CN107677386B - 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法 - Google Patents

用于温度测量的半导体结构和温度测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107677386B
CN107677386B CN201610620959.4A CN201610620959A CN107677386B CN 107677386 B CN107677386 B CN 107677386B CN 201610620959 A CN201610620959 A CN 201610620959A CN 107677386 B CN107677386 B CN 107677386B
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal line
grid
temperature
current potential
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610620959.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107677386A (zh
Inventor
冯军宏
甘正浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp, Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201610620959.4A priority Critical patent/CN107677386B/zh
Priority to US15/648,408 priority patent/US9970981B2/en
Publication of CN107677386A publication Critical patent/CN107677386A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107677386B publication Critical patent/CN107677386B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
    • G01R31/2628—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's for measuring thermal properties thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/34—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements
    • G01K7/346—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using capacitative elements for measuring temperature based on the time delay of a signal through a series of logical ports
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2621—Circuits therefor for testing field effect transistors, i.e. FET's
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4846—Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4853—Connection or disconnection of other leads to or from a metallisation, e.g. pins, wires, bumps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/8238—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS
    • H01L21/823821—Complementary field-effect transistors, e.g. CMOS with a particular manufacturing method of transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H01L27/0886—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate including transistors with a horizontal current flow in a vertical sidewall of a semiconductor body, e.g. FinFET, MuGFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356—Disposition, e.g. buried gate electrode
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2217/00—Temperature measurement using electric or magnetic components already present in the system to be measured

