CN103337468A - 测试结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测试结构，通过在测试结构的栅氧结构与栅极测试焊垫或者衬底测试焊垫之间增加一金属连线结构，该金属连线结构的电阻值由构成该金属连线结构的金属层的长短控制，且工艺简单，容易实行，从而克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，进而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，降低了工艺难度，进一步的降低了半导体器件的工艺成本。

Description

测试结构

技术领域

本发明涉及半导体器件的一种测试结构，尤其涉及一种应用于氧化层击穿测试工艺的测试结构。

背景技术

经过长期研究发现，经时绝缘击穿TDDB（Time DependentDielectric Breakdown，也称为经时介质击穿、经时击穿、与时间相关电介质击穿）是超大规模集成电路MOS器件栅极氧化层失效的主要机制。

经时绝缘击穿TDDB可靠性测试，是评价MOS晶体管的薄栅氧化层质量的重要方法。具体地说，经时绝缘击穿TDDB可靠性测试指的是：在栅极上加恒定的电压，使器件处于积累状态；经过一段时间后，氧化膜（氧化层）就会击穿（一般，栅极漏电流突然增大100倍以上时的状态被定义为击穿），这器件经历的时间就是在该条件下的寿命。

对于经时绝缘击穿可靠性测试，一般在进行经时绝缘击穿可靠性测试时，需要花费较长的时间，往往用高压进行加速来缩短测试时间。

图1是现有的氧化层击穿测试结构的俯视结构示意图；如图所示，第一焊垫（Pad）105通过第一金属连线103与测试结构的栅极101连接，第二焊垫106通过第二金属连线104与测试结构的衬底102连接，第一探针107与第一焊垫105接触，第二探针108与第二焊垫106接触，从而能够进行氧化层的击穿测试操作。图2是现有的氧化层击穿测试结构的侧视结构示意图；图3是现有的氧化层击穿测试结构的测试结构及第一、第二金属连线的局部结构示意图；如图所示，图1中的第一金属连线103包括第一金属通孔03和第一金属层13，第一金属连线103通过第一金属通孔03与测试结构的栅极101接触，从而达到第一金属连线103与测试结构的栅极101连接的目的；图1中的第二金属连线104包括第二金属通孔04和第二金属层14，第二金属连线104通过第二金属通孔04与测试结构的衬底102接触，从而达到第二金属连线与测试结构的衬底连接的目的，另外，由图2中可知，在测试结构的栅极101和衬底102之间形成有氧化层100，而第一焊垫105中形成有栅极焊垫金属109，第二焊垫106中形成有衬底焊垫金属110。

图4是现有的氧化层击穿测试结构击穿前的等效电路图；如图所示，在氧化层击穿测试结构被击穿前，其等效电路为由栅极、氧化层、衬底构成的电容C、由第一探针107和第二探针108构成的电阻R与测试电源V串联。图5是现有的氧化层击穿测试结构击穿时的等效电路图；如图所示，在氧化层击穿测试结构被击穿时，由栅极、氧化层、衬底构成的电容C的两极板短路，成为一导线，使得测试电源V阴极和阳极直接与由第一探针107和第二探针108构成的电阻R串联，并且该电阻R的电阻值较小。

从上述图1～图5可知，在氧化层击穿测试结构被击穿时，测试电源的阴极和阳极直接与由第一探针107和第二探针108构成的电阻R串联，产生瞬时大击穿电流，电阻R上的功率很大，使得在氧化层在被击穿时，电阻R烧坏，即第一探针107和第二探针108的针尖烧坏，直至断路，同时瞬时大击穿电流烧毁连接在栅极的第一金属连线和连接在衬底的第二金属连线。瞬时大击穿电流所显示的现有的氧化层击穿测试结构不能确定氧化层击穿的确切位置。氧化层被击穿时的瞬时大电流机台并不能侦测到，机台将判断氧化层没有被击穿，继续施加电压进行测试。由于第一金属连线和第二金属连线均已被烧毁，造成测试线路断开，机台只能检测到小电流，将会一直增加电压到限压值，无法得到实际的击穿电压。同时，由于第一金属连线和第二金属连线均已被烧毁，将无法进行失效分析，无法判断在第一金属连线和第二金属连线被烧毁时氧化层是否已经被击穿，不能确定第一金属连线和第二金属连线的烧毁是由于氧化层的击穿产生的瞬时大电流造成的或是由其他原因引起的，从而造成测试失败。

