半导体器件的检测方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件的检测方法。

背景技术

为了确保半导体集成电路芯片的可靠度及良率，通常需要对集成电路中的半导体器件进行相关测试。当前，业界一般采用探针接触顶部测量方式，这种测量方式只能确定半导体器件中存在材料层之间连接异常，难以确定具体是哪个位置的连接存在异常，即难以快速准确的识别出连接异常的材料层，从而不利于缺陷的及时改进。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种半导体器件的检测方法，可以改善探针接触顶部测量方式难以快速准确的识别出连接异常的材料层的问题。

本申请提供的一种半导体器件的检测方法，包括：

沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的半导体材料层、第一材料层、第二材料层；

控制检测装置的两个探针分别接触任意两个材料层的端面，以检测所述任意两个材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的电参数进行比较，以确定所述任意两个材料层之间的连接是否存在异常。

可选的，所述相互连接包括物理连接和/或电性连接。

可选的，所述第一材料层直接接触所述第二材料层和所述半导体材料层，所述半导体材料层与所述第二材料层电性连接。

可选的，所述电参数包括电流和电压；

所述将检测到的电参数与预期的电参数进行比较，以确定所述任意两个材料层之间的连接是否存在异常，包括：

获取所述任意两个材料层之间连接正常时的电流-电压关系；

将当前检测到的电流-电压关系与连接正常时的电流-电压关系进行比对，若在被施加相同的预设电压值时对应的电流值之差均大于或等于预设阈值区间，则确定所述任意两个材料层之间的连接存在异常。

可选的，所述电参数包括电流和电压；

所述将检测到的电参数与预期的电参数进行比较，以确定所述任意两个材料层之间的连接是否存在异常，包括：

获取所述半导体材料层、所述第一材料层及所述第二材料层中各对材料层的电流-电压关系；

将当前检测到的所述半导体材料层与所述第二材料层的电流-电压关系与连接正常时的电流-电压关系进行比对，若在被施加相同的预设电压值时对应的电流值之差均大于或等于预设阈值区间，则确定所述半导体材料层与所述第二材料层之间的连接存在异常；以及，

将所述半导体材料层与所述第一材料层之间、以及所述第一材料层与所述第二材料层之间被施加相同电压值时对应的电流值进行对比，确定电流值最小的一对材料层之间的连接存在异常。

可选的，所述预设阈值区间为I

可选的，所述沿预设方向切割半导体器件以得到试片，包括：

采用FIB工艺沿预设方向切割半导体器件以得到TEM试片。

可选的，所述半导体材料层为衬底，所述第一材料层为下接触插塞，所述第二材料层为上接触插塞。

本申请提供的另一种半导体器件的检测方法，包括：

沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的半导体材料层、第一材料层、第二材料层；

控制检测装置的两个探针分别接触所述半导体材料层的端面与所述第二材料层的端面，以检测所述半导体材料层与所述第二材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第一电参数进行比较，以确定所述半导体材料层与所述第二材料层之间的连接是否存在异常；

若存在异常，则执行如下至少一项：

控制检测装置的两个探针分别接触所述半导体材料层的端面与所述第一材料层的端面，以检测所述半导体材料层与所述第一材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第二电参数进行比较，以确定所述半导体材料层与所述第一材料层之间的连接是否存在异常；

控制检测装置的两个探针分别接触所述第一材料层的端面与所述第二材料层的端面，以检测所述第一材料层与所述第二材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第三电参数进行比较，以确定所述第一材料层与所述第二材料层之间的连接是否存在异常。

可选的，所述相互连接包括物理连接和/或电性连接。

可选的，所述第一材料层直接接触所述第二材料层和所述半导体材料层，所述半导体材料层与所述第二材料层电性连接。

可选的，所述电参数包括电流和电压；

将检测到的电参数与对应预期的电参数进行比较，以确定任意两个材料层之间的连接是否存在异常，包括：

获取两个材料层之间连接正常时的电流-电压关系，并与对应检测到的电流-电压关系进行比对，若在被施加相同的预设电压值时对应的电流值之差均大于预设阈值区间，则确定对应的两个材料层之间的连接存在异常。

可选的，在确定所述半导体材料层与所述第二材料层之间的连接存在异常时，将检测到的电参数与对应预期的电参数进行比较，以确定任意两个材料层之间的连接是否存在异常，包括：

