CN102621468A - 电阻温度系数的检测结构及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种电阻温度系数检测结构及检测方法，其中所述电阻温度系数检测结构包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。所述电阻温度系数检测结构能够提高对待测器件的加热速度和温度测试速度，进而提高检测电阻温度系数的速度。

Description

电阻温度系数的检测结构及检测方法

技术领域

本发明涉及半导体器件技术，尤其涉及一种电阻温度系数的检测结构及检测方法。

背景技术

在微执行器、微传感器等MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems：微机电系统)半导体器件中，多晶硅器件的电阻温度系数(Temperature Coefficientof Resistance，简称TCR)不仅能够反映多晶硅器件的电阻在不同温度的条件下对器件运行的影响，同时决定着是否能够有效分析多晶硅器件的热电性能，例如热导率、热膨胀系数、热扩散等，从而影响对器件性能的提高与改善，是MEMS半导体器件中的重要参数。

多晶硅器件的电阻温度系数随着工艺条件的不同，例如晶粒尺寸的不同、沉积工艺的不同、沉积温度的不同、掺杂浓度的不同以及掺杂类型的不同存在区别，现有的多晶硅器件的电阻温度系数的测试方法是：

在室温T₀环境下，测试并记录多晶硅器件的电阻值R₀；将所述多晶硅器件加热至一定温度T₁并保持稳定，同时记录此时的温度T₁，所述温度T₁在75℃～125℃的范围内；测试在所述温度T₁时多晶硅器件的电阻值R₁；将室温T₀、电阻R₀、温度T₁和电阻值R₁代入电阻温度系数公式，通过计算得到电阻温度系数；所述电阻温度系数公式为TCR＝(R₁-R₀)/(T₁-T₀)。

从计算得到的电阻温度系数，可以得知所述多晶硅器件的电阻是否在高温环境下发生变化，从而得知所测器件在高温环境下的工作性能；在高温环境下，当测得的电阻温度系数发生较大变化时，则说明待测器件在高温环境下的工作性能不良。

然而现有的测试多晶硅器件的电阻温度系数的方法中，加热待测器件的时间过长，且在加热之后需要一定时间的冷却，使待测器件保持一个恒定温度，导致测试的工艺过于复杂且耗时较长，因此无法达到现有的半导体器件的晶圆电性测试(WAT：Wafer Acceptance Test)的要求；所述晶圆电性测试包括快速测试的要求，以及批量化测试的要求。

在公开号为US 2001051212A1的美国专利文件中还可以发现更多的电阻温度系数的方法。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种电阻温度系数的检测结构，使检测器件的电阻温度系数的速度提高；还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法，提高了检测速度并满足了批量测试的需求。

为解决上述问题，本发明提供一种电阻温度系数的检测结构，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；

相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；

位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。

可选的，所述传感器的材料为金属。

可选的，所述传感器的面积小于待测器件的面积。

可选的，所述加热层位于所述待测器件的同一层，且分别位于所述待测器件的两侧。

可选的，所述传感器与所述待测器件之间以层间介质层隔离。

可选的，所述传感器与所述待测器件之间的距离为400～500纳米。

可选的，所述加热层与待测器件之间以绝缘层隔离。

可选的，所述加热层与所述待测器件之间的距离为0.1～0.3微米。

可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方或下方，且以绝缘层相互隔离。

可选的，所述绝缘层为氧化硅或氮化硅。

可选的，所述加热层与所述待测器件之间的距离为5～20纳米。

可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述第一导电插塞贯穿所述加热层且与加热层电隔离。

可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述传感器到所述加热层的距离为400～500纳米，且以层间介质层相互隔离。

可选的，所述加热层位于所述待测器件的下方时，所述传感器到所述待测器件的距离400～500纳米，且以层间介质层相互隔离。

可选的，所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于1纳米。

可选的，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端的边长大于1纳米，小于等于加热层与第二导电插塞连接的一端的边长相等。

可选的，所述第二导电插塞由2～100根导电插塞组成。

可选的，所述加热层不与第二导电插塞相连的一边的边长，大于待测器件不予第一导电插塞相连的一边的变长。

一种电阻温度系数的检测方法，包括：

在第一温度的环境下，在第一金属互联线两端加载第一偏压，使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流；

