專利名稱：利用熔絲測試柵極氧化物的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及集成電路。更具體地說，本發明提供了利用熔絲測試氧化物層的方法與裝置。僅僅作為示例，本發明已經應用于測試柵極氧化物層。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用范圍。
背景技術：
集成電路或“IC”已經從單個硅芯片上制備的少數互連器件發展成為數以百萬計的器件。當前集成電路提供的性能和復雜度遠遠超出了最初的預想。為了在復雜度和電路密度(即，在給定的芯片面積上能夠封裝的器件數目)方面獲得進步，最小器件的特征尺寸(又被稱為器件“幾何圖形”)伴隨每一代集成電路的發展而變得更小。現在制備的半導體器件的特征尺寸小于約1/4微米。
日益增加的電路密度不僅提高了集成電路的性能和復雜度，也降低了消費者的成本。集成電路制造設備可能要花費數億甚至數十億美元。每個制造設備具有一定的晶圓產量。每個晶圓上具有一定數量的集成電路。因此，通過將集成電路的個體器件制備得更小，可以在每個晶圓上制備更多器件，這增加了制造設備的產出。把器件制備得更小非常有挑戰性，因為給定的工藝、器件布局和/或系統設計通常只能向下達到某個特征尺寸。
這種限制的示例是對柵極氧化物層的測試。圖1是示出了用于測試柵極氧化物層的現有方法與裝置的簡化示圖。被測試的柵極氧化物層被夾在兩個導電板110和112之間。板110通過金屬導線120被偏置到地電壓電平。板112通過金屬導線122耦合到源測量單元(SMU)130。源測量單元130可以提供預定電壓，并且通過探測卡132測量所得的電流。在測試期間，預定電壓被源測量單元130提供到導電導線122。流經導電導線122的所得電流被源測量單元130測量。基于所測量的電流，確定柵極氧化物層是否被擊穿。如果所測量的電流變得非常高，則柵極氧化物層被確定為已經擊穿。如果柵極氧化物層被確定為沒被擊穿，則另一電壓被提供給導電導線122用于進一步測試。但是這種用于擊穿檢測的現有方法與裝置具有有限的可靠性和靈敏度。
從上文可以看出，需要一種用于測試氧化物層的改進技術。
發明內容
本發明一般地涉及集成電路。更具體地說，本發明提供了利用熔絲測試氧化物層的方法與裝置。僅僅作為示例，本發明已經應用于測試柵極氧化物層。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用范圍。
在具體實施例中，本發明提供了一種用于測試電介質層的裝置。該裝置包括第一導電板和第二導電板。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該裝置包括第一導電導線和第二導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器。而且，該裝置包括熔絲和第三導電導線，熔絲連接到第二導電導線，第三導電導線連接到熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件。如果流經熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則熔絲會斷開，并且如果流經第三導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第三導電導線會斷開。第一電流閾值的大小小于第二電流閾值。
在另一實施例，一種用于測試電介質層的裝置包括第一導電板和第二導電板。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該裝置包括第一導電導線和第二導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器。電壓檢測器能夠測量與第二導電導線相關聯的電壓。此外，該裝置包括熔絲和第三導電導線，熔絲連接到第二導電導線，第三導電導線連接到熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件。如果流經熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則熔絲會斷開，如果流經第二導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第二導電導線會斷開，并且如果流經第三導電導線的第三電流達到或超過第三電流閾值，則第三導電導線會斷開。第一電流閾值的大小小于第二電流閾值，并且第一電流閾值的大小小于第三電流閾值。
在又一實施例中，一種用于測試電介質層的方法包括將電介質層置于第一導電板和第二導電板之間。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該方法包括由器件向第一導電導線提供第一預定電壓。第一導電導線連接到熔絲。而且，該方法包括由所述器件測量與第一導電導線相關聯的第一電流，以及由電壓檢測器測量與第二導電導線相關聯的電壓。第二導電導線連接到第二導電板和熔絲。并且，該方法包括處理與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息，以及至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述電介質層是否已被擊穿。
通過本發明，實現了許多優于傳統技術的優點。本發明的一些實施例提供了一種測試機制，其可以避免或減少對探測卡的損壞。本發明的某些實施例可以提高電介質擊穿的檢測靈敏度。本發明的一些實施例可以提高電介質擊穿的檢測可靠性。本發明的某些實施例通過使用兩個源測量單元提供了快速檢測。取決于實施例，可以實現這些優點中的一個或多個。在本說明書尤其在下文中將詳細描述這樣和那樣的優點。
參考隨后的詳細說明和附圖，可以更全面地理解本發明的各種其它目的、特征和優點。
圖1是示出了用于測試柵極氧化物層的現有方法與裝置的簡化示圖；圖2是根據本發明實施例的用于測試柵極氧化物層的簡化裝置；圖3是根據本發明實施例的用于測試柵極氧化物層的簡化方法；圖4(A)和4(B)示出了根據本發明實施例所測量的電流與電壓。
具體實施例方式
本發明一般地涉及集成電路。更具體地說，本發明提供了利用熔絲測試氧化物層的方法與裝置。僅僅作為示例，本發明已經應用于測試柵極氧化物層。但是應當認識到，本發明具有更廣闊的應用范圍。
如上所述，在圖1中，當柵極氧化物層擊穿時，流經導線122的電流將變得非常高。高電流會燒壞金屬導線122，并且/或者損壞探測卡132。如果金屬導線122被燒壞，則金屬導線122斷開，進而流經金屬導線的電流迅速降低。因此，柵極氧化物層的擊穿會變得難以檢測。
圖2是根據本發明實施例的用于測試柵極氧化物層的簡化裝置。該圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的范圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。裝置200包括下述組件1.導電板210和212；2.導電導線220、222和224；3.熔絲226；4.源測量單元230和234。
盡管已經使用一組選定的組件來描述裝置200，但是可以存在許多替換、修改和變化形式。例如，一些組件可以被擴展和/或合并。可以在上面提到的組件中插入其它的組件。取決于實施例，組件的布局可以彼此交替。例如，源測量單元234由電壓檢測器替代。在另一示例中，源測量單元230由能提供預定電壓并能測量所得電流的器件替代。可以在本說明書尤其在下文中找到對這些組件的進一步描述。
被測試的柵極氧化物層夾在兩個導電板210和212之間。例如，導電板210和212由金屬制成。導電板210通過導電導線220被偏置到地電壓電平。導電板212連接到導電導線222。導電導線222通過熔絲226連接到導電導線224。例如，導電導線222和224由金屬和/或多晶硅制成。在另一示例中，熔絲226由金屬和/或多晶硅制成。在又一示例中，熔絲226比導電導線222和224細。在又一示例中，熔絲226燒壞所需的閾值電流低于導電導線222和224燒壞所需的另一閾值電流。導電導線224耦合到源測量單元230，導電導線222耦合到源測量單元234。
圖3是根據本發明實施例的用于測試柵極氧化物層的簡化方法。該圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的范圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。方法300包括下述步驟
1.步驟310提供預定電壓；2.步驟320測量電流；3.步驟330測量電壓；4.步驟340確定氧化物擊穿。
盡管已經使用一組特定的步驟來描述方法300，但是可以有許多替代、修改和變化形式。例如，一些步驟可以擴展和/或合并。其它的步驟可以加入上述步驟中。例如，在步驟310之前執行將柵極氧化物層置于導電板210和212之間的步驟。在另一示例中，方法300是由裝置200執行的。取決于實施例，步驟的排列可以彼此替換。例如，至少步驟320的一部分與步驟330的一部分可以同時進行。在另一示例中，步驟320在步驟330之前或之后執行。可以在本說明書尤其在下文中找到對這些步驟的進一步描述。
在步驟310，由源測量單元230將預定電壓提供給導電導線224。在步驟320，流經導電導線224的電流被源測量單元230所測量。在步驟330，與導電導線222有關的電壓電平被源測量單元234所測量。
在步驟340，確定柵極氧化物層是否已被擊穿。如果在步驟320測量的電流從基本為零增加達到或超過電流閾值，則柵極氧化物層被確定為已擊穿。例如，所測量的電壓下降到基本為零，即使供電電壓增加或保持不變。如果柵極氧化物層被確定為沒有擊穿，則再次執行步驟310。例如，不同的電壓被提供給導電導線224。
在一個實施例中，如果步驟320所測量的電流從基本為零增加達到或超過電流閾值，則熔絲226還沒有被燒壞。電流增加被確定為源自氧化物擊穿。在另一實施例中，如果步驟330所測量的電壓明顯不同于步驟310提供的電壓，則作為流經熔絲226的高電流的結果，熔絲226被燒壞。高電流來自氧化物擊穿。在熔絲226被燒壞之后，流經熔絲226的電流變得非常小，例如基本等于零。
圖4(A)和(B)是根據本發明實施例所測量的電流與電壓的簡化示圖。該圖僅僅是示例，其不應當不適當地限制權利要求的范圍。本領域普通技術人員將認識到許多變化、替換和修改形式。
在圖4(A)和(B)中，橫軸表示步驟310處提供的電壓。圖4(A)中的縱軸表示步驟320處測量的電流，圖4(B)中的縱軸表示步驟330處測量的電壓。如圖4(A)所示，所測量的電流從基本為零跳升到約3.345mA，然后下降回基本為零。相反，如圖4(B)所示，所測量的電壓保持基本等于所提供的電壓，然后下降到基本為零。所測量的電流下降回基本為零和所測量的電壓下降到基本為零應當約在熔絲燒壞的同時發生。
在另一實施例中，一種用于測試電介質層的裝置包括第一導電板和第二導電板。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該裝置包括第一導電導線和第二導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器。而且，該裝置包括熔絲和第三導電導線，熔絲連接到第二導電導線，第三導電導線連接到熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件。如果流經熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則熔絲會斷開，并且如果流經第三導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第三導電導線會斷開。第一電流閾值的大小小于第二電流閾值。例如，該裝置是根據裝置200實現的。
在又一實施例，一種用于測試電介質層的裝置包括第一導電板和第二導電板。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該裝置包括第一導電導線和第二導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器。電壓檢測器能夠測量與第二導電導線相關聯的電壓。此外，該裝置包括熔絲和第三導電導線，熔絲連接到第二導電導線，第三導電導線連接到熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件。如果流經熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則熔絲會斷開，如果流經第二導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第二導電導線會斷開，并且如果流經第三導電導線的第三電流達到或超過第三電流閾值，則第三導電導線會斷開。第一電流閾值的大小小于第二電流閾值，并且第一電流閾值的大小小于第三電閾值。例如，該裝置是根據裝置200實現的。
在又一實施例中，一種用于測試電介質層的方法包括將電介質層置于第一導電板和第二導電板之間。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該方法包括由器件向第一導電導線提供第一預定電壓。第一導電導線連接到熔絲。而且，該方法包括由所述器件測量與第一導電導線相關聯的第一電流，以及由電壓檢測器測量與第二導電導線相關聯的電壓。第二導電導線連接到第二導電板和熔絲。并且，該方法包括處理與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息，以及至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述電介質層是否已被擊穿。例如該方法是根據方法300實現的。
在另一示例中，確定電介質層是否已被擊穿的步驟包括如果所測量的電壓明顯不同于預定電壓并且所測量的第一電流基本等于零，則確定所述電介質層已被擊穿。在又一示例中，確定所述電介質層是否已被擊穿的步驟包括至少基于與所測量的第一電流和多次來的電壓相關聯的信息來確定熔絲是否已經斷開。如果熔絲被確定為已經斷開，則確定所述電介質層已經擊穿。
在又一示例中，該方法包括如果所述電介質層被確定為沒有被擊穿，則由所述器件向第一導電導線提供第二預定電壓，由所述器件測量與第一導電導線相關聯的第一電流，由電壓檢測器測量與第二導電導線相關聯的電壓，處理與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息，以及至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述電介質層是否已被擊穿。在又一示例中，該方法包括如果所述電介質層被確定為已被擊穿，則確定所述電介質層的擊穿電壓等于第一預定電壓減去第二預定電壓。第一導電板被偏置到第二預定電壓。
本發明具有多種應用。在一個實施例中，裝置200和方法300用來測試氧化物層而非柵極氧化物層。在另一實施例中，裝置200和方法300用來測試電介質層而非柵極氧化物層。在又一實施例中，裝置200和方法300用來測試非柵極氧化物層的結構的擊穿。例如，裝置200和方法300用來測試PN結的擊穿。在另一示例中，裝置200和方法300用來測試中間電介質層(ILD)結構和/或中間金屬電介質(IMD)結構的擊穿。在又一示例中，裝置200和方法300用來測試PIP(多晶硅-絕緣體-多晶硅)電容器和/或金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器的擊穿。
本發明具有多種優點。本發明的一些實施例提供了一種測試機制，其可以避免或減少對探測卡的損壞。本發明的某些實施例可以提高電介質擊穿的檢測靈敏度。本發明的一些實施例可以提高電介質擊穿的檢測可靠性。本發明的某些實施例通過使用兩個源測量單元提供了快速檢測。
還應當理解，這里所描述的示例和實施例只是為了說明的目的，本領域的普通技術人員可以根據上述實施例對本發明進行各種修改和變化。這些修改和變化都在本申請的精神和范圍內，并且也在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種用于測試電介質層的裝置，所述裝置包括第一導電板；第二導電板；第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸；第一導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓；第二導電導線，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器；連接到第二導電導線的熔絲；第三導電導線，第三導電導線連接到所述熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件；其中如果流經所述熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則所述熔絲會斷開，如果流經第三導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第三導電導線會斷開；第一電流閾值的大小小于第二電流閾值。
2.如權利要求1所述的裝置，其中如果流經第二導電導線的第三電流達到或超過第三電流閾值，則第二導電導線會斷開；第一電流閾值的大小小于第三電流閾值。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述電壓檢測器能夠測量與第二導電導線相關聯的電壓。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述電壓檢測器是源測量單元。
5.如權利要求1所述的裝置，其中所述器件是源測量單元。
6.如權利要求1所述的裝置，其中第一預定電壓是地電壓。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述熔絲包括選自由金屬和多晶硅組成的組中的至少一個。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述電介質層是氧化物層。
9.一種用于測試電介質層的裝置，所述裝置包括第一導電板；第二導電板，第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸；第一導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓；第二導電導線，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器，所述電壓檢測器能夠測量與第二導電導線相關聯的電壓；連接到第二導電導線的熔絲；第三導電導線，第三導電導線連接到所述熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件；其中如果流經所述熔絲的第一電流達到或超過第一電流閾值，則所述熔絲會斷開；如果流經第二導電導線的第二電流達到或超過第二電流閾值，則第二導電導線會斷開；如果流經第三導電導線的第三電流達到或超過第三電流閾值，則第三導電導線會斷開；第一電流閾值的大小小于第二電流閾值；第一電流閾值的大小小于第三電流閾值。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述電壓檢測器是源測量單元。
11.如權利要求9所述的裝置，其中所述器件是源測量單元。
12.如權利要求9所述的裝置，其中第一預定電壓是地電壓。
13.如權利要求9所述的裝置，其中所述熔絲包括選自由金屬和多晶硅組成的組中的至少一個。
14.如權利要求9所述的裝置，其中所述電介質層是氧化物層。
15.一種用于測試電介質層的方法，所述方法包括將電介質層置于第一導電板和第二導電板之間，第一導電板和第二導電板直接與所述電介質層接觸；由器件向第一導電導線提供第一預定電壓，第一導電導線連接到熔絲；由所述器件測量與第一導電導線相關聯的第一電流；由電壓檢測器測量與第二導電導線相關聯的電壓，第二導電導線連接到第二導電板和所述熔絲；處理與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息；至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述電介質層是否已被擊穿。
16.如權利要求15所述的方法，其中確定所述電介質層是否已被擊穿的步驟包括如果所測量的第一電流達到或超過第一電流閾值，則確定所述電介質層已被擊穿。
17.如權利要求15所述的方法，其中確定所述電介質層是否已被擊穿的步驟包括如果所測量的電壓明顯不同于預定電壓，則確定所述電介質層已被擊穿。
18.如權利要求15所述的方法，其中確定所述電介質層是否已被擊穿的步驟包括如果所測量的電壓明顯不同于預定電壓并且所測量的第一電流基本等于零，則確定所述電介質層已被擊穿。
19.如權利要求15所述的方法，其中確定所述電介質層是否已被擊穿的步驟包括至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述熔絲是否已經斷開；如果所述熔絲被確定為已經斷開，則確定所述電介質層已被擊穿。
20.如權利要求15所述的方法，其中如果第一電流達到或超過第一電流閾值，則第一導電導線會斷開；如果流經所述熔絲的第二電流達到或超過第二電流閾值，則所述熔絲會斷開；第一電流閾值的大小大于第二電流閾值。
21.如權利要求15所述的方法，其中所述電介質層是氧化物層。
22.如權利要求15所述的方法，還包括如果所述電介質層被確定為沒有被擊穿，則由所述器件向第一導電導線提供第二預定電壓；由所述器件測量與第一導電導線相關聯的第一電流；由所述電壓檢測器測量與第二導電導線相關聯的電壓；處理與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息；至少基于與所測量的第一電流和所測量的電壓相關聯的信息來確定所述電介質層是否已被擊穿。
23.如權利要求15所述的方法，還包括如果所述電介質層被確定為已被擊穿，則確定所述電介質層的擊穿電壓等于第一預定電壓減去第二預定電壓，第一導電板被偏置到第二預定電壓。
全文摘要
本發明公開了一種用于測試電介質層的裝置與方法。該裝置包括第一導電板和第二導電板。第一導電板和第二導電板直接與電介質層接觸。此外，該裝置包括第一導電導線和第二導電導線，第一導電導線連接到第一導電板并被偏置到第一預定電壓，第二導電導線連接到第二導電板和電壓檢測器。而且，該裝置包括熔絲和第三導電導線，熔絲連接到第二導電導線，第三導電導線連接到熔絲和能提供第二預定電壓并能測量電流的器件。
文檔編號G01R31/00GK1959403SQ200510110070
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月2日 優先權日2005年11月2日
發明者龔斌 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
