[發(fā)明專利]測試結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310264755.8
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103337468A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王炯;尹彬鋒;周柯
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;G01R31/26;G01R31/00
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的一種測試結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種應(yīng)用于氧化層擊穿測試工藝的測試結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)時絕緣擊穿TDDB（Time?Dependent?Dielectric?Breakdown，也稱為經(jīng)時介質(zhì)擊穿、經(jīng)時擊穿、與時間相關(guān)電介質(zhì)擊穿）是超大規(guī)模集成電路MOS器件柵極氧化層失效的主要機制。

經(jīng)時絕緣擊穿TDDB可靠性測試，是評價MOS晶體管的薄柵氧化層質(zhì)量的重要方法。具體地說，經(jīng)時絕緣擊穿TDDB可靠性測試指的是：在柵極上加恒定的電壓，使器件處于積累狀態(tài)；經(jīng)過一段時間后，氧化膜（氧化層）就會擊穿（一般，柵極漏電流突然增大100倍以上時的狀態(tài)被定義為擊穿），這器件經(jīng)歷的時間就是在該條件下的壽命。

對于經(jīng)時絕緣擊穿可靠性測試，一般在進(jìn)行經(jīng)時絕緣擊穿可靠性測試時，需要花費較長的時間，往往用高壓進(jìn)行加速來縮短測試時間。

圖1是現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，第一焊墊（Pad）105通過第一金屬連線103與測試結(jié)構(gòu)的柵極101連接，第二焊墊106通過第二金屬連線104與測試結(jié)構(gòu)的襯底102連接，第一探針107與第一焊墊105接觸，第二探針108與第二焊墊106接觸，從而能夠進(jìn)行氧化層的擊穿測試操作。圖2是現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)的測試結(jié)構(gòu)及第一、第二金屬連線的局部結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，圖1中的第一金屬連線103包括第一金屬通孔03和第一金屬層13，第一金屬連線103通過第一金屬通孔03與測試結(jié)構(gòu)的柵極101接觸，從而達(dá)到第一金屬連線103與測試結(jié)構(gòu)的柵極101連接的目的；圖1中的第二金屬連線104包括第二金屬通孔04和第二金屬層14，第二金屬連線104通過第二金屬通孔04與測試結(jié)構(gòu)的襯底102接觸，從而達(dá)到第二金屬連線與測試結(jié)構(gòu)的襯底連接的目的，另外，由圖2中可知，在測試結(jié)構(gòu)的柵極101和襯底102之間形成有氧化層100，而第一焊墊105中形成有柵極焊墊金屬109，第二焊墊106中形成有襯底焊墊金屬110。

圖4是現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)擊穿前的等效電路圖；如圖所示，在氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)被擊穿前，其等效電路為由柵極、氧化層、襯底構(gòu)成的電容C、由第一探針107和第二探針108構(gòu)成的電阻R與測試電源V串聯(lián)。圖5是現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)擊穿時的等效電路圖；如圖所示，在氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)被擊穿時，由柵極、氧化層、襯底構(gòu)成的電容C的兩極板短路，成為一導(dǎo)線，使得測試電源V陰極和陽極直接與由第一探針107和第二探針108構(gòu)成的電阻R串聯(lián)，并且該電阻R的電阻值較小。

從上述圖1～圖5可知，在氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)被擊穿時，測試電源的陰極和陽極直接與由第一探針107和第二探針108構(gòu)成的電阻R串聯(lián)，產(chǎn)生瞬時大擊穿電流，電阻R上的功率很大，使得在氧化層在被擊穿時，電阻R燒壞，即第一探針107和第二探針108的針尖燒壞，直至斷路，同時瞬時大擊穿電流燒毀連接在柵極的第一金屬連線和連接在襯底的第二金屬連線。瞬時大擊穿電流所顯示的現(xiàn)有的氧化層擊穿測試結(jié)構(gòu)不能確定氧化層擊穿的確切位置。氧化層被擊穿時的瞬時大電流機臺并不能偵測到，機臺將判斷氧化層沒有被擊穿，繼續(xù)施加電壓進(jìn)行測試。由于第一金屬連線和第二金屬連線均已被燒毀，造成測試線路斷開，機臺只能檢測到小電流，將會一直增加電壓到限壓值，無法得到實際的擊穿電壓。同時，由于第一金屬連線和第二金屬連線均已被燒毀，將無法進(jìn)行失效分析，無法判斷在第一金屬連線和第二金屬連線被燒毀時氧化層是否已經(jīng)被擊穿，不能確定第一金屬連線和第二金屬連線的燒毀是由于氧化層的擊穿產(chǎn)生的瞬時大電流造成的或是由其他原因引起的，從而造成測試失敗。

中國專利（CN100405073C）公開了一種防止半導(dǎo)體器件中大電流損傷的電容器擊穿測試結(jié)構(gòu)，包括：電容器（C），和跨接（或者并聯(lián)）在電容器（C）上的測試電源（SMU1），其特征是，還包括串聯(lián)在電容器（C）的陽極極板與測試電源（SMU1）之間的分壓電阻器（R）；電容器（C）和分壓電阻器（R）和測試電源（SMU1）串聯(lián)連接構(gòu)成測試回路。

該發(fā)明雖然能夠一定程度的克服現(xiàn)有技術(shù)中由于氧化層被擊穿時，電流較大，導(dǎo)致探針針尖容易被燒壞的問題，但是該發(fā)明中給出的分壓電阻含糊不清，并不能很好的得到如何串聯(lián)該分壓電阻，且該發(fā)明中提出用半導(dǎo)體器件中硅有源區(qū)的一部分或者多晶硅層的一部分構(gòu)成該分壓電阻，該工藝步驟復(fù)雜，且不易在實際生產(chǎn)中進(jìn)行。