获取所述半导体材料层与所述第一材料层之间的电流-电压关系、以及所述第一材料层与所述第二材料层之间的电流-电压关系，并将所述半导体材料层与所述第一材料层之间、以及所述第一材料层与所述第二材料层之间被施加相同电压值时对应的电流值进行对比，确定电流值最小的一对材料层之间的连接存在异常。

可选的，所述方法还包括：

若确定所述半导体材料层与所述第二材料层之间的连接正常，则确定所述半导体材料层和所述第一材料层之间以及所述第一材料层和所述第二材料层之间均连接正常。

本申请提供的又一种半导体器件的检测方法，包括：

沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的衬底、下接触插塞、上接触插塞，且在切割面暴露所述衬底的端面、所述下接触插塞的端面以及所述上接触插塞的端面；

控制检测装置的两个探针分别接触所述衬底的端面与所述上接触插塞的端面，以检测所述衬底与所述上接触插塞之间的电参数，并据此确定所述衬底和所述上接触插塞之间的连接是否存在异常；

若存在异常，则执行如下至少一项：

控制检测装置的两个探针分别接触所述衬底的端面与所述下接触插塞的端面，以检测所述衬底与所述下接触插塞之间的电参数，并据此确定所述衬底和所述下接触插塞之间的连接是否存在异常；

控制检测装置的两个探针分别接触所述下接触插塞的端面与所述上接触插塞的端面，以检测所述下接触插塞与所述上接触插塞之间的电参数，并据此确定所述下接触插塞和所述上接触插塞之间的连接是否存在异常。

可选的，所述相互连接包括物理连接和/或电性连接。

可选的，所述下接触插塞直接接触所述衬底和所述上接触插塞，所述衬底与所述上接触插塞电性连接。

如上所述，本申请可以检测获取半导体器件的任意两个材料层之间的电参数，并据此确定连接是否存在异常，从而快速准确的识别出连接异常的材料层，有利于半导体器件缺陷的及时改进。

附图说明

图1是本申请第一实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程图；

图2是本申请提供的一种类型的半导体器件的截面示意图；

图3是本申请提供的另一种类型的半导体器件的截面示意图；

图4a是本申请检测半导体材料层和第二材料层之间的电参数的示意图；

图4b是本申请检测半导体材料层和第一材料层之间的电参数的示意图；

图4c是本申请检测第一材料层和第二材料层之间的电参数的示意图；

图5a是本申请的一种半导体材料层和第二材料层之间连接正常时和当前检测的电流-电压关系的曲线示意图；

图5b是本申请的一种第一材料层和第二材料层之间连接正常时和当前检测的电流-电压关系的曲线示意图；

图5c是本申请的一种半导体材料层和第一材料层之间连接正常时和当前检测的电流-电压关系的曲线示意图；

图6是本申请的一种当前检测的半导体材料层和第二材料层之间、第一材料层和第二材料层之间以及半导体材料层和第一材料层之间的电流-电压关系的曲线示意图；

图7是本申请第二实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程图；

图8是本申请第三实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图，对本申请的技术方案进行清楚地描述。显然，下文所描述实施例仅是本申请的一部分实施例，而非全部的实施例。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可相互组合，且亦属于本申请的技术方案。

第一实施例

如图1所示，为本申请实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程示意图。该半导体器件的检测方法至少包括如下步骤S11和S12。

S11：沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的半导体材料层、第一材料层、第二材料层。

预设方向可以为半导体器件的各个材料层的堆叠方向，例如在具有所述半导体器件的晶圆片中，预设方向为垂直于晶圆片表面的方向。于此，切割得到的试片可以暴露出各个材料层的端面，而非顶面。

在一示例中，试片为TEM(Transmission Electron Microscope，透射式电子显微镜)试片，本申请可以采用FIB(Focused Ion Beam，聚焦离子束)工艺沿预设方向切割半导体器件，以得到该TEM试片。

图2和图3为本申请提供的两种不同类型的半导体器件1的截面示意图，截面与试片所暴露的端面可以相同。应理解，本申请全文描述的半导体器件1为完整的器件，也具备已知的半导体器件应当具有的结构，在此仅对其中涉及的上述三个材料层进行说明，对于其他结构未予赘述。各个材料层的具体表现形式，可以根据半导体器件1的类型适应性而定。例如，半导体材料层10可以为衬底，第一材料层11可以为下接触插塞，第二材料层12可以为上接触插塞。在图2的示例中，第一材料层11可以具体为掺杂的无定形硅层(amorphoussilicon layer)，第二材料层12可以具体为金属层。在图3的示例中，半导体器件10包括从下往上依次层叠设置的半导体材料层101、第一材料层111和第二材料层121，第一材料层111和第二材料层121可以均为金属层。

下面以图2所示的结构进行示例性描述。结合图2所示，所述试片包括沿预设方向依次层叠的半导体材料层10、第一材料层11及第二材料层12，这三个材料层之间相互连接。在图2和图3所示的示例中，所所述相互连接可以包括物理连接和电性连接，具体地，第一材料层11直接接触其上方的第二材料层12和其下方的半导体材料层10，半导体材料层10与第二材料层12之间电性连接。

在其他示例中，所述相互连接仅包括物理连接。例如，第一材料层11直接接触位于其上方的第二材料层12和下方的半导体材料层10，半导体材料层10与第二材料层12也直接接触。或者，所述相互连接仅包括电性连接。例如，在半导体材料层10和第一材料层11之间、第一材料层11和第二材料层12之间均设置有其他结构层时，在切片得到的试片中，第一材料层11与其上方的第二材料层12和下方的半导体材料层10分别电性连接，半导体材料层10与第二材料层12之间也是电性连接。

上述任一类型的连接，均可以使得任意两个材料层在分别接触检测装置2的两个探针21时，与检测装置2及其两个探针21建立导电通路，于此，可以实现对这任意两个材料层之间的电参数的检测。

S12：控制检测装置的两个探针分别接触任意两个材料层的端面，以检测任意两个材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的电参数进行比较，以确定任意两个材料层之间的连接是否存在异常。

参阅图4a所示，将两个探针21分别接触半导体材料层10和第二材料层12，以检测得到半导体材料层10和第二材料层12之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的电参数进行比较，以确定半导体材料层10和第二材料层12之间的连接是否存在异常；然后，参阅图4b所示，将两个探针21分别接触半导体材料层10和第一材料层11，以检测得到半导体材料层10和第一材料层11之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的电参数进行比较，以确定半导体材料层10和第一材料层11之间的连接是否存在异常；最后，参阅图4c所示，将两个探针21分别接触第一材料层11和第二材料层12，以检测得到第一材料层11和第二材料层12之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的电参数进行比较，以确定第一材料层11和第二材料层12之间的连接是否存在异常。应该理解到，两个探针21分别接触的两个材料层、检测得到对应的电参数、以及确定连接是否存在异常的先后顺序，本申请实施例不予以限定，上述仅为示例。

如上所述，本申请可以检测获取半导体器件的任意两个材料层之间的电参数，并据此确定连接是否存在异常，从而快速准确的识别出连接异常的材料层，有利于半导体器件缺陷的及时改进。

电参数包括可以为电阻、电压和电流中的至少一者。

对于电参数为电阻的场景，在S12的一示例中，可以通过适应类型的检测装置2(例如电阻表、万能表)直接读取电阻值，以此直观、快速的确定任意两个材料层之间的连接是否存在异常。

对于电参数包括电流和电压的场景，在S12的一示例中，先获取任意两个材料层之间连接正常时的电流-电压关系，然后将当前检测到的电流-电压关系与连接正常时的电流-电压关系进行比对，即将连接正常时的电流-电压关系作为参照标准，若在被施加相同的预设电压值时对应的电流值之差均大于或等于预设阈值区间，则确定任意两个材料层之间的连接存在异常。

预设阈值区间可以根据实际场景需要适应性而定，例如可以通过多次模拟实验得到，或者通过实际测量得到。在本申请的示例中，可选的，预设阈值区间满足0＜I

下面以预设阈值区间为1个数量级，结合图5a至图5c进行描述，1个数量级可以为(1e

参阅图5a，半导体材料层10和第二材料层12之间连接正常时的电流-电压关系表示为关系曲线L

参阅图5b，第一材料层11和第二材料层12之间连接正常时的电流-电压关系表示为关系曲线L

参阅图5c，半导体材料层10和第一材料层11之间连接正常时的电流-电压关系表示为关系曲线L

据此，可以准确的识别出在半导体器件1中第一材料层11和第二材料层12之间的连接存在异常，从而导致半导体材料层10和第二材料层12之间的连接存在异常，有利于半导体器件1缺陷的及时改进。

对于电参数包括电流和电压的场景，在S12的另一示例中，先获取半导体材料层10、第一材料层11及第二材料层12中各对材料层的电流-电压关系，作为当前检测到的各对材料层的电流-电压关系；然后，将当前检测到的半导体材料层10与第二材料层12的电流-电压关系与连接正常时的电流-电压关系进行比对，即比对图5a所示的关系曲线L

接下来，根据当前检测到的半导体材料层10与第二材料层12的电流-电压关系、以及第一材料层11与第二材料层12的电流-电压关系，将半导体材料层10与第一材料层11之间、以及第一材料层11与第二材料层12之间被施加相同的预设电压值时对应的电流值进行对比，由于施加相同的预设电压值时电阻值越大，则电流值越小，因此确定电流值最小的一对材料层之间的连接存在异常。

对于电参数包括电流和电压的场景，在S12的又一示例中，结合图6所示，其中横坐标为电压，纵坐标为电流。先获取半导体材料层10、第一材料层11及第二材料层12中各对材料层的电流-电压关系，作为当前检测到的各对材料层的电流-电压关系；其中，半导体材料层10通过与其连接的探针21施加的电压为0V，第二材料层12通过与其连接的探针21施加的电压为-1V～2V，半导体材料层10和第二材料层12的电流-电压关系表示为关系曲线L

第二实施例

如图7所示，为本申请第二实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程示意图。该半导体器件的检测方法至少包括如下步骤S21至S332。

S21：沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的半导体材料层、第一材料层、第二材料层。

S22：控制检测装置的两个探针分别接触半导体材料层的端面与第二材料层的端面，以检测半导体材料层与第二材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第一电参数进行比较，以确定半导体材料层与第二材料层之间的连接是否存在异常。

可选的，如图7所示，所述检测方法还包括S230：若确定半导体材料层与第二材料层之间的连接正常，则确定半导体材料层和第一材料层之间连接正常、以及第一材料层和第二材料层之间连接正常。即，确定半导体器件内的各材料层之间均连接正常。

若确定半导体材料层与第二材料层之间的连接存在异常，则执行如下S231和S232。

S231：控制检测装置的两个探针分别接触半导体材料层的端面与第一材料层的端面，以检测半导体材料层与第一材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第二电参数进行比较，以确定半导体材料层与第一材料层之间的连接是否存在异常。

S232：控制检测装置的两个探针分别接触第一材料层的端面与第二材料层的端面，以检测第一材料层与第二材料层之间的电参数，以及将检测到的电参数与预期的第三电参数进行比较，以确定第一材料层与第二材料层之间的连接是否存在异常。

在其他示例中，若确定半导体材料层与第二材料层之间的连接存在异常，也可以仅执行所述S231，或者仅执行所述S232。例如，当执行S231检测对应的电参数并确定半导体材料层与第一材料层之间的连接正常时，可以无需执行S232，即可直接确定第一材料层与第二材料层之间的连接存在异常。

该第二实施例与前述第一实施例的一些技术特征相同，对于这些相同技术特征及其实施方式，可参阅前述，此处不再予以赘述。

例如，所述相互连接可以包括物理连接和/或电性连接。

例如，第一材料层直接接触第二材料层和半导体材料层，半导体材料层与第二材料层电性连接。

例如，对于电参数包括电流和电压的场景，在S22、S231和S232的一示例中，先获取两个材料层之间连接正常时的电流-电压关系，并与对应检测到的电流-电压关系进行比对，若在被施加相同的预设电压值时对应的电流值之差均大于预设阈值区间，则确定对应的两个材料层之间的连接存在异常。

又例如，对于电参数包括电流和电压的场景，在确定半导体材料层与第二材料层之间的连接存在异常时，在S231和S232的一示例中，先获取半导体材料层与第一材料层之间的电流-电压关系、以及第一材料层与第二材料层之间的电流-电压关系，并将半导体材料层与第一材料层之间、以及第一材料层与第二材料层之间被施加相同的预设电压值时对应的电流值进行对比，由于施加相同的预设电压值时电阻值越大，则电流值越小，因此确定电流值最小的一对材料层之间的连接存在异常。

在前述第一实施例的描述基础上，不同之处在于，本申请第二实施例是先确定半导体材料层与第二材料层之间的连接是否正常，再决定是否需要检测其他任意两个材料层之间对应的电参数，具体地，一旦确定半导体材料层与第二材料层之间的连接正常，则表示整个半导体器件的连接正常，无需再对其他任意两个材料层之间的连接进行判断，均可以直接认定为连接正常；而只有在确定半导体材料层与第二材料层之间的连接存在异常时，才会对其他任意两个材料层之间的连接进行适应性判断。在前述第一实施例所能实现的有益效果的基础上，该第二实施例的检测方式更加简单、高效。

在一实际场景中，半导体材料层可以为衬底，第一材料层可以为下接触插塞，第二材料层所述为上接触插塞。于此，本申请还可以提供有如图8所示的第三实施例的半导体器件的检测方法。

第三实施例

如图8所示，为本申请第三实施例提供的一种半导体器件的检测方法的流程示意图。该半导体器件的检测方法至少包括如下S31至S332。

S31：沿预设方向切割半导体器件以得到试片，所述试片至少包括相互连接的衬底、下接触插塞、上接触插塞，且在切割面暴露衬底的端面、下接触插塞的端面以及上接触插塞的端面。

S32：控制检测装置的两个探针分别接触衬底的端面与上接触插塞的端面，以检测衬底与上接触插塞之间的电参数，并据此确定衬底和上接触插塞之间的连接是否存在异常；

仍以图2所示的半导体器件1为例进行描述，结合图2所示，所述S31得到的试片可以具有图2所示的结构，即，试片的切割面暴露衬底10的端面、下接触插塞11的端面以及上接触插塞12的端面。在所述S32中，结合图4a所示，将两个探针21分别接触衬底10和上接触插塞12，以检测得到衬底10和上接触插塞12之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的第一电参数进行比较，以确定衬底10和上接触插塞12之间的连接是否存在异常。

可选的，如图8所示，所述检测方法还包括S330：若确定衬底与上接触插塞之间的连接正常，则确定衬底与下接触插塞之间连接正常、以及下接触插塞与上接触插塞之间连接正常。即，确定半导体器件1内均连接正常。

若确定衬底10与上接触插塞12之间的连接存在异常，则执行S331和S332。

S331：控制检测装置的两个探针分别接触衬底的端面与下接触插塞的端面，以检测衬底与下接触插塞之间的电参数，并据此确定衬底和下接触插塞之间的连接是否存在异常。

在所述S331中，结合图4b所示，将两个探针21分别接触衬底10和下接触插塞11，以检测得到衬底10和下接触插塞11之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的第二电参数进行比较，以确定衬底10和下接触插塞11之间的连接是否存在异常。

S332：控制检测装置的两个探针分别接触下接触插塞的端面与上接触插塞的端面，以检测下接触插塞与上接触插塞之间的电参数，并据此确定下接触插塞和上接触插塞之间的连接是否存在异常。

在所述S332中，结合图4c所示，将两个探针21分别接触下接触插塞11和上接触插塞12，以检测得到下接触插塞11和上接触插塞12之间的电参数，再将检测到的电参数与对应预期的第三电参数进行比较，以确定下接触插塞11和上接触插塞12之间的连接是否存在异常。

在其他示例中，若确定衬底10与上接触插塞12之间的连接存在异常，也可以仅执行所述S331，或者仅执行所述S332。例如，当执行S331检测对应的电参数并确定衬底10和下接触插塞11之间的连接正常时，可以无需执行S332，即可直接确定下接触插塞11和上接触插塞12之间的连接存在异常。

该第三实施例的各个步骤的实施方式，可参阅前述第二实施例的对应描述，并可以产生相同的有益效果，此处不再予以赘述。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的专利范围，对于本领域普通技术人员而言，凡是利用本说明书及附图内容所作的等效结构变换，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

尽管本文采用术语“第一、第二”等描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。另外，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

在本申请实施例的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅为便于描述相应实施例的技术方案，而非指示或暗示装置或元件必须具有特定方位、以特定方位构造和操作，不能理解为对本申请的限制。