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于温度测量的半导体结构和温度测量方法，涉及半导体器件测试领域。该半导体结构包括：待测半导体器件；从栅极延伸的超出用于待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，金属布线位于栅极线上方，并通过两个或更多个节点与栅极线电连接；与金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，第一测量电极被设置得比第二测量电极更靠近栅极，其中，半导体结构适于在待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，第一测量电极耦接到第一电位，第二测量电极耦接到比第一电位低的第二电位。本发明的形成的结构能够使得在器件工作时进行温度测量，得到的温度测量结果更加准确。

Description

用于温度测量的半导体结构和温度测量方法
技术领域
本发明涉及半导体器件测试领域，尤其涉及用于温度测量的半导体结构和测量方法，更具体地，涉及用于现场(in-situ)温度测量的半导体结构和采用该结构测量鳍片式(Fin)半导体器件工作温度的方法。
背景技术
随着半导体器件尺寸的持续减小，现有技术中的鳍片式装置(例如，FinFET器件)在工作中的自加热效应(self-heating effect)对器件性能带来了很大的挑战。由于自加热效应的存在，使得对半导体器件在工作环境下的真实性能进行评估的可靠性降低。因此，需要一种新测量方法和半导体结构来测量半导体器件工作时自加热效应带来的器件温度的升高。
现有技术的对鳍片式半导体器件进行温度测量的结构如图1所示。鳍片100上的源区/漏区电极分别为104和106，栅极102两端具有电互连108，利用栅极102和栅极的电互连108作为温度传感器。通过测量栅极102的电阻，根据栅极102材料的电阻率与温度的关系，得到待测温度。由于栅极102与两端的电互连108是耦接的，因此无法在器件工作时完成对栅极102电阻的测量。在实际测量时，需要先将待测半导体器件启动，待其升温至工作温度附近后，关闭器件。之后将栅极102两端的电互连108分别设置为不同的电位，来测量此时栅极102的电阻。该方法的缺点在于，由于待测半导体器件在温度测量时已经停止工作，因此由器件工作产生的热量已经部分散失，使得测得的器件工作温度会比实际温度偏低，无法实现对器件工作温度的准确的现场测量(in-situ measurement)。
发明内容
本发明的发明人发现了上述现有技术中存在问题，并针对上述问题中的至少一个问题提出了本发明。
根据本发明的一个方面，提供一种用于温度测量的半导体结构，包括：待测半导体器件，待测半导体器件包括作为半导体鳍片的有源区以及横跨鳍片的栅极结构，栅极结构包括栅极；从栅极延伸的超出用于待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，金属布线位于栅极线上方，并通过两个或更多个节点与栅极线电连接；与金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，第一测量电极被设置得比第二测量电极更靠近栅极，其中，半导体结构适于在待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，第一测量电极耦接到第一电位，第二测量电极耦接到比第一电位低的第二电位。
在一个实施例中，栅极线仅电连接到栅极和金属布线。
在一个实施例中，金属布线为蛇形金属布线，蛇形金属布线沿其长度延伸，包括沿栅极线方向延伸的纵向部分和沿与栅极线方向相交的方向延伸的横向部分。
在一个实施例中，蛇形金属布线的纵向部分的长度大于横向部分的长度，以使得纵向部分的电阻大于横向部分的电阻，第一测量电极位于蛇形金属布线靠近栅极的一端，第二测量电极位于蛇形金属布线远离栅极的另一端。
在一个实施例中，金属布线包括布线网络，布线网络包括两个或更多个节点，节点与栅极线电连接。
在一个实施例中，栅极线的数量为一条或多条。
在一个实施例中，金属布线的总电阻值在25～300摄氏度的温度范围中为10～10000欧姆。
在一个实施例中，蛇形金属布线的纵向部分长度与横向部分长度的比值为10～100。
在一个实施例中，蛇形金属布线的材料为铜或钨。
在一个实施例中，蛇形金属布线的长度为0.1～50微米。
在一个实施例中，栅极线和栅极由同一层导电材料形成。
根据本发明的另一方面，提供一种利用半导体结构进行温度测量的方法，包括：半导体结构为上述任意的半导体结构，方法包括：将待测半导体器件的源区/漏区和栅极设置为各自的工作电压以使待测半导体器件工作；将金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第一电位和第二电位；测量金属布线的电阻值；根据金属布线的电阻值与温度的关系，得到待测半导体器件的工作温度值。
在一个实施例中，第一电位与栅极的工作电压相同，第二电位为地电位。
在一个实施例中，金属布线的电阻值与温度的关系被实施为查找表，查找表包括一系列的温度值以及与温度值对应的金属布线的电阻值。
在一个实施例中，本发明的方法还包括获得金属布线的电阻值与温度的关系的步骤，该获得步骤包括：将待测半导体器件置于不同校准温度环境中；将金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第三电位和第四电位，来测量不同校准温度下金属布线的电阻值，从而获得金属布线的电阻值与温度的对应关系。
在一个实施例中，校准温度环境的温度在25摄氏度至300摄氏度的范围内。
在一个实施例中，测量金属布线的电阻的方法为伏安法或开尔文四线检测法。
在一个实施例中，第一电位和第二电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。
在一个实施例中，第三电位和第四电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其他特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1为现有技术中的用于温度测量的半导体结构的示意图。
