[發明專利]測試結構、其制造方法、測試方法、以及MRAM陣列

有效

• 申請號: 201210111628.X
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN103165581A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 高雅真;江典蔚;林春榮
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L21/66
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，涉及測試結構、其制造方法、測試方法、以及MRAM陣列。

背景技術

作為實例，在諸如個人計算機、蜂窩電話、數碼相機、和其他電子設備的各種電子應用中使用半導體器件。通常通過在半導體襯底的上方順次沉積絕緣或介電層、導電層、和半導體材料層以及使用光刻對各種材料層進行圖樣化以在其上形成電路部件和元件來制造半導體器件。

一些半導體器件包括用于存儲信息的存儲器件。半導體存儲器件的近期開發為磁性隨機存取存儲器(MRAM)器件，其中，電子的旋轉用于將“1”或“0”的存在表示為數字信息。MRAM器件包括在不同方向設置的導線(字線和位線)，例如在不同金屬層中相互垂直。導線夾置包括用作磁性存儲單元的磁性隧道結(MTJ)的電阻存儲元件。MTJ包括通過薄絕緣隧道勢壘分離的兩個鐵磁層。一個鐵磁層為固定或釘扎層，另一個為當編程時通過改變磁極性來改變電阻狀態的自由層。存儲在MTJ中的數字信息通過檢測MTJ的電阻狀態來讀取。

一種類型的MRAM器件為自旋傳遞扭矩(spin?transfer?torque)切換MRAM(STT-MRAM)，其中，局部磁環用于通過對MTJ的自由層的磁矩施加自旋扭矩來對MTJ進行編程。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種測試結構，包括：磁性隨機存取存儲器MRAM單元，包括磁性隧道結MTJ和連接至MTJ的晶體管；測試節點，連接在MTJ和晶體管之間；以及接觸焊盤，連接至測試節點。

其中，晶體管包括雙極結晶體管BJT或互補金屬氧化物半導體CMOS器件。

其中，MRAM單元包括自旋傳遞扭矩(STT)切換MRAM單元。

其中，測試節點包括第一測試節點，進一步包括連接至MTJ的第二測試節點、連接至晶體管的柵極的第三測試節點、和連接至晶體管的源極或漏極的第四測試節點。

其中，晶體管設置在襯底的上方，以及其中，測試結構進一步包括連接至襯底的第五測試節點。

此外，還提供了一種MRAM陣列，包括根據權利要求5的測試結構。

其中，第二測試節點連接至MRAM陣列的位線，其中，第三測試節點連接至MRAM陣列的字線，以及其中，第四測試節點連接至MRAM陣列的選擇線。

其中，字線設置在襯底的上方，其中，選擇線設置在第一金屬層中的字線的上方，其中，第一測試節點設置在第一金屬層中，以及其中，位線設置在第一金屬層上方設置的第二金屬層中。

其中，MRAM陣列包括MRAM單元的多行和MRAM單元的多列，以及其中，測試結構的MRAM單元在MRAM陣列的MRAM單元的多行中的一行以及MRAM單元的多列中的一列中包括MRAM單元。

其中，MRAM陣列包括MRAM單元的多行和MRAM單元的多列，其中，MRAM陣列包括多個測試結構，以及其中，在MRAM單元的多列的每一列中包括多個測試結構中的一個。

此外，還提供了一種制造測試結構的方法，方法包括：在工件的上方形成多個磁性隨機存取存儲器MRAM單元，每個MRAM單元都包括磁性隧道結MTJ和連接至MTJ的晶體管；將測試節點連接至MTJ和晶體管之間的多個MRAM單元中的一個；將接觸焊盤連接至測試節點。

其中，將接觸焊盤連接至測試節點包括：在包括多個MRAM單元的半導體器件的表面上形成接觸焊盤，以及將接觸焊盤連接至MTJ和晶體管之間的連接件。

其中，將接觸焊盤連接至MTJ和晶體管之間的連接件包括：在半導體器件的多個金屬層中形成多個導電段和通孔。

其中，制造測試結構包括形成測試鍵。

此外，還提供了一種測試方法，包括：提供測試結構，測試結構包括磁性隨機存取存儲器MRAM單元，MRAM單元包括磁性隧道結MTJ和連接至MTJ的晶體管，測試結構包括連接在MTJ和晶體管之間的測試節點，其中，測試結構連接至位線、字線、和選擇線并設置在襯底的上方；以及使用測試節點、位線、字線、選擇線、和襯底中的至少兩個的組合對測試結構的一部分執行測試。

其中，執行測試包括：確定MTJ和晶體管中至少一個的特性或者測量MTJ和晶體管中至少一個的性能。

其中，位線連接至MTJ，字線連接至晶體管的柵極，選擇線連接至晶體管的源極或漏極，以及測試節點連接至晶體管的漏極或源極。

其中，執行測試包括：使用測試節點和位線對MTJ執行測試，以及其中，測試包括電阻-磁場RH循環測試和電流-電壓IV曲線測試。