在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻；

在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加热；

在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试所在位置的温度；

当所述传感器测得所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻；

将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

可选的，所述第一温度为室温。

可选的，所述第二温度为75～125℃。

可选的，所述第一导电通路中形成恒定电流为0～1微安。

可选的，所述第二导电通路中产生电流的电流密度为0～1毫安/微米。

可选的，所述欧姆定律公式为，电阻＝电压/电流。

可选的，所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数＝(第二电阻-第一电阻)/(第二温度-第一温度)。

可选的，所述待测器件的加热时间为0.5～1.5分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供了一种电阻温度系数的检测结构，所述检测结构能够直接形成于半导体器件内，能够提高电阻温度系数的检测速度，并适用于晶圆电性测试；所述检测结构能够提高电阻温度系数的检测速度的原因是：所述加热层能够近距离对待测器件进行加热，因此加热速度提高，同时通过所述检测结构采用传感器测试温度，能够实时且快速地测得温度。

进一步的，当所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于1μm，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端边长大于1微米，且所述第二导电插塞至少由2～100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线两端加载偏压后，所述加热层、第二导电插塞和第二金属互联线形成导电通路，且所述导电通路中的电流密度较小，因此所述导电通路中不易发生电迁移失效，使加热层能够产生高热同时，对待测器件进行快速加热。

进一步的，传感器的材料为金属，能够提高检测待测器件的电阻温度系数的速度；以金属作为传感器的材料能够提高检测电阻温度系数的原因是：由于各种金属具有各自已知的温度系数，通过测试金属的电阻率，并将测得的电阻率与已知的温度系数代入温度系数公式，能够快速地得到该金属所在位置的温度；其中，所述金属的温度系数公式为所述金属的温度系数与该金属的电阻率以及金属当时的温度的关系式。

本发明的实施例还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法，能够提高检测速度，适用于晶圆电性测试；所述检测方法能提高检测速度是由于，所述电阻温度系数的检测结构引入了加热层，所述加热层能够近距离的对待测器件进行加热，并通过传感器能够实时的测试温度，因此所述的电阻温度系数检测的方法的检测速度提高。

附图说明

图1是本发明第一实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；

图2是图1沿AA’方向的剖面结构示意图；

图3是图1沿BB’方向的剖面结构示意图；

图4是本发明第二实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；

图5是本发明第三实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；

图6是本发明电阻温度系数的检测方法的检测步骤示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，以现有的测试方法测试多晶硅器件的电阻温度系数时，由于加热的时间过长，且在加热之后需要一定时间的冷却，使所测器件保持一个恒定温度，使测试的工艺过于复杂且耗时较长，因此无法达到现有的半导体器件的晶圆电性测试的要求。

为了提高半导体器件的电阻温度系数的检测速度，本发明的发明人提供了一种电阻温度系数检测结构，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；

相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；

位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。

本发明实施例提供了一种电阻温度系数的检测结构，所述检测结构能够直接形成于半导体器件内，能够提高了电阻温度系数的检测速度，并适用于晶圆电性测试；所述检测结构能够提高电阻温度系数的检测速度的原因是：所述加热层能够近距离对待测器件进行加热，因此加热速度提高，同时通过所述检测结构采用传感器测试温度，能够实时且快速地测得温度。

本发明的发明人还提供了一种电阻温度系数的检测方法，请参考图6，包括步骤：

步骤S101，在第一温度的环境下，在第一金属互联线两端加载第一偏压，使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成的第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流；

步骤S102，在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻；

步骤S103，在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成的第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加热；

步骤S104，在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试传感器所在位置的温度；

步骤S105，当所述传感器测得其所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻；

步骤S106，将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

本发明的实施例还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法能够提高检测速度，适用于晶圆电性测试；所述检测方法能提高检测速度是由于，所述电阻温度系数的检测结构引入了加热层，所述加热层能够近距离的对待测器件进行加热，并通过传感器能够实时的测试温度，因此所述的电阻温度系数检测的方法的检测速度提高。

