檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法
【專利摘要】一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括：半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底表面的待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管，通過(guò)測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流，獲得所述待檢測(cè)單元的溫度。由于所述測(cè)試MOS晶體管與待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置，只需要檢測(cè)出所述測(cè)試MOS晶體管的溫度即可獲得待檢測(cè)單元的溫度；且由于所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度呈正比，通過(guò)測(cè)得所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，即能實(shí)時(shí)地獲得所述待檢測(cè)單元的溫度。
【專利說(shuō)明】檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)，特別涉及一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]例如多晶硅、氮化鉭等高阻導(dǎo)電材料被廣泛運(yùn)用在目前的集成電路中，所述高阻導(dǎo)電材料通常會(huì)用于形成電阻等高阻半導(dǎo)體器件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件的尺寸在不斷的減小，因此電阻等高阻半導(dǎo)體器件的尺寸也在不斷的降低，同時(shí)由于所述電阻通常為條形或線形結(jié)構(gòu)，電阻的寬度越來(lái)越小，容易引起電遷移效應(yīng)，使得電阻等高阻半導(dǎo)體器件的電學(xué)參數(shù)發(fā)生改變，甚至可能導(dǎo)致電阻等高阻半導(dǎo)體器件失效。同時(shí)，由于高阻半導(dǎo)體器件的電阻較大，工作時(shí)的溫度較高，而電遷移效應(yīng)受溫度的影響很大，因此，高阻半導(dǎo)體器件更容易受到電遷移效應(yīng)的影響。
[0003]為此，非常有必要檢測(cè)高溫對(duì)高阻半導(dǎo)體器件的電學(xué)性能的影響。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常是將待測(cè)試基片夾持在承片臺(tái)上加熱到特定的溫度后，對(duì)待測(cè)試基片上的高阻半導(dǎo)體器件進(jìn)行電學(xué)性能的測(cè)試，從而判斷出特定溫度時(shí)，高阻半導(dǎo)體器件受到電遷移效應(yīng)的影響程度。但由于高阻半導(dǎo)體器件在測(cè)試時(shí)也會(huì)產(chǎn)生熱量，使得高阻半導(dǎo)體器件對(duì)應(yīng)位置的溫度大于承片臺(tái)設(shè)置的加熱溫度，如果直接利用所述承片臺(tái)設(shè)置的加熱溫度作為測(cè)試時(shí)高阻半導(dǎo)體器件的溫度，會(huì)使得測(cè)試結(jié)果不精確。且由于所述高阻半導(dǎo)體器件的表面往往還形成有層間介質(zhì)層，因此也很難直接利用紅外測(cè)溫的方式進(jìn)行測(cè)試高阻半導(dǎo)體器件實(shí)時(shí)的溫度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法，能方便準(zhǔn)確地檢測(cè)出待測(cè)試單元的溫度。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)方法，包括:提供檢測(cè)結(jié)構(gòu)，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底表面的待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管；將所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)放置在具有加熱功能的承片臺(tái)表面，所述待檢測(cè)單元不工作，利用承片臺(tái)調(diào)節(jié)待檢測(cè)結(jié)構(gòu)的溫度，從而獲得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓，測(cè)得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，從而根據(jù)測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得當(dāng)前待檢測(cè)單元的溫度。
[0006]可選的，測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值的方法包括:所述測(cè)試MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)電學(xué)連接后與直流電源的一端相連接，且所述直流電源的另一端通過(guò)一個(gè)電流表與半導(dǎo)體襯底相連接，在所述測(cè)試MOS晶體管的柵電極施加電壓脈沖信號(hào)，所述電壓脈沖信號(hào)橫跨測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓和平帶電壓，且所述電壓脈沖信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間均小于界面缺陷發(fā)射的時(shí)間常數(shù)，利用所述電流表測(cè)得電荷泵電流；且通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體襯底與源區(qū)、漏區(qū)之間的偏壓，獲得電荷泵電流的最大值。
