CN105336731B - 测试键结构与测试键群组 - Google Patents

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Abstract

一种测试键结构与测试键群组，该测试键结构包含有多个晶体管，设置在一晶圆的一切割道内，且排列成一2*N阵列，该2*N阵列包含有二直行与N横列。该等晶体管分别包含一栅极、一源极、一漏极与一基体，且该等晶体管的该等源极全部彼此电性连接。

Description

测试键结构与测试键群组
技术领域
本发明涉及一种测试键结构与测试键群组，尤其涉及一种排列成矩阵的测试键结构与测试键群组。
背景技术
在半导体工艺中，为维持产品质量的稳定，须针对所生产的半导体元件不断地进行测试。一般说来，可以利用各项半导体工艺在晶粒上制作元件的同时，在晶圆的切割道或一控片晶圆(monitor wafer)采用相同的步骤制作测试元件与测试键结构，来模拟晶粒上的相同工艺。随后，再利用探针等测试装置接触测试键，测量测试元件的各项参数，藉以检视工艺是否正常，而得以有效控制产品质量。
请参阅图1，图1为一已知测试键结构的示意图。如图1所示，已知测试键结构100设置在晶圆102的切割道104内。测试键结构100包含多个待测元件110，例如晶体管元件，且每一待侧元件110与四个连接垫122、124、126、128电性连接。这四个连接垫122、124、126、128藉由金属连线130依序与待测元件110的源极、漏极、栅极与基底(图皆未示)电性连接。且如图1所示，测试键结构100的待测元件110与其连接垫122、124、126、128呈单行排列，而设置在切割道104之内。
请继续参阅图1。由此可知，已知测试键结构100面临下述问题：已知测试键结构100中，任一待测元件110皆要求必须搭配四个容许探针接触而庞大的连接垫122、124、126、128，故已知测试键结构100将占据晶圆珍贵且有限的空间。更重要的是，由于切割道104的空间必须用以放置大面积的连接垫，使得已知测试键结构100可取得的样本数(samplesize)一直无法提升。因此，目前仍需要一种可增加样本数的测试键结构。
发明内容
因此，本发明的一目的即在于提供一种可增加样本数的测试键结构。
根据本发明的权利要求书，提供一种测试键结构，该测试键结构包含有多个晶体管，设置在一晶圆的一切割道内，且排列成一2*N阵列，该2*N阵列包含有二直行与N横列。该等晶体管分别包含一栅极、一源极、一漏极与一基体，且该等晶体管的该等源极全部彼此电性连接。
根据本发明的权利要求书，还提供一种测试键结构，该测试键结构包含有多个排列成一第一直行的第一晶体管，以及多个排列成一第二直行的第二晶体管。该等第一晶体管分别包含有一第一栅极、一第一源极、一第一漏极与一第一基体，而该等第二晶体管分别包含有一第二栅极、一第二源极、一第二漏极与一第二基体。另外，该等第二晶体管的尺寸不同于该等第一晶体管的尺寸，且该等第一晶体管的该等第一源极与该等第二晶体管的第二源极全部彼此电性连接。
根据本发明的权利要求书，还提供一种测试键群组，该测试键群组包含有多组测试键结构，设置在一晶圆的一切割道内，以及多个设置在该切割道内的连接垫。各该组测试键结构分别包含有多个晶体管，且排列成一2*N阵列，该2*N阵列包含有二直行与N横列。该等晶体管分别包含一栅极、一源极、一漏极与一基体，且各该组测试键结构组内的该等晶体管的该等源极全部彼此电性连接。
根据本发明所提供的测试键结构，任一测试键结构包含2*N个提供测试的晶体管，且该等晶体管的该等源极彼此电性连接，因而可共享一连接垫。并且该等测试键结构可以呈单行排列，而设置在切割道之内，形成测试键群组。更重要的是，本发明所提供的测试键结构与测试键群组可以以更经济的方式充分使用切割道中有限的面积，而在相同面积中容纳足够的连接垫以及更多的测试元件，故可有效提升样本数，更改善测试结果的可靠度。
附图说明
图1为一已知测试键结构的示意图。