以下将结合具体实施例对所述电阻温度系数的检测方法进行说明。

以下将结合附图对具体实施例所述电阻温度系数检测结构进行说明。

第一实施例

请参考图1，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图，包括：

半导体衬底100；待测器件102，位于所述半导体衬底100表面，所述待测器件102的材料为多晶硅。

所述半导体衬底100作用是为后续形成半导体器件提供工作平台，所述半导体衬底100的材料为n型硅、p型硅、绝缘层上的硅(SOI)、氮化硅以及砷化镓等III-V族化合物等。

所述待测器件102可以是MEMS半导体器件中的微执行器、微传感器等器件；所述半导体衬底100与所述待测器件102之间，依照具体的半导体器件的工艺要求，还能有若干多晶硅器件层并通过隔离层电隔离。

在本实施例中，所述半导体衬底100与所述待测器件102之间有一层介质层101，所述介质层101的材料为氧化硅或氮化硅。

请参考图1和图2，其中图2为图1沿AA’方向的剖面结构示意图，所述待测器件102两端分别连接有第一导电插塞110；所述待测器件102两端的第一导电插塞110分别与第一金属互联线120连接。

所述第一导电插塞110的材料为铜、钨、铝等金属。

所述第一金属互联线120的材料为铜、钨、铝等金属，所述第一金属互联线120用于连接加载焊盘和测试焊盘(未示出)；所述加载焊盘用于在检测过程中在待测器件102两端加载偏压；所述测试焊盘用于在待测器件102两端测试电流，从而得出待测器件的电阻。

请参考图1和图3，其中图3为图1沿BB’方向的剖面结构示意图，分立两块的加热层103，位于所述待测器件102的同一层，且分别位于所述待测器件102的两侧；所述加热层103两端分别连接有第二导电插塞111；所述加热层103两端的第二导电插塞111分别与第二金属互联线121连接。

所述加热层103不与第二导电插塞111相连的一边的边长，大于待测器件102不与第一导电插塞相连的一边的边长；而且加热层103不与第二导电插塞111相连的一边，与待测器件102不与第一导电插塞相连的一边相邻，使待测器件102能够完全受热且受热均匀。

所述加热层103的材料为多晶硅，所述加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长为1～30μm。

所述第二金属互联线121的材料为铜、铝、钨等金属，第二金属互联线121与第二导电插塞111连接的一端的边长范围是大于1μm，小于等于加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长。

所述第二金属互联线121与加热层103之间也以层间介质层106相互隔离，所述层间介质层为氧化硅、氮化硅中的一种或两种重叠。

所述第二导电插塞111由2～100根导电插塞组成。

当所述加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长大于1μm，所述第二金属互联线121与第二导电插塞111连接的一端边长大于1μm，且所述第二导电插塞111至少由2～100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线121两端加载偏压后，所述加热层103、第二导电插塞111和第二金属互联线121形成导电通路，且所述导电通路中的电流密度较小，因此所述导电通路中不易发生电迁移失效，使加热层103能够产生高热同时，对待测器件102进行快速加热。

所述加热层103与待测器件102之间以绝缘层105隔离，所述绝缘层105的材料为氧化硅或氮化硅，所述加热层103与待测器件102之间的距离为0.1～0.3μm；所述加热层103设置于半导体器件内，且与待测器件102的距离近，能够对待测器件102快速加热，提高了电阻温度系数的检测速度。

请参考图2，传感器104，位于所述待测器件102上方，所述传感器104两端分别与第三导电插塞112连接。

所述传感器104的材料为金属，包括铜、铝、钨、铁、银等。所述传感器104的工作原理为：所述金属在不同的温度下具有不同的温度系数；在温度T的环境下，在所述金属两端加入偏压，并测得的金属的电阻为R，经过计算得到金属的电阻率ρ；其中，电阻率ρ＝R·S/L，其中S为所述金属电流通过时的横截面积，L为所述金属电流通过的长度；将金属的电阻率ρ和温度T代入温度系数公式，得到金属的温度T：其中，温度系数公式：ρ＝ρ₀(1+αT)，其中ρ₀为所述金属在0℃时的电阻率，α为金属在0℃时的温度系数，而且所述金属0℃时的电阻ρ₀以及温度系数α已知，且如表1所示：

