CN203826374U - 一种测试结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种测试结构，所述测试结构包括第一和第二梳状金属结构，所述梳状金属结构包括金属梳柄、多个金属梳齿及多个二极管。第一梳状金属结构中二极管的阳极连接金属梳柄，阴极连接金属梳齿。第二梳状金属结构中二极管的阴极连接金属梳柄，阳极连接金属梳齿。金属梳齿通过连接金属实现串联连接。第一和第二梳状金属结构通过第三二极管连接，第三二极管的阳极连接第二梳状金属结构，阴极连接第一梳状金属结构；所述两个金属梳齿相互交叉设置。本实用新型的测试结构能兼顾绝对击穿电压和TDDB的测试以及金属连线断接的测试，复用一个测试结构，完成不同测试目的，同时节省测试结构占用的版图面积，提高晶圆的利用率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体可靠性测试，特别是涉及一种测试结构。
背景技术
在半导体器件的大规模生产中，通过对后段制程中的半导体器件进行可靠性测试，可以发现和纠正缺陷以解决缺陷产生的问题，因此，半导体器件的可靠性测试对于提高良率、改善工艺技术的可靠性和稳定性非常重要。
随着超大规模集成电路的迅猛发展，集成度不断提高，金属连线的线宽不断缩小，问题也随之而来，金属连线在较大电流密度的作用下，极易因电迁移造成空洞的产生，如图1所示，金属连线上的空洞，增大金属连线的电阻，直接影响传输信号的准确性；而空洞增大则会造成电路的断路，对芯片性能和良率产生重大影响，金属连线的断接已成为一个不可忽视的问题。
此外，集成电路芯片由各种不同材质的金属及电介质材料构成，在金属层之间，需要用非导电性的电介质材料将金属层互相隔离，这种层与层之间的电介质材料称为层间电介质。一般而言，层间电介质层(Inter Layer Dielectrics)需要具有较高的击穿电压，以保证可靠的电性能，高的击穿电压可以使半导体器件具有良好的可靠性。
因此，对金属连线的可靠性和对层间电介质层的可靠性测试在集成电路的可靠性测试中显得尤为重要。
如图1所示为现有技术中提供的一种用于测试绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)的测试结构1。所述测试结构1由第一梳状金属结构11和第二梳状金属结构12组成，第一梳状金属结构11和第二梳状金属结构12的金属梳齿部分相互交叉设置。在梳状金属结构上施加强制电压，一般一端接地，另一端接测试电压，使互相交叉的金属梳齿部分之间的层间电介质材料的两侧产生电压差，逐渐升高测试电压，同时监测漏电流，一开始漏电流平稳升高，当漏电流出现急剧增大现象时，说明层间电介质材料被击穿，转折点的电压即为击穿电压Vbd；对与时间相关电介质击穿特性TDDB进行测试时，则是在两端施加恒定的电压差，一般一端接地，另一端接恒定的测试电压，使互相交叉的金属梳齿部分之间的层间电介质材料的两侧产生恒定电压差，电子在层间电介质材料上积累，经过一段时间后，层间电介质材料被击穿。
为了满足各种不同的测试目的，需要各种不同的测试结构来实现，不同的测试结构完成不同的测试目的，如图2所示，当所述梳状结构中梳齿部分的金属连线断接时，现有技术中用来检测绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB的测试结构1无法检测出断接问题。芯片上包含了众多完成不同测试目的的各种测试结构，他们占用了芯片的有效区域，如何在已有测试结构上进行改造，复用已有测试结构完成新的测试目的成为可靠性测试领域需要解决的问题。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种测试结构，用于解决现有技术中金属连线断接的检测问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种测试结构，所述测试结构至少包括：
第一梳状金属结构和第二梳状金属结构；
所述第一梳状金属结构包括第一金属梳柄、多个第一金属梳齿及用于连接所述第一金属梳柄和所述多个第一金属梳齿的多个第一二极管，所述第一二极管的阳极连接于所述第一金属梳柄，阴极连接于所述第一金属梳齿，所述第一金属梳齿通过连接金属实现串联连接；
所述第二梳状金属结构包括第二金属梳柄、多个第二金属梳齿及用于连接所述第二金属梳柄和所述多个第二金属梳齿的多个第二二极管，所述第二二极管的阴极连接于所述第二金属梳柄，阳极连接于所述第二金属梳齿，所述第二金属梳齿通过连接金属实现串联连接；
所述第一梳状金属结构和所述第二梳状金属结构通过第三二极管实现连接，所述第三二极管的阳极连接于所述第二梳状金属结构，阴极连接于所述第一梳状金属结构；
所述第一金属梳齿与所述第二金属梳齿相互交叉设置。
优选地，所述第一梳状金属结构和所述第二梳状金属结构由层间电介质隔开。
更优选地，所述层间电介质的材料为二氧化硅。
优选地，所述测试结构的金属材质为铜。
优选地，所述连接金属与所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿垂直分布，中间由层间电介质层隔开，通过中间的通孔实现电性连接。