中国专利（CN100405073C）公开了一种防止半导体器件中大电流损伤的电容器击穿测试结构，包括：电容器（C），和跨接（或者并联）在电容器（C）上的测试电源（SMU1），其特征是，还包括串联在电容器（C）的阳极极板与测试电源（SMU1）之间的分压电阻器（R）；电容器（C）和分压电阻器（R）和测试电源（SMU1）串联连接构成测试回路。

该发明虽然能够一定程度的克服现有技术中由于氧化层被击穿时，电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，但是该发明中给出的分压电阻含糊不清，并不能很好的得到如何串联该分压电阻，且该发明中提出用半导体器件中硅有源区的一部分或者多晶硅层的一部分构成该分压电阻，该工艺步骤复杂，且不易在实际生产中进行。

中国专利（公开号：CN102820241A）公开了一种氧化物介质层经时绝缘击穿可靠性测试方法，包括：在多个测试期期间，对测试结构施加应力加速电压，并且测试氧化物介质的漏电流监测值；以及在多个注入期期间，不对测试结构施加压力加速电压，而是向待测试的氧化物介质层注入应力加速电流；其中，所述多个测试期与多个注入期相互交错。在所述多个测试期期间对测试结构施加的应力加速电压在各自的测试期内保持恒定，并且之前的测试期期间对测试结构施加的应力加速电压小于后续的测试期期间对测试结构施加的应力加速电压。

该发明虽然提供了一种更为精确的氧化物介质层经时绝缘击穿可靠性测试方法，但是该发明仍然未能克服现有技术中由于氧化层被击穿时，电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也未能克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，从而增加了氧化层击穿测试的难度，降低了测试效率，进而增加了工艺成本。

发明内容

本发明提供一种测试结构，以克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，从而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，简化了工艺难度，进而降低了工艺成本。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种测试结构，应用于氧化层的击穿测试工艺中，所述测试结构包括栅氧结构、栅极测试焊垫和衬底测试焊垫；所述衬底测试焊垫与所述栅氧结构电连接，其中，所述测试结构还包括金属连线结构；

所述栅极测试焊垫通过所述金属连线结构与所述栅氧结构电连接；

其中，多个金属层依次电连接构成所述金属连线结构。

上述的测试结构，其中，所述金属层设置在绝缘介质层中，且每两个相邻的金属层之间均通过金属通孔电连接。

上述的测试结构，其中，位于所述金属连线结构一端的金属层通过金属通孔与所述栅氧结构电连接，位于所述金属连线结构另一端的金属层直接与所述所述栅极测试焊垫电连接。

上述的测试结构，其中，所述金属层的材质为铜。

上述的测试结构，其中，所述金属通孔的材质为铜。

上述的测试结构，其中，所述金属层的材质为铝。

上述的测试结构，其中，所述金属通孔的材质为钨。

上述的测试结构，其中，所述金属层为直线形或环形。

上述的测试结构，其中，所述金属连线结构的等效电阻为1000欧姆～2000欧姆。

一种测试结构，应用于氧化层的击穿测试工艺中，所述测试结构包括栅氧结构、栅极测试焊垫和衬底测试焊垫；所述栅极测试焊垫与所述栅氧结构电连接，其中，所述测试结构还包括金属连线结构；

所述衬底测试焊垫通过所述金属连线结构与所述栅氧结构电连接；

其中，多个金属层依次电连接构成所述金属连线结构。

上述技术方案具有如下优点或者有意效果：

本发明通过在测试结构的栅氧结构与栅极测试焊垫或者衬底测试焊垫之间增加一金属连线结构，该金属连线结构的电阻值由构成该金属连线结构的金属层的长短控制，且工艺简单，容易实行，从而克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，进而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，降低了工艺难度，进一步的降低了半导体器件的工艺成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是现有的氧化层击穿测试结构的俯视结构示意图；