表1

金属	ρ0(Ω·m)	α(℃-1)
			铝	1.5×10-8	4×10-3
同	1.6×10-8	4.3×10-3
			铝	2.5×10-8	4.7×10-3
钨	5.5×10-8	4.6×10-3

铁

8.7×10-8

5×10-3

所述传感器104的面积小于待测器件102的面积，使传感器104测得的温度完全是待测器件102上方的温度，传感器104受热均匀，因此能够减小测试误差。

所述传感器104到所述待测器件102之间以层间介质层106相互隔离，且距离400～500nm，所述层间介质层106为氧化硅、氮化硅中的一种或两种重叠。

所述传感器104两端的第三导电插塞112可以分别与加载焊盘和测试焊盘(未示出)通过金属互联线(未示出)连接。

本实施例通过在半导体衬底100上的待测器件102两侧设置多晶硅加热层103，使加热层103能够近距离加热待测器件102，加快了对待测器件102的加热速度；加热层103与待测器件102之间的距离仅为0.1～0.3μm，且加热层103比待测器件102长，使加热层103对待测器件102的加热更均匀；在待测器件102上方设置传感器104，所述传感器104能够提高温度的测试速度，从而提高电阻温度系数检测结构的检测速度，使之能适用于晶圆电性测试。

以下对采用本实施例的电阻温度系数检测结构进行电阻温度系数检测的方法进行说明。

请参考图1和图2，其中图1为本实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图，图2为图1沿AA’方向的剖面结构示意图。执行步骤S101，在第一温度T₁₁的环境下，在第一金属互联线120两端加载第一偏压，使第一金属互联线120、第一导电插塞110和待测器件102形成的第一导电通路中形成恒定电流。

所述第一温度T₁₁为室温，所述第一导电通路中形成恒定电流的范围为0～1μA，由于电流较小，因此待测器件102本身不发热且不发生电迁移失效，不会影响检测结果。

执行步骤S102，在第一金属互联线120两端测试所述第一导电通路的第一电压V₁₁和第一电流I₁₁，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻R₁₁。

由于欧姆定律为电阻＝电压/电流，所述第一电阻R₁₁＝V₁₁/I₁₁。

请参考图1和图3，其中图3为图1沿BB’方向的剖面结构示意图，执行步骤S103，在第二金属互联线121两端加载第二偏压，使第二金属互联线121、第二导电插塞111和加热层103形成的第二导电通路中产生电流，且所述加热层103的温度上升，对待测器件102加热。

如本实施例所述，当在第二金属互联线121两端加入较大偏压后，第二导电通路中的电流密度较小，范围为0～1mA/μm，因此第二导电通路中难以发生电迁移失效，能够加入较大偏载使加热层快速发热，对待测器件102的加热速度加快，电阻温度系数检测速度加快。

请参考图2，执行步骤S104，在第三导电插塞112两端加载第三偏压，使第三导电插塞112和传感器104之间形成第三导电通路，并通过所述传感器104测试传感器104所在位置的温度。

如本实施例所述，所述传感器104为金属，当所述传感器104两端加入第三偏压后，传感器104能够测试其所在位置的温度，且测试速度快，能够实时地反应传感器104所在位置的温度，提高了电阻温度系数的检测速度。

继续参考图2，执行步骤S105，当所述传感器104测得其所在位置的温度为第二温度T₁₂时，在第一金属互联线120两端加载第四偏压，且在第一金属互联线120两端测试所述第一导电通路的第四电压V₁₄和第四电流I₁₄，由欧姆定律计算得到第二电阻R₁₂。

所述第二温度T₁₂的范围为75～125℃，加热层103对待测器件102的加热时间为0.5～1.5min，所述加热时间相较于现有技术电阻温度系数的检测方法的对待测器件加热的时间大为缩短，进而提高了电阻温度系数的检测的速度，适用于晶圆电性测试。