图2为根据本发明一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。
图3为根据本发明另一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。
图4为根据本发明一个实施例的温度测量方法的示意流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图2为根据本发明一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。图3为根据本发明另一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。下面将通过图2和图3对本发明的用于温度测量的半导体结构进行说明。
如图2所示，本发明的用于温度测量的半导体结构可以包括待测半导体器件20。待测半导体器件20可以包括作为半导体鳍片的有源区200以及横跨鳍片的栅极结构，栅极结构可以包括栅极210。本领域技术人员将容易地理解，栅极结构还可以包括在有源区上的栅极绝缘层(栅极210位于该栅极绝缘层上)以及与栅极相邻的用于栅极的间隔物，尽管这里在图中并未示出。
如本领域技术人员还将容易理解的，有源区可以包括源区和漏区，以及在源区和漏区之间的用于形成沟道的区域。这里还应该理解，尽管这里适用了源区、漏区、栅极、栅极绝缘层等术语，但并不意味着所涉及的器件必然是MOS器件。例如，所涉及的器件也可以其它器件，例如栅控二极管(gated diode)或者LDMOS等。因此，这里的源区、漏区、栅极、栅极绝缘层应当被理解为第一电流承载电极、第二电流承载电极、与有源区操作地关联的且以绝缘介质间隔开的电极、介于操作关联的有源区和电极之间的绝缘层。
半导体器件20还包括从栅极210延伸的超出待测半导体器件20的有源区的栅极线202。优选地，栅极线202和栅极210由同一层导电材料形成。用于栅极线202或栅极210的导电材料可以包括铜、钨、铝等金属材料。还可以包括栅极的电互连212。
半导体器件20还包括在栅极线202的上方形成的金属布线208。金属布线208可以通过两个或更多个节点2081(在图2中以虚线框示出)与栅极线202电连接。这里应理解，在金属布线208的层与栅极线202的层之间可以形成有电介质层，尽管在图2中为了图示清楚起见并未示出。在一个实施例中，栅极线202可以仅电连接到栅极210和金属布线208。
金属布线208的两端分别耦接有第一测量电极2091和第二测量电极2092。第一测量电极2091被设置得比第二测量电极2092更靠近栅极210。第一测量电极2091和第二测量电极2092可以位于金属布线208的同侧，也可以位于其两侧。
根据本发明的实施例，可以在待测半导体器件20正常工作时进行温度测量。在进行这样的测量时，优选地，将第一测量电极2091耦接到第一电位，将第二测量电极2092耦接到比第一电位低的第二电位。例如，所述第一电位可以与所述栅极的工作电压相同，而第二电位可以为地电位。
尽管在图2和3所示的示例中，栅极线202被示出为三条，然而这仅仅是示例性的。在一些实现方式中，栅极线202的数量可以为一条或更多条。换而言之，金属布线208可以设置于一条栅极线202之上，也可以设置于多条栅极线202之上。
在一种实现方式中，金属布线208可以为如2所示的蛇形金属布线。该蛇形金属布线沿其长度延伸(例如，以曲折地方式或者形象地，蛇形地蜿蜒延伸)。如图2所示意性地示出的，蛇形金属布线208可以包括沿栅极线202方向延伸的纵向部分2083(一个或多个)和沿栅极线202方向相交的方向延伸的横向部分2085(一个或多个)。从而，例如，蛇形金属布线的横向部分可以横跨于栅极线202上。
优选地，蛇形金属布线的纵向部分2083长度大于横向部分2085的长度。在一个实施例中，优选的，蛇形金属布线的纵向部分2083与横向部分2085的长度的比值为10～100，从而纵向部分的电阻大于(或者远大于)横向部分的电阻。从而使得在温度测量时，可以忽略蛇形金属布线的横向部分电阻。
蛇形金属布线的材料可以为铜或钨，或其它具有良好电阻率-温度相关性的材料。在一些实施例中，蛇形金属布线的长度可以为约0.1-50微米，宽度为约0.01-5微米，厚度为约50-200纳米。
在另一个实施例中，通过控制蛇形金属布线的几何尺寸和材料，使得其在25-300摄氏度的范围中的电阻值为10-10000欧姆。
优选地，第一测量电极2091位于蛇形金属布线靠近栅极210的一端，第二测量电极2092位于蛇形金属布线远离栅极210的另一端。
在另一种实现方式中，金属布线还可以为如图3所示的布线网络308。该布线网络沿其长度方向延伸。如图3所示意性地示出的，布线网络308可以包括沿栅极线202方向延伸的纵向部分3083(一个或多个)和沿栅极线202方向相交的方向延伸的横向部分3085(一个或多个)。从而，例如，布线网络308的横向部分3085可以横跨于栅极线202上。
优选的，布线网络308的纵向部分3083长度大于横向部分3085的长度。在一个实施例中，优选的，布线网络308的纵向部分3083与横向部分3085的长度的比值为10～100，从而纵向部分的电阻大于(或者远大于)横向部分的电阻。从而使得在温度测量时，可以忽略布线网络308的横向部分电阻。
布线网络308的材料可以为铜或钨，或其它具有良好电阻率-温度相关性的材料。
在一个实施例中，通过控制布线网络308的几何尺寸和材料，使得其在25-300摄氏度的范围中的电阻值为10-10000欧姆。
优选地，第一测量电极2091位于布线网络308靠近栅极210的一端，第二测量电极2092位于布线网络308远离栅极210的另一端。
半导体器件20还可以包括到有源区(源区/漏区)的电极结构(例如源/漏区电极)204和206。
应理解，可以利用本领域中已知的方法、工艺步骤、材料等来形成本发明的用于温度测量的半导体结构，因此，在此不再就形成该半导体结构的工艺的细节进行详细说明。
图4为采用本发明的半导体结构进行温度测量的方法的流程示意图。下面结合图2和图4，以蛇形金属布线为例，对本发明的温度测量方法进行说明。
