[發明專利]一種自熱效應測試結構及方法

有效

• 申請號: 201910294891.9
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110095703B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 杜剛;陳汪勇;趙松涵
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本發明公開了一種自熱效應測試結構，該結構包括：第一待測器件(1)、第二待測器件(2)、傳感器(3)；所述第一待測器件(1)和第二待測器件(2)相對于傳感器(3)呈鏡像布置。本發明的優點在于：(1)支持多類器件的自熱效應檢測，不受器件制造工藝和器件種類的制約，適用范圍廣，實用性強，檢測效率高。(2)相較于前述其他技術，該結構測試結果更為準確可信。(3)本結構極大地減少了自熱器件和傳感器件之間的熱擴散，使得傳感器件具備的溫度條件更加接近于自加熱器件。結構利用柵極隧穿電流對溫度的敏感性，更快速和準確地獲得被測器件的信息，降低了信息采集的時間和成本。

技術領域

本發明涉及半導體器件可靠性測試領域，具體公開了一種自熱效應測試結構及方法。

背景技術

近年來隨著MOS集成電路集成度提高，器件特征尺寸的不斷縮小，高集成度芯片內部功耗加大，器件內部產熱所造成的溫升現象愈發嚴峻，尤其當器件進入納米級水平，自熱效應成為了制約MOSFETs器件發展的重要因素。因此如何實現對器件更為準確和可靠的自熱效應檢測，對于納米級MOS器件而言，測試結構的設計和研究就顯得至關重要。

目前，針對自熱效應測試的表征手段多種多樣，主要分為電學表征法和光學表征法，通過檢測不同的電學或者光學信號來間接得到溫度信息。而電學表征又可以分為：交流信號表征、脈沖信號表征、四端柵電阻表征、金屬線電阻表征以及鄰近晶體管或二極管表征法等等。

在MOSFETs自熱效應測試結構研究方面，上述的鄰近晶極管或二極管表征技術，常用的檢測方法是通過測試相鄰二極管或晶體管的亞閾值斜率、閾值電壓、關態電流或pn結正反向飽和電流，獲取自加熱的晶體管的電學性能和自熱效應。但是這種做法面臨的問題是，自加熱晶體管的熱量傳遞至相鄰二極管的過程中必然會損失掉很大部分熱量。加之，現代三維MOS器件如FinFET等器件的散熱路徑較多，通過熱擴散影響鄰近晶體管的方法檢測到的電學數據相較于真實數據存在較大偏差?；谶@種情況，需要設計一種盡可能減少熱源擴散，提高測試準確性的結構，以便更為靈敏的檢測出待測器件的熱效應。

發明內容

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明利用MIS電容結構的漏電流與溫度較強的依賴關系，通過掃描傳感器件柵電流反映兩端待測器件的溫度變化。本發明的測試結構所采用的MIS漏電流檢測方法可使傳感測試結果更加接近待測器件實際自熱溫度。

根據本發明的第一個方面，提供了一種自熱效應測試結構，該結構包括：第一待測器件(1)、第二待測器件(2)、傳感器(3)；所述第一待測器件(1)和第二待測器件(2)相對于傳感器(3)呈鏡像布置。

優選的，所述第一待測器件(1)包括第一端(4)、第二端(5)、第三端(6)，所述第二待測器件(2)包括第一端(8)、第二端(7)、第三端(9)。

優選的，第一待測器件(1)的第一端(4)與第二待測器件(2)的第一端(8)相對于傳感器(3)呈鏡像布置；第一待測器件(1)的第二端(5)與第二待測器件(2)的第二端(7)相對于傳感器(3)呈鏡像布置。

優選的，第一待測器件(1)、第二待測器件(2)均采用自熱MOS器件。

優選的，所述第一待測器件(1)的第一端(4)為源極、第二端(5)為漏極、第三端(6)為柵極；第二待測器件(2)的第一端(8)為源極、第二端(7)為漏極、第三端(9)為柵極。

優選的，所述第一待測器件(1)的第一端(4)為漏極、第二端(5)為源極、第三端(6)為柵極；第二待測器件(2)的第一端(8)為漏極、第二端(7)為源極、第三端(9)為柵極。

優選的，該結構可用于二維平面器件或三維器件。

優選的，所述傳感器(3)包括金屬柵層(11)、SiO₂絕緣層(12)以及體硅層(13)。