优选地，所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的上层或下层。
优选地，所述第一二极管、第二二极管及第三二极管为肖特基二极管。
优选地，所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的梳齿等间距设置。
优选地，所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的梳齿宽度不大于所需测试的金属连线的宽度。
如上所述，本实用新型的测试结构，具有以下有益效果：本实用新型的测试结构通过对已有测试结构的改造，能兼顾绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB(TimeDependent Dielectric Breakdown)的测试以及金属连线断接的测试，复用同一个测试结构，完成不同测试目的的同时节省测试结构占用的版图面积，提高晶圆的利用率。
附图说明
图1显示为金属连线断接的示意图。
图2显示为现有技术中测试绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB的测试结构示意图。
图3显示为现有技术中测试结构的金属连线断接的示意图。
图4显示为本实用新型的测试结构的示意图。
图5显示为本实用新型的测试结构用于测试绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB的原理示意图。
图6显示为本实用新型的测试结构用于检测金属连线断接的原理示意图。
元件标号说明
1 测试结构
11 第一梳状金属结构
12 第二梳状金属结构
2 测试结构
21a 第一梳状金属结构
21b 第二梳状金属结构
211a 第一金属梳柄
211b 第二金属梳柄
212a 第二金属梳齿
212b 第二金属梳齿
213a 第一二极管
213b 第二二极管
22 金属连线
23 第三二极管
24 通孔
A 端口
B 端口
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图4～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图4所示，本实用新型提供一种测试结构2，所述测试结构2至少包括：
第一梳状金属结构21a和第二梳状金属结构21b，所述第一梳状金属结构21a和所述第二梳状金属结构21b由层间电介质隔开，在本实施例中所述层间电介质层的材料为二氧化硅，所述测试结构2的金属材质为铜。
所述第一梳状金属结构21a包括第一金属梳柄211a、多个第一金属梳齿212a及用于连接所述第一金属梳柄211a和所述多个第一金属梳齿212a的多个第一二极管213a。所述第一金属梳齿212a的梳齿等间距设置，梳齿宽度不大于所需测试的金属连线的宽度。所述第一二极管213a的阳极连接于所述第一金属梳柄211a，阴极连接于所述第一金属梳齿212a。为保证测试结构的正常工作，在本实施例中，第一二极管213a优选为肖特基二极管。
所述第一金属梳齿212a通过连接金属22实现串联连接。所述连接金属22与所述第一金属梳齿212a垂直分布，所述连接金属22可以制作于所述第一金属梳齿212a的上层或下层，在本实施例中，所述连接金属22制作于所述第一金属梳齿212a的上层，中间由层间电介质层隔开，通过中间的通孔24实现电性连接。
所述第二梳状金属结构21b包括第二金属梳柄211b、多个第二金属梳齿212b及用于连接所述第二金属梳柄211b和所述多个第二金属梳齿212b的多个第二二极管213b。所述第二金属梳齿212b的梳齿等间距设置，梳齿宽度不大于所需测试的金属连线的宽度。所述第二二极管213b的阴极连接于所述第二金属梳柄211b，阳极连接于所述第二金属梳齿212b。为保证测试结构的正常工作，在本实施例中，第二二极管213b优选为肖特基二极管。
所述第二金属梳齿212b通过连接金属22实现串联连接。所述连接金属22与所述第二金属梳齿212b垂直分布，所述连接金属22可以制作于所述第二金属梳齿212b的上层或下层，在本实施例中，所述连接金属22制作于所述第二金属梳齿212b的上层，中间由层间电介质层隔开，通过中间的通孔24实现电性连接。
所述第一梳状金属结构21a和所述第二梳状金属结构21b通过第三二极管23实现连接，为保证测试结构的正常工作，需要所述第三二极管23的击穿电压大于测试电压，在本实施例中，第三二极管23优选为肖特基二极管。所述第三二极管23的阳极连接于所述第二梳状金属结构21b，阴极连接于所述第一梳状金属结构21a。
所述第一金属梳齿212a与所述第二金属梳齿212b相互交叉设置。
本实用新型的测试结构2的工作原理如下：
