CN113495203A - 测试电路及半导体测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试电路，包括：M个测试单元，测试单元具有第一端和第二端，M个测试单元的第一端均连接到电源线，M个测试单元的第二端均连接到地线，M为正整数；测试单元包括TDDB测试元件、开关和控制电路；TDDB测试元件被击穿之前具有第一等效电阻，TDDB测试元件被击穿之后具有第二等效电阻，第一等效电阻大于第二等效电阻。各TDDB测试元同时在同一电压下进行测试，一旦其中的某一个TDDB测试单元被击穿，控制电路和开关会将该TDDB测试单元所在的支路断路，避免短路的出现，从而不影响其他TDDB测试单元的后续继续测试，使得多个TDDB测试单元能够同时进行检测，大大缩短了测试时间。

Description

测试电路及半导体测试方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及测试电路及半导体测试方法。
背景技术
TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown，时间相关的电介质击穿)是一种评价电介质质量的重要方法，常规TDDB测试结构中，待测样品一端加恒定的电压，另一端接地；持续监控流经样品的电流，某一时刻待测样品击穿引起电路短路，此时量测机台会量测到一个突然跳变的大电流，机台在量测到大电流后，停止测试。显然，TDDB测试为一个耗时的测试。虽然加在待测样品上的恒定电压越高，则测试时间越短，但较高的电压可能会因栅极氧化物寿命预测不合理且不稳定的不同机制而使氧化物烧毁。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供测试电路及半导体测试方法。
本发明提供了一种测试电路，包括：
M个测试单元，所述测试单元具有第一端和第二端，所述M个测试单元的第一端均连接到电源线，所述M个测试单元的第二端均连接到地线，所述M为正整数；
所述测试单元包括TDDB测试元件、开关和控制电路，其中，所述TDDB测试元件的第一端为所述测试单元的第一端，所述TDDB测试元件的第二端连接到所述开关的第一端，所述开关的第二端为所述测试单元的第二端，所述开关的第一端通过所述控制电路连接到所述开关的控制端；
所述TDDB测试元件被击穿之前具有第一等效电阻，所述TDDB测试元件被击穿之后具有第二等效电阻，所述第一等效电阻大于所述第二等效电阻。
在其中一个实施例中，所述TDDB测试元件具有电介质层，所述电介质层的面积大于等于1μm2且小于等于1000000μm2。
在其中一个实施例中，所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层均为二氧化硅。
在其中一个实施例中，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积相等。
在其中一个实施例中，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积不完全相等。
在其中一个实施例中，所述M大于等于3，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积呈等差数列或等比数列。
在其中一个实施例中，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层不完全相同。
在其中一个实施例中，所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积相等。
在其中一个实施例中，所述第一等效电阻与第二等效电阻的比值大于等于100。
在其中一个实施例中，所述开关包括NMOS管，所述NMOS管的漏极与所述TDDB测试元件的第二端电连接，所述NMOS管的源极接地。
在其中一个实施例中，所述控制电路包括反相器，所述反相器的输入与所述TDDB测试元件的第二端电连接，另一端与所述NMOS管的栅极电连接。
在其中一个实施例中，还包括若干个电压采集装置，各所述电压采集装置分别电连接于不同的所述测试单元内，且电连接于所述TDDB测试元件与所述NMOS管之间。
本发明还提供了一种半导体测试方法，包括以下步骤：
于如上述任一项所述的测试电路中的各所述TDDB测试元件上施加相同的测试电压；
记录所有所述TDDB测试元件的击穿寿命。
本发明还提供了一种半导体测试方法，包括以下步骤：
于如上述包含电压采集装置的所述的测试电路中的各所述TDDB测试元件上施加相同的测试电压；
记录所有所述TDDB测试元件的击穿寿命，并记录各所述电压采集装置采集到目标电压的时间；
基于所述电压采集装置的位置、所述电压采集装置采集到目标电压的时间及记录的所有所述TDDB测试元件的击穿寿命判断各所述TDDB测试元件的击穿寿命。
本申请具有以下有益效果：
使得各TDDB测试元件同时在同一电压下进行测试，一旦其中的某一个TDDB测试单元被击穿，控制电路和开关会将该TDDB测试单元所在的支路断路，避免短路的出现，从而不影响其他TDDB测试单元的后续继续测试，使得多个TDDB测试单元能够同时进行检测，大大缩短了测试时间。
附图说明
图1为本发明一个实施例展示测试电路的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例展示测试电路的结构图；