由于欧姆定律，第二电阻R₁₂＝V₁₄/I₁₄。

执行步骤S106，将第一温度T₁₁、第二温度T₁₂、第一电阻R₁₁和第二电阻R₁₂代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数TCR＝(R₁₂-R₁₁)/(T₁₂-T₁₁+ΔT)，其中ΔT为传感器104到待测器件102之间的温度差在加热过程中的变化量，所述加热过程中的温度差的变化量ΔT极小，因此在计算过程中忽略不计，得到电阻温度系数TCR＝(R₁₂-R₁₁)/(T₁₂-T₁₁)，将第一温度T₁₁、第二温度T₁₂、第一电阻R₁₁和第二电阻R₁₂代入电阻温度系数公式，经过计算得到待测器件102的电阻温度系数。

本实施例所述电阻温度系数的检测方法中，加热层103对待测器件102的加热速度提高，且传感器104的温度的是速度提高，因此电阻温度系数的检测速度提高。

第二实施例

请参考图4，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图，包括：

半导体衬底200；待测器件202，位于所述半导体衬底200表面，所述待测器件202的材料为多晶硅。

所述半导体衬底200的作用和材料与第一实施例所述相同，在此不作赘述。

所述待测器件202可以是MEMS半导体器件中的微执行器、微传感器等器件；

所述半导体衬底200与所述待测器件202之间，依照具体的半导体器件的工艺要求，还能有若干多晶硅器件层并通过隔离层电隔离。

在本实施例中，所述半导体衬底200与所述待测器件202之间有层介质层201，所述介质层201的材料为氧化硅或氮化硅。

所述待测器件202两端分别连接有第一导电插塞210；所述待测器件202两端的第一导电插塞210分别与第一金属互联线220连接。

所述第一导电插塞210的材料为铜、钨、铝等金属。

所述第一金属互联线220的材料为铜、钨、铝等金属，所述第一金属互联线220用于连接加载焊盘和测试焊盘(未示出)；所述加载焊盘用于在检测过程中在待测器件202两端加载偏压；所述测试焊盘用于在待测器件202两端测试电流，从而得出待测器件的电阻。

所述第一金属互联线220与待测器件202之间以层间介质层206相互隔离，所述层间介质层206为氧化硅、氮化硅中的一种或两种重叠。

所述加热层203位于所述待测器件202的下层；所述加热层203两端分别连接有第二导电插塞211；所述加热层203两端的第二导电插塞211分别与第二金属互联线221连接。

所述待测器件202与所述加热层203之间以绝缘层205隔离，所述绝缘层205的材料为氧化硅或氮化硅，所述待测器件202与所述加热层203之间的距离为5～20nm；所述加热层203与待测器件202之间的距离减小，加热速度更快，使电阻温度系数检测结构的检测速度加快。

所述加热层203的材料为多晶硅；所述加热层203不与第二导电插塞211相连的一边的边长，大于待测器件202不与第一导电插塞相连的一边的边长，且所述加热层203与第二导电插塞211连接的一端的边长为1～30μm；因此，所述加热层203的面积比所述待测器件202大，使加热层203对待测器件202的加热更为均匀；

所述第二金属互联线221的材料为铜、铝、钨等金属，第二金属互联线221与第二导电插塞211连接的一端的边长范围是大于1μm，小于等于加热层203与第二导电插塞211连接的一端的边长。

所述第二金属互联线221与加热层203之间也以层间介质层206相互隔离。

所述第二导电插塞211由2～100根导电插塞组成。

当所述加热层203与第二导电插塞211连接的一端的边长大于1μm，所述第二金属互联线221与第二导电插塞211连接的一端边长大于1μm，且所述第二导电插塞211至少由2～100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层203中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线221两端加入较大偏压后，所述第二金属互联线221、第二导电插塞211和加热层203形成的导电通路中的电流密度较小，所述导电通路中不易发生电迁移失效，因此不会影响电阻温度系数检测结构的检测效果。

传感器204，位于所述待测器件202上方，所述传感器204两端分别与第三导电插塞212连接；所述传感器204的材料为金属，包括铜、铝、钨、铁、银等；所述传感器204用于测试温度。所述传感器204测试温度的原理如第一实施例所述，在此不作赘述。

