的测试与监控。
9.为解决上述问题，本发明一实施例还提供了一种电阻测试方法，包括：提供多个相互隔离的半导体器件有源区；于每一所述有源区之上形成一第一测试模块的两个间隔设置的第一接触结构和第二接触结构，其中，相邻两所述第一测试模块中一第一测试模块的第一接触结构与另一第一测试模块的第二接触结构之间相邻且电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构，所述第一串联结构的两端分别电连接一第一测试焊垫；在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，以对所述第一测试模块相应接触电阻进行测试与监控。
10.本发明通过设计一种接触结构的串联结构，并将有源区作为串联结构的一部分，通过在该串联结构两端施加测试电压并测量输出电流，可以对接触结构相应接触电阻进行精准的测试，进而根据测试结果对接触情况进行监控。进一步将包括其它测试模块的串联结构电连接至该串联结构并分步测试，可以实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
12.图1为共享接触孔存在接触问题示意图；
13.图2为本发明一实施例提供的电阻测试结构的示意图；
14.图3为沿图2中a-a’线的膜层剖视图；
15.图4为本发明另一实施例提供的电阻测试结构的膜层剖视图；
16.图5为本发明再一实施例提供的电阻测试结构的示意图；
17.图6为本发明一实施例提供的电阻测试方法的步骤示意图。
18.图中标号说明：
19.101、p型衬底
ꢀꢀꢀꢀ
102、n阱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
103、氧化层
20.104、sti
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
105、有源区106、金属硅化物
21.107、sic
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
108、sin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
109、栅极
22.110、ti/tin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
111、w
23.401、p型衬底402、n阱
ꢀꢀꢀ
403、氧化层
24.404、sti
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
201、有源区406、金属硅化物
25.407、sic
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
408、sin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
409、栅极
26.410、ti/tin
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
411、w
具体实施方式
27.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.为清楚说明本发明，以下给出本发明中部分技术名词的定义。
29.接触孔(ct)：是第一层金属与有源区(aa)或多晶硅之间的绝缘层上的开孔，用于使第一层金属与有源区或多晶硅之间形成接触。
30.共享接触孔(share ct)：是接触孔的一种，共享接触孔同时作为两个及以上部件(例如栅极和源极或栅极和漏极)共用的接触孔。
31.通孔(via)：是金属层之间的绝缘层上的开孔，用于连接相应的金属层。
32.p型衬底(p-type sub)：是在本征半导体中掺入元素周期表中的第iii族元素得内部可流动的正电粒子(空穴)数量大于负电粒子(电子)，形成p型半导体，p型半导体称为衬底(substrat)。
33.浅沟道隔离(shallow trench isolation，简称sti)：通常用于0.25um以下工艺，通过利用氮化硅掩膜经过淀积、图形化、刻蚀硅衬底后形成沟槽，并在沟槽中填充淀积氧化物形成隔离结构，用于有源区之间的绝缘隔离。特点是能实现高密度的隔离。
34.本发明一实施例提供了一种电阻测试结构，可用于对sram、dram等半导体器件的接触电阻进行精准的测试，进而根据测试结果对接触情况进行监控。
35.请一并参阅图2～图3，其中，图2为本发明一实施例提供的电阻测试结构的示意图，图3为沿图2中a-a’线的膜层剖视图。
36.如图2所示，本实施例所述的电阻测试结构20包括：多个第一测试模块21。每一所述第一测试模块21包括：形成于同一半导体器件有源区201之上的两个间隔设置的接触结构，分别为第一接触结构211、第二接触结构212。相邻两所述第一测试模块21中一第一测试模块的第一接触结构211与另一第一测试模块的第二接触结构212之间相邻且电连接(即相邻两所述第一测试模块21的相应接触结构之间电连接)，从而多个所述第一测试模块21形成第一串联结构；所述第一串联结构的两端分别电连接一第一测试焊垫(pad)202。通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫202上施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试与监控。
