CN105590875A - 静电测试控片以及静电测试方法 - Google Patents
静电测试控片以及静电测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的静电测试控片以及静电测试方法中，提供的静电测试控片包括半导体衬底，以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于半导体衬底上的第一金属层、绝缘介质层以及第二金属层。所述层间电容结构可以存在电荷，并且击穿电压值会因此减小，测定和比较经过待测设备的喷头处理之前和之后的击穿电压特性，判断待测设备是否积累有静电荷。利用紫外光照射静电测试控片一段时间，静电测试单元存储的静电荷会与紫外光产生的光生载流子复合，因此，经过紫外光处理之后的静电测试控片可以继续进行静电测试。本发明的静电测试控片可以多次循环使用，节约成本，提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种静电测试控片以及静电测试方法。
背景技术
在集成电路制造过程中，有多道工艺都会使用喷头来对晶圆进行喷雾、喷水等制程，用以对晶圆进行清洗或去除氧化层等。当喷头使用时间过长后，表面会发生老化，老化的表面容易积累静电荷。当使用积累有静电荷的喷头对晶圆进行喷雾、喷水的等制程时，静电荷就容易随着喷头转移到晶圆上，从而对晶圆上的器件造成破坏。因此，需要对喷头是否积累有静电荷进行测试。
参考图1所示，现有技术中采用的静电测试的控片结构包括相对放置的金属线1以及1’，金属线1与金属线1’电绝缘。并且金属线1以及1’之间填充介质层3。静电测试控片还包括分别与金属线1和1’连接的测量垫片2和2’，在静电测试的过程中，将静电测试控片放置于待测喷头的附近一段时间，之后在测量垫片2和2’之间加电压，测量金属线1以及1’之间的介质层3的击穿电压特性。如果待测喷头中有积累的静电荷，则静电测试控片中绝缘介质层3会存储电荷，使得介质层3的击穿电压值比未在喷头附近放置一段时间之前的击穿电压值要小，更容易击穿。
现有技术的静电测试控片虽然可以检测喷头是否积累有电荷，但是如果该静电测试控片被击穿，则该静电测试控片将无法继续使用，只能做报废处理。
因此，需要一种可以循环使用的静电测试控片，可以实现静电控片的多次使用，节约成本，提高效率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以循环使用的静电测试控片以及静电测试方法。可以实现静电控片的多次使用，节约工艺成本，提高效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种静电测试控片，包括：
半导体衬底以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，每个所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于所述半导体衬底的一第一金属层、一绝缘介质层和一第二金属层，其中，所述绝缘介质层部分覆盖所述第一金属层。
可选的，所述静电测试控片包括至少25个静电测试单元。
可选的，所述绝缘介质层为氧化硅或者氮化硅。
可选的，所述绝缘介质层的厚度为
可选的，所述静电测试单元还包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别与所述第一金属层和所述第二金属层电连接。
可选的，所述静电测试单元还包括第一垫片和第二垫片，所述第一垫片和所述第二垫片分别与所述第一电极和所述第二电极电连接。
一种静电测试方法，其特征在于，包括：
采用以上所述的静电测试控片，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理前所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理前所述击穿电压分布中最小的击穿电压值作为第一最小击穿电压值；
使用一待测设备的喷头对所述静电测试控片进行处理，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理后所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理后所述击穿电压分布中最小的击穿电压值作为第二最小击穿电压值；以及
若所述第一最小击穿电压值小于所述第二最小击穿电压值，则判断所述喷头存在积累的静电荷。
可选的，测试所述静电测试单元的击穿电压特性的具体步骤包括：
在第一垫片和第二垫片之间施加线性增加的电压；
测试所述第一垫片和所述第二垫片之间的电流值；
记录当电流值增加到某一预定值时的电压值，所述电压值即为所述静电测试单元的击穿电压值。
可选的，所述静电测试方法还包括：将所述静电测试控片置于紫外光下照射，去除所述静电测试控片中存贮的静电荷。
可选的，紫外光照射所述静电测试控片的时间为5min-10min。
与现有技术相比，本发明静电测试控片以及静电测试方法具有以下优点：