图2为本发明提供的一测试键结构的一优选实施例的电路布局示意图。
图3为本发明提供的测试键群组的一优选实施例的示意图。
图4为本发明提供的测试键结构的一另一优选实施例的电路布局示意图。
【主要元件符号说明】
100 测试键结构
102 晶圆
104 切割道
110 待测元件
122、124、126、128 连接垫
130 金属导线
20 测试键群组
200、300 测试键结构
202 晶圆
204、304 切割道
210、310 晶体管
210a、310a 第一晶体管
210b、310b 第二晶体管
210Ga、310Ga 第一栅极
210Gb、310Gb 第二栅极
210Sa、310Sa 第一源极
210Sb、310Sb 第二源极
210Da、310Da 第一漏极
210Db、310Db 第二漏极
210Ba、310Ba 第一基体
210Bb、310Bb 第二基体
220、320 源极连接垫
230、330 基体连接垫
240a、340a 第一漏极连接垫
240b、340b 第二漏极连接垫
250a～250g、350a～350g 栅极连接垫
具体实施方式
请参阅图2与图3，图2为本发明提供的一测试键结构的一电路布局示意图，图3为本发明所提供的一测试键群组的一优选实施例的示意图。如图2所示，本优选实施例所提供的测试键结构200包含有多个晶体管210，设置在一晶圆202的一切割道204内。值得注意的是，晶体管210排列成一2*N阵列，而此2*N阵列包含有二直行与N横列。在本优选实施例中，N等于7，也就是说本优选实施例共包含14个晶体管，这14个晶体管以二直行与7横列的方式排列成一2*7阵列。然而，本领域技术人员应知，本优选实施例提供者仅为一例示，本发明所提供的测试键结构200并不限于此，也就是说本发明所提供的测试键结构200的横列数N值可依产品需要而等于任何正整数。如图2与图3所示，本优选实施例所提供的测试键结构200中，晶体管210排列成二直行，其中排列于此二直行其中一行(第一行)的晶体管210又可分类并定义为多个第一晶体管210a，而排列于此二直行另外一行(第二行)的晶体管210又可分类并定义为多个第二晶体管210b。如图2与图3所示，第一晶体管210a形成的第一行与第二晶体管210b形成的第二行彼此平行。且在本优选实施例中，第一晶体管210a第二晶体管210b具有相同的尺寸。
请继续参阅图2与图3。根据本优选实施例，测试键结构200的第一晶体管210a分别包含一第一栅极210Ga、一第一源极210Sa、一第一漏极210Da与一第一基体210Ba，而第二晶体管210b则分别包含一第二栅极210Gb、一第二源极210Sb、一第二漏极210Db与一第二基体210Bb。值得注意的是，本优选实施例所提供的测试键结构200中，所有第一晶体管210a的第一源极210Sa与所有第二晶体管210b的第二源极210Sb全部彼此电性连接。另外，这些彼此电性连接的第一源极210Sa与第二源极210Sb又还电性连接至一设置在切割道204内的源极连接垫220。如图2与图3所示，源极连接垫220设置在第一晶体管210a排列的第一行与第二晶体管210b排列的第二行之间，因此第一晶体管210a的各第一源极210Sa与源极连接垫220的距离与第二晶体管210b的各第二源极210Sb与源极连接垫220的距离大致相等。第一晶体管210a的第一基体210Ba与第二晶体管的第二基体210Bb亦全部彼此电性连接，且这些彼此电性连接的第一基体210Ba与第二基体210Bb又还电性连接至一设置在切割道204内的基体连接垫230，如图2所示。