图3为本发明的一个实施例中半导体测试方法的流程图；
图4为本发明的另一个实施例中半导体测试方法的流程图。
附图标记：10、测试单元；101、TDDB测试元件；102、开关；103、控制电路；104、电压采集装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
为了缩短测试时间，如图1所示，本发明提供了一种测试电路，该测试电路包括M个测试单元10，该测试单元10包括第一端与第二端，M个测试单元10的第一端均连接到电源线，接相同的测试电压，且M个测试单元10的第二端均接地，M为正整数。
测试单元10包括TDDB测试元件101、开关102和控制电路，其中，TDDB测试元件101的第一端为测试单元10的第一端，TDDB测试元件101的第二端连接到开关102的第一端，开关102的第二端为测试单元10的第二端，开关102的第一端通过控制电路连接到开关102的控制端；
TDDB测试元件101被击穿之前具有第一等效电阻，TDDB测试元件101被击穿之后具有第二等效电阻，第一等效电阻大于第二等效电阻。
在一个可选的实施例中，第一等效电阻与第二等效电阻的比值大于100，具体的，第一等效电阻与第二等效电阻的比值可以为100、110或150等等，但上述数据仅作为示例，在实际实施例中，第一等效电阻与第二等效电阻的比值并不以上述数据为限。
在一个可选的实施例中，TDDB测试元件101具有电介质层，电介质层的面积大于1μm2且小于等于1000000μm2，可以为1μm2、100μm2、1000μm2或1000000μm2等等，但上述数据仅作为示例，在实际实施例中，第二导电类型的第二掺杂区12的宽度并不以上述数据为限。在一个可选的实施例中，电介质层的材料为二氧化硅。
在一个可选的实施例中，M大于等于2，可以为2、3或8等等，但上述数据仅作为示例，在实际实施例中，M的数值并不以上述数据为限；各TDDB测试元件中的电介质层的材料均相同。在一个示例中，M个测试单元10的TDDB测试元件101中的电介质层面积可以均相等。在另一个实例中，M个TDDB测试元件101中的电介质层面积可以不完全相等；具体的，可以为部分TDDB测试元件101中的电介质层面积相同，也可以各TDDB测试元件101中的电介质层面积互不相同，更为具体的，M个测试单元10中的TDDB测试元件101的电介质层的面积可以呈等差数列或等比数列。通过将各TDDB测试元件101的电介质层的面积设置为不同，可以依次对多个不同的TDDB测试元件101进行测试，即可以同时测试出不同面积的电介质层的TDDB测试元件101的击穿寿命，又可以缩短测试时间，提高测试效率。
在另一个可选的实施例中，M大于等于2，可以为2、3或8等等，但上述数据仅作为示例，在实际实施例中，M的数值并不以上述数据为限；M个测试单元10的TDDB测试元件101的电介质层面积均相等，但M个测试单元10的TDDB测试元件101的电介质层材料不完全相同；具体的，可以为部分TDDB测试元件101中的电介质层材料相同，也可以为各TDDB测试元件101的材料互不相同。通过将各TDDB测试元件101设置为电介质层面积均相同，且电介质层材料不完全相同，可以依次对多个不同的TDDB测试元件101进行测试，即可以同时测试出相同面积下不同材料的电介质层的TDDB测试元件101的击穿寿命，又可以缩短测试时间，提高测试效率。
在一个可选的实施例中，开关102包括NMOS管，NMOS管的漏极与TDDB测试元件101的第二端电连接，NMOS管的源极接地。
在其他可选的实施例中，控制电路包括反相器，反相器的输入与TDDB测试元件101的第二端电连接，另一端与NMOS管的栅极电连接。因此，当TDDB测试元件101未被击穿时，TDDB测试元件101第二端为低电平，即反相器的输入端为低电平，反相器的输出端为高电平，即NMOS管的栅极施加高电平，此时NMOS管呈导通状态，该TDDB测试元件101所在的支路正常运行。当TDDB测试元件101被击穿时，TDDB测试元件101第二端为高电平，反相器的输出端为高电平，即NMOS管的栅极施加低电平，此时NMOS管被关断，即开关102断开，该TDDB测试元件101所在的支路断路，不会造成该支路短路；此时，其他测试单元10仍可正常进行测试。上述测试电路中，即可以同时对各测试单元10进行测试，又可以在一个测试单元10中的TDDB测试元件101被击穿时自动断开该支路，不会使得该支路被短路，从而不会影响其他测试单元10的正常测试。
在一个可选的实施例中，如图2所示，测试电路还包括若干个电压采集装置104，各电压采集装置104分别电连接与不同的测试单元10内，且电连接于TDDB测试元件101的第二端与NMOS管的漏极之间。在一个可选的实施例中，电压采集装置104包括寄存器。通过在各测试单元10上设置电压采集装置104，可以通过电压采集装置104采集的电压突变及采集到电压突变的电压采集装置104所在的测试单元10可以判断被击穿的TDDB测试元件101所在的位置，进而精确得到各TDDB测试元件101的击穿寿命。
如图3所示，本发明还提供了一种半导体测试方法，具体包括以下步骤：
步骤S11：于测试电路中的各TDDB测试元件101上施加相同的测试电压。
步骤S12：记录所有TDDB测试元件101的击穿寿命。
具体的，通过将多个测试单元10并联在同一个测试电压与地之间，使得多个测试单元10中的TDDB测试元件101能够同步进行测试，且当其中某个TDDB测试元件101被击穿后，不会影响到其他TDDB测试元件101的后续测试，大大缩短了测试时间。
