CN204289434U - Mim电容测试结构及mim电容参考测试结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构，MIM电容测试结构包括：MIM电容、通过第一金属连线层、第二金属连线层、第一通孔连线和第二通孔连线分别与下极板和上极板相连的第一测试盘和第二测试盘。MIM电容参考测试结构包括MIM电容测试结构和与其相连的第三金属连线层。通过对第一测试盘或第二测试盘施加测试电压检测两者之间是否存在漏电流来判断MIM电容的可靠性，从而可以对MIM电容进行TDDB测试以及Vramp测试。由于MIM电容参考测试结构在MIM电容的一个极板上连接了第三金属连线层，从而能够检测形成第三金属连线层、第一金属连线层和第二金属连线层时的PID对MIM电容是否造成损伤，实现了PID对MIM电容可靠性影响的监测和评估。

Description

MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构。

背景技术

在半导体芯片制作过程中，等离子引入损伤(Plasma Induced Damage，PID)对半导体芯片质量及可靠性起着至关重要的影响。PID可能出现在前段或后段生产的许多制作工艺中，比如：离子注入、光阻的灰化、干法刻蚀和等离子增强型化学气相沉积(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)等制作工艺中都会采用等离子体进行注入、刻蚀或者沉积，进而芯片中会引入大量的等离子电荷；当等离子体不断在栅氧化物或介质层上积累，产生较大的电势差，最终形成隧穿电流，损伤栅氧化物或介质层。PID形成的隧穿电流能够击穿芯片上某些半导体器件，使半导体器件的可靠性降低，比如：PID形成的隧穿电流能够击穿晶体管的栅氧化层，降低了晶体管的可靠性，甚至使晶体管无法工作。

具体的，请参考图1，图1为典型的PID原理示意图。其中在后段或某些工艺中产生的等离子体(Plasma)30带来的电荷会通过金属层20以及通孔连线21聚集在器件10上，当电荷聚集较大时便会产生隧穿电流，击穿器件10内的栅氧化层11，从而对器件10造成不可修复的损伤。

为了检测形成的器件性能如何，通常都会在器件形成后对其进行TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown，介质击穿)和Vramp(斜坡电压)测试。TDDB测试用于测试与时间有关的介质击穿，是在栅极或金属上施加低于栅氧化层或介质层本征击穿场强，本身并不足以引起本征击穿，但由于施加电应力过程中，栅氧化层或介质层内产生并积聚了缺陷的缘故，经历一定时间后发生的击穿。Vramp测试是使用斜坡电压对器件进行测试，也是用于测试与电压有关的介质击穿性能。

随着半导体器件的多元化，集成电路需要实现多种功能，通常在后段还会形成一种MIM(金属-绝缘体-金属，Metal Insulator Metal)电容，现MIM电容已经成为了射频集成电路和模拟/混合信号集成电路中的基本器件。然而，目前为止，并没有检测PID造成的MIM电容损伤的测试结构和参考结构，进而忽视了Plasma对MIM电容的影响，无法监测和评估PID造成的MIM电容的可靠性问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构，能够检测PID对MIM电容造成的损伤，还能够对MIM电容进行TDDB以及Vramp测试。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种MIM电容测试结构，包括：MIM电容、第一测试盘、第二测试盘、至少一个第一通孔连线、至少一个第二通孔连线、至少一个第一金属连线层和至少一个第二金属连线层，其中，所述MIM电容包括上极板、下极板以及位于所述上极板和下极板之间的介质层，所述第一测试盘通过所述第一金属连线层和第一通孔连线与所述下极板相连，所述第二测试盘通过所述第二金属连线层和第二通孔连线与所述上极板相连。

可选的，在所述的MIM电容测试结构中，还包括绝缘层，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第一金属连线层和第二金属连线层之间，以隔离所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第一金属连线层和第二金属连线层。

可选的，在所述的MIM电容测试结构中，所述第一测试盘直接与第一金属互连层相连，所述第二测试盘直接与第二金属互连层相连。

可选的，在所述的MIM电容测试结构中，所述第一测试盘通过第一金属引线与第一金属互连层相连，所述第二测试盘通过第二金属引线与第二金属互连层相连。

可选的，在所述的MIM电容测试结构中，与第一测试盘相连的第一金属互连层通过所述通孔连线直接与所述下极板相连。

本实用性还提出了一种MIM电容参考测试结构，包括：PN结、第三金属连线层、第三通孔连线以及如权利要求1所述的MIM电容测试结构，其中，第二金属连线层通过第三通孔连线以及第三金属连线层与所述PN结相连。

