[發明專利]用于柵介質完整性的測試結構及其測試方法

在審

• 申請號: 201310567444.9
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN104637922A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 梁山安;王君麗;蘇鳳蓮;潘敏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L23/544
• 分類號: H01L23/544;H01L21/66
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及半導體制造業中的可靠性(Reliability)領域，特別是涉及一種用于柵介質完整性的測試結構及其測試方法。

背景技術

在半導體器件的制造過程中，為了對制造工藝進行監控，保證半導體器件的可靠性，通常的做法是在器件中形成測試結構(testkey)，用于一些關鍵參數的測試。在CMOS工藝中，柵介質(gate?dielectric)是器件結構中的重要結構，柵介質應該是一個理想的介質層，其中沒有影響其絕緣特性的缺陷，但是，在制造過程中如離子擴散侵入、俘獲電荷等因素都會影響柵介質的質量。

柵介質完整性(gate?dielectric?integrity，簡稱GDI)測試是驗證柵介質質量的測試過程。在半導體器件的制造過程中，一般都要形成專門的測試結構用于柵介質完整性測試，檢測柵介質中是否存在缺陷，防止柵介質缺陷造成器件的可靠性下降。

現有技術中的柵介質完整性的測試結構由若干個測試單元陣列形成，所述測試單元的數量根據柵介質面積大小的測試要求決定，通常所述測試單元的柵介質的面積一般為1.0um×1.0um，所述測試結構的面積一般為：250um²、500um²、5Kum²或10Kum²等。

在圖1中，所述測試結構1具有5×5個所述測試單元111，其中，每個所述測試單元111均具有基底(substrate)、有源區(包括源極以及漏極)和柵極，在圖1中未具體示出。所述測試單元111的基底通過第一金屬線120連接，其中，所述第一金屬線120位于第一互連層(M1)，所述第一金屬線120的布圖并不限于圖所示的橫條行結構，還可以為田字形結構等，所述第一金屬線120通常連接一第一墊片，用于施加電壓；每一行的所述測試單元111的有源區通過第二金屬線130連接，其中，所述第二金屬線130位于第二互連層(M2)，所述第二金屬線130一般為橫條行結構，所述第二金屬線130通常連接一第二墊片，用于施加電壓；每一行的所述測試單元111的柵極通過第三金屬線140連接，其中，所述第三金屬線140位于第三互連層(M3)，所述第三金屬線140一般為橫條行結構，所述第三金屬線140通常連接一第三墊片，用于施加電壓。從而，使得所述測試結構1中所有的所述測試單元111并聯連接。

目前，在現有技術中，對所述測試結構1進行柵介質完整性測試時，先對所有的所述測試單元111施加電壓，使得某些所述測試單元111的柵介質被擊穿而失效；然后，通過電性分析的儀器(EFA?Tool)，例如EMMI(微光顯微鏡)以及OBIRCH(光致電阻率變化技術)抓點定位出被擊穿的所述測試單元111大概所在的區域；再經過逐層剝層到第一互連層，通過掃面電子顯微鏡PVC(被動式電鍍襯底技術)進一步確認被擊穿的所述測試單元111的精確位置。然而，采用現有的所述測試結構1進行分析時具有以下幾個缺點：

1)、由于所述測試結構1的結構面積很大，所述測試結構1中的具體哪一個一個所述測試單元111的柵介質擊穿無法預先知道，所以，通過現有的技術很能精確地對被擊穿的所述測試單元111進行定位；

2)、在所述測試結構1中，所有的所述測試單元111并聯連接，使得位于頂部的互連層(例如第四互連層、第五互連層等)的金屬連線會很密集，從而影響EMMI以及OBIRCH進行抓點定位；

3)、使用電性分析的儀器的過程需要對所述測試單元111施加電壓，有可能對所述測試單元111造成不必要的二次傷害，干擾分析結果。

因此，如何提供一種用于柵介質完整性的測試結構及其測試方法，能夠克服上述缺點，已成為本領域技術人員需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種用于柵介質完整性的測試結構及其測試方法，能夠簡化分析過程，避免分析過程對測試結構造成的損傷，從而保證測試分析的準確性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于柵介質完整性的測試結構，包括k×l個模塊的陣列，每個所述模塊由m×n個測試單元陣列形成，同一所述模塊的測試單元之間并聯連接后，所述模塊之間再并聯連接，其中，k、l、m、n均為自然數。

進一步的，在整個所述測試結構中，在整個所述測試結構中，所述測試單元的基底通過第一金屬線連接，每一行的所述測試單元的有源區通過第二金屬線連接；同一所述模塊內，每一列的所述測試單元的柵極通過第三金屬線連接，不同所述模塊之間的所述第三金屬線相隔絕，所述第三金屬線位于所述第一金屬線以及第二金屬線的上層的互連層。