TW201539603A - 測試器件群場效應晶體管及其測試器件群測試方法 - Google Patents

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Abstract

一種測試器件群場效應晶體管，包括：基板；源極區，位於所述基板之中；汲極區，位於所述基板之中，並在所述基板的水平方向上與所述源極區相對布置；介電層，在所述基板的垂直方向上覆蓋於所述基板之上；以及閘極區，在所述垂直方向上位於所述介電層之上，並在所述水平方向上位於所述源極區和所述汲極區之間，其中，所述閘極區遠離在所述水平方向上從所述源極區的中心區域指向所述汲極區的中心區域的軸線。一種測試器件群測試方法，用於測試所述場效應晶體管。能够測量測試器件群場效應晶體管的邊緣處的可靠性和工作特性，能够更全面地瞭解半導體器件的産品質量，有利於半導體器件産品質量的提高。

Description

測試器件群場效應晶體管及其測試器件群測試方法
本公開涉及一種場效應晶體管，尤其涉及一種用於測試器件群（TEG：Test Element Group）的場效應晶體管，以及用於對這種場效應晶體管進行測試的測試器件群測試方法。
在半導體器件生産過程中，經常採用測試器件群來監控半導體器件的産品特性或工藝表現。
例如，圖1示例性示出了一種現有技術中的測試器件群場效應晶體管的俯視圖。圖2A和圖2B分別示例性示出了從圖1中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖1中的剖面線b-b向左看去的剖面圖，其中，剖面線a-a爲測試器件群場效應晶體管的電流通道（即溝道）方向，剖面線b-b位於測試器件群場效應晶體管的寬度方向上，並與剖面線a-a相互垂直。
結合圖1、圖2A和圖2B，可以看到，現有技術中的測試器件群場效應晶體管FT包括：源極區S，通過外部引線（outside lead）M連接到外部的測試墊Ps；汲極區D，通過另一條外部引線M連接到外部的測試墊Pd；閘極區G，通過又另一條外部引線M連接到外部的測試墊Pg。
如圖1中所示，閘極區G在測試器件群場效應晶體管FT的通道方向上位於源極區S和汲極區D之間，在測試器件群場效應晶體管FT的寬度方向上貫穿測試器件群場效應晶體管FT的整個寬度。
其中，圖2A例性示出了從圖1中的剖面線a-a向上看去的剖面圖。如圖2A中所示，測試器件群場效應晶體管FT的源極區S和汲極區D通常從基板B的上表面延伸到基板B之中，其上被介電層I覆蓋，閘極區G位於介電層I之上。
其中，圖2B示例性示出了從圖1中的剖面線b-b向左看去的剖面圖。爲了突出顯示閘極區G與測試器件群場效應晶體管FT在測試器件群場效應晶體管FT的寬度方向上的位置關係，在圖2B中，假設介電層I是透明的，以便能够看到源極區S，並且，省略了各外部引線M。如圖2B中所示，閘極區G在測試器件群場效應晶體管FT的寬度方向上貫穿測試器件群場效應晶體管FT的整個寬度。如圖2B中也示出了靠近測試器件群場效應晶體管FT的通道邊緣E。
圖3A和圖3B分別示例性示出了圖1中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖。
如圖3A中所示，當在測試器件群場效應晶體管FT的閘極區G和源極區S之間施加電壓時，例如會産生如圖中箭頭所示的電場分布，由於閘極區G和源極區S的立體形狀具有一定的棱角，所以，在靠近測試器件群場效應晶體管FT的通道邊緣E處所産生的電場會更强一些。
如圖3B中所示，當測試器件群場效應晶體管FT的源極區S和汲極區D之間存在導通電流時，例如會産生如圖中箭頭所示的電流分布。電流通過源極區S和汲極區D之間一定寬度的立體通道中流過。而且，由於在靠近測試器件群場效應晶體管FT的通道邊緣E處所産生的電場更强一些，所以在靠近測試器件群場效應晶體管FT的通道邊緣E處所流過的電流也相應地更大一些。
另一方面，由於工藝上的原因，靠近測試器件群場效應晶體管的通道邊緣處比通道中部更容易存在工藝缺陷，所以測試器件群場效應晶體管的邊緣處的可靠性和工作特性會更差一些。當採用如圖1-圖3所示的現有技術的測試器件群場效應晶體管來進行測試器件群測試時，由於不區分測試器件群場效應晶體管的邊緣處和中部可靠性和工作特性之間的差異，因此不能全面瞭解半導體器件的産品質量，從而不利於半導體器件産品質量的提高。