可选的，在所述的MIM电容参考测试结构中，还包括绝缘层，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第三通孔连线、第一金属连线层、第二金属连线层、第三金属连线层和PN结之间，以隔离所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第三通孔连线、第一金属连线层、第二金属连线层、第三金属连线层和PN结。

可选的，在所述的MIM电容参考测试结构中，所述第一测试盘直接与第一金属互连层相连，所述第二测试盘直接与第二金属互连层相连。

可选的，在所述的MIM电容参考测试结构中，所述第一测试盘通过第一金属引线与第一金属互连层相连，所述第二测试盘通过第二金属引线与第二金属互连层相连。

可选的，在所述的MIM电容参考测试结构中，与第一测试盘相连的第一金属互连层通过所述通孔连线直接与所述下极板相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果主要体现在：提出了一种用于检测MIM电容可靠性的测试结构，第一测试盘和第二测试盘分别通过第一金属连线层、第二金属连线层、第一通孔连线和第二通孔连线与MIM电容的下极板和上极板相连，通过对第一测试盘或第二测试盘施加测试电压检测两者之间是否存在漏电流来判断MIM电容的可靠性，可以对MIM电容进行TDDB测试以及Vramp测试。

另外，本实用新型还提出了一种MIM电容参考测试结构，在包括MIM电容测试结构的同时，还在MIM电容的一个极板上通过第三通孔连线连接了第三金属连线层，从而能够检测形成第三金属连线层、第一金属连线层和第二金属连线层时的PID对MIM电容是否造成损伤，实现了PID对MIM电容可靠性影响的监测和评估。

附图说明

图1为现有技术中典型的PID原理示意图；

图2为本实用新型一实施例中MIM电容测试结构的剖面示意图；

图3为本实用新型一实施例中MIM电容参考测试结构的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。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，而并不作为对本实用新型的限制。

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，因为它们会使本实用新型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实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图2，在本实施例中，提出了一种MIM电容测试结构，包括：MIM电容100、第一测试盘310、第二测试盘320，至少一个第一通孔连线221，至少一个第二通孔连线222，至少一个第一金属连线层211和至少一个第二金属连线层212，其中，所述MIM电容100包括上极板130、下极板110以及位于所述上极板130和下极板110之间的介质层120，相邻层的第一金属连线层通过所述通孔连线220相连，所述第一测试盘310通过所述第一金属连线层211和第一通孔连线221与所述下极板110相连，所述第二测试盘320通过所述第二金属连线层212和第二通孔连线222与所述上极板130相连。

具体的，在本实施例中，MIM电容测试结构还包括绝缘层(图未示出)，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线221、第二通孔连线222、第一金属连线层211和第二金属连线层212之间，以隔离所述MIM电容、第一通孔连线221、第二通孔连线222、第一金属连线层211和第二金属连线层212，用于保证不同层金属连线层、同层不同金属连线之间、不同通孔连线之间以及第一测试盘310和第二测试盘320之间均隔离，防止出现短路现象。

所述第一测试盘310直接与第一金属互连层211相连，所述第二测试盘320直接与第二金属互连层212(即第一测试盘310可以直接与顶层金属相连)相连。此外，在本实施例的其他实施例中，所述第一测试盘310和第二测试盘320还可以分别通过金属引线(本实施例图中并未示出)与第一金属互连层211和第二金属互连层212相连，这样便能够将第一测试盘310和第二测试盘320放置于其他地方，方便测试结构的设计。此外，除了上述两种连接方式，第一测试盘310和第二测试盘320还可以通过其他方式与第一金属互连层211和第二金属互连层212相连，本领域技术人员应知晓不同的连接方式均可。

请继续参考图2，与第一测试盘310相连的第一金属互连层211通过所述第一通孔连线221直接与所述下极板110相连，由于MIM电容通常形成于后段，并且靠近顶层金属，因此，可以直接通过第二通孔连线222与所述下极板110相连。

请参考图3，在本实施例的另一方面，还提出了一种MIM电容参考测试结构，包括：PN结400、第三金属连线层213和如上文所述的MIM电容测试结构，其中，第二金属连线层212通过第三通孔连线223以及第三金属连线层213与所述PN结400相连，相邻层的第三金属连线层213之间通过所述第三通孔连线223相连，所述第三金属连线层213通过所述第三通孔连线223与所述PN结400相连。

同样的，MIM电容参考测试结构还包括绝缘层(图未示出)，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线221、第二通孔连线222、第三通孔连线223、第一金属连线层211、第二金属连线层212、第三金属连线层213和PN结400之间，用于第一通孔连线221、第二通孔连线222、第三通孔连线223、第一金属连线层211、第二金属连线层212、第三金属连线层213和PN结400。MIM电容参考测试结构包括的MIM电容测试结构与上文一致，具体请参考上文，在此不作赘述。