[0007]可選的，所述電壓脈沖信號(hào)的每一個(gè)脈沖的高電平相等且大于測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓，所述電壓脈沖信號(hào)的每一個(gè)脈沖的低電平相等且小于測(cè)試MOS晶體管的平帶電壓。
[0008]可選的，對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓測(cè)量對(duì)應(yīng)的測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值時(shí)，所述承片臺(tái)的加熱功能關(guān)閉。
[0009]可選的，利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。
[0010]可選的，利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓的電遷移特性進(jìn)行測(cè)試。
[0011]本發(fā)明還提供了一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體襯底,位于半導(dǎo)體襯底表面的待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管，通過(guò)測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流，獲得所述待檢測(cè)單元的溫度。
[0012]可選的，所述待檢測(cè)單元為電阻或MOS晶體管。
[0013]可選的，當(dāng)所述待檢測(cè)單元為電阻時(shí)，所述電阻的兩端分別具有利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法進(jìn)行測(cè)試的兩個(gè)測(cè)試端。
[0014]可選的，當(dāng)所述待檢測(cè)單元為電阻時(shí)，所述待檢測(cè)單元的材料為多晶硅、氮化鉭或氮化鈦。
[0015]可選的，所述測(cè)試MOS晶體管位于待檢測(cè)單元的兩側(cè)或圍繞待檢測(cè)單元設(shè)置。
[0016]可選的，當(dāng)所述測(cè)試MOS晶體管的數(shù)量為兩個(gè)時(shí)，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管分別位于待檢測(cè)單元的兩側(cè)，且所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的柵電極電學(xué)連接，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的源區(qū)電學(xué)連接，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的漏區(qū)電學(xué)連接。
[0017]可選的，所述測(cè)試MOS晶體管為輸入/輸出器件區(qū)的MOS晶體管。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]由于所述測(cè)試MOS晶體管與待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置，所述測(cè)試MOS晶體管的溫度與待檢測(cè)單元的溫度相同，只需要檢測(cè)出所述測(cè)試MOS晶體管的溫度即可獲得待檢測(cè)單元的溫度；且由于測(cè)試MOS晶體管的柵介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底之間的界面缺陷數(shù)量與測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值呈正比，且所述界面缺陷數(shù)量與溫度也呈正比，因此所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度呈正比，通過(guò)測(cè)得所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，即能實(shí)時(shí)地獲得測(cè)試MOS晶體管的溫度，即能實(shí)時(shí)地獲得所述待檢測(cè)單元的溫度，從而能準(zhǔn)確地測(cè)得特定溫度下待檢測(cè)單元的電學(xué)性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為圖1中的檢測(cè)結(jié)構(gòu)沿AA^方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為利用電荷泵技術(shù)測(cè)量界面缺陷數(shù)量的測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例在柵電極上施加的電壓脈沖信號(hào)的脈沖信號(hào)示意圖:
[0024]圖5為半導(dǎo)體襯底與源區(qū)、漏區(qū)之間的偏壓不相同時(shí)，對(duì)應(yīng)的電荷泵電流的電流分布示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]由于現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有一種能準(zhǔn)確且方便地對(duì)待測(cè)試單元的溫度進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)方法，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管，通過(guò)測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流，獲得待檢測(cè)單元的溫度。由于所述測(cè)試MOS晶體管與待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置，所述測(cè)試MOS晶體管的溫度與待檢測(cè)單元的溫度相同，只需要檢測(cè)出所述測(cè)試MOS晶體管的溫度即可獲得待檢測(cè)單元的溫度；且由于測(cè)試MOS晶體管的柵介質(zhì)層與半導(dǎo)體襯底之間的界面缺陷數(shù)量與測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值呈正比，且所述界面缺陷數(shù)量與溫度也呈正比，因此所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度呈正比，通過(guò)測(cè)得所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，即能實(shí)時(shí)地獲得所述測(cè)試MOS晶體管的溫度，即能實(shí)時(shí)地獲得所述待檢測(cè)單元的溫度。
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0027]請(qǐng)參考圖1和圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1中的檢測(cè)結(jié)構(gòu)沿AA^方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:半導(dǎo)體襯底100，位于所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101和位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101表面的電阻110 ;位于所述電阻110兩側(cè)的有源區(qū)內(nèi)的測(cè)試MOS晶體管，所述測(cè)試MOS晶體管包括位于半導(dǎo)體襯底100表面的柵極結(jié)構(gòu)121、位于柵極結(jié)構(gòu)121兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的源區(qū)122和漏區(qū)123，所述柵極結(jié)構(gòu)121包括位于半導(dǎo)體襯底100表面的柵介質(zhì)層124和位于柵介質(zhì)層124表面的柵電極125 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)121表面的第一導(dǎo)電插塞131和位于第一導(dǎo)電插塞131表面且與第一導(dǎo)電插塞131電學(xué)連接的第一金屬互連層141，位于所述源區(qū)122表面的第二導(dǎo)電插塞132和位于第二導(dǎo)電插塞132表面且與第二導(dǎo)電插塞132電學(xué)連接的第二金屬互連層142,位于所述漏區(qū)123表面的第三導(dǎo)電插塞133和位于所述第三導(dǎo)電插塞133表面且與第三導(dǎo)電插塞133電學(xué)連接的第三金屬互連層143 ;不同測(cè)試MOS晶體管對(duì)應(yīng)的第一金屬互連層141電學(xué)連接，使得兩個(gè)MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)121電學(xué)連接；不同測(cè)試MOS晶體管對(duì)應(yīng)的第二金屬互連層142電學(xué)連接，使得兩個(gè)MOS晶體管的源區(qū)122電學(xué)連接；不同測(cè)試MOS晶體管對(duì)應(yīng)的第三金屬互連層143電學(xué)連接，使得兩個(gè)MOS晶體管的漏區(qū)123電學(xué)連接。
[0028]在本實(shí)施例中，所述電阻110為待測(cè)試單元，所述電阻110的材料為多晶硅、氮化鉭或氮化鈦等高阻導(dǎo)電材料，由于高阻導(dǎo)電材料所形成的電阻110的阻值較大，因此工作時(shí)的溫度很高，更容易引起電遷移，更需要能準(zhǔn)確地測(cè)得電阻110工作時(shí)的溫度，從而能準(zhǔn)確地評(píng)估溫度對(duì)電阻110電遷移的影響程度。
[0029]在其他實(shí)施例中，待測(cè)試結(jié)構(gòu)也可以為金屬互連線、電感、位于核心器件區(qū)的MOS晶體管等，利用本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確且方便地檢測(cè)出待測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)溫度，從而能準(zhǔn)確地判斷出評(píng)估溫度對(duì)待測(cè)試結(jié)構(gòu)電遷移的影響程度。其中由于位于核心器件區(qū)的MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)較小，柵介質(zhì)層較薄，容易在電荷泵測(cè)試時(shí)被擊穿，因此只能利用本發(fā)明實(shí)施例的檢測(cè)結(jié)構(gòu)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的溫度。
[0030]在本實(shí)施例中，所述電阻110位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101的表面，利用所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101將電阻110與半導(dǎo)體襯底100及其他半導(dǎo)體器件電學(xué)隔離。且所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101兩側(cè)的有源區(qū)內(nèi)的MOS晶體管用于測(cè)試電阻110的實(shí)時(shí)溫度。在其他實(shí)施例中，所述待測(cè)試結(jié)構(gòu)也可以直接位于所述半導(dǎo)體襯底表面。