请继续参阅图2与图3。第一晶体管210a的第一漏极210Da彼此电性连接，并且还电性连接至一设置在切割道204内的第一漏极连接垫240a；第二晶体管210b的第二漏极210Db彼此电性连接，并且还电性连接至一设置在切割道204内的第二漏极连接垫240b。如图3所示，第一行的第一晶体管210a皆设置在第一漏极连接垫240a与源极连接垫220之间，而第二行的第二晶体管210b皆设置在源极连接垫220与第二漏极连接垫240b之间。另外，设置在同一横列中的两个晶体管210，即一第一晶体管210a与一第二晶体管210b的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb彼此电性连接，且电性连接至一设置在切割道204内的栅极连接垫。值得注意的是，本优选实施例包含多个栅极连接垫，且栅极连接垫的总数量与测试键结构200的横列数N相同。举例来说，在本优选实施例中，由于测试键结构200共有7横列，因此在切割道204内共设置7个栅极连接垫250a～250g。是以，设置第一横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb彼此电性连接，且还电性连接至栅极连接垫250a，设置在第二横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb彼此电性连接，且还电性连接至栅极连接垫250b，设置在第三横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb彼此电性连接，且还电性连接至栅极连接垫250c，以此类推，故设置在第七横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb彼此电性连接，且还电性连接至栅极连接垫250g。
请继续参阅图2与图3。由图2可知，本优选实施例所提供的测试键结构200内，包含排列成二行的晶体管210、第一漏极连接垫240a、源极连接垫220与第二漏极连接垫240b。更重要的是，本优选实施例还包含一测试键群组20，此一测试键群组20包含多组测试键结构200以及前述的连接垫，且每一测试键结构200皆包含前述的构成元件。更值得注意的是，每一组测试键结构200组内的源极(包含第一源极210Sa与第二源极210Sb)皆彼此电性连接，但不同组的测试键结构200的源极电性隔离。
更重要的是，本优选实施例更提供了测试键群组20中，测试键结构200的组数的规则，由下列等式一定义：
NP＝3*NS+1+N 等式一
其中NP为连接垫的数量，在此连接垫包含所有第一漏极连接垫240a、第二漏极连接垫240b、源极连接垫220、基体连接垫230与栅极连接垫250a～250g的数量，NS为该等测试键结构200的组数，N为该等测试键结构200组内的横列数。更重要的是，连接垫的数量NP可等于一用以进行测试的测试卡的探针的数量。举例来说，本优选实施例可采用探针数量为20的测试卡，则连接垫的数量NP即定为20，当测试键结构200内的横列数为7时，则测试键群组20内的测试键结构200的组数即为4。故在此实施例中，一测试键群组20可包含的晶体管210的数量为2行与7列与4组的积，即56个晶体管210。也就是说一测试键群组20可提供56个待测元件。而在本优选实施例的变化型中，可采用探针数量为20的测试卡，则连接垫的数量NP即定为20，当测试键结构200内的横列数为4时，则测试键群组20内的测试键结构200的组数即为5。故在此变化型中，一测试键群组20可包含的晶体管210的数量为2行与4列与5组的积，即40个晶体管210。
另外，由于每一组测试键结构200内包含一个第一漏极连接垫240a、一个第二漏极连接垫240b与一个源极连接垫220，故测试键群组20内漏极连接垫(包含所有第一漏极连接垫240a与所有第二漏极连接垫240b)的总数量为测试键结构200的组数的两倍，源极连接垫220的总数量等于测试键结构200的组数。此外，不但同一组测试键结构200组内的第一源极210S与源极连接垫220的距离与第二晶体管210b的各第二源极210S’与源极连接垫220的距离大致相等，不同组的测试键结构200之间，各源极(包含第一源极210Sa与第二源极210Sb)以及与其电性连接的源极连接垫220的距离也大致相等。在此须注意的是，当电流在金属连线中传递时，无法避免电压衰退(IR drop)的问题。若待测的两晶体管与连接垫之间的金属连线距离不同，因电压衰退所导致的测量变异量无法忽略不计，并对测量结果的判读产生不利的影响。而根据本优选实施例所提供的测试键群组20，每一测试键结构200中，排列于第一行的第一晶体管210a的第一源极210Sa至源极连接垫220的距离与排列在第二行的第二晶体管210b的第二源极210Sb至源极连接垫220的距离大致相等，故可使这两行的晶体管210a/210b至源极连接垫220的电压衰退差异值大致相等。换句话说，因电压衰退所导致的测量变异量亦随之降低。