步骤401，将待测半导体器件的源区/漏区和栅极设置为各自的工作电压。例如，将源区/漏区电极204、206和栅极的电互连212分别设置为各自的工作电压，使得待测半导体器件20处于工作状态。将蛇形金属布线208的第一测量电极2091和第二测量电极2092分别设置为第一电位和第二电位。其中第一电位与栅极210(即栅极的电互连212)的工作电压相同，第二电位设置为地电位，从而在测量时第一电位和第二电位不影响待测半导体器件的正常工作。
优选的，第一电位和第二电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。本领域技术人员可以通过本发明了解的是，可以根据实际的待测半导体器件和金属布线的情况，选择合适的第一电位和第二电位值。
步骤403，测量蛇形金属布线208的电阻值。例如，可以采用伏安法或开尔文四线检测法对蛇形金属布线208的电阻值进行测量。
步骤405，根据金属布线的电阻值和温度的关系，得到待测半导体器件的工作温度值。
在一种实现方式中，可以将蛇形金属布线208的电阻值与温度的关系设置为查找表的形式。该查找表包括一系列的温度值以及与温度值对应的蛇形金属布线208的电阻值。在步骤405中，通过该查找表，可以获得与测得的蛇形金属布线208的电阻值对应的温度，从而得到待测半导体器件20的工作温度值。
在另一种实现方式中，在步骤401之前，还可以进行步骤400a和步骤400b，来获取金属布线在不同校准温度环境中的电阻与温度的关系。
步骤400a，将待测半导体器件置于不同校准温度环境中。在一个实施例中，例如，可以将校准温度环境的范围设置为25摄氏度至300摄氏度，以满足器件工作时发热产生的环境温度范围。应理解，可以根据器件工作的实际情况，选择更小或更大的校准温度环境的范围。
步骤400b，将金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第三电位和第四电位，来测量不同校准温度环境下金属布线的电阻值，从而获得金属布线的电阻值与温度的对应关系。
优选的，第三电位和第四电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。
在一种实现方式中，例如，可以将待测半导体器件20置于校准温度环境中，将源区/漏区电极和栅极开路，蛇形金属布线208的第一测量电极2091和第二测量电极2092分别接入第三电位和第四电位，利用伏安法或者开尔文四线检测法检测在校准温度环境中电阻与温度的关系。当所测的蛇形金属布线208的电阻较小时，可以优选开尔文四线检测法进行电阻检测。通过在校准温度环境中对蛇形金属布线208的电阻值进行测量，可以获得其电阻(或电阻率)同温度的关系，例如电阻率与温度曲线。然后改变校准温度环境的温度值，从而获得不同校准温度下蛇形金属布线208的电阻值。以便在进行现场温度测量时，将测得的蛇形金属布线208的电阻和电阻与温度曲线进行比对，从而得到待测半导体器件20工作时的温度。
至此，已经详细描述了根据本公开实施例的用于温度测量的半导体结构和温度测量方法。为了避免模糊本公开的教导，没有描述本领域所公知的一些细节，本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。另外，本说明书公开所教导的各实施例可以自由组合。本领域的技术人员应该理解，可以对上面说明的实施例进行多种修改而不脱离如所附权利要求限定的本公开的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于温度测量的半导体结构，其特征在于，包括：
待测半导体器件，所述待测半导体器件包括作为半导体鳍片的有源区以及横跨所述鳍片的栅极结构，所述栅极结构包括栅极；
从所述栅极延伸的超出所述待测半导体器件的有源区的栅极线；
金属布线，所述金属布线位于所述栅极线上方，并通过两个或更多个节点与所述栅极线电连接；
与所述金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极被设置得比所述第二测量电极更靠近所述栅极，
其中，所述半导体结构适于在所述待测半导体器件工作时进行温度测量，
其中，在温度测量时，所述第一测量电极耦接到第一电位，所述第二测量电极耦接到比所述第一电位低的第二电位。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述栅极线仅电连接到栅极和所述金属布线。
3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述金属布线为蛇形金属布线，所述蛇形金属布线沿其长度延伸，包括沿所述栅极线方向延伸的纵向部分和沿与所述栅极线方向相交的方向延伸的横向部分。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，
所述蛇形金属布线的纵向部分的长度大于横向部分的长度，以使得纵向部分的电阻大于横向部分的电阻，
所述第一测量电极位于所述蛇形金属布线靠近所述栅极的一端，所述第二测量电极位于所述蛇形金属布线远离所述栅极的另一端。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线包括布线网络，所述布线网络包括两个或更多个节点，所述节点与所述栅极线电连接。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述栅极线的数量为一条或多条。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线的总电阻值在25～300摄氏度的温度范围中为10～10000欧姆。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线的材料包括铜或钨。
9.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述蛇形金属布线的纵向部分长度与横向部分长度的比值为10～100。
10.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述蛇形金属布线的长度为0.1～50微米。