图2是现有的氧化层击穿测试结构的侧视结构示意图；

图3是现有的氧化层击穿测试结构的测试结构及第一、第二金属连线的局部结构示意图；

图4是现有的氧化层击穿测试结构击穿前的等效电路图；

图5是现有的氧化层击穿测试结构击穿时的等效电路图；

图6是本发明实施例1提供的测试结构的俯视结构示意图；

图7是本发明实施例1提供的测试结构的侧视结构示意图；

图8是本发明实施例1提供的测试结构中的栅氧结构及其上连接的金属连线结构和衬底连接金属结构的局部结构示意图；

图9是本发明实施例1提供的测试结构被击穿前的等效电路图；

图10是本发明实施例1提供的测试结构被击穿时的等效电路图；

图11是本发明实施例2提供的测试结构的俯视结构示意图；

图12是本发明实施例2提供的测试结构的测试结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

图6是本发明实施例1提供的测试结构的俯视结构示意图；图7是本发明实施例1提供的测试结构的侧视结构示意图；图8是本发明实施例1提供的测试结构中的栅氧结构及其上连接的金属连线结构和衬底连接金属结构的局部结构示意图；如图所示，本发明实施例1提供的测试结构包括栅氧结构，栅极201、氧化层200和衬底202构成该栅氧结构；本发明实施例1提供的测试结构还包括栅极测试焊垫205和衬底测试焊垫206，栅极测试焊垫205内形成有栅极焊垫金属209，而衬底测试焊垫206内形成有衬底焊垫金属210；同时，本发明实施例1提供的测试结构还包括金属连线结构203，该金属连线结构203包括金属层23和金属通孔3，栅极测试焊垫205通过该金属连线结构203与栅氧结构的栅极201电连接；其中，该金属连线结构203的每两个相邻的金属层23之间通过至少两个金属通孔3电连接，本实施例1中，每两个相邻的金属层23之间的金属通孔3优选为三个；在金属层23与栅氧结构的栅极201之间通过一个金属通孔3电连接；同时，最顶层的金属层23直接与栅极焊垫金属209电连接，从而实现栅极测试焊垫205通过该金属连线结构203与栅氧结构的栅极201电连接的目的；另外，衬底测试焊垫206通过一衬底连接金属结构204与栅氧结构的衬底202电连接，该衬底连接金属结构204包括一个衬底金属层24和一个衬底金属通孔4，该衬底金属通孔4与衬底202电连接，而衬底金属层24与衬底焊垫金属210电连接，从而实现衬底测试焊垫206通过该衬底连接金属结构204与栅氧结构的衬底202电连接的目的。

在对测试结构进行氧化层击穿测试工艺时，使第一探针207与栅极测试焊垫205的栅极焊垫金属209电连接，从而实现该第一探针207与栅氧结构的栅极201的电连接，同时，使第二探针208与衬底测试焊垫206的衬底焊垫金属210电连接，从而实现该第二探针208与栅氧结构的衬底202的电连接；在进行氧化层击穿测试工艺时，外接的测试电源能够通过第一探针207和栅氧结构的栅极201的电连接，以及通过第二探针208和栅氧结构的衬底202的电连接，实现对氧化层200的击穿测试工艺。

其中，金属连线结构203的金属层23和金属通孔3的材质均为铜，或者金属连线结构203的金属层23的材质为铝，金属通孔3的材质为钨，另外，该金属层23可为直线形或者环形，并可根据工艺需求，确定该金属层23的长度，从而能够实现调节由金属层23和金属通孔3构成的电阻的大小，即实现调节金属连线结构203的电阻的大小，通常情况下，该金属连线结构203的电阻为1000欧姆～2000欧姆，如1000欧姆、1010欧姆、1200欧姆、1350欧姆、1550欧姆、1850欧姆、1990欧姆、2000欧姆等；同时，本发明实施例中，每两个相邻的金属层之间的金属通孔设置有至少两个，目的是防止在通孔形成过程中，填充金属时，出现金属填充不足，导致断路的问题发生。