另外值得注意的是，在本优选实施例中，每一组测试键结构200内的晶体管210的尺寸彼此相同，而在测试键群组20内，不同组的测试键结构200内的晶体管210的尺寸亦彼此相同。然而在本优选实施例的其他变化型中，可至少一组测试键结构200内的晶体管210的尺寸不同于其他组测试键结构200的晶体管210的尺寸。因此，本优选实施例的变化型可提供具有不同尺寸晶体管的电路布局的测试，更增加测试步骤的弹性。
根据本优选实施例所提供的测试键结构200与测试键群组20，由于每一测试键结构200内的所有源极210Sa/210Sb共享一源极连接垫220，而每一测试键结构200内的二行漏极210Da/210Db分别共享第一漏极连接垫240a与第二漏极连接垫240b。不同组测试键结构200之间，凡设置在同一横列的栅极210Ga/210Gb皆共享一栅极连接垫。举例来说，在各组测试键结构200中，凡设置在该组测试键结构200中第一横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb皆电性连接至栅极连接垫250a，凡设置在该组测试键结构200中第二横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb皆电性连接至栅极连接垫250b，以此类推，凡设置在该组测试键结构200中第七横列的第一栅极210Ga与第二栅极210Gb皆电性连接至栅极连接垫250g。测试键群组20内所有的基体210Ba/210Bb共享一基体连接垫230，故可有效缩减占用大面积的连接垫数量。如前所述，本优选实施例所提供的测试键群组20共可提供56个晶体管210作为待测元件，而这56个晶体管210仅需要20个大面积的连接垫。与已知技术相较，已知技术中56个晶体管即需要224个大面积的连接垫。由此可知本优选实施例所提供的测试键结构200与测试键群组20不但可提高待测元件密度、降低连接垫数量，更可大幅提升样品数，而更有利于现今的测试要求。
请参阅图4，图4为本发明提供的测试键结构的另一优选实施例的示意图。如图4所示，本优选实施例所提供的测试键结构300包含有多个晶体管310，设置在一晶圆的一切割道304内。值得注意的是，晶体管310排列成一2*N阵列，而此2*N阵列包含有二直行与N横列，且横列数N值可产品需要等于任何正整数。如图4所示，本优选实施例所提供的测试键结构300中，排列于此二直行中一第一直行的晶体管310又可分类并定义为多个第一晶体管310a，而排列于此二直行中一第二直行的晶体管310又可分类并定义为多个第二晶体管310b。又或者可以说，排列成第一直行的晶体管310定义为第一晶体管310a，而排列成第二直行的晶体管310定义为第二晶体管310b。如图4所示，第一晶体管310a与第二晶体管310b彼此平行。值得注意的是，在本优选实施例中，第二晶体管310b的尺寸不同于第一晶体管310a的尺寸。因此，第一直行与第二直行内的晶体管数并不完全相同。举例来说，当第二晶体管310a的尺寸大于第一晶体管310b时，第一直行内设置有7个第一晶体管310a，但第二直行内可仅设置4个，如图4所示，但不限于此。