[0031]在本實(shí)施例中，所述電阻110的兩端分別具有兩個(gè)測(cè)試端，后續(xù)利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)電阻110的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試電壓施加在電阻110兩端的其中一個(gè)測(cè)試端中，通過(guò)電阻110兩端的另一個(gè)測(cè)試端測(cè)試通過(guò)電阻110的電流，由于電壓和電流分開(kāi)測(cè)試，避免施加電壓時(shí)的附加電阻對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，有利于提高測(cè)試結(jié)果的精確度。在其他實(shí)施例中，所述電阻的兩端也可以都僅有一個(gè)測(cè)試端。
[0032]在本實(shí)施例中，在所述電阻110兩側(cè)具有兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管，由于所述測(cè)試MOS晶體管與電阻110相鄰設(shè)置，所述測(cè)試MOS晶體管的溫度等于電阻110的溫度，因此通過(guò)測(cè)得所述測(cè)試MOS晶體管的溫度即可測(cè)得所述電阻110的溫度。
[0033]在其他實(shí)施例中，也可只在待測(cè)試結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成一個(gè)測(cè)試MOS晶體管，用于測(cè)試所述待測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)溫度?；蛟谒龃郎y(cè)試結(jié)構(gòu)的周圍形成若干個(gè)圍繞待測(cè)試結(jié)構(gòu)設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管，用于測(cè)試所述待測(cè)試結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)溫度。
[0034]在本實(shí)施例中，所述電阻110兩側(cè)的兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)、源區(qū)和漏區(qū)都連接在一起，使得可以同時(shí)對(duì)兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流進(jìn)行測(cè)試。在其他實(shí)施例中，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)、源區(qū)和漏區(qū)都可以獨(dú)立設(shè)置，可以分別測(cè)得所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流，從而分別獲得測(cè)試MOS晶體管的溫度。
[0035]在本實(shí)施例中，用于將不同測(cè)試MOS晶體管的柵極結(jié)構(gòu)、源區(qū)和漏區(qū)相連接的第一金屬互連層141、第二金屬互連層142和第三金屬互連層143位于同一層金屬層內(nèi)。在其他實(shí)施例中，所述第一金屬互連層、第二金屬互連層和第三金屬互連層也可以位于不同的金屬層。
[0036]在本實(shí)施例中，所述測(cè)試MOS晶體管為輸入/輸出器件區(qū)的MOS晶體管，所述測(cè)試MOS晶體管的柵介質(zhì)層的厚度較厚，可以避免柵介質(zhì)層在測(cè)量測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流時(shí)被擊穿。
[0037]利用上述檢測(cè)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種檢測(cè)方法，具體包括:
[0038]提供所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)；
[0039]將所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)放置在具有加熱功能的承片臺(tái)表面，所述待檢測(cè)單元不工作，利用承片臺(tái)調(diào)節(jié)待檢測(cè)結(jié)構(gòu)的溫度，從而獲得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0040]對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓，測(cè)得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，從而根據(jù)測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得當(dāng)前待檢測(cè)單元的溫度。
[0041]請(qǐng)參考圖2，由于所述測(cè)試MOS晶體管的柵介質(zhì)層124形成在半導(dǎo)體襯底100上，所述柵介質(zhì)層124通常為氧化硅層或高K柵介質(zhì)材料層，而半導(dǎo)體襯底100通常為硅層、鍺層或鍺硅層等，因此所述柵介質(zhì)層124和半導(dǎo)體襯底100之間的晶格不匹配，所述柵介質(zhì)層124和半導(dǎo)體襯底100之間存在界面缺陷(Interface trap),經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),所述界面缺陷的數(shù)量與溫度呈正比，通過(guò)測(cè)得柵介質(zhì)層和半導(dǎo)體襯底之間的界面缺陷數(shù)量，即能獲得測(cè)試MOS晶體管的實(shí)時(shí)溫度。且由于所述測(cè)試MOS晶體管與待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置，因此所述測(cè)試MOS晶體管的溫度即為待檢測(cè)單元的溫度。