37.具体的，如图2所示，每一第一测试模块21均设置两个不同的接触结构；相邻的2个第一测试模块21的相应接触结构之间电连接：后一测试模块的第一接触结构211与前一测试模块的第二接触结构212之间相邻且电连接，从而多个所述第一测试模块21形成第一串联结构。在其它实施例中，相邻的2个第一测试模块21的相应接触结构之间电连接也可以为：后一测试模块的第二接触结构212与前一测试模块的第一接触结构211之间相邻且电连接，从而多个所述第一测试模块21形成第一串联结构。
38.本实施例通过设计一种接触结构的第一串联结构，并将有源区作为第一串联结构的一部分，通过在所述第一串联结构两端施加测试电压并测量输出电流，可以对接触结构相应接触电阻进行精准的测试，进而根据测试结果对接触情况进行监控。
39.如图3所示，在本实施例中，所述有源区201为第一掺杂类型的重掺区；所述第一接触结构211为接触孔(ct)结构，所述接触孔结构与所述重掺区之间形成第一接触电阻r
c_aa
；所述第二接触结构212为共享接触孔(share ct)结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻r
c_sct
，所述重掺区本身具有电阻r
s_aa
。作为示例，所述第一掺杂类型可以为p型，也可以为n型。相邻两所述第一测试模块的相邻且类型不同的两接触结构之间电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构。通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫(pad)上施加测试电压并测量输出电流，基于所述重掺区的电阻、
所述第一接触电阻，实现对所述共享接触孔接触电阻的测试与监控。对于测试结构，除待测试值外，其它值默认已知，测试原理及过程详述于后文。
40.在一些实施例中，相邻两所述第一测试模块21中一第一测试模块的第一接触结构211与另一第一测试模块的第二接触结构212之间相邻且通过远离所述有源区201的第一金属结构203(参考图3所示剖视图)电连接，所述第一串联结构的两端分别通过远离所述有源区201的第二金属结构204电连接相应的第一测试焊垫202。可选地，所述第一金属结构、第二金属结构通过对远离所述有源区的同一金属层(metal)进行图案化形成。
41.具体的，本实施例所述的电阻测试结构20的制备方法可以为：1)提供形成有p型衬底(p-type sub)和n阱(n well)的硅(si)基板；具体的，在硅基板上掺杂硼原子形成p型衬底，掺杂磷原子形成n阱。2)形成p+的重掺区作为所述有源区(aa)201，有源区201之间通过浅沟道隔离结构(sti)隔离；浅沟道隔离结构与n阱以及有源区201接触的表面形成有氧化层(oxide)。3)于每一所述有源区201形成两个第一凹槽，第一凹槽内填充金属硅化物(salicide)。4)于每一所述有源区201上形成晶体管的栅极结构，该栅极结构于其中一凹槽相邻；该栅极结构包括依次层叠的氧化层(oxide)、栅极(gate)以及表面保护层(spacer)；具体的，栅极材料可以采用多晶硅(poly silicon)，表面保护层材料可以采用氮化硅(sin)。5)于所述栅极结构远离所述有源区的一侧的靠近第一凹槽处形成第二凹槽，第二凹槽内填充金属硅化物。6)形成覆盖所述有源区201、浅沟道隔离结构、金属硅化物、栅极结构的绝缘层；该绝缘层可以包括依次层叠的碳化硅(sic)层、氮化硅(sin)层。7)在金属硅化物对应区域进行刻蚀，形成接触孔与共享接触孔，其中共享接触孔分别于有源区以及栅极结构接触。8)于接触孔与共享接触孔内形成缓冲层并填充金属材料，形成所述第一测试模块21的所述第一接触结构211以及所述第二接触结构212。缓冲层选择性地包括钛(titanium，简称ti)层和/或氮化钛(taitaniumnitride，简称tin)；ti可以使用imp的方法生长，ti的粘连性好，可以用来作为有源区与接触孔内填充金属材料之间的粘接层(glue layer)，tin作为阻挡层可以防止上下层材料的交互扩散。填充金属材料具体可以为金属钨(w)。9)平坦化支撑层以及所述第一接触结构211以及所述第二接触结构212，在所述第一接触结构211以及所述第二接触结构212的远离所述有源区的一侧形成金属层并图案化，形成电连接相邻两所述第一测试模块21的相邻且类型不同的两接触结构的金属结构。所形成的电阻测试结构20的剖视图如图3所示。
42.请参阅图4，其为本发明另一实施例提供的电阻测试结构的膜层剖视图。如图4所示，与图3所示实施例的不同之处在于，本实施例所述的电阻测试结构20的第一测试模块21的第一接触结构211、第二接触结构212为相同的接触结构。相邻两所述第一测试模块21中相邻的接触结构之间电连接(即相邻两所述第一测试模块21的相应接触结构之间电连接)，从而多个所述第一测试模块21形成第一串联结构；所述第一串联结构的两端分别电连接一第一测试焊垫202。通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫202上施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试与监控。
43.在本实施例中，所述有源区201为第一掺杂类型的重掺区；所述第一接触结构211与所述第二接触结构212均为共享接触孔(share ct)结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻r
