水汽检测器件及水汽检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种水汽检测器件及水汽检测方法，待测结构被湿池结构的水汽影响，而与待测结构相同的标准结构被隔离，使得标准结构不受水汽影响，之后将标准结构和待测结构的电性参数相比较，即可具体的得出水汽对半导体器件可靠性的影响，具有很高的灵敏度和可信性，并有利于优化现有生产工艺。
【专利说明】水汽检测器件及水汽检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种水汽检测器件及应用该水汽检测器件的水汽检测方法。
【背景技术】
[0002]集成电路的快速发展，给可靠性测试带来了巨大的挑战。集成电路工作者要进一步深入研究可靠性物理和失效机理，加强可靠性工程相关工作，以减少可靠性对集成电路特征尺寸进一步缩小的制约，并保证产品保持足够的可靠性容限。
[0003]互补金属氧化物半导体(CMOS)的尺寸达到45nm节点及以下，金属互连对器件速度的延迟(RC效应)越发不容忽视，为了解决这一问题，超低K介质层(ultra 1wkdielectric)被引入到CMOS生产的后段工艺(BEOL)中，用作层间介电层以减少器件的RC效应。
[0004]然而新材料的引入导致了新的可靠性问题。由于超低K介质层的机械、电学和热学性能远远低于传统的二氧化娃材料，其吸湿性(moisture uptake)更加的显著。
[0005]通常，水汽(moisture)含量较高时对半导体器件有着如下两方面的危害:一，电性能不稳定。在温度较低时容易造成产品的漏电流增加，很有可能出现整批报废的情况。二，影响金属互连线。比如水汽含量较高时会对金属造成腐蚀，导致电路开路；在有污染物的情况下，也容易形成电解液，从而使得多层金属都收到腐蚀。
[0006]现有工艺中还未形成一种较有效的方法来灵敏的检测这一问题从而改善制程过程。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种水汽检测器件及应用该水汽检测器件的水汽检测方法，以解决现有工艺不能够准确的表征水汽对可靠性的影响的问题。
[0008]为解决上述技术问题，本发明提供一种水汽检测器件，用于检测水汽对器件可靠性的影响，包括:
[0009]一湿池结构，用以提供水汽；
[0010]一待测结构，用以接收所述湿池结构提供的水汽；及
[0011]一标准结构，该标准结构与所述待测结构相同，且与所述湿池结构相隔离。
[0012]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述待测结构和标准结构分列于所述湿池结构两侧。
[0013]进一步的，对于所述的水汽检测器件，还包括一空置结构，所述空置结构位于所述标准结构和湿池结构之间，用于隔离所述标准结构和湿池结构。
[0014]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述空置结构为金属填充区域。
[0015]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述湿池结构包括一超低K电介质区域和
一围绕所述超低K电介质区域的密封环。[0016]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述密封环具有开口，所述开口暴露出所述超低K电介质区域，且所述开口靠近所述待测结构。
[0017]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述待测结构、标准结构、空置结构和湿池结构为矩形。
[0018]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述矩形的长度及宽度皆为5unTl000Um。
[0019]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述矩形的长度及宽度皆为50unTl00Um。
[0020]进一步的，对于所述的水汽检测器件，所述待测结构和标准结构皆为电容结构。
[0021]本发明提供一种基于上述水汽检测器件的水汽检测方法，包括:
[0022]测量待测结构和标准结构的电性参数；
[0023]将测得的待测结构和标准结构的电性参数进行比较，以判断水汽对待测结构的影响。
[0024]进一步的，对于所述的水汽检测方法，所述电性参数包括:电容，击穿电压，经时击穿及漏电流。