爲了解决上述技術問題之一，本公開提供了一種測試器件群場效應晶體管，包括：基板；源極區，位於所述基板之中；汲極區，位於所述基板之中，並在所述基板的水平方向上與所述源極區相對布置；介電層，在所述基板的垂直方向上覆蓋於所述基板之上；以及閘極區，在所述垂直方向上位於所述介電層之上，並在所述水平方向上位於所述源極區和所述汲極區之間，其中，所述閘極區遠離在所述水平方向上從所述源極區的中心區域指向所述汲極區的中心區域的軸線。
其中，所述閘極區包括第一閘極區和第二閘極區，所述第一閘極區和所述第二閘極區分別布置在所述軸線的兩側。
其中，所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述源極區通過晶片內部電路連接。
其中，所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述汲極區通過晶片內部電路連接。
其中，所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接。
其中，所述源極區、所述汲極區和所述閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
其中，所述源極區、所述汲極區、所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
本公開還提供了一種測試器件群測試方法，用於測試測試器件群場效應晶體管，所述測試器件群場效應晶體管，包括：基板；源極區，位於所述基板之中；汲極區，位於所述基板之中，並在所述基板的水平方向上與所述源極區相對布置；介電層，在所述基板的垂直方向上覆蓋於所述基板之上；以及閘極區，在所述垂直方向上位於所述介電層之上，並在所述水平方向上位於所述源極區和所述汲極區之間，其中，所述閘極區遠離在所述水平方向上從所述源極區的中心區域指向所述汲極區的中心區域的軸線，其中，所述測試器件群測試方法包括：步驟S100，施加第一電壓於所述場效應晶體管的所述閘極區和所述源極區之間，並在預定時間長度之後停止施加所述第一電壓，以便測量所述場效應晶體管的可靠性；以及步驟S200，施加第二電壓於所述場效應晶體管的所述閘極區和所述源極區之間，以便測量所述場效應晶體管的工作特性。
其中，所述步驟S100中所述第一電壓爲所述閘極區和所述源極區之間最大可承受電壓的期望值，以及所述步驟S200中所述第二電壓爲所述閘極區和所述源極區之間工作電壓範圍中的一組值。
其中，所述步驟S100中所述第一電壓爲20V，以及所述步驟S200的所述第二電壓爲所述閘極區和所述源極區之間工作電壓範圍-10V至+10V中的一組值。
其中，所述步驟S100中和所述步驟S200中所述閘極區包括第一閘極區和第二閘極區，所述第一閘極區和所述第二閘極區分別布置在所述軸線的兩側。
其中，所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述源極區通過晶片內部電路連接。
其中，所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述汲極區通過晶片內部電路連接。
其中，所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接。
其中，所述源極區、所述汲極區和所述閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
其中，所述源極區、所述汲極區、所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
通過採用本公開的測試器件群場效應晶體管及其測試器件群測試方法，由於能够測量測試器件群場效應晶體管的邊緣處的可靠性和工作特性，因此能够更全面地瞭解半導體器件的産品質量，從而有利於半導體器件産品質量的提高。
下面將結合圖4至圖10詳細描述本公開，其中相同的附圖標記表示相同或相似的設備、單元、材料或結構。
圖4示例性示出了根據本公開一個實施例的測試器件群場效應晶體管的俯視圖。圖5A和圖5B分別示例性示出了從圖4中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖4中的剖面線b-b向左看去的剖面圖，其中，剖面線a-a爲測試器件群場效應晶體管的電流通道方向，剖面線b-b位於測試器件群場效應晶體管的寬度方向上，並與剖面線a-a相互垂直。