11.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述栅极线和所述栅极由同一层导电材料形成。
12.一种利用半导体结构进行温度测量的方法，其特征在于，
所述半导体结构为如权利要求1-11中任意所述的半导体结构，
所述方法包括：
将所述待测半导体器件的源区/漏区和栅极设置为各自的工作电压以使所述待测半导体器件工作；
将所述金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第一电位和第二电位；
测量所述金属布线的电阻值；
根据所述金属布线的电阻值与温度的关系，得到所述待测半导体器件的工作温度值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，其中所述第一电位与所述栅极的工作电压相同，第二电位为地电位。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述金属布线的电阻值与温度的关系被实施为查找表，所述查找表包括一系列的温度值以及与所述温度值对应的所述金属布线的电阻值。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括获得所述金属布线的电阻值与温度的关系的步骤，该获得步骤包括：
将所述待测半导体器件置于不同校准温度环境中；
将所述金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第三电位和第四电位，来测量不同校准温度下所述金属布线的电阻值，从而获得所述金属布线的电阻值与温度的对应关系。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中所述校准温度环境的温度在25摄氏度至300摄氏度的范围内。
17.根据权利要求12或15所述的方法，其特征在于，测量所述金属布线的电阻的方法为伏安法或开尔文四线检测法。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一电位和所述第二电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。
19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第三电位和所述第四电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。
CN201610620959.4A 2016-08-02 2016-08-02 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法 Active CN107677386B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610620959.4A CN107677386B (zh) 2016-08-02 2016-08-02 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法
US15/648,408 US9970981B2 (en) 2016-08-02 2017-07-12 Method and device for temperature measurement of FinFET devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610620959.4A CN107677386B (zh) 2016-08-02 2016-08-02 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107677386A CN107677386A (zh) 2018-02-09
CN107677386B true CN107677386B (zh) 2019-07-26

Family

ID=61069162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610620959.4A Active CN107677386B (zh) 2016-08-02 2016-08-02 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9970981B2 (zh)
CN (1) CN107677386B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110610871B (zh) * 2019-08-21 2021-09-14 中国科学院微电子研究所 一种金属栅温度测量方法
DE102020203918A1 (de) * 2020-03-26 2021-09-30 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176508B2 (en) * 2004-07-27 2007-02-13 International Business Machines Corporation Temperature sensor for high power very large scale integration circuits
CN103165455B (zh) * 2011-12-13 2015-09-09 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 制作鳍形场效应晶体管的方法
US8796772B2 (en) * 2012-09-24 2014-08-05 Intel Corporation Precision resistor for non-planar semiconductor device architecture