如图4所示，在其他可选的实施例中，本发明还提供了一种半导体测试方法，具体的包括以下步骤：
步骤S21：于如各TDDB测试元件101上施加相同的测试电压。
步骤S22：记录所有TDDB测试元件101的击穿寿命，并记录各电压采集装置104采集到目标电压的时间。
步骤S23：基于电压采集装置104的位置、电压采集装置104采集到目标电压的时间及记录的所有TDDB测试元件101的击穿寿命判断各TDDB测试元件101的击穿寿命。
具体的，将多个测试单元10并联在同一个测试电压与地之间，记录下所有TDDB测试元件101的击穿寿命，并在TDDB测试元件101被击穿是电压采集装置104采集到的目标电压的时间记录下来。根据电压采集装置104采集到目标电压的时间、电压采集装置104的位置及TDDB测试元件101的击穿寿命反推出各个位置的TDDB测试元件101的击穿寿命。
通过上述技术方案，使得各TDDB测试元件101同时在同一电压下进行测试，一旦其中的某一个TDDB测试单元10被击穿，控制电路和开关102会将该TDDB测试单元10所在的支路断路，避免短路的出现，从而不影响其他TDDB测试单元10的后续继续测试，使得多个TDDB测试单元10能够同时进行检测，大大缩短了测试时间。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种测试电路，其特征在于，包括：
M个测试单元，所述测试单元具有第一端和第二端，所述M个测试单元的第一端均连接到电源线，所述M个测试单元的第二端均连接到地线，所述M为正整数；
所述测试单元包括TDDB测试元件、开关和控制电路，其中，所述TDDB测试元件的第一端为所述测试单元的第一端，所述TDDB测试元件的第二端连接到所述开关的第一端，所述开关的第二端为所述测试单元的第二端，所述开关的第一端通过所述控制电路连接到所述开关的控制端；
所述TDDB测试元件被击穿之前具有第一等效电阻，所述TDDB测试元件被击穿之后具有第二等效电阻，所述第一等效电阻大于所述第二等效电阻。
2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述TDDB测试元件具有电介质层，所述电介质层的面积大于等于1μm2且小于等于1000000μm2。
3.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层均为二氧化硅。
4.根据权利要求3所述的测试电路，其特征在于，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积相等。
5.根据权利要求3所述的测试电路，其特征在于，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积不完全相等。
6.根据权利要求5所述的测试电路，其特征在于，所述M大于等于3，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积呈等差数列或等比数列。
7.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述M大于等于2，且所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层不完全相同。
8.根据权利要求7所述的测试电路，其特征在于，所述M个测试单元的TDDB测试元件的电介质层的面积相等。
9.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述第一等效电阻与第二等效电阻的比值大于等于100。
10.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述开关包括NMOS管，所述NMOS管的漏极与所述TDDB测试元件的第二端电连接，所述NMOS管的源极接地。
11.根据权利要求10所述的测试电路，其特征在于，所述控制电路包括反相器，所述反相器的输入与所述TDDB测试元件的第二端电连接，另一端与所述NMOS管的栅极电连接。
12.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，还包括若干个电压采集装置，各所述电压采集装置分别电连接于不同的所述测试单元内，且电连接于所述TDDB测试元件与所述NMOS管之间。
13.一种半导体测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
于如权利要求1至12中任一项所述的测试电路中的各所述TDDB测试元件上施加相同的测试电压；
记录所有所述TDDB测试元件的击穿寿命。
14.一种半导体测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
于如权利要求12所述的测试电路中的各所述TDDB测试元件上施加相同的测试电压；
记录所有所述TDDB测试元件的击穿寿命，并记录各所述电压采集装置采集到目标电压的时间；
基于所述电压采集装置的位置、所述电压采集装置采集到目标电压的时间及记录的所有所述TDDB测试元件的击穿寿命判断各所述TDDB测试元件的击穿寿命。
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