本发明提供的静电测试控片以及静电测试方法中，提供的静电测试控片包括半导体衬底，以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于半导体衬底上的第一金属层、绝缘介质层以及第二金属层。所述层间电容结构可以存在电荷，并且击穿电压值会因此减小，测定和比较经过待测设备的喷头处理之前和之后的击穿电压特性，判断待测设备是否积累有静电荷。利用紫外光照射静电测试控片一段时间，静电测试单元存储的静电荷会与紫外光产生的光生载流子复合，因此，经过紫外光处理之后的静电测试控片可以继续进行静电测试。本发明的静电测试控片可以多次循环使用，节约成本，提高效率。
附图说明
图1为现有技术中静电测试控片结构的俯视图；
图2为本发明一实施例中静电测试单元的剖面示意图；
图3为本发明的静电测试控片的结构示意图；
图4为本发明一实施例中静电测试方法的流程图；
图5为本发明一实施例中测试静电测试单元击穿电压值的流程图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的静电测试控片以及静电测试方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供的静电测试控片包括半导体衬底，以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于半导体衬底上的第一金属层、绝缘介质层以及第二金属层。所述层间电容结构可以存在电荷，并且击穿电压值会因存储电荷而减小，测定和比较经过待测设备的喷头处理之前和之后的层间电容结构的击穿电压特性的变化，可以判断待测设备是否积累有静电荷。如果处理之后的击穿电压小于处理之前的击穿电压，则待测的喷头处存在静电荷。之后，利用紫外光照射静电测试控片一段时间，静电测试单元存储的静电荷会与紫外光照射产生的光生载流子复合，因此，经过紫外光处理之后的静电测试控片可以继续进行静电测试。
具体的，结合上述核心思想，本发明提供的静电测试控片的结构参考图2所示，静电测试控片包括半导体衬底100，以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元200。在本实施例中，所述静电测试控片至少包括25个所述静电测试单元200，但是，所述静电测试单元的个数并不限于25个，还可以是3个、4个、10个，当然数量可以更多，并且数量越多测试的静电测试的越准确。
参考图3所示，所述静电测试单元200包括一层间电容结构210，所述层间电容结构包括依次层叠与所述半导体衬底100上的第一金属层211、绝缘介质层212和第二金属层213。所述第一金属层211、所述绝缘介质层212以及所述第二金属层213形成一电容器结构，在所述第一金属层211和所述绝缘介质层212之间加上电压或者周围存在电荷时，所述绝缘介质层212可以存储电荷。如果绝缘介质层212中存储电荷，则形成的层间电容器结构210的击穿电压会比没有存储电荷时小很多。在本实施例中，所述绝缘介质层212的采用氧化硅或者氮化硅，所述绝缘介质层212的厚度为例如，厚度可以为 等等，可以使得静电测试的效果比较敏感。根据电容器计算电容的公式C＝ε0εrS/d，ε0为真空中的介电常数，εr为绝缘介质的介电常数，S为电容器两金属极板的正对面积，d为两金属极板之间的距离，在本实施例中d表示为绝缘介质层212的厚度，因此，可以根据不同的测量要求选择不同的绝缘介质以及绝缘介质层的厚度。
在本实施例中，所述静电测试单元还包括第一电极221和第二电极231，所述第一电极221和所述第二电极231分别与所述第一金属层211和所述第二金属层213连接。所述静电测试单元200还包括第一垫片222和第二垫片232，所述第一垫片222和所述第二垫片232分别与所述第一电极221和所述第二电极231连接。所述第一电极221、所述第二电极231、所述第一垫片222以及所述第二垫片232作为所述第一金属层211和所述第二金属层213接出的导线，在对静电测试单元的击穿电压进行测试时，在所述第一垫片222和所述第二垫片232之间加上电压，测试每个静电测试单元中所述层间电容结构210的击穿电压特性。
作为本发明的另一面，本发明还提供一种静电测试方法，其程图参考图4所示，下面结合图4以及图5进行具体的说明为：
执行步骤S1，采用以上所述的静电测试控片，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理前所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理前的所述击穿电压分布中的最小的击穿电压值作为第一最小击穿电压值。将所述静电测试控片进行晶圆应允测试(WaferAcceptanceTest)，逐个测试其中每个所述静电测试单元的击穿电压特性，具体的，参考图5所示，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性的具体步骤包括：
执行步骤S101：在每个所述静电测试单元的所述第一垫片231和所述第二垫片232之间加上电压，并且缓慢线性的增加电压。例如，本实施例中，从0V以0.1V的步幅增加电压，最大增加到40V。
执行步骤S102：测试所述第一垫片231和所述第二垫片232之间的电流值。
执行步骤S103：当电流增加到某一预定值时，记录此时的对应的电压值，所述电压值即为所述静电测试单元的击穿电压值。在本实施例中，所述预定值是根据绝缘介质层212的电容特性预先设定的。
因此，测定每个所述静电测试单元的击穿电压值，可以得到静电测试控片上击穿电压特性的分布。由于每个所述静电测试单元可能会存在细小的差异，在本实施例中，取处理前的所述击穿电压分布中的最小的击穿电压值作为第一最小击穿电压值。
