本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及測試柵極氧化層的擊穿電壓的方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展和微電子芯片集成度的大幅提高，集成電路設(shè)計和加工水平已經(jīng)進(jìn)入納米MOS時代，影響器件可靠性的因素不斷出現(xiàn)，由此導(dǎo)致納米MOS器件性能退化。柵極氧化層的耐壓性能是MOS器件可靠性評估的重要方面。柵極氧化層的時變介質(zhì)擊穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown，TDDB)是柵極氧化層耐壓性能的重要指標(biāo)之一，其中，時變介質(zhì)擊穿是與時間有關(guān)的一種電介質(zhì)的擊穿現(xiàn)象。

參考圖1中所示，現(xiàn)有技術(shù)中的測試柵極氧化層的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)包括：襯底1、形成于襯底1中的有源極2、形成于有源極2中的源極4和漏極5、形成于有源極2上的柵極3、柵極3與襯底1之間的柵極氧化層(圖中未示出)、金屬層6以及插塞7。結(jié)合圖1和圖2所示，采用插塞7分別將柵極3、源極4、漏極5以及金屬層6引出，形成一個MOS管的等效結(jié)構(gòu)，其中，金屬層6上的插塞7將襯底引出。

參考圖2所示，在進(jìn)行時變介質(zhì)擊穿測試時，源極S、漏極D以及襯底B均連接地端，在柵極G上施加上電壓或者電流，并逐漸增減電壓或電流的大小，直至柵極氧化層擊穿，從而測試出一個樣品柵極氧化層的時變介質(zhì)擊穿。

然而，由于現(xiàn)有的測試方法中需要在圖1中的多個晶體管上進(jìn)行多次可靠性測量，對多個晶體管的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，從而得到柵極氧化層的耐壓特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及測試柵極氧化層的擊穿電壓 的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中需要測量大量樣品得到柵極氧化層擊穿電壓的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：多個晶體管、多個二極管、多個保險絲、多個第一測量墊以及至少一個第二測量墊；

每個晶體管均包括形成于一襯底上的柵極以及位于所述柵極兩側(cè)的襯底中的源極和漏極，所述柵極與所述襯底之間具有一柵極氧化層；

每個二極管的正極連接一晶體管的柵極，每個二極管的負(fù)極與該晶體管的柵極連接同一第一測量墊，每個晶體管的柵極以及所述晶體管的柵極連接的第一測量墊之間設(shè)置一保險絲，所述襯底連接所述第二測量墊。

可選的，所述晶體管為NMOS晶體管。

可選的，所述襯底中形成有P阱，所述源極和漏極形成于所述P阱中。

可選的，所述源極和所述漏極均連接所述第二測量墊。

可選的，所述晶體管的個數(shù)為25個～30個，所述第一測量墊的個數(shù)為25個～30個。

可選的，所述二極管的電阻為5kΩ～10kΩ。

可選的，所述保險絲的材料為多晶硅或金屬鋁。

可選的，所述保險絲的額定電流為10^-3安培～10^-2安培。

可選的，所述第一測量墊為鋁焊墊或銅焊墊，所述第二測量墊為鋁焊墊或銅焊墊。

可選的，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)位于所述襯底的劃片道上。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種測試柵極氧化層的擊穿電壓的方法，采用上述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，具體包括：

在所述第一測量墊上施加第一電壓，在所述第一測量墊上施加與所述第一電壓反向的第二電壓，并測量每個所述晶體管的電流值；

依次增加所述第一電壓的大小，并相應(yīng)測量每個所述晶體管的電流值，對應(yīng)得出每個所述晶體管的柵極氧化層的擊穿電壓，統(tǒng)計分析所述柵極氧化層的耐壓特性。

可選的，所述第二測量墊接地端。

可選的，所述晶體管的柵極氧化層擊穿后，與該晶體管連接的所述保險絲熔斷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在測試柵極氧化層的擊穿電壓的過程中，先在第一測量墊上施加一第一電壓，電流由保險絲流過，再在第一測量墊上施施加一反向的第二電壓，并測量每個晶體管的電流。如此反復(fù)施施加第一電壓或第二電壓，逐漸增加第一電壓的大小，并測試每個晶體管相應(yīng)的的電流值。當(dāng)某一晶體管的柵極氧化層擊穿后，電流突然增大，使得與該晶體管連接的保險絲熔斷，該第一電壓即為該晶體管柵極氧化層的擊穿電壓。然而，二極管所在的通路導(dǎo)通，可以保證仍能測量該晶體管的電流。最終，根據(jù)晶體管的電流值，得出每個晶體管的擊穿電壓，并統(tǒng)計分析得出柵極氧化層的耐壓特性。本發(fā)明中，可以同時對多個晶體管的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象進(jìn)行檢測，縮短測試周期。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的測試柵極氧化層時變擊穿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的測試柵極氧化層時變擊穿的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例中的晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實施例中的保險絲的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實施例中在第一測量墊上施加正向電壓的電流流向示意圖；

圖7為本發(fā)明一實施例中在第一測量墊上施加負(fù)向電壓的電流流向示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及測試柵極氧化層的擊穿電壓的方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的核心思想在于，在每個晶體管的柵極與第一測量墊之間并聯(lián)保險絲和二極管，在測試柵極氧化層的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的過程中，先在第一測量墊上施加一第一電壓，進(jìn)行應(yīng)力測試，電流由保險絲流過，再在第一測量墊上 施加一反向的第二電壓，并測量每個晶體管的電流。如此反復(fù)施加第一電壓或第二電壓，逐漸增加第一電壓的大小，并測試每個晶體管的電流。當(dāng)某一晶體管的柵極氧化層擊穿后，電流突然增大，與該晶體管連接的保險絲熔斷，該第一電壓即為該晶體管柵極氧化層的擊穿電壓。然而，二極管所在的通路導(dǎo)通，可以保證仍能測量該晶體管的電流。最終，根據(jù)晶體管的電流值，得出每個晶體管的擊穿電壓，并統(tǒng)計分析得出柵極氧化層的耐壓特性。本發(fā)明中，可以同時對多個晶體管的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象進(jìn)行檢測，縮短測試周期。

以下結(jié)合圖3-圖5對本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的描述。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖參考圖3所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中包括多個晶體管10，所述多個晶體管10排列在一個方向上。結(jié)合圖3和圖4中所示，每個所述晶體管10包括襯底11、位于所述襯底11上的柵極17以及位于柵極17兩側(cè)的襯底中的源極15和漏極16，所述柵極17與所述襯底11之間具有一柵極氧化層13。因此，每個晶體管10為一四端器件，分別包括源極S、漏極D、柵極G以及襯底B。

其中，所述襯底11中形成有阱區(qū)12以及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)14，所述源極15和漏極16形成于所述阱區(qū)12中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)14用以隔離相鄰的晶體管10。以NMOS晶體管為例，所述阱區(qū)12為P阱。以PMOS晶體管為例，所述阱區(qū)12為N阱。當(dāng)然，所述襯底11中還可以形成有其它公知的結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。

繼續(xù)參考圖3所示，每個晶體管10的柵極17均連接一第一測量墊21，在本實施例中，多個晶體管10依次排列，多個第一測量墊21依次排布，并相應(yīng)的排布在相同的方向上，使得在同一個器件上可以制備更多個的晶體管，并節(jié)省器件的面積。本實施例中，所述第一測量墊21為鋁焊墊或銅焊墊，用于在測試過程中施加上電壓，對晶體管10的柵極17提供電壓或電流。此外，所述晶體管10的個數(shù)為25個～30個，并且，所述第一測量墊21的個數(shù)為25個～30個。例如，晶體管10的個數(shù)為26個，所述第一測量墊21的個數(shù)為26個。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的晶體管的個數(shù)并不限于25個～30個，晶體管10的個數(shù)越多，使得測試的結(jié)果更準(zhǔn)備可靠。

所述二極管30連接于每個所述晶體管10的柵極17和與該所述晶體管10的柵極17對應(yīng)相連的所述第一測量墊21之間，所述二極管30的正極連接所述 柵極17，負(fù)極連接所述第一測量墊21。

所述保險絲40連接于每個所述晶體管10的柵極17和與該所述晶體管10的柵極17對應(yīng)相連的所述第一測量墊21之間，也就是說，保險絲40與二極管30并聯(lián)。本實施例中，所述保險絲40的材料為多晶硅或金屬，其結(jié)構(gòu)參考圖5所示，包括窄部42以及位于窄部42兩側(cè)的寬部41，在測試過程中，保險絲40能承受一定的額定電流值，例如10^-3A～10^-2A，當(dāng)通過的電流大于該額定電流值時，保險絲40的窄部42將熔斷，使得保險絲40所在的支路斷開。需要說明的是，本實施例中的二極管30的電阻較大，例如5KΩ～10kΩ，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保險絲40的電阻，使得二極管30與保險絲40并聯(lián)之后，二極管30所在的支路的電流很小，電流主要從保險絲40所在的支路流過，從而在測試過程中，保險絲40支路所在的電流值與晶體管10的電流值更接近，使得后續(xù)在第一測量墊21上施加電壓進(jìn)行應(yīng)力測試時，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