请继续参阅图4。根据本优选实施例，测试键结构300的第一晶体管310a分别包含一第一栅极310Ga、一第一源极310Sa、一第一漏极310Da与一第一基体310Ba，而第二晶体管310b则分别包含一第二栅极310Gb、一第二源极310Sb、一第二漏极310Db与一第二基体310Bb。值得注意的是，本优选实施例所提供的测试键结构300中，第一晶体管310a的第一源极310Sa与第二晶体管310b的第二源极310Sb全部彼此电性连接。另外，这些彼此电性连接的第一源极310Sa与第二源极310Sb又还电性连接至一设置在切割道304内的源极连接垫320。与前述实施例相同，源极连接垫320设置在第一晶体管310a与第二晶体管310b之间，因此第一晶体管310a的各第一源极310Sa与源极连接垫320的距离与第二晶体管310b的各第二源极310Sb与源极连接垫320的距离大致相等。第一晶体管310a的第一基体310Ba与第二晶体管的第二基体310Bb亦全部彼此电性连接，且这些彼此电性连接的第一基体310Ba与第二基体310Bb又还电性连接至一设置在切割道304内的基体连接垫330，如图4所示。
请继续参阅图4。第一晶体管310a的第一漏极310Da彼此电性连接，并且还电性连接至一设置在切割道304内的第一漏极连接垫340a；第二晶体管310b的第二漏极310Db彼此电性连接，并且还电性连接至一设置在切割道304内的第二漏极连接垫340b。如图4所示，第一晶体管310a设置在第一漏极连接垫340a与源极连接垫320之间，而第二晶体管310b设置在源极连接垫320与第二漏极连接垫340b之间。另外，若同一横列中的设置有两个晶体管310，即一第一晶体管310a与一第二晶体管310b，则这两个设置在同一横列的第一晶体管310a的第一栅极310Ga与二晶体管310b的第二栅极310Gb彼此电性连接，且电性连接至一设置在切割道内的栅极连接垫。若同一横列中仅具有一单一晶体管310a或310b，则此一晶体管310a或310b的第一栅极310Ga或第二栅极310Gb电性连接至一设置在切割道内的栅极连接垫。值得注意的是，本优选实施例包含多个栅极连接垫，且栅极连接垫的总数量与测试键结构300的横列数N相同，不论该横列中仅具有一晶体管310或具有两个晶体管310。举例来说，在本优选实施例中，由于测试键结构300共有7横列，因此在切割道304内共设置7个栅极连接垫350a～350g。
另外值得注意的是，本优选实施例亦提供一测试键群组，此一测试键群组包含多组测试键结构300以及前述的连接垫，且每一测试键结构300皆包含前述的构成元件。由于本优选实施例所提供的测试键群组的各组测试键结构以及连接垫排列方式如前一优选实施例，故在此不再赘述。
根据本优选实施例所提供的测试键结构300与测试键群组，由于每一测试键结构300内的所有源极310Sa/310Sb共享一源极连接垫320，而每一测试键结构300内的第一漏极310Da共享第一漏极连接垫340a，而第二漏极310Db共享第二漏极连接垫340b。而不同组的测试键结构300之间，凡设置在同一横列的栅极310Ga/310Gb皆共享一栅极连接垫，且测试键群组内所有的基体310Ba/310Bb共享一基体连接垫330，故可有效缩减占用大面积的连接垫数量。由此可知本优选实施例所提供的测试键结构300与测试键群组不但可提高待测元件密度、降低连接垫数量，更可大幅提升样品数，而有利于现今的测试要求。另外，本优选实施例所提供的测试键结构300内即可包含尺寸不同的晶体管310，故可提升测试步骤的弹性。
综上所述，本发明所提供的测试键结构群组中，任一测试键结构包含2*N个提供测试的晶体管，且该等晶体管的该等源极彼此电性连接，因而可共享一连接垫。并且该测试键结构与连接垫可以呈单行排列，设置在切割道之内，形成测试键群组。更重要的是，本发明所提供的测试键结构与测试键群组可以以更经济的方式充分使用切割道中有限的面积，而在相同面积中容纳更少的连接垫以及更多的测试元件，故可有效提升样本数，更改善测试结果的可靠度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种测试键结构，包含有：
多个晶体管，设置在晶圆的切割道内，且排列成2*N阵列，该2*N阵列包含有二直行与N横列，且所述晶体管分别包含栅极、源极、漏极与基体，