本实用新型的测试结构2用于测试绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB时，工作原理如图5所示。在第一金属梳柄211a上通过外部设备施加强制电压，第二金属梳柄211b接地，则第一二极管213a正向导通、第二二极管213b正向导通、而第三二极管23反向截止，由于第三二极管23的存在，其反向击穿电压较高，即使受到较大的反向电压，也不会轻易被击穿，确保第一梳状金属结构21a和第二梳状金属结构21b之间断开。此时该测试结构等同于现有技术中测试绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB的测试结构1，如图2所示。如图4所示，由于第三二极管23的存在，此时第一金属梳齿212a和第二金属梳齿212b断接，第一金属梳齿部分212a和第二梳状结构21b的金属梳状结构212b之间产生电压差，逐渐增大电压差，同时通过外部设备监测漏电流，一开始漏电流平稳升高，当漏电流出现急剧增大现象时，说明层间电介质材料被击穿，转折点的电压即为击穿电压Vbd；而对与时间相关电介质击穿特性TDDB的测试，则是在两端施加恒定的电压差，第一金属梳柄211a上通过外部设备施加恒定强制电压，第二金属梳柄211b接地，第一金属梳齿212a和第二金属梳齿212b之间产生恒定电压差，电子在层间电介质材料上积累，经过一段时间后，层间电介质材料被击穿。
本实用新型的测试结构2用于检测金属连线断接问题时，工作原理如图6所示。在第一梳状金属结构21a上的金属连线22端口A和第二梳状金属结构21b上的金属连线22端口B上施加测试电压，电流从端口B流向端口A，此时第三二极管23正向导通，而第一二极管213a和第二二极管213b中存在反向截止，使得第一金属梳柄211a和第一金属梳齿212a断接，第二金属梳柄211b和第二金属梳齿212b断接，此时，该测试结构等同于一条金属连线。通过外部设备检测流过金属连线的电流来判断金属连线是否断接，若断接则表现为较高的电流泄露。
综上所述，本实用新型的测试结构通过在已有测试结构中增加肖特基二极管来兼顾绝对击穿电压Vbd和与时间相关电介质击穿特性TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)的测试以及金属连线断接的测试，复用同一个测试结构，完成不同测试目的的同时节省测试结构占用的版图面积，提高晶圆的利用率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种测试结构，其特征在于，所述测试结构至少包括：
第一梳状金属结构和第二梳状金属结构；
所述第一梳状金属结构包括第一金属梳柄、多个第一金属梳齿及用于连接所述第一金属梳柄和所述多个第一金属梳齿的多个第一二极管，所述第一二极管的阳极连接于所述第一金属梳柄，阴极连接于所述第一金属梳齿，所述第一金属梳齿通过连接金属实现串联连接；
所述第二梳状金属结构包括第二金属梳柄、多个第二金属梳齿及用于连接所述第二金属梳柄和所述多个第二金属梳齿的多个第二二极管，所述第二二极管的阴极连接于所述第二金属梳柄，阳极连接于所述第二金属梳齿，所述第二金属梳齿通过连接金属实现串联连接；
所述第一梳状金属结构和所述第二梳状金属结构通过第三二极管实现连接，所述第三二极管的阳极连接于所述第二梳状金属结构，阴极连接于所述第一梳状金属结构；
所述第一金属梳齿与所述第二金属梳齿相互交叉设置。
2.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述第一梳状金属结构和所述第二梳状金属结构由层间电介质隔开。
3.根据权利要求2所述的测试结构，其特征在于：所述层间电介质的材料为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述测试结构的金属材质为铜。
5.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述连接金属与所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿垂直分布，中间由层间电介质层隔开，通过中间的通孔实现电性连接。
6.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述连接金属制作于所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的上层或下层。
7.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述第一二极管、第二二极管及第三二极管为肖特基二极管。
8.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的梳齿等间距设置。
9.根据权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述第一金属梳齿和所述第二金属梳齿的梳齿宽度不大于所需测试的金属连线的宽度。
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| CN105467289A (zh) * | 2014-09-22 | 2016-04-06 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法 |
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