图9是本发明实施例1提供的测试结构被击穿前的等效电路图；如图所示，图6中的栅极201、氧化层200和衬底204构成一电容C，即栅氧结构在等效电路中等效为电容C，第一探针207和第二探针208在等效电路中等效为电阻R1，该电阻R1的电阻值很小，同时，金属连线结构203在等效电路中等效为电阻R2，该电阻R2的电阻值为1000欧姆～2000欧姆，如1000欧姆、1005欧姆、1100欧姆、1400欧姆、1600欧姆、1700欧姆、1995欧姆、2000欧姆等；在进行氧化层的击穿测试工艺中，电容C、电阻R1和电阻R2与外接的测试电源V串联。

图10是本发明实施1例提供的测试结构被击穿时的等效电路图；如图所示，当测试结构被击穿时，即测试结构中的氧化层在击穿测试工艺中被击穿时，电容结构C的两个极板直接被导通，变成了金属连接线，所以，测试电源V与电阻R1和电阻R2直接串联，由于电阻R2的电阻值为1000欧姆～2000欧姆，如1000欧姆、1001欧姆、1150欧姆、1450欧姆、1650欧姆、1750欧姆、1999欧姆、2000欧姆等，从而使得在氧化层被击穿后，测试电源V的电压一部分被电阻R2所分压，从而使得加载在电阻R1上的电压较小，进而该电阻R1上的电功率就很小，从而使得在氧化层被击穿时，该电阻R1不会被烧毁，即不会烧毁第一探针和第二探针的针尖，同时也不会烧坏金属连线结构，从而实现保护探针针尖的目的，进而更为精确的对氧化层进行氧化层击穿测试工艺。

本发明实施例1通过在测试结构的栅氧结构与栅极测试焊垫之间增加一金属连线结构，该金属连线结构的电阻值由构成该金属连线结构的金属层的长短控制，且工艺简单，容易实行，从而克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，进而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，降低了工艺难度，进一步的降低了半导体器件的工艺成本。

实施例2：

图11是本发明实施例2提供的测试结构的俯视结构示意图；图12是本发明实施例2提供的测试结构的测试结构示意图；如图所示，本发明实施例2提供的测试结构包括栅氧结构，栅极301、氧化层300和衬底302构成该栅氧结构；本发明实施例2提供的测试结构还包括栅极测试焊垫305和衬底测试焊垫306，栅极测试焊垫305内形成有栅极焊垫金属309，而衬底测试焊垫306内形成有衬底焊垫金属310；同时，本发明实施例2提供的测试结构还包括金属连线结构304，衬底测试焊垫306通过该金属连线结构304与栅氧结构的衬底302电连接，具体为该金属连线结构304的金属通孔与栅氧结构的衬底302电连接，该金属连线结构304的顶端金属层与衬底测试焊垫306电连接；其中，该金属连线结构304的每两个相邻的金属层之间通过至少两个金属通孔电连接，本实施例2中，每两个相邻的金属层之间的金属通孔优选为三个；在金属连线结构304的底端金属层与栅氧结构的衬底302之间通过一个金属通孔进行电连接；同时，金属连线结构304最顶层的金属层直接与衬底焊垫金属310电连接，从而实现衬底测试焊垫306通过该金属连线结构304与栅氧结构的衬底302电连接的目的；另外，栅极测试焊垫305通过一栅极连接金属结构303与栅氧结构的栅极301电连接，该栅极连接金属结构303包括一个栅极金属层和一个栅极金属通孔，该栅极金属通孔与栅极301进行电连接，而栅极金属层与栅极焊垫金属309电连接，从而实现栅极测试焊垫305通过该栅极连接金属结构303与栅氧结构的栅极301电连接的目的。

在对测试结构进行氧化层击穿测试工艺时，使第一探针307与栅极测试焊垫305的栅极焊垫金属309电连接，从而实现该第一探针307与栅氧结构的栅极301的电连接，同时，使第二探针308与衬底测试焊垫306的衬底焊垫金属310电连接，从而实现该第二探针308与栅氧结构的衬底302的电连接；在进行氧化层击穿测试工艺时，外接的测试电源能够通过第一探针307和栅氧结构的栅极301的电连接，以及通过第二探针308和栅氧结构的衬底302的电连接，实现对氧化层300的击穿测试工艺。