[0042]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常利用電容-電壓法、Ι/f噪聲分析法、柵控漏襯PN結(jié)法等定量地測(cè)量界面缺陷的數(shù)量，但所述幾種方法都存在各自的缺陷使得測(cè)試結(jié)果不夠精確。為此，本發(fā)明實(shí)施例利用電荷泵(Charge Pumping)技術(shù)測(cè)量界面缺陷的數(shù)量，利用電荷泵技術(shù)測(cè)試的物理模型較清晰，能直接反映界面缺陷的數(shù)量，且便于測(cè)試。
[0043]請(qǐng)參考圖3，為利用電荷泵技術(shù)測(cè)量界面缺陷數(shù)量的測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖，包括:半導(dǎo)體襯底200 ;位于半導(dǎo)體襯底200表面的柵極結(jié)構(gòu)210，所述柵極結(jié)構(gòu)210包括位于半導(dǎo)體襯底200表面的柵介質(zhì)層211和位于柵介質(zhì)層211表面的柵電極212 ;位于所述柵極結(jié)構(gòu)210兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底200內(nèi)的源區(qū)230和漏區(qū)240，所述半導(dǎo)體襯底200與一電流表250的一端相連接，所述電流表250用于測(cè)試流經(jīng)半導(dǎo)體襯底200的交流電流的大??；所述源區(qū)230和漏區(qū)240電學(xué)連接且與直流電源260的一端相連接，所述直流電源260的另一端與電流表250的另一端相連接，利用所述直流電源260使得源區(qū)230、漏區(qū)240與半導(dǎo)體襯底200之間的PN結(jié)反偏。在本實(shí)施例中，以NMOS晶體管為例進(jìn)行說(shuō)明，所述半導(dǎo)體襯底200為P型摻雜，所述源區(qū)230、漏區(qū)240為N型摻雜，在其他實(shí)施例中，所述MOS晶體管也可以為PMOS晶體管。
[0044]利用電荷泵技術(shù)測(cè)量界面缺陷數(shù)量時(shí)，在所述柵電極212上施加特定頻率、特定幅度的電壓脈沖信號(hào)。請(qǐng)參考圖4，所述電壓脈沖信號(hào)橫跨測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓Vth和平帶電壓Vfb,即所述電壓脈沖信號(hào)的高電平大于所述測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓H述電壓脈沖信號(hào)的低電平小于平帶電壓Vfb。在本實(shí)施例中，每一個(gè)電壓脈沖信號(hào)的高電平都相同，低電平也都相同。在其他實(shí)施例中，所述每一個(gè)電壓脈沖信號(hào)的高電平、低電平也可以不相同，但整個(gè)電壓脈沖信號(hào)的至少部分高電平大于所述MOS晶體管的閾值電壓Vth，整個(gè)電壓脈沖信號(hào)的至少部分低電平小于平帶電壓Vm且所述電壓脈沖信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間均小于界面缺陷發(fā)射的時(shí)間常數(shù)。
[0045]當(dāng)柵電極212施加的電壓為電壓脈沖信號(hào)的高電平時(shí)，MOS晶體管的溝道區(qū)表面處于反型狀態(tài)，電子從源區(qū)230、漏區(qū)240流向溝道區(qū)，其中一部分被界面缺陷所俘獲。當(dāng)柵電極212施加的電壓變?yōu)殡妷好}沖信號(hào)的低電平時(shí)，溝道區(qū)將變?yōu)榉e累狀態(tài)，溝道區(qū)的可動(dòng)電子流會(huì)源區(qū)230和漏區(qū)240，但由于電壓脈沖信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間均小于界面缺陷發(fā)射的時(shí)間常數(shù)，被界面缺陷所俘獲的電子，尤其是那些位于較深能級(jí)界面缺陷俘獲的電子，來(lái)不及發(fā)射回導(dǎo)帶，而與半導(dǎo)體襯底200來(lái)的空穴復(fù)合。同理，當(dāng)柵電極212施加的電壓再次變?yōu)殡妷好}沖信號(hào)的高電平時(shí)，界面缺陷來(lái)不及發(fā)射，使得價(jià)帶的空穴與源區(qū)230和漏區(qū)240來(lái)的電子復(fù)合。因此，從整個(gè)周期來(lái)看，相當(dāng)于產(chǎn)生了一股由半導(dǎo)體襯底流向源區(qū)和漏區(qū)的電流，所述電流被稱為電荷泵電流。
[0046]請(qǐng)參考圖5，當(dāng)半導(dǎo)體襯底200與源區(qū)230、漏區(qū)240之間的偏壓不相同時(shí)，對(duì)應(yīng)的電荷泵電流也不相同，在本實(shí)施例中，當(dāng)半導(dǎo)體襯底200與源區(qū)230、漏區(qū)240之間的偏壓為-0.6V?-0.8V時(shí)，電荷泵電流為最大值Iepmax，此時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)得的界面缺陷的數(shù)量即為柵極結(jié)構(gòu)210和半導(dǎo)體襯底200之間的全部界面缺陷數(shù)量。所述電荷泵電流最大值的表達(dá)式為:
[0047]Icpmax = QAEfffLNit
[0048]其中q為電子電量，Λ E為單于電荷泵電流的界面缺陷能量范圍，f為脈沖頻率，W、L為溝道區(qū)的寬和長(zhǎng)，Nit為平均界面缺陷密度。從上述公式可以看出界面缺陷的數(shù)量WLNit與電荷泵電流最大值Iepmax呈正比，平均界面缺陷密度Nit與電荷泵電流最大值Iepmax呈正t匕。同時(shí)由于界面缺陷的數(shù)量與溫度呈正比，因此，所述電荷泵電流最大值Iepmax與溫度呈正比，只需要測(cè)得所述MOS晶體管的電荷泵電流最大值Iepmax,即可獲得MOS晶體管的實(shí)時(shí)溫度。
[0049]為此，先將所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)放置在具有加熱功能的承片臺(tái)表面，所述待檢測(cè)單元不工作，利用承片臺(tái)調(diào)節(jié)待檢測(cè)結(jié)構(gòu)的溫度，從而獲得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0050]請(qǐng)參考圖2，由于所述待檢測(cè)單元不工作，不施加電壓，因此待檢測(cè)單元不會(huì)自發(fā)熱，所述待檢測(cè)單元的溫度即等于承片臺(tái)設(shè)定的溫度。通過(guò)調(diào)整承片臺(tái)的溫度，測(cè)量對(duì)應(yīng)溫度下的測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流最大值1。5_。
[0051]在本實(shí)施例中，將兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的源區(qū)122和漏區(qū)123電學(xué)連接后與一個(gè)直流電壓的一端相連接，且所述直流電壓的另一端通過(guò)一個(gè)電流表與半導(dǎo)體襯底100相連接，在柵電極125上施加電壓脈沖信號(hào)，所述電壓脈沖信號(hào)橫跨測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓Vth和平帶電壓Vfb，且所述電壓脈沖信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間均小于界面缺陷發(fā)射的時(shí)間常數(shù)。通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體襯底與源區(qū)、漏區(qū)之間的偏壓，獲得相應(yīng)溫度下測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流最大值1。_?。同時(shí)通過(guò)調(diào)整承片臺(tái)設(shè)定的溫度，獲得不同溫度下測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流最大值1。_?，獲得電荷泵電流的最大值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0052]然后，對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓，測(cè)得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，從而根據(jù)測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得當(dāng)前待檢測(cè)單元的溫度。
[0053]在本實(shí)施例中，由于所述待檢測(cè)單元的兩端分別具有利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法進(jìn)行測(cè)試的兩個(gè)測(cè)試端，因此利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，包括對(duì)待檢測(cè)單元的電遷移特性、電壓-電流特性、抗擊穿特性等進(jìn)行測(cè)試。在其中一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元的電遷移特性進(jìn)行測(cè)試，具體包括:在待檢測(cè)單元每一端的其中一個(gè)測(cè)試端施加電壓較大的電壓應(yīng)力，通過(guò)待檢測(cè)單元每一端的另一個(gè)測(cè)試端測(cè)量通過(guò)待檢測(cè)單元的電流，通過(guò)電流的變化判斷是否發(fā)生電遷移效應(yīng)。
[0054]由于待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓，會(huì)使得待檢測(cè)單元發(fā)熱，待檢測(cè)單元的溫度高于外界溫度，利用現(xiàn)有技術(shù)很難準(zhǔn)確且方便地測(cè)出待檢測(cè)單元的實(shí)時(shí)溫度。而本發(fā)明實(shí)施例中，利用電荷泵技術(shù)再次測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流最大值。當(dāng)測(cè)得對(duì)應(yīng)的電荷泵電流最大值Iepmax時(shí)，根據(jù)所述電荷泵電流的最大值與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲得此時(shí)測(cè)量MOS晶體管的溫度。
[0055]在本實(shí)施例中，對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓時(shí)，所述承片臺(tái)的加熱功能關(guān)閉。在其他實(shí)施例中，對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓時(shí)，所述承片臺(tái)的加熱功能也可以開(kāi)啟。