所述传感器204的面积小于待测器件202的面积，使传感器204受热均匀，使测得的温度误差减小。

所述传感器204到所述待测器件202之间以层间介质层206相互隔离，且距离400～500nm。

所述传感器204两端的第三导电插塞212可以分别与加载焊盘和测试焊盘(未示出)通过金属互联线(未示出)连接。

本实施例通过在待测器件202的下方设置加热层203，使待测器件202与加热层203之间的距离减小，使加热层203对待测器件202的加热速度提高，从而使电阻温度系数检测结构的检测速度提高。

以下对采用本实施例的电阻温度系数检测结构进行电阻温度系数检测的方法进行说明。

请参考图4，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图。

执行步骤S101，在第一温度T₂₁的环境下，在第一金属互联线220两端加载第一偏压，使第一金属互联线220、第一导电插塞210和待测器件202形成的第一导电通路中形成恒定电流。

所述第一温度T₂₁为室温，所述第一导电通路中形成恒定电流的范围为0～1μA。

执行步骤S102，在第一金属互联线220两端测试所述第一导电通路的第一电压V₂₁和第一电流I₂₁，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻R₂₁。

由于欧姆定律，所述第一电阻R₂₁＝V₂₁/I₂₁。

执行步骤S103，在第二金属互联线221两端加载第二偏压，使第二金属互联线221、第二导电插塞211和加热层203形成的第二导电通路中产生电流，且所述加热层203的温度上升，对待测器件202加热。

所述第二导电通路中电流的电流密度范围为0～1mA/μm。

执行步骤S104，在第三导电插塞212两端加载第三偏压，使第三导电插塞212和传感器204之间形成第三导电通路，并通过所述传感器204测试传感器204所在位置的温度。

执行步骤S105，当所述传感器204测得其所在位置的温度为第二温度T₂₂时，在第一金属互联线220两端加载第四偏压，且在第一金属互联线220两端测试所述第一导电通路的第四电压V₂₄和第四电流I₂₄，由欧姆定律计算得到第二电阻R₂₂。

所述第二温度T₂₂的范围为75～125℃，加热层203对待测器件202的加热时间为0.5～1.5min。

由于欧姆定律，第二电阻R₂₂＝V₂₄/I₂₄。

执行步骤S106，将第一温度T₂₁、第二温度T₂₂、第一电阻R₂₁和第二电阻R₂₂代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数TCR＝(R₂₂-R₂₁)/(T₂₂-T₂₁)，将第一温度T₂₁、第二温度T₂₂、第一电阻R₂₁和第二电阻R₂₂代入电阻温度系数公式，经过计算得到待测器件202的电阻温度系数。

本实施例所述电阻温度系数的检测方法中，加热层203与待测器件202之间的距离减小，加热速度较第四实施例更快，电阻温度系数的检测进一步提高。

第三实施例

请参考图5，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图，包括：

半导体衬底300；待测器件302，位于所述半导体衬底300表面，所述待测器件302的材料为多晶硅。

所述半导体衬底300的作用和材料与第一实施例所述相同，在此不作赘述。

所述待测器件302可以是MEMS半导体器件中的微执行器、微传感器等器件；

所述半导体衬底300与所述待测器件302之间，依照具体的半导体器件的工艺要求，还能有若干多晶硅器件层并通过绝缘层电隔离。

在本实施例中，所述半导体衬底300与所述待测器件302之间有介质层301，所述介质层301的材料为氧化硅或氮化硅。

所述待测器件302两端分别连接有第一导电插塞310；所述待测器件302两端的第一导电插塞310分别与第一金属互联线320连接。

所述第一导电插塞310的材料为铜、钨、铝等金属。

所述第一金属互联线320的材料为铜、钨、铝等金属，所述第一金属互联线320用于连接加载焊盘和测试焊盘(未示出)；所述加载焊盘用于在检测过程中在待测器件302两端加载偏压；所述测试焊盘用于在待测器件302两端测试电流，从而得出待测器件的电阻。

所述第一金属互联线320与待测器件302之间以层间介质层306相互隔离，所述层间介质层306为氧化硅、氮化硅中的一种或两种重叠。

所述加热层303位于所述待测器件302的表面；所述加热层303两端分别连接有第二导电插塞311；所述加热层303两端的第二导电插塞311分别与第二金属互联线321连接。