此外，襯底11與所述第二測量墊22相連，使得每個晶體管10的襯底B端均勻地端連接。并且，每個所述晶體管10的源極15和漏極16均與第二測量墊22相連。在本實施例中，所述第二測量墊22接地端，使得每個晶體管10的源極15、漏極16以及襯底11均接地。本實施例中，所述第二測量墊22可以為鋁焊墊或銅焊墊。

其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以形成在半導(dǎo)體襯底的切割道(或稱劃片道)上，避免占用器件區(qū)的面積。所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中各個部件(例如柵極、源極、漏極、柵極氧化層)的形狀可以與要測量的器件區(qū)中的器件的各個部件形狀相同或者相似。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種測試柵極氧化層擊穿電壓的方法，以下結(jié)合圖6、圖7對其進(jìn)行具體說明，同樣的，本發(fā)明中還以晶體管為NMOS晶體管為例進(jìn)行說明，

參考圖6所示，在所述第一測量墊21上施加第一電壓一段時間，例如0.05s～0.10s，并逐漸增加第一電壓的大小，即對每個NMOS晶體管10進(jìn)行應(yīng)力測試。在本實施例中，第一電壓為正向電壓，第一測量墊21上施加上正向的第一電壓之后，電流的方向如圖6中的箭頭所示，也就是說，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的每個NMOS晶體管10的柵極氧化層13兩端施加上電壓，柵極氧化層13形成電容 的結(jié)構(gòu)。之后，參考圖7中所示，在所述第一測量墊21上施加上一反向的第二電壓，即施加上負(fù)向的第二電壓，此時，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的電流方向如圖7中的箭頭所示。同時，測量每一個NMOS晶體管10的電流值的大小。在測試過程中，循環(huán)在第一測量墊21上施加上第一電壓和第二電壓，并逐漸增加第一電壓的大小，并且，在施加負(fù)向電壓時，測量每個NMOS晶體管10的電流值。當(dāng)某個NMOS晶體管10的柵極氧化層13擊穿時，電流突然增大，使得與該NMOS晶體管10連接的保險絲40熔斷，從而確定該點對應(yīng)的第一電壓為NMOS晶體管10的擊穿電壓。此后，繼續(xù)增加第一電壓的值，將每個NMOS晶體管10的擊穿電壓都測試出來，最終，對所有NMOS晶體管10的擊穿電壓進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出NMOS晶體管10的柵極氧化層13的耐壓特性。

需要說明的是，當(dāng)?shù)谝粶y量墊21上的第一電壓達(dá)到一定值，NMOS晶體管10連接的保險絲40熔掉后，在第一測量墊21上施加上負(fù)向的第二電壓時，二極管30的導(dǎo)通，使得該NMOS晶體管10依然能形成通路，不影響對該NMOS晶體管10的電流的測量，從而得出該NMOS晶體管10的擊穿電壓。

在本實施例中，以晶體管為NMOS管為例進(jìn)行說明，然而，在本發(fā)明的其他實施例中，晶體管也可以采用PMOS晶體管，其形成的結(jié)構(gòu)與圖3中的結(jié)構(gòu)相同，PMOS晶體管中同樣的包括源極、漏極、柵極、襯底以及柵極氧化層，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員都可以理解的，在此不做贅述。采用PMOS進(jìn)行測試時，根據(jù)PMOS晶體管的特性，先在第一測量墊上施加上負(fù)向的電壓，對PMOS晶體管進(jìn)行應(yīng)力測試，之后，在第一測量墊上施加上正向的電壓，并測量每個PMOS晶體管的電流值，并循環(huán)該過程，測試得出每個PMOS晶體管的柵極氧化層的擊穿電壓，統(tǒng)計分析柵極氧化層的耐壓特性。

綜上所述，本發(fā)明中，在測試柵極氧化層的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象的過程中，二極管與保險絲并聯(lián)在晶體管的柵極和與該晶體管相連的第一測量墊之間，當(dāng)該晶體管的柵極氧化層被擊穿，保險絲熔斷之后，二極管所在的通路導(dǎo)通，保證可以測量晶體管的電流值。本發(fā)明中，可以同時對多個晶體管的時變介質(zhì)擊穿現(xiàn)象進(jìn)行檢測，縮短測試周期。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。