其中所述晶体管的所述源极全部彼此电性连接；以及
源极连接垫，其设置在该切割道内，
其中设置在该二直行其中一行的所述晶体管还定义为多个第一晶体管，设置在该二直行另外一行的所述晶体管更定义为多个第二晶体管，所述第一晶体管的各该源极与该源极连接垫的距离与所述第二晶体管的各该源极与该源极连接垫的距离相等。
2.如权利要求1所述的测试键结构，其中设置在同一横列的两个该晶体管的所述栅极彼此电性连接，且电性连接至设置在该切割道内的栅极连接垫。
3.如权利要求1所述的测试键结构，还包含第一漏极连接垫、第二漏极连接垫，设置在该切割道内。
4.如权利要求3所述的测试键结构，所述第一晶体管设置在该第一漏极连接垫与该源极连接垫之间，所述第二晶体管设置在该第二漏极连接垫与该源极连接垫之间。
5.如权利要求4所述的测试键结构，其中所述第一晶体管的各该漏极彼此电性连接，且还电性连接该第一漏极连接垫，所述第二晶体管的各该漏极彼此电性连接，且还电性连接该第二漏极连接垫，所述彼此电性连接的源极还电性连接至该源极连接垫。
6.如权利要求1所述的测试键结构，其中所有所述晶体管的所述基体彼此电性连接，且还电性连接至设于该切割道内的基体连接垫。
7.一种测试键群组，包含有：
多组测试键结构，设置在晶圆的切割道内，各该组测试键结构分别包含有多个晶体管，且排列成2*N阵列，该2*N阵列包含有二直行与N横列，且所述晶体管分别包含栅极、源极、漏极与基体；以及
多个连接垫，设置在该切割道内，
其中连接垫包括多个源极连接垫；
其中各该组测试键结构组内的所述晶体管的所述源极全部彼此电性连接，
其中所述源极连接垫分别设置在该测试键结构内，并与该测试键群组内的所述源极电性连接，且该测试键群组内的各该源极与该源极连接垫的距离相等。
8.如权利要求7所述的测试键群组，其中所述连接垫的数量等于用以进行测试的测试卡的探针的数量。
9.如权利要求8所述的测试键群组，其中所述测试键结构的组数藉由下列等式定义：
NP＝3*NS+1+N
其中NP为所述连接垫的数量，NS为所述测试键结构的组数，N为各该组测试键结构组内的横列数。
10.如权利要求9所述的测试键群组，其中所述连接垫包含多个漏极连接垫、多个栅极连接垫、以及基体连接垫。
11.如权利要求10所述的测试键群组，其中所述漏极连接垫的总数量为所述测试键结构的组数的两倍，所述源极连接垫的总数量等于所述测试键结构的组数，且所述栅极连接垫的总数量等于各该组测试键结构组内的横列数。
12.如权利要求7所述的测试键群组，其中不同组的所述测试键结构的间，各该源极以及与其电性连接的该源极连接垫的距离相等。
13.如权利要求7所述的测试键群组，其中至少一组该测试键群组的所述晶体管的尺寸不同于其他组所述测试键群组的所述晶体管的尺寸。
14.一种测试键结构，包含有：
多个第一晶体管，排列成第一直行，所述第一晶体管分别包含有第一栅极、第一源极、第一漏极与第一基体；以及
多个第二晶体管，排列成第二直行，所述第二晶体管分别包含有第二栅极、第二源极、第二漏极与第二基体，所述第二晶体管的尺寸不同于所述第一晶体管的尺寸，
其中所述第一晶体管的所述第一源极与所述第二晶体管的第二源极彼此电性连接；以及
源极连接垫，
其中所述第一源极与该源极连接垫的距离等于所述第二源极与该源极连接垫的距离。
15.如权利要求14所述的测试键结构，还包含第一漏极连接垫、第二漏极连接垫，所述第一晶体管设置在该第一漏极连接垫与该源极连接垫之间，所述第二晶体管设置在该源极连接垫与该第二漏极连接垫之间。
16.如权利要求14所述的测试键结构，其中所述第一晶体管与所述第二晶体管排列成2*N阵列，该2*N阵列包含该第一直行、该第二直行与N横列。
17.如权利要求16所述的测试键结构，其中设置在同一横列的该第一栅极与该第二栅极电性连接至栅极连接垫。
18.如权利要求14所述的测试键结构，其中所述第一基体与所述第二基体全部电性连接至基体连接垫。
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