所述第一导电插塞310贯穿所述加热层303且与加热层303电隔离。

所述待测器件302与所述加热层303之间以绝缘层305隔离，所述绝缘层305的材料为氧化硅或氮化硅，所述待测器件302与所述加热层303之间的距离为5～20nm；所述加热层303与待测器件302之间的距离减小，加热速度更快，使电阻温度系数检测结构的检测速度加快。

所述加热层303的面积比所述待测器件302大，因此加热层303对待测器件302的加热更为均匀；

所述加热层303的材料为多晶硅；所述加热层303不与第二导电插塞311相连的一边的边长，大于待测器件302不与第一导电插塞相连的一边的边长，且所述加热层303与第二导电插塞311连接的一端的边长为1～30μm；因此，所述加热层303的面积比所述待测器件302大，使加热层303对待测器件302的加热更为均匀；所述第二金属互联线321的材料为铜、铝、钨等金属，第二金属互联线321与第二导电插塞311连接的一端的边长范围是大于1μm，小于等于加热层303与第二导电插塞311连接的一端的边长。

所述第二金属互联线321与加热层303之间也以层间介质层306相互隔离。

所述第二导电插塞311由2～100根导电插塞组成。

当所述加热层303与第二导电插塞311连接的一端的边长大于1μm，所述第二金属互联线321与第二导电插塞311连接的一端边长大于1μm，且所述第二导电插塞311至少由2～100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线321两端加入较大偏压后，所述第二金属互联线321、第二导电插塞311和加热层303形成的导电通路中的电流密度较小，所述导电通路中不易发生电迁移失效，因此不会影响电阻温度系数检测结构的检测效果。

传感器304，位于所述待测器件302上方，所述传感器304两端分别与第三导电插塞312连接；

所述传感器304的材料为金属，包括铜、铝、钨、铁、银等；所述传感器304用于测试温度。所述传感器304测试温度的原理如第一实施例所述，在此不作赘述。

所述传感器304的面积小于待测器件302的面积，使传感器304受热均匀，使测得的温度误差减小。

所述传感器304到所述待测器件302之间以第一层间介质层306相互隔离，且距离400～500nm。

所述传感器304两端的第三导电插塞312可以分别与加载焊盘和测试焊盘(未示出)通过金属互联线(未示出)连接。

本实施例通过在待测器件302的表面覆盖加热层303，使待测器件302与加热层303之间的距离减小，使加热更为均匀，并且使加热层303对待测器件302的加热速度提高，从而使电阻温度系数检测结构的检测速度提高。

以下对采用本实施例的电阻温度系数检测结构进行电阻温度系数检测的方法进行说明。

请参考图5，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图。

执行步骤S101，在第一温度T₃₁的环境下，在第一金属互联线320两端加载第一偏压，使第一金属互联线320、第一导电插塞310和待测器件302形成的第一导电通路中形成恒定电流。

所述第一温度T₃₁为室温，所述第一导电通路中形成恒定电流的范围为0～1μA。

执行步骤S102，在第一金属互联线320两端测试所述第一导电通路的第一电压V₃₁和第一电流I₃₁，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻R₃₁。

由于欧姆定律，所述第一电阻R₃₁＝V₃₁/I₃₁。

执行步骤S103，在第二金属互联线321两端加载第二偏压，使第二金属互联线321、第二导电插塞311和加热层303形成的第二导电通路中产生电流，且所述加热层303的温度上升，对待测器件302加热。

所述第二导电通路中电流的电流密度范围为0～1mA/μm。

执行步骤S104，在第三导电插塞312两端加载第三偏压，使第三导电插塞312和传感器304之间形成第三导电通路，并通过所述传感器304测试传感器304所在位置的温度。

执行步骤S105，当所述传感器304测得其所在位置的温度为第二温度T₃₂时，在第一金属互联线320两端加载第四偏压，且在第一金属互联线320两端测试所述第一导电通路的第四电压V₃₄和第四电流I₃₄，由欧姆定律计算得到第二电阻R₃₂。

所述第二温度T₃₂的范围为75～125℃，加热层303对待测器件302的加热时间为0.5～1.5min。

由于欧姆定律，第二电阻R₃₂＝V₃₄/I₃₄。

执行步骤S106，将第一温度T₃₁、第二温度T₃₂、第一电阻R₃₁和第二电阻R₃₂代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数TCR＝(R₃₂-R₃₁)/(T₃₂-T₃₁)，将第一温度T₃₁、第二温度T₃₂、第一电阻R₃₁和第二电阻R₃₂代入电阻温度系数公式，经过计算得到待测器件202的电阻温度系数。

本实施例所述电阻温度系数的检测方法中，加热层303与待测器件302之间的距离减小，加热速度较第四实施例更快，电阻温度系数的检测进一步提高。

综上所述，本发明实施例提供了一种电阻温度系数的检测结构，所述检测结构能够直接形成于半导体器件内，能够提高了电阻温度系数的检测速度，并适用于晶圆电性测试；所述检测结构能够提高电阻温度系数的检测速度的原因是；所述加热层能够近距离对待测器件进行加热，因此加热速度提高，同时通过所述检测结构采用传感器测试温度，能够实时且快速地测得温度。

进一步的，当所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于1μm，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端边长大于1微米，且所述第二导电插塞至少由2～100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线两端加载偏压后，所述加热层、第二导电插塞和第二金属互联线形成导电通路，且所述导电通路中的电流密度较小，因此所述导电通路中不易发生电迁移失效，使加热层能够产生高热同时，对待测器件进行快速加热。

进一步的，传感器的材料为金属，能够提高检测待测器件的电阻温度系数的速度；以金属作为传感器的材料能够提高检测电阻温度系数的原因是：由于各种金属具有各自已知的温度系数，通过测试金属的电阻率，并将测得的电阻率与已知的温度系数代入温度系数公式，能够快速地得到该金属所在位置的温度；其中，所述金属的温度系数公式为所述金属的温度系数与该金属的电阻率以及金属当时的温度的关系式。

本发明的实施例还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法能够提高检测速度，适用于晶圆电性测试；所述检测方法能提高检测速度是由于，所述电阻温度系数的检测结构引入了加热层，所述加热层能够近距离的对待测器件进行加热，并通过传感器能够实时的测试温度，因此所述的电阻温度系数检测的方法的检测速度提高。

虽然本发明实施例如上所述，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (26)

1.一种电阻温度系数检测结构，其特征在于，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；

相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；

位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。

2.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器的材料为金属。

3.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器的面积小于待测器件的面积。

4.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的同一层，且分别位于所述待测器件的两侧。

5.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器与所述待测器件之间以层间介质层隔离。

6.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器与所述待测器件之间的距离为400～500纳米。

7.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与待测器件之间以绝缘层隔离。

8.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与所述待测器件之间的距离为0.1～0.3微米。

9.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方或下方，且以绝缘层相互隔离。

10.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅或氮化硅。

11.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与所述待测器件之间的距离为5～20纳米。

12.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述第一导电插塞贯穿所述加热层且与加热层电隔离。

13.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述传感器到所述加热层的距离为400～500纳米，且以层间介质层相互隔离。

14.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的下方时，所述传感器到所述待测器件的距离400～500纳米，且以层间介质层相互隔离。

15.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于1微米。

16.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端的边长大于1微米，小于等于加热层与第二导电插塞连接的一端的边长相等。

17.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述第二导电插塞由2～100根导电插塞组成。

18.如权利要求1所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层不与第二导电插塞相连的一边的边长，大于待测器件不与第一导电插塞相连的一边的边长。

19.一种电阻温度系数的检测方法，其特征在于，包括步骤：

在第一温度的环境下，在第一金属互联线两端加载第一偏压，使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流；

在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻；

在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加热；

在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试所在位置的温度；

当所述传感器测得所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻；

将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。

20.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第一温度为室温。

21.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第二温度为75～125℃。

22.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第一导电通路中形成恒定电流为0～1微安。

23.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第二导电通路中产生电流的电流密度为0～1毫安/微米。

24.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述欧姆定律公式为，电阻＝电压/电流。

25.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数＝(第二电阻-第一电阻)/(第二温度-第一温度)。

26.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述待测器件的加热时间为0.5～1.5分钟。

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