其中，金属连线结构304的金属层和金属通孔的材质均为铜，或者金属连线结构的金属层的材质为铝，同时金属通孔的材质为钨，另外，该金属层可为直线形或者环形，并可根据工艺需求，确定该金属层的长度，从而能够实现调节由金属层和金属通孔构成的等效电阻的阻值大小，即实现调节金属连线结构304的电阻的大小，通常情况下，该金属连线结构304的电阻为1000欧姆～2000欧姆，如1000欧姆、1005欧姆、1280欧姆、1375欧姆、1545欧姆、1830欧姆、1995欧姆、2000欧姆等；同时，本发明实施例中，每两个相邻的金属层之间至少设置有两个金属通孔，目的是防止在通孔形成过程中，填充金属时，出现金属填充不足，导致断路的问题发生。

在氧化层300的被击穿前，外接的电源、第一探针和第二探针形成的等效小电阻、金属连线结构形成的等效大电阻以及由栅极、氧化层和衬底构成的等效电容串联，在氧化层300被击穿时，等效电容的栅极和衬底构成的极板直接导通，该等效电容相当于一导线，从而使得外接的电、等效小电阻和等效大电阻串联，由于等效大电阻的分压，使得加载在等效小电阻上的电压较小，从而使得该等效小电阻不会被烧坏，即保护了第一探针和第二探针的针尖，进而保护了金属连线结构，进一步的精确的对氧化层进行氧化层击穿测试工艺。

本发明实施例2通过在测试结构的栅氧结构与衬底测试焊垫之间增加一金属连线结构，该金属连线结构的电阻值由构成该金属连线结构的金属层的长短控制，且工艺简单，容易实行，从而克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，进而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，降低了工艺难度，进一步的降低了半导体器件的工艺成本。

综上所述，本发明通过在测试结构的栅氧结构与栅极测试焊垫或者衬底测试焊垫之间增加一金属连线结构，该金属连线结构的电阻值由构成该金属连线结构的金属层的长短控制，且工艺简单，容易实行，从而克服现有技术中由于氧化层被击穿时电流较大，导致探针针尖容易被烧坏的问题，也克服现有技术中即使能够一定程度的保护探针，但是工艺繁琐，较难实行的问题，进而避免了探针针尖的烧坏，提高了测试效率，降低了工艺难度，进一步的降低了半导体器件的工艺成本。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种测试结构，应用于氧化层的击穿测试工艺中，所述测试结构包括栅氧结构、栅极测试焊垫和衬底测试焊垫；所述衬底测试焊垫与所述栅氧结构电连接，其特征在于，所述测试结构还包括金属连线结构；

所述栅极测试焊垫通过所述金属连线结构与所述栅氧结构电连接；

其中，多个金属层依次电连接构成所述金属连线结构。

2.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述金属层设置在绝缘介质层中，且每两个相邻的金属层之间均通过金属通孔电连接。

3.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，位于所述金属连线结构一端的金属层通过金属通孔与所述栅氧结构电连接，位于所述金属连线结构另一端的金属层直接与所述所述栅极测试焊垫电连接。

4.如权利要求2所述的测试结构，其特征在于，所述金属层的材质为铜。

5.如权利要求4所述的测试结构，其特征在于，所述金属通孔的材质为铜。

6.如权利要求2所述的测试结构，其特征在于，所述金属层的材质为铝。

7.如权利要求6所述的测试结构，其特征在于，所述金属通孔的材质为钨。

8.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述金属层为直线形或环形。

9.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于，所述金属连线结构的等效电阻为1000欧姆～2000欧姆。

10.一种测试结构，应用于氧化层的击穿测试工艺中，所述测试结构包括栅氧结构、栅极测试焊垫和衬底测试焊垫；所述栅极测试焊垫与所述栅氧结构电连接，其特征在于，所述测试结构还包括金属连线结构；

所述衬底测试焊垫通过所述金属连线结构与所述栅氧结构电连接；

其中，多个金属层依次电连接构成所述金属连线结构。

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