[0025]进一步的，对于所述的水汽检测方法，若所述待测结构和标准结构的电容相差小于3%，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
[0026]进一步的，对于所述的水汽检测方法，若所述待测结构和标准结构的击穿电压相差小于2V，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
[0027]进一步的，对于所述的水汽检测方法，若所述待测结构和标准结构的经时击穿相差小于2年，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
[0028]进一步的，对于所述的水汽检测方法，若所述待测结构和标准结构的漏电流相差小于一个数量级，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
[0029]本发明提供的水汽检测器件及水汽检测方法中，待测结构被湿池结构的水汽影响，而与待测结构相同的标准结构被隔离，使得标准结构不受水汽影响，之后将标准结构和待测结构的电性参数相比较，即可具体的得出水汽对半导体器件可靠性的影响，具有很高的灵敏度和可信性，并有利于优化现有生产工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例的水汽检测器件的示意图；
[0031]图2为本发明实施例的水汽检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图和具体实施例对本发明提供的水汽检测器件及水汽检测方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0033]请参考图1，图1为本发明实施例的水汽检测器件的示意图。其形成于一晶圆上，包括:
[0034]一待测结构1、一标准结构2和一湿池结构3，所述待测结构I和标准结构2分列于所述湿池结构3的两侧，所述湿池结构3靠近待测结构I处形成有一开口 5 ;—空置结构4，所述空置结构4位于所述标准结构2和湿池结构3之间。[0035]具体的，所述待测结构1、标准结构2、空置结构4和湿池结构3可以为矩形，其长度和宽度皆为5unTl000um。优选的，所述矩形的长度和宽度皆为50unTl00um。
[0036]所述待测结构和标准结构皆为电容结构，其具有现有工艺形成的属性，此处不做赘述。
[0037]本实施例中，所述空置结构为金属填充区域(dummy metal),其可以位于晶圆的切割道上，以良好的利用空间。
[0038]上述水汽检测器件的排列方式可以不限于图1中所示的排成一行，也可以是排成一列，或者是折状等，这些可由实际生产中晶圆的状况而定。
[0039]请继续参考图1，所述湿池结构3包括一超低K电介质区域6和一围绕所述超低K电介质区域6的密封环7，其中，所述密封环7靠近所述待测结构处形成有一开口 5，从而暴露出部分所述超低K电介质区域6。
[0040]通常超低K电介质对水汽的吸收是比较显著的，故将超低K介质区域6用密封环7进行围绕，以形成可以提供水汽的“源”，其开口 5则能够将水汽从“源”内散发出去，进而被待测结构I接收。而被密封环7所遮挡的区域则不能使得水汽通过，同时由于空置结构4的存在，确保了标准结构2不受水汽的影响，也就避免了在测量过程中由于结构本身的缺陷所带来的系统误差，具有较高的精确度。
[0041]请参考图2，本发明实施例提供一种基于上述的水汽检测器件的水汽检测方法，包括:
[0042]步骤S201，测量形成于晶圆上各个芯片的检测结构的待测结构的电性参数。包括电容(capacitance)、击穿电压(Breakdown Voltage, VBD)、经时击穿(Time DependantDielectric Breakdown, TDDB)和漏电流(leakage current)。
[0043]步骤S202，测量形成于晶圆上各个芯片的检测结构的标准结构的电性参数。包括电容，击穿电压，经时击穿及漏电流。
[0044]步骤S203，将所测得的待测结构的电性参数和标准结构的电性参数分别进行比较，计算出待测结构的电性参数和标准结构的电性参数的差值。并按照如下设定来判断对器件的影响程度。
[0045]通常，所述待测结构和标准结构所测得的电容相差小于3%，则认为有效，即水汽对待测结构的影响是可以接受的；反之，如果所测得的差值大于等于3%，则说明水汽对待测结构的影响应当引起注意或者是必须要改进的。
[0046]水汽对击穿电压的影响程度决定于所述待测结构和标准结构的击穿电压相差是否小于2V，在小于2V的情况下，即可认为所述待测结构仍然具有良好的可靠性；反之，则可靠性不佳，应当另行处理。
[0047]水汽对经时击穿的影响则有一个较大的范围，经计算，所述待测结构和标准结构的经时击穿相差约为2年或以下时，即可以接受；而在此范围之外，则其使用寿命将大打折扣。
[0048]漏电流的大小同样是值得关注的，如【背景技术】中所提到的，当漏电流较大时很容易出现整批报废的情况。由于通常漏电流都是较小，故测得的所述待测结构和标准结构的漏电流相差小于一个数量级即可；超出一个数量级则很容易使得电性极不稳定，成为“废
口 ”
ΡΠ ο[0049]综合上述对所述待测结构和标准结构的电性参数差值的限定，可以具体的判断出器件的可靠性，另一方面，结合器件的生产工艺流程，可以有针对性的判断制程中需要改进的环节，从而修正相应的工艺，提高生产效率。
[0050]本发明实施例提供一种包括所述水汽检测器件的晶圆，用于进行分析电性参数。所述水汽检测器件形成于各个芯片上。具体的，可以为横向，可以为纵向，或者倾斜；所述水汽检测器件可以形成在有器件结构的区域。
[0051]上述方案中提供的水汽检测器件及水汽检测方法中，待测结构被湿池结构的水汽影响，而与待测结构相同的标准结构被隔离，使得标准结构不受水汽影响，之后将标准结构和待测结构的电性参数相比较，即可具体的得出水汽对半导体器件可靠性的影响，具有很高的灵敏度和可信性，并有利于优化现有生产工艺。
[0052]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种水汽检测器件，用于检测水汽对半导体器件可靠性的影响，其特征在于，包括: 一湿池结构，用以提供水汽； 一待测结构，用以接收所述湿池结构提供的水汽 '及 一标准结构，该标准结构与所述待测结构相同，且与所述湿池结构相隔离。
2.如权利要求1所述的水汽检测器件，其特征在于，所述待测结构和标准结构分列于所述湿池结构两侧。
3.如权利要求2所述的水汽检测器件，其特征在于，还包括一空置结构，所述空置结构位于所述标准结构和湿池结构之间，用于隔离所述标准结构和湿池结构。
4.如权利要求3所述的水汽检测器件，其特征在于，所述空置结构为金属填充区域。
5.如权利要求1所述的水汽检测器件，其特征在于，所述湿池结构包括一超低K电介质区域和一围绕所述超低K电介质区域的密封环。
6.如权利要求5所述的水汽检测器件，其特征在于，所述密封环具有开口，所述开口暴露出所述超低K电介质区域，且所述开口靠近所述待测结构。
7.如权利要求3飞任一项所述的水汽检测器件，其特征在于，所述待测结构、标准结构、空置结构和湿池结构为矩形。
8.如权利要求7所述的水汽检测器件，其特征在于，所述矩形的长度及宽度皆为5unTl000um。
9.如权利要求8所述的水汽检测器件，其特征在于，所述矩形的长度及宽度皆为50unTl00um。
10.如权利要求1所述的水汽检测器件，其特征在于，所述待测结构和标准结构皆为电容结构。
11.一种基于权利要求f 10中任一项所述的水汽检测器件的水汽检测方法，其特征在于，包括: 测量待测结构和标准结构的电性参数； 将测得的待测结构和标准结构的电性参数进行比较，以判断水汽对待测结构的影响。
12.如权利要求11所述的水汽检测方法，其特征在于，所述电性参数包括:电容，击穿电压，经时击穿及漏电流。
13.如权利要求12所述的水汽检测方法，其特征在于，若所述待测结构和标准结构的电容相差小于3%，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
14.如权利要求12所述的水汽检测方法，其特征在于，若所述待测结构和标准结构的击穿电压相差小于2V，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
15.如权利要求12所述的水汽检测方法，其特征在于，若所述待测结构和标准结构的经时击穿相差小于2年，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
16.如权利要求12所述的水汽检测方法，其特征在于，若所述待测结构和标准结构的漏电流相差小于一个数量级，则表明水汽对待测结构的影响可以接受。
【文档编号】G01R31/12GK103513163SQ201210206555
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】宋兴华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司