在对MIM电容测试结构进行TDDB或Vramp测试时，在一端(第一测试盘310或第二测试盘320)上加测试电压V，将另一端(第二测试盘320或第一测试盘310)接地，量测两端之间的漏电流，即可监测MIM电容的可靠性问题。其中，施加的测试电压V可以是固定电压或斜坡电压(Vramp)。

当需要检测PID对MIM电容的性能是否造成影响时，采用同样的测试方式，在MIM电容参考测试结构的一端(第一测试盘310或第二测试盘320)上加测试电压V，将另一端(第二测试盘320或第一测试盘310)接地，量测两端之间的漏电流，即可监测由第一金属连线层和第二金属连线层引起的PID对MIM电容可靠性的影响。

在测试中，必须同时对MIM电容测试结构和MIM电容参考测试结构进行测试，比较两者之间的测试结果，如果测试结果差别不大，则说明PID对MIM电容的可靠性影响不大；如果测试结果由比较明显的差别，则说明PID对MIM电容造成了损失，PID效应必须考虑，再重新评估MIM电容的可靠性问题。

综上，在本实用新型实施例提供的MIM电容测试结构及MIM电容参考测试结构中，提出了一种用于检测MIM电容可靠性的测试结构，第一测试盘和第二测试盘分别通过第一金属连线层、第二金属连线层、第一通孔连线和第二通孔连线与MIM电容的下极板和上极板相连，通过对第一测试盘或第二测试盘施加测试电压检测两者之间是否存在漏电流来判断MIM电容的可靠性，可以对MIM电容进行TDDB测试以及Vramp测试。另外，本实用新型还提出了一种MIM电容参考测试结构，在包括MIM电容测试结构的同时，还在MIM电容的一个极板上通过第三通孔连线连接了第三金属连线层，从而能够检测形成第三金属连线层、第一金属连线层和第二金属连线层时的PID对MIM电容是否造成损伤，实现了PID对MIM电容可靠性影响的监测和评估。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种MIM电容测试结构，其特征在于，包括：MIM电容、第一测试盘、第二测试盘、至少一个第一通孔连线、至少一个第二通孔连线、至少一个第一金属连线层和至少一个第二金属连线层，其中，所述MIM电容包括上极板、下极板以及位于所述上极板和下极板之间的介质层，所述第一测试盘通过所述第一金属连线层和第一通孔连线与所述下极板相连，所述第二测试盘通过所述第二金属连线层和第二通孔连线与所述上极板相连。

2.如权利要求1所述的MIM电容测试结构，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第一金属连线层和第二金属连线层之间，以隔离所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第一金属连线层和第二金属连线层。

3.如权利要求1所述的MIM电容测试结构，其特征在于，所述第一测试盘直接与第一金属互连层相连，所述第二测试盘直接与第二金属互连层相连。

4.如权利要求1所述的MIM电容测试结构，其特征在于，所述第一测试盘通过第一金属引线与第一金属互连层相连，所述第二测试盘通过第二金属引线与第二金属互连层相连。

5.如权利要求3或4所述的MIM电容测试结构，其特征在于，与第一测试盘相连的第一金属互连层通过所述通孔连线直接与所述下极板相连。

6.一种MIM电容参考测试结构，其特征在于，包括：PN结、第三金属连线层、第三通孔连线以及如权利要求1所述的MIM电容测试结构，其中，第二金属连线层通过第三通孔连线以及第三金属连线层与所述PN结相连。

7.如权利要求6所述的MIM电容参考测试结构，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层形成于所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第三通孔连线、第一金属连线层、第二金属连线层、第三金属连线层和PN结之间，以隔离所述MIM电容、第一通孔连线、第二通孔连线、第三通孔连线、第一金属连线层、第二金属连线层、第三金属连线层和PN结。

8.如权利要求6所述的MIM电容参考测试结构，其特征在于，所述第一测试盘直接与第一金属互连层相连，所述第二测试盘直接与第二金属互连层相连。

9.如权利要求6所述的MIM电容参考测试结构，其特征在于，所述第一测试盘通过第一金属引线与第一金属互连层相连，所述第二测试盘通过第二金属引线与第二金属互连层相连。

10.如权利要求8或9所述的MIM电容参考测试结构，其特征在于，与第一测试盘相连的第一金属互连层通过所述通孔连线直接与所述下极板相连。