[0056]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)方法,其特征在于,包括: 提供檢測(cè)結(jié)構(gòu)，所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底表面的待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管； 將所述檢測(cè)結(jié)構(gòu)放置在具有加熱功能的承片臺(tái)表面，所述待檢測(cè)單元不工作，利用承片臺(tái)調(diào)節(jié)待檢測(cè)結(jié)構(gòu)的溫度，從而獲得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓，測(cè)得測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值，從而根據(jù)測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲得當(dāng)前待檢測(cè)單元的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值的方法包括:所述測(cè)試MOS晶體管的源區(qū)和漏區(qū)電學(xué)連接后與直流電源的一端相連接，且所述直流電源的另一端通過(guò)一個(gè)電流表與半導(dǎo)體襯底相連接，在所述測(cè)試MOS晶體管的柵電極施加電壓脈沖信號(hào)，所述電壓脈沖信號(hào)橫跨測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓和平帶電壓，且所述電壓脈沖信號(hào)的上升時(shí)間、下降時(shí)間均小于界面缺陷發(fā)射的時(shí)間常數(shù)，利用所述電流表測(cè)得電荷泵電流；且通過(guò)調(diào)整半導(dǎo)體襯底與源區(qū)、漏區(qū)之間的偏壓，獲得電荷泵電流的最大值。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述電壓脈沖信號(hào)的每一個(gè)脈沖的高電平相等且大于測(cè)試MOS晶體管的閾值電壓，所述電壓脈沖信號(hào)的每一個(gè)脈沖的低電平相等且小于測(cè)試MOS晶體管的平帶電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，對(duì)所述待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓測(cè)量對(duì)應(yīng)的測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流的最大值時(shí)，所述承片臺(tái)的加熱功能關(guān)閉。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。
6.如權(quán)利要求5所述的檢測(cè)方法，其特征在于，利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法對(duì)待檢測(cè)單元施加測(cè)試電壓的電遷移特性進(jìn)行測(cè)試。
7.—種檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底表面的待檢測(cè)單元，與所述待檢測(cè)單元相鄰設(shè)置的測(cè)試MOS晶體管，通過(guò)測(cè)量所述測(cè)試MOS晶體管的電荷泵電流，獲得所述待檢測(cè)單元的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述待檢測(cè)單元為電阻或位于核心器件區(qū)的MOS晶體管。
9.如權(quán)利要求8所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述待檢測(cè)單元為電阻時(shí)，所述電阻的兩端分別具有利用開(kāi)爾文四端測(cè)試法進(jìn)行測(cè)試的兩個(gè)測(cè)試端。
10.如權(quán)利要求8所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述待檢測(cè)單元為電阻時(shí)，所述待檢測(cè)單元的材料為多晶硅、氮化鉭或氮化鈦。
11.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測(cè)試MOS晶體管位于待檢測(cè)單元的兩側(cè)或圍繞待檢測(cè)單元設(shè)置。
12.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述測(cè)試MOS晶體管的數(shù)量為兩個(gè)時(shí)，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管分別位于待檢測(cè)單元的兩側(cè)，且所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的柵電極電學(xué)連接，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的源區(qū)電學(xué)連接，所述兩個(gè)測(cè)試MOS晶體管的漏區(qū)電學(xué)連接。
13.如權(quán)利要求7所述的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述測(cè)試MOS晶體管為輸入/輸出器件區(qū)的MOS晶體管。
【文檔編號(hào)】G01K7/01GK104458035SQ201310439124
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】馮軍宏, 甘正浩 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司