US9536876B2 (en) * 2013-08-01 2017-01-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Temperature detector and controlling heat
KR102224850B1 (ko) * 2013-10-07 2021-03-08 삼성전자주식회사 온도측정용 전극을 구비하는 반도체 소자
CN104157576A (zh) * 2014-08-26 2014-11-19 上海华虹宏力半导体制造有限公司 半导体器件及其形成方法
US9829387B2 (en) * 2014-10-28 2017-11-28 Infineon Technologies Austria Ag System and method for temperature sensing

Also Published As

Publication number Publication date
US20180038742A1 (en) 2018-02-08
US9970981B2 (en) 2018-05-15
CN107677386A (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Züfle et al. Determination of charge transport activation energy and injection barrier in organic semiconductor devices
Akturk et al. Device modeling at cryogenic temperatures: Effects of incomplete ionization
JP2016153802A5 (zh)
Bahk et al. Thin film thermoelectric characterization techniques
CN107677386B (zh) 用于温度测量的半导体结构和温度测量方法
KR102669044B1 (ko) 테스트 샘플의 온도-변조 특성 측정 방법
Garegnani et al. Wafer level measurements and numerical analysis of self-heating phenomena in nano-scale SOI MOSFETs
Monereo et al. Localized self-heating in large arrays of 1D nanostructures
Hofstätter et al. Voltage polarity dependent current paths through polycrystalline ZnO varistors
CN110617894B (zh) 一种集成电路中金属线温度测量方法
Azoui et al. 3D Electro-thermal modelling of bonding and metallization ageing effects for reliability improvement of power MOSFETs
Wojciechowski et al. Performance characterization of high-efficiency segmented Bi2Te3/CoSb3 unicouples for thermoelectric generators
Madec et al. Assessment of the spinning-current efficiency in cancelling the 1/f noise of Vertical Hall Devices through accurate FEM modeling
Duarte et al. Thermopower enhancement in nanowires via junction effects
CN104425303B (zh) 测量导电层厚度的方法
CN106198602A (zh) 一种用于薄膜材料热物理特性的测量器件
Ezzahri et al. Short time transient thermal behavior of solid-state microrefrigerators
Lopez et al. Characterization of the thermal behavior of PN thermoelectric couples by scanning thermal microscope
Sadeque et al. Transient Thermal Response of Hotspots in Graphene–Silver Nanowire Hybrid Transparent Conducting Electrodes
CN111044873B (zh) 一种基于共享串联电阻的自热效应测试方法和电路
TWI833911B (zh) 半導體元件以及量測半導體元件溫度的方法
Cecchi et al. Review of thermoelectric characterization techniques suitable for SiGe multilayer structures
Chen Note: Extraction of temperature-dependent interfacial resistance of thermoelectric modules
TW202232116A (zh) 測試樣品特性之焦耳(joule)加熱誘發的調變之微四點(micro-four-point)計量
Wielgoszewski et al. Carrier density distribution in silicon nanowires investigated by scanning thermal microscopy and Kelvin probe force microscopy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant