專利名稱：在線表征的制作方法
在線表征背景技術(shù)
本申請要求在2009年9月21日向美國專利商標(biāo)局提交的標(biāo)題為“ IN-LINE CHARACTERIZATION(在線表征)”的美國專利申請12/563，437的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部內(nèi)容在此引入作為參考。
本發(fā)明的各方面涉及使用溫度曲線(temperature profiling)實現(xiàn)在線表征。
可靠的在線表征在新技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品制造中正變得日益關(guān)鍵。這種情況的至少一個原因是某些可靠性退化機理對于要采用的制造工藝的選擇以及對于在工藝中使用的材料相對敏感。這些可靠性退化機理的實例包括導(dǎo)致偏壓溫度不穩(wěn)定性(BTI)的退化機理并且該退化機理在至少高級集成電路(IC)技術(shù)中是主要的可靠性問題。
但是，由于處于測試條件下的器件傾向在某個點(例如測試開始時，其中不再施加應(yīng)力)之后相對迅速地從所施加的應(yīng)力恢復(fù)(即，快速恢復(fù))，因此一般不可能執(zhí)行準(zhǔn)確的在線BTI測試。器件迅速恢復(fù)的傾向是在提高的應(yīng)力溫度處特別要考慮的問題。在這些情況下，P-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PM0SFET)中的負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性 (NBTI)通常包括兩種退化機理，它們例如包括溝道(Si)與柵極電介質(zhì)(例如SiO2)之間的界面態(tài)產(chǎn)生。界面態(tài)產(chǎn)生是降低器件和電路性能的熱激發(fā)的過程。
已觀察到，由于界面態(tài)產(chǎn)生導(dǎo)致的NBTI偏移在消除應(yīng)力偏壓之后的器件測試期間迅速恢復(fù)。需要專門的高速儀器以便在恢復(fù)發(fā)生之前捕獲實際退化。一般在生產(chǎn)環(huán)境中使用此類儀器是不現(xiàn)實的。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種裝置，包括熱隔離的待測器件，第一和第二電壓被順序施加到該熱隔離的待測器件；局部加熱元件，用于在分別順序施加所述第一和第二電壓期間基本同時地將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件；以及溫度感測單元，用于測量所述待測器件的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種裝置，包括熱隔離的待測器件，第一和第二電壓被順序施加到該熱隔離的待測器件；局部加熱元件，用于獨立于順序地施加所述第一和第二電壓而將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件；以及傳感器，用于測量所述待測器件的特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種執(zhí)行待測器件的在線測試的方法，所述方法包括將所述待測器件進行熱隔離；在所述待測器件被熱隔離之后，將第一和第二電壓施加到所述待測器件；以及在所述電壓的施加期間，獨立于所述電壓的施加而將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件。


在說明書結(jié)尾處的權(quán)利要求書中具體指出并明確要求保護被視為本發(fā)明的主題。 從下面結(jié)合附圖的詳細說明，本發(fā)明的上述和其他方面、特征以及優(yōu)點是顯而易見的，這些附圖是
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的測試方法的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的測試方法的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的測試方法的示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的測試方法的示意圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的測試方法的示意圖6A和6B是待測器件的結(jié)構(gòu)的示意性圖示；
圖7是示出執(zhí)行圖6A和6B的結(jié)構(gòu)的在線測試的方法的流程圖8是待測器件的結(jié)構(gòu)的示意性圖示；以及
圖9是示出執(zhí)行圖8的結(jié)構(gòu)的在線測試的方法的流程圖。
具體實施方式
待測器件(DUT)的應(yīng)力條件與測試條件之間的快速溫度切換加速了應(yīng)力條件下要在線監(jiān)視的DUT的退化機理，然后在測試條件下“凍結(jié)”或停止退化以避免恢復(fù)。由此可在提高的溫度處對DUT執(zhí)行偏壓溫度不穩(wěn)定性(BTI)應(yīng)力測試以加速偏移，同時可以在較低的溫度處執(zhí)行后續(xù)的測試以在出現(xiàn)顯著恢復(fù)之前捕獲實際的BTI引起的偏移。實現(xiàn)此操作的方法和結(jié)構(gòu)允許在在線測試期間進行方便快速的溫度更改，以便實施溫度相關(guān)的器件特性的總體表征。
一般而言，作為一個實例，DUT的在線BTI機理測試涉及將DUT所在的卡盤 (chuck)的卡盤溫度增加到應(yīng)力條件并在該應(yīng)力條件下保持卡盤溫度?？ūP溫度通常約為 85°C或更高以便加速DTU退化。在卡盤溫度穩(wěn)定之后(通常需要約30分鐘)，將DUT在應(yīng)力點偏壓一段時間，通常約為10秒或更長時間。偏壓可以指將應(yīng)力電壓施加于DUT。在應(yīng)力時間之后，電壓降低并在測試點達到穩(wěn)定，然后才獲取第一測試數(shù)據(jù)。這可在約1秒內(nèi)完成。
要執(zhí)行的一組測試可以包括每個節(jié)點處在各種偏壓條件下的若干漏電流-柵極電壓曲線，并且完整的測試序列通常需要花費數(shù)秒以上以便完全表征器件參數(shù)中BTI引入的偏移。在任何情況下，卡盤溫度都保持在提高的應(yīng)力溫度處，即使在測試序列期間也是如此。因此，結(jié)果僅代表恢復(fù)后的器件的結(jié)果并且不反映DUT的實際退化。在一個實例中，測試僅延遲一秒便會導(dǎo)致約50%的恢復(fù)。
參考圖1，其中提供了一種新的測試方法。在此，卡盤溫度維持在大約室溫或更低， 同時通過與DUT接近或相鄰的嵌入式片上局部加熱元件獲得提高的應(yīng)力溫度。該局部加熱器可以由諸如摻雜多晶硅條、擴散電阻器或后段制程(BEOL)TaN電阻器之類的電阻元件形成，該局部加熱器可提供超過100°C的局部加熱。局部加熱度可以取決于施加到局部加熱元件的功率，可通過調(diào)節(jié)提供的功率調(diào)整局部加熱度，以便針對各種應(yīng)力和測試條件獲得寬廣的溫度范圍。使用局部加熱器達到指定溫度所需的時間在毫秒(msec)的量級。這樣，由于可以在斷開局部加熱器的電源之后基本上立即去除局部加熱，因此，可以同時以相對較高的時間和溫度分辨率執(zhí)行應(yīng)力條件之后的在線測試條件。這還允許在松弛之前獲得精確的結(jié)果。
具體如圖1所示，局部加熱器將DUT加熱到局部應(yīng)力溫度Tmsp _，同時在應(yīng)力條件時將電壓Vsd3施加到DUT。在開始測試條件時，斷開局部加熱器的電源并且局部溫度立即返回卡盤溫度Tmsp sm，同時所施加的電壓降為Vsm，此時，DUT的退化測量始于例如測量通過DUT的漏電流的變化Δ Id。
由于局部溫度控制可以獨立于電壓/電流偏壓，因此可以執(zhí)行多種溫度/偏壓應(yīng)力和測試條件。例如，圖2示出應(yīng)力過程開始之前，在所添加的新器件上執(zhí)行相對較低的溫度TO的測試的另一應(yīng)力/測試序列。在圖2的序列中，執(zhí)行與圖1中的方法類似的方法， 只是該方法之前包括局部溫度為以及所施加的電壓為Vsm的TO時刻的初始條件。
如圖3所示，另一序列可被表征為相對較高溫度的AC應(yīng)力條件，后跟低溫度測試條件。在另一情況下，如圖4所示，序列被表征為在相對較低溫度處的具有電阻變化AR的中間表征的熱循環(huán)應(yīng)力條件。在又一種情況下，序列被表征為溫度相關(guān)的器件特性的總體在線器件表征，如圖5所示，其中測量DUT的取決于溫度的驅(qū)動電流Ion(T)。
參考圖6A和6B，示出了實施在線測試方法的結(jié)構(gòu)60或裝置。在結(jié)構(gòu)60中，DUT 61(即，器件A)被諸如擴散電阻器之類的局部加熱器62或某些其他適當(dāng)?shù)钠骷h(huán)繞，并被隔熱體63所圍繞以提高加熱效率。隔熱體63可以例如是淺槽隔離STI、圍繞DUT 61限定的氣隙和/或在絕緣體上硅SOI技術(shù)中位于DUT 61下面的埋氧層(BOX)?？梢栽诰植考訜崞?2內(nèi)的DUT 61附近或鄰近處添加諸如電阻器、金屬線、二極管或某種其他適當(dāng)器件之類的溫度感測單元64以監(jiān)視感興趣區(qū)域內(nèi)的溫度?？梢杂赏獠繙y試設(shè)備通過探測與DUT 612 相連的墊(pad)來確定DUT 61的其他特性(如漏電流的變化、電阻的變化或驅(qū)動電流的變化)。如圖6B所示，探測單元67靠近DUT 61布置以連接到外部測試設(shè)備以執(zhí)行對DUT 61 的測試。
如圖7所示，使用圖6A和6B的結(jié)構(gòu)執(zhí)行在線測試的方法可以包括在操作700設(shè)置卡盤溫度T。接下來，將變量N設(shè)為1(操作710)，通過局部加熱器62調(diào)節(jié)局部溫度(操作720)以及通過溫度感測單元64檢查局部溫度(操作730)。如果判定局部溫度不在預(yù)定參數(shù)中(操作740)，則控制通過第一回路741返回到操作720。另一方面，如果在操作740 判定局部溫度在預(yù)定參數(shù)內(nèi)，則針對第N個應(yīng)力測試，將偏壓施加于DUT 61(操作750)。然后在時間T(N)測量諸如漏電流、電阻和驅(qū)動電流之類的器件參數(shù)(操作760)。然后將變量 N設(shè)為N+1 (操作770)并且控制沿回路771返回到操作710。
參考圖8，為了在表征溫度相關(guān)的器件特性時進一步增加在線測試的靈敏度，可以在加熱區(qū)域以外添加在整個測量期間保持在卡盤溫度的基準(zhǔn)DUT 65( S卩，器件B)。來自DUT 61的測試節(jié)點(如MOSFET的漏極、電阻器的陽極等)和來自基準(zhǔn)DUT 65的測試節(jié)點被饋入差分放大器66以確定DUT 61與基準(zhǔn)DUT 65之間的差別。因此，可以相對于基準(zhǔn)DUT 65 以相對提高的精確度表征溫度相關(guān)的器件特性。如圖6A所示，基準(zhǔn)DUT 65可以包括在隔熱體63內(nèi)并用于相對于DUT 61的那些測量進行比較測量而無需差分放大器66的幫助。
如圖9所示，使用圖8的結(jié)構(gòu)執(zhí)行在線測試的方法可以包括在操作900設(shè)置卡盤溫度T。接下來，將變量N設(shè)為1(操作910)，通過局部加熱器62調(diào)節(jié)局部溫度(操作920) 以及通過溫度感測單元64檢查局部溫度(操作930)。如果判定局部溫度不在預(yù)定參數(shù)內(nèi) (操作940)，則控制通過第一回路941返回到操作920。另一方面，如果在操作940判定局部溫度在預(yù)定參數(shù)內(nèi)，則針對第N個應(yīng)力測試，對DUT 61和基準(zhǔn)DUT 65施加偏壓(操作 950)。然后在時間T(N)測量諸如漏電流、電阻和驅(qū)動電流之類的DUT 61和基準(zhǔn)DUT 65的器件參數(shù)(操作760)并比較這些測量(操作965)。然后將變量N設(shè)為N+1 (操作970)并且控制沿回路971返回到操作910。
盡管參考示例性實施例描述了本公開，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可以做出各種更改以及使用等同物替代本公開的元素而不偏離本發(fā)明的范圍。此外，可以做出許多修改以使特定情況或材料適合本公開的教導(dǎo)而不偏離本公開的基本范圍。因此，本公開并非旨在被限于所披露的作為實現(xiàn)本公開而構(gòu)想的最佳模式的特定示例性實施例，相反，本公開將包括所有落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括熱隔離的待測器件，第一和第二電壓被順序施加到該熱隔離的待測器件； 局部加熱元件，用于在分別順序施加所述第一和第二電壓期間基本同時地將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件；以及溫度感測單元，用于測量所述待測器件的溫度。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，還包括圍繞所述待測器件并為所述待測器件提供隔熱的隔熱溝槽。
3.如權(quán)利要求2中所述的裝置，還包括布置在所述隔熱溝槽內(nèi)的基準(zhǔn)器件。
4.如權(quán)利要求2中所述的裝置，還包括布置在所述隔熱溝槽的外部的基準(zhǔn)器件。
5.如權(quán)利要求4中所述的裝置，其中所述待測器件和所述基準(zhǔn)器件并聯(lián)地與差分放大器相連。
6.如權(quán)利要求2中所述的裝置，其中所述隔熱溝槽包括氧化硅。
7.如權(quán)利要求2中所述的裝置，其中所述隔熱溝槽包括氣隙。
8.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述局部加熱元件包括電阻元件。
9.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述溫度感測單元包括二極管元件。
10.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中所述溫度感測單元包括電阻元件。
11.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中特性包括所述待測器件的漏電流、電阻和驅(qū)動電流中的至少一個。
12.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中在初始時間施加所述第一電壓，在應(yīng)力時間施加所述第二電壓以及在測試時間施加所述第一電壓，以及其中在所述初始時間傳遞所述第一溫度，在所述應(yīng)力時間傳遞所述第二溫度以及在所述測試時間傳遞第三溫度。
13.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中在初始時間施加所述第一電壓，然后在應(yīng)力/測試時間期間順序施加第二和第一電壓，以及其中在初始和應(yīng)力/測試時間期間傳遞所述第二溫度以及與最后一次施加所述第一電壓基本同時地傳遞所述第一溫度。
14.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中間歇地施加所述第一電壓，以及其中在施加所述第一電壓時傳遞所述第一溫度以及在未施加任何電壓時傳遞所述第-~-ilm, ο
15.如權(quán)利要求ι中所述的裝置，其中連續(xù)地施加所述第一電壓，以及其中在初始時間傳遞所述第一溫度，在溫度逐漸增加之后在測試時間期間傳遞所述第二溫度，以及此后基本上立即傳遞所述第一溫度。
16.一種裝置，包括熱隔離的待測器件，第一和第二電壓被順序施加到該熱隔離的待測器件； 局部加熱元件，用于獨立于順序地施加所述第一和第二電壓而將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件；以及傳感器，用于測量所述待測器件的特性。
17.一種執(zhí)行待測器件的在線測試的方法，所述方法包括 將所述待測器件進行熱隔離；在所述待測器件被熱隔離之后，將第一和第二電壓施加到所述待測器件；以及在所述電壓的施加期間，獨立于所述電壓的施加而將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件。
18.如權(quán)利要求17中所述的方法，還包括測量所述待測器件的特性。
19.如權(quán)利要求18中所述的方法，還包括 測量基準(zhǔn)器件的特性；以及將測量所述待測器件的結(jié)果與測量所述基準(zhǔn)器件的特性的結(jié)果相比較。
20.如權(quán)利要求19中所述的方法，還包括放大測量所述待測器件的結(jié)果與測量所述基準(zhǔn)器件的特性的結(jié)果之間的差。
全文摘要
提供了一種裝置，所述裝置包括熱隔離的待測器件，第一和第二電壓被順序施加到該熱隔離的待測器件；局部加熱元件，用于在分別順序施加所述第一和第二電壓期間基本同時地將第一和第二溫度傳遞給所述待測器件；以及溫度感測單元，用于測量所述待測器件的溫度。
文檔編號H01L21/66GK102549734SQ201080040765
公開日2012年7月4日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者M·I·尤努斯, P-C·王, T-H·丁 申請人:國際商業(yè)機器公司