c_sct
，所述重掺区本身具有电阻r
s_aa
。作为示例，所述第一掺杂类型可以为p型，也可以为n型。相邻两所述第一测试模块的相邻的两接触结构之间
电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构。通过在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，基于所述重掺区的电阻，实现对所述共享接触孔接触电阻的测试与监控。对于测试结构，除待测试值外，其它值默认已知，测试原理及过程详述于后文。
44.整个电阻测试结构的接触结构全部使用shared ct，虽然会与真实sram结构有一定差异(缺少ct)，但可以在一定程度上改善其他因素对测试结果的影响。具体的，由于接触结构全部使用shared ct，增大了共享接触孔接触电阻r
c_sct
的占比，减少了其他因素(特别是ct)的影响，可以使共享接触孔接触电阻的测量值更加准确。
45.请参阅图5，其为本发明再一实施例提供的电阻测试结构的示意图。如图5所示，所述电阻测试结构20还包括至少一第二串联结构，所述第二串联结构包括多个串联的第二测试模块22；所述第二串联结构一端电连接至所述第一串联结构，另一端电连接一第二测试焊垫209。其中，通过在所述第一串联结构一端的第一测试焊垫202以及所述第二测试焊垫209上施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第二测试模块22相应电阻的测试与监控。所述第二测试模块22可以为多晶硅结构、不同掺杂的有源区结构等，通过将所述第二测试模块22一端电连接pad、一端电连接所述第一串联结构，可以实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
46.具体的，将两探针分别与所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫202电连接，施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试与监控；再将其中一探针与所述第二测试焊垫209电连接，施加测试电压并测量输出电流，在完成对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试的基础上实现对所述第二测试模块22相应电阻的测试与监控。
47.所述第二串联结构可以电连接至所述第一串联结构的端部的第一测试模块21的相应接触结构，也可以电连接至所述第一串联结构的任一第一测试模块21的相应接触结构。在本发明其它实施例中，也可以同时存在多个第二串联结构分别电连接至所述第一串联结构，各第二串联结构所包括的第二测试模块不同，并通过分时测试的方式分别实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
48.基于同一发明构思，本发明还提供了一种电阻测试方法，可用于对sram、dram等半导体器件的接触电阻进行精准的测试，进而根据测试结果对接触情况进行监控。所述电阻测试方法可以采用本发明上述实施例所述的电阻测试结构。
49.请参阅图6，其为本发明一实施例提供的电阻测试方法的步骤示意图。如图6所示，在本实施例中，所述方法包括如下步骤：s1、提供多个相互隔离的半导体器件有源区；s2、于每一所述有源区之上形成一第一测试模块的两个间隔设置的第一接触结构和第二接触结构，其中，相邻两所述第一测试模块中一第一测试模块的第一接触结构与另一第一测试模块的第二接触结构之间相邻且电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构，所述第一串联结构的两端分别电连接一第一测试焊垫；以及s3、在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，以对所述第一测试模块相应接触电阻进行测试与监控。
50.在一些实施例中，所述有源区201为第一掺杂类型的重掺区；所述第一接触结构211为接触孔(ct)结构，所述接触孔结构与所述重掺区之间形成第一接触电阻r
c_aa
；所述第
二接触结构212为共享接触孔(share ct)结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻r
c_sct
，所述重掺区本身具有电阻r
s_aa
。作为示例，所述第一掺杂类型可以为p型，也可以为n型。相邻两所述第一测试模块21中一第一测试模块的第一接触结构211与另一第一测试模块的第二接触结构212之间相邻且通过远离所述有源区201的第一金属结构203(参考图3所示剖视图)电连接，所述第一串联结构的两端分别通过远离所述有源区201的第二金属结构204电连接相应的第一测试焊垫202。可选地，所述第一金属结构、第二金属结构通过对远离所述有源区的同一金属层进行图案化形成，如图3所示。
51.相邻两所述第一测试模块的相邻且类型不同的两接触结构之间电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构。相应的，步骤s3所述的在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，以对所述第一测试模块相应接触电阻进行测试与监控进一步包括：1)基于所述测试电压、所述输出电流、所述重掺区的电阻、所述第一接触电阻以及所述第一串联结构中所述第一测试模块的数量，获取所述共享接触孔接触电阻的电阻测量值；2)将所述电阻测量值与预设阈值进行对比，以监控所述共享接触孔结构的接触情况。