結合圖4、圖5A和圖5B，可以看到，本公開的測試器件群場效應晶體管FT1包括：基板B；源極區S，位於基板B之中；汲極區D，位於基板B之中，並在基板B的水平方向（即測試器件群場效應晶體管FT1的電流通道方向）上與源極區S相對布置；介電層I，在基板B的垂直方向上覆蓋於基板B之上，即覆蓋於源極區S和汲極區D之上；以及閘極區G1，在所述垂直方向上位於介電層I之上，並在所述水平方向上位於源極區S和汲極區D之間，其中，閘極區G1遠離在所述水平方向上從源極區S的中心區域指向汲極區D的中心區域的軸線（即剖面線a-a），也就是說，閘極區G1在測試器件群場效應晶體管FT1的寬度方向上偏離測試器件群場效應晶體管FT1的通道的中部，而靠近測試器件群場效應晶體管FT1的通道邊緣E處。
其中，源極區S通過外部引線M連接到外部的測試墊Ps，汲極區D通過另一條外部引線M連接到外部的測試墊Pd，閘極區G1通過又另一條外部引線M連接到外部的測試墊Pg。
其中，圖5B示例性示出了從圖4中的剖面線b-b向左看去的剖面圖。爲了突出顯示閘極區G1與測試器件群場效應晶體管FT1在測試器件群場效應晶體管FT1的寬度方向上的位置關係，在圖5B中，假設介電層I是透明的，以便能够看到源極區S，並且，省略了各外部引線M。如圖5B中所示，閘極區G1在測試器件群場效應晶體管FT1的寬度方向上偏離測試器件群場效應晶體管FT1的通道的中部，而靠近測試器件群場效應晶體管FT1的通道邊緣E處。
圖6A和圖6B分別示例性示出了圖4中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖。
如圖6A中所示，當在測試器件群場效應晶體管FT1的閘極區G1和源極區S之間施加電壓時，例如會産生如圖中箭頭所示的電場分布，電場主要存在於靠近測試器件群場效應晶體管FT1的通道一側的邊緣E處。
如圖6B中所示，當測試器件群場效應晶體管FT1的源極區S和汲極區D之間存在導通電流時，例如會産生如圖中箭頭所示的電流分布，電流主要存在於靠近測試器件群場效應晶體管FT1的通道一側的邊緣E處。
圖7示例性示出了根據本公開另一個實施例的測試器件群場效應晶體管的俯視圖。圖8A和圖8B分別示例性示出了從圖7中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖7中的剖面線b-b向左看去的剖面圖，其中，剖面線a-a爲測試器件群場效應晶體管的電流通道方向，剖面線b-b位於測試器件群場效應晶體管的寬度方向上，並與剖面線a-a相互垂直。
結合圖7、圖8A和圖8B，可以看到，如圖7、圖8A和圖8B中所示的本公開的測試器件群場效應晶體管FT2與如圖4、圖5A和圖5B中所示的本公開的測試器件群場效應晶體管FT1的不同在於，如圖7、圖8A和圖8B中所示的本公開的測試器件群場效應晶體管FT2的閘極區除了包括閘極區G1之外，還包括閘極區G2，閘極區G1和閘極區G2分別布置在水平方向（即測試器件群場效應晶體管FT2的電流通道方向）上從源極區S的中心區域指向汲極區D的中心區域的軸線（即剖面線a-a）的兩側，也就是說，閘極區G1和閘極區G2在測試器件群場效應晶體管FT2的寬度方向上分別偏離測試器件群場效應晶體管FT2的通道的中部，而靠近測試器件群場效應晶體管FT2的通道邊緣E處。如圖7、圖8A和圖8B中所示，本公開的測試器件群場效應晶體管FT2的源極區S、汲極區D、閘極區G1和閘極區G2通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
作爲一個實施例，如圖7、圖8A和圖8B中所示，本公開的測試器件群場效應晶體管FT2的閘極區G1和閘極區G2可以繞過汲極區D通過晶片內部電路（on-chip wire）連接。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群場效應晶體管FT2的閘極區G1和閘極區G2也可以繞過源極區S通過晶片內部電路連接。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群場效應晶體管FT2的閘極區G1和閘極區G2也可以分別通過外部引線連接在一起。
圖9A和圖9B分別示例性示出了圖7中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖。
如圖9A中所示，當在測試器件群場效應晶體管FT2的閘極區G1、G2和源極區S之間施加電壓時，例如會産生如圖中箭頭所示的電場分布，電場主要存在於靠近測試器件群場效應晶體管FT2的通道兩側的邊緣E處。
如圖9B中所示，當測試器件群場效應晶體管FT2的源極區S和汲極區D之間存在導通電流時，例如會産生如圖中箭頭所示的電流分布，電流主要存在於靠近測試器件群場效應晶體管FT2的通道兩側的邊緣E處。
採用如上所述的本公開的測試器件群場效應晶體管，可以進行本公開的測試器件群測試。
圖10示例性示出了本公開的測試器件群測試方法的流程圖。如圖10中所示，本公開的測試器件群測試方法用於測試如圖4至圖9所示的測試器件群場效應晶體管，包括：
步驟S100，在場效應晶體管的閘極區和源極區之間施加第一電壓，並在預定時間長度之後停止施加第一電壓，以便測量場效應晶體管的可靠性，例如氧化層的電壓承受能力。其中例如第一電壓爲閘極區和源極區之間最大可承受電壓的期望值，例如20V的直流電壓。
步驟S200，在場效應晶體管的閘極區和源極區之間施加第二電壓，以便測量場效應晶體管正常使用時的工作特性，例如場效應晶體管的轉移特性。其中例如第二電壓爲閘極區和源極區之間工作電壓範圍中的一組值，例如從‒10V至+10V的一組直流電壓值。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述步驟S100中和所述步驟S200中所述閘極區包括第一閘極區和第二閘極區，所述第一閘極區和所述第二閘極區分別布置在所述軸線的兩側。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述源極區通過晶片內部電路連接。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述汲極區通過晶片內部電路連接。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述步驟S100中和所述步驟S200中所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述源極區、所述汲極區和所述閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
此外，作爲一個實施例，本公開的測試器件群測試方法中所述源極區、所述汲極區、所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
通過採用本公開的測試器件群場效應晶體管及其測試器件群測試方法，由於能够測量測試器件群場效應晶體管的邊緣處的可靠性和工作特性，因此能够更全面地瞭解半導體器件的産品質量，從而有利於半導體器件産品質量的提高。
雖然已參照典型實施例描述了本公開，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本公開能够以多種形式具體實施，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的範圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等同範圍內的全部變化和改型都應爲隨附權利要求所涵蓋。
a-a , b-b‧‧‧剖面線
B‧‧‧基板
I‧‧‧介電層
D‧‧‧汲極區
G,G1,G2‧‧‧閘極區
S‧‧‧源極區
FT,FT1,FT2‧‧‧測試器件群場效應晶體管
E‧‧‧邊緣
M‧‧‧外部引線
Ps,Pg,Pd‧‧‧外部的測試墊
S100‧‧‧步驟
S200‧‧‧步驟
下面將參照所附附圖來描述本公開的實施例，其中： 圖1示例性示出了一種現有技術中的測試器件群場效應晶體管的俯視圖； 圖2A和圖2B分別示例性示出了從圖1中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖1中的剖面線b-b向左看去的剖面圖； 圖3A和圖3B分別示例性示出了圖1中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖； 圖4示例性示出了根據本公開一個實施例的測試器件群場效應晶體管的俯視圖； 圖5A和圖5B分別示例性示出了從圖4中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖4中的剖面線b-b向左看去的剖面圖； 圖6A和圖6B分別示例性示出了圖4中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖； 圖7示例性示出了根據本公開另一個實施例的測試器件群場效應晶體管的俯視圖； 圖8A和圖8B分別示例性示出了從圖7中的剖面線a-a向上看去的剖面圖和從圖7中的剖面線b-b向左看去的剖面圖； 圖9A和圖9B分別示例性示出了圖7中的測試器件群場效應晶體管中的電場分布的示意圖和電流分布的示意圖；以及 圖10示例性示出了本公開的測試器件群測試方法的流程圖。
a-a,b-b‧‧‧剖面線
D‧‧‧汲極區
G1‧‧‧閘極區
S‧‧‧源極區
FT1‧‧‧測試器件群場效應晶體管
E‧‧‧邊緣
M‧‧‧外部引線
Ps,Pg,Pd‧‧‧外部的測試墊

Claims (10)

  1. 一種測試器件群場效應晶體管，包括： 基板； 源極區，位於所述基板之中； 汲極區，位於所述基板之中，並在所述基板的水平方向上與所述源極區相對布置； 介電層，在所述基板的垂直方向上覆蓋於所述基板之上；以及 閘極區，在所述垂直方向上位於所述介電層之上，並在所述水平方向上位於所述源極區和所述汲極區之間， 其中，所述閘極區遠離在所述水平方向上從所述源極區的中心區域指向所述汲極區的中心區域的軸線。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之測試器件群場效應晶體管，其中， 所述閘極區包括第一閘極區和第二閘極區，所述第一閘極區和所述第二閘極區分別布置在所述軸線的兩側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之測試器件群場效應晶體管，其中， 所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述源極區通過晶片內部電路連接。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之測試器件群場效應晶體管，其中， 所述第一閘極區和所述第二閘極區繞過所述汲極區通過晶片內部電路連接。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之測試器件群場效應晶體管，其中， 所述第一閘極區和所述第二閘極區通過外部引線連接。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之測試器件群場效應晶體管，其中， 所述源極區、所述汲極區和所述閘極區通過外部引線連接到各自的外部測試墊。
  7. 一種測試器件群測試方法，用於測試測試器件群場效應晶體管，所述測試器件群場效應晶體管，包括：基板；源極區，位於所述基板之中；汲極區，位於所述基板之中，並在所述基板的水平方向上與所述源極區相對布置；介電層，在所述基板的垂直方向上覆蓋於所述基板之上；以及閘極區，在所述垂直方向上位於所述介電層之上，並在所述水平方向上位於所述源極區和所述汲極區之間，其中，所述閘極區遠離在所述水平方向上從所述源極區的中心區域指向所述汲極區的中心區域的軸線，其中，所述測試器件群測試方法包括： 施加第一電壓於所述場效應晶體管的所述閘極區和所述源極區之間，並在預定時間長度之後停止施加所述第一電壓，以便測量所述場效應晶體管的可靠性；以及 施加第二電壓於所述場效應晶體管的所述閘極區和所述源極區之間，以便測量所述場效應晶體管的工作特性。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之測試器件群測試方法，其中， 所述第一電壓爲所述閘極區和所述源極區之間最大可承受電壓的期望值，以及所述第二電壓爲所述閘極區和所述源極區之間工作電壓範圍中的一組值。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之測試器件群測試方法，其中， 所述第一電壓爲20伏特，以及所述第二電壓爲所述閘極區和所述源極區之間工作電壓範圍介於正10伏特至負10伏特之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的測試器件群測試方法，其中， 所述閘極區包括第一閘極區和第二閘極區，所述第一閘極區和所述第二閘極區分別布置在所述軸線的兩側。
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