执行步骤S2，将所述静电测试控片置于待测设备的待测部位附近进行喷水、喷雾等常规的处理，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理后所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理后的所述击穿电压分布中的最小的击穿电压值作为第二最小击穿电压值。本实施例中，同样的，采用上述步骤S101-步骤S103相同的方法得到每个静电测试单元的击穿电压特性，得到处理后的所述静电测试控片上的击穿电压分布，击穿电压值最小的某个静电测试单元为存储电荷最多的部分，该最小的击穿电压值作为第二最小击穿电压值。
执行步骤S3，若所述第一最小击穿电压值小于所述第二最小击穿电压值，则判断待测部位存在积累的静电荷。由于积累静电荷之后的静电测试单元的击穿电压值小于未积累静电荷击穿电压值，因此，如果待测设备中有静电荷存在时，静电测试单元中的所述第二金属层213会产生与待测设备相同量的感应电荷，同时所述绝缘介质层212中会存储等量的电荷，此时，测量绝缘介质层212的击穿电压值时，绝缘介质层212中由于已经存储了一定量的电荷而击穿电压值小。
同时，本发明还可以根据处理后的击穿电压分布可以判断静电喷头处理后的晶圆中静电存在和被破坏的位置，并且，可以用于进一步对待测喷头的积累静电荷的原因进行分析。
较佳的，执行步骤S4，将进行过静电测试的所述静电测试控片置于紫外光下照射，去除所述静电测试控片中存贮的静电荷。利用紫外光照射静电测试控片一段时间，本实施例中，照射时间为5min-10min，所述静电测试单元210中绝缘介质层212中存储的静电荷会与紫外光产生的光生载流子复合而被去除。经过紫外光照射之后的所述静电测试控片的击穿电压分布可以恢复到未进行静电测试之前的击穿电压分布的状态，因此，经过紫外光照射处理之后的静电测试控片可以重新使用来进行静电测试。
综上所述，本发明提供的静电测试控片以及静电测试方法，静电测试控片包括半导体衬底，以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于半导体衬底上的第一金属层、绝缘介质层以及第二金属层。所述层间电容结构可以存在电荷，并且击穿电压值会因此减小，测定和比较经过待测设备的喷头处理之前和之后的击穿电压特性，判断待测设备是否积累有静电荷。利用紫外光照射静电测试控片一段时间，静电测试单元存储的静电荷会与紫外光产生的光生载流子复合，因此，经过紫外光处理之后的静电测试控片可以继续进行静电测试。本发明的静电测试控片可以多次循环使用，节约成本，提高效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种静电测试控片，其特征在于，包括：半导体衬底以及有序排布于所述半导体衬底上的若干个静电测试单元，每个所述静电测试单元包括一层间电容结构，所述层间电容结构包括依次层叠于所述半导体衬底的一第一金属层、一绝缘介质层和一第二金属层，其中，所述绝缘介质层部分覆盖所述第一金属层。
2.如权利要求1所述的静电测试单元，其特征在于，所述静电测试控片包括至少25个静电测试单元。
3.如权利要求1所述的静电测试单元，其特征在于，所述绝缘介质层为氧化硅或者氮化硅。
4.如权利要求3所述的静电测试单元，其特征在于，所述绝缘介质层的厚度为
5.如权利要求1所述的静电测试单元，其特征在于，所述静电测试单元还包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极分别与所述第一金属层和所述第二金属层电连接。
6.如权利要求5所述的静电测试单元，其特征在于，所述静电测试单元还包括第一垫片和第二垫片，所述第一垫片和所述第二垫片分别与所述第一电极和所述第二电极电连接。
7.一种静电测试方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1-6中任意一项所述的静电测试控片，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理前所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理前所述击穿电压分布中最小的击穿电压值作为第一最小击穿电压值；
使用一待测设备的喷头对所述静电测试控片进行处理，测试每个所述静电测试单元的击穿电压特性，得到处理后所述静电测试控片中所有静电测试单元的击穿电压分布，并取处理后所述击穿电压分布中最小的击穿电压值作为第二最小击穿电压值；以及
若所述第一最小击穿电压值小于所述第二最小击穿电压值，则判断所述喷头存在积累的静电荷。
8.如权利要求7所述的静电测试方法，其特征在于，测试所述静电测试单元的击穿电压特性的具体步骤包括；
在第一垫片和第二垫片之间施加线性增加的电压；
测试所述第一垫片和所述第二垫片之间的电流值；
记录当电流值增加到某一预定值时的电压值，所述电压值即为所述静电测试单元的击穿电压值。
9.如权利要求7所述的静电测试方法，其特征在于，所述静电测试方法还包括：将所述静电测试控片置于紫外光下照射，去除所述静电测试控片中存贮的静电荷。
10.如权利要求9所述的静电测试方法，其特征在于，紫外光照射所述静电测试控片的时间为5min-10min。
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