52.接上述实施例，采用以下公式获取所述共享接触孔接触电阻的电阻测量值：
53.r
c_sct
＝(v/i
n-n
·rs_aa-n
·rc_aa
)/n；
54.其中，r
c_sct
为所述共享接触孔接触电阻，v为所述测试电压、为已知量，in为所述输出电流、为已知量，r
s_aa
为所述重掺区的电阻、为已知量，r
c_aa
为所述第一接触电阻、为已知量，n为所述第一串联结构中所述第一测试模块的数量、为已知量；电连接接触结构的所述第一金属结构、第二金属结构的金属电阻的影响忽略不计。
55.在一些实施例中，所述有源区201为第一掺杂类型的重掺区；所述第一接触结构211与所述第二接触结构212均为共享接触孔(share ct)结构，所述共享接触孔结构与所述重掺区之间形成共享接触孔接触电阻r
c_sct
，所述重掺区本身具有电阻r
s_aa
。作为示例，所述第一掺杂类型可以为p型，也可以为n型。相邻两所述第一测试模块21中相邻的接触结构通过远离所述有源区201的第一金属结构203(参考图4所示剖视图)电连接，所述第一串联结构的两端分别通过远离所述有源区201的第二金属结构204电连接相应的第一测试焊垫202。可选地，所述第一金属结构、第二金属结构通过对远离所述有源区的同一金属层进行图案化形成，如图4所示。
56.相邻两所述第一测试模块的相邻的两接触结构之间电连接，从而多个所述第一测试模块形成第一串联结构。相应的，步骤s3所述的在所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，以对所述第一测试模块相应接触电阻进行测试与监控进一步包括：1)基于所述测试电压、所述输出电流、所述重掺区的电阻以及所述第一串联结构中所述共享接触孔结构的数量，获取所述共享接触孔接触电阻的电阻测量值；2)将所述电阻测量值与预设阈值进行对比，以监控所述共享接触孔结构的接触情况。
57.接上述实施例，采用以下公式获取所述共享接触孔接触电阻的电阻测量值：
58.r
c_sct
＝(v/i
n-n
·rs_aa
)/(2n)；
59.其中，r
c_sct
为所述共享接触孔接触电阻，v为所述测试电压、为已知量，in为所述输出电流、为已知量，r
s_aa
为所述重掺区的电阻、为已知量，n为所述第一串联结构中所述第一测试模块的数量、为已知量；电连接接触结构的所述第一金属结构、第二金属结构的金属电
阻的影响忽略不计。
60.整个电阻测试结构的接触结构全部使用shared ct，虽然会与真实sram结构有一定差异(缺少ct)，但可以在一定程度上改善其他因素对测试结果的影响。具体的，由于接触结构全部使用shared ct，增大了共享接触孔接触电阻r
c_sct
的占比，减少了其他因素(特别是ct)的影响，可以使共享接触孔接触电阻的测量值更加准确。
61.在一些实施例中，所述方法进一步包括：形成至少一第二串联结构，所述第二串联结构包括多个串联的第二测试模块，所述第二串联结构一端电连接至所述第一串联结构，另一端电连接一第二测试焊垫；在所述第一串联结构一端的第一测试焊垫以及所述第二测试焊垫上施加测试电压并测量输出电流，以对所述第二测试模块相应电阻进行测试与监控。所述第二测试模块可以为多晶硅结构、不同掺杂的有源区结构等；通过将第二串联结构一端电连接pad、一端电连接所述第一串联结构，可以实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
62.具体的，包括第二串联结构的电阻测试结构可参考图5所示。测试方法具体可以为：将两探针分别与所述第一串联结构两端的所述第一测试焊垫202电连接，施加测试电压并测量输出电流，实现对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试与监控；再将其中一探针与所述第二测试焊垫209电连接，施加测试电压并测量输出电流，在完成对所述第一测试模块21相应接触电阻的测试的基础上实现对所述第二测试模块22相应电阻的测试与监控。
63.所述第二串联结构可以电连接至所述第一串联结构的端部的第一测试模块21的相应接触结构，也可以电连接至所述第一串联结构的任一第一测试模块21的相应接触结构。在本发明其它实施例中，也可以同时存在多个第二串联结构分别电连接至所述第一串联结构，各第二串联结构所包括的第二测试模块不同，并通过分时测试的方式分别实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
64.根据以上内容可以看出，本实施例提供的电阻测试结构及电阻测试方法，通过设计一种接触结构的串联结构，并将有源区作为串联结构的一部分，通过在该串联结构两端施加测试电压并测量输出电流，可以对接触结构相应接触电阻进行精准的测试，进而根据测试结果对接触情况进行监控。进一步将包括其它测试模块的串联结构电连接至该串联结构并分步测试，可以实现对相应结构电阻的测试与监控功能。
65.需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。
66.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为
本发明的保护范围。