专利名称：电阻温度系数的检测结构及检测方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件技术，尤其涉及一种电阻温度系数的检测结构及检测方法。
背景技术：
在微执行器、微传感器等MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems 微机电系统)半导体器件中，多晶娃器件的电阻温度系数(Temperature Coefficient ofResistance，简称TCR)不仅能够反映多晶硅器件的电阻在不同温度的条件下对器件运行的影响，同时决定着是否能够有效分析多晶硅器件的热电性能，例如热导率、热膨胀系数、热扩散等，从而影响对器件性能的提高与改善，是MEMS半导体器件中的重要参数。多晶硅器件的电阻温度系数随着工艺条件的不同，例如晶粒尺寸的不同、沉积工艺的不同、沉积温度的不同、掺杂浓度的不同以及掺杂类型的不同存在区别，现有的多晶硅器件的电阻温度系数的测试方法是在室温Ttl环境下，测试并记录多晶硅器件的电阻值Rtl ;将所述多晶硅器件加热至一定温度T1并保持稳定，同时记录此时的温度T1，所述温度1\在751 125°C的范围内；测试在所述温度T1时多晶硅器件的电阻值R1 ;将室温I；、电阻Rtl、温度T1和电阻值R1代入电阻温度系数公式，通过计算得到电阻温度系数；所述电阻温度系数公式为TCR= (R1-R0)/(T1-T0)。从计算得到的电阻温度系数，可以得知所述多晶硅器件的电阻是否在高温环境下发生变化，从而得知所测器件在高温环境下的工作性能；在高温环境下，当测得的电阻温度系数发生较大变化时，则说明待测器件在高温环境下的工作性能不良。然而现有的测试多晶硅器件的电阻温度系数的方法中，加热待测器件的时间过长，且在加热之后需要一定时间的冷却，使待测器件保持一个恒定温度，导致测试的工艺过于复杂且耗时较长，因此无法达到现有的半导体器件的晶圆电性测试(WAT =WaferAcceptance Test)的要求；所述晶圆电性测试包括快速测试的要求，以及批量化测试的要求。在公开号为US 2001051212A1的美国专利文件中还可以发现更多的电阻温度系数的方法。
发明内容
本发明解决的问题是，提供一种电阻温度系数的检测结构，使检测器件的电阻温度系数的速度提高；还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法，提高了检测速度并满足了批量测试的需求。为解决上述问题，本发明提供一种电阻温度系数的检测结构，包括半导体衬底； 位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。可选的，所述传感器的材料为金属。 可选的，所述传感器的面积小于待测器件的面积。可选的，所述加热层位于所述待测器件的同一层，且分别位于所述待测器件的两侧。可选的，所述传感器与所述待测器件之间以层间介质层隔离。可选的，所述传感器与所述待测器件之间的距离为400 500纳米。可选的，所述加热层与待测器件之间以绝缘层隔离。可选的，所述加热层与所述待测器件之间的距离为O. I O. 3微米。可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方或下方，且以绝缘层相互隔离。可选的，所述绝缘层为氧化硅或氮化硅。可选的，所述加热层与所述待测器件之间的距离为5 20纳米。可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述第一导电插塞贯穿所述加热层且与加热层电隔离。可选的，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述传感器到所述加热层的距离为400 500纳米，且以层间介质层相互隔离。可选的，所述加热层位于所述待测器件的下方时，所述传感器到所述待测器件的距离400 500纳米，且以层间介质层相互隔离。可选的，所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于I纳米。可选的，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端的边长大于I纳米，小于等于加热层与第二导电插塞连接的一端的边长相等。可选的，所述第二导电插塞由2 100根导电插塞组成。可选的，所述加热层不与第二导电插塞相连的一边的边长，大于待测器件不予第一导电插塞相连的一边的变长。一种电阻温度系数的检测方法，包括在第一温度的环境下，在第一金属互联线两端加载第一偏压，使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流；在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻；在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加热；在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试所在位置的温度；
当所述传感器测得所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻；将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数可选的，所述第一温度为室温。可选的，所述第二温度为75 125°C。可选的，所述第一导电通路中形成恒定电流为O I微安。可选的，所述第二导电通路中产生电流的电流密度为O I毫安/微米。可选的，所述欧姆定律公式为，电阻=电压/电流。可选的，所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数=(第二电阻-第一电阻)/(第
二温度-第一温度)。可选的，所述待测器件的加热时间为O. 5 I. 5分钟。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明实施例提供了一种电阻温度系数的检测结构，所述检测结构能够直接形成于半导体器件内，能够提高电阻温度系数的检测速度，并适用于晶圆电性测试；所述检测结构能够提高电阻温度系数的检测速度的原因是所述加热层能够近距离对待测器件进行加热，因此加热速度提高，同时通过所述检测结构采用传感器测试温度，能够实时且快速地测
得温度。进一步的，当所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于I μ m，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端边长大于I微米，且所述第二导电插塞至少由2 100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线两端加载偏压后，所述加热层、第二导电插塞和第二金属互联线形成导电通路，且所述导电通路中的电流密度较小，因此所述导电通路中不易发生电迁移失效，使加热层能够产生高热同时，对待测器件进行快速加热。进一步的，传感器的材料为金属，能够提高检测待测器件的电阻温度系数的速度；以金属作为传感器的材料能够提高检测电阻温度系数的原因是由于各种金属具有各自已知的温度系数，通过测试金属的电阻率，并将测得的电阻率与已知的温度系数代入温度系数公式，能够快速地得到该金属所在位置的温度；其中，所述金属的温度系数公式为所述金属的温度系数与该金属的电阻率以及金属当时的温度的关系式。本发明的实施例还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法，能够提高检测速度，适用于晶圆电性测试；所述检测方法能提高检测速度是由于，所述电阻温度系数的检测结构引入了加热层，所述加热层能够近距离的对待测器件进行加热，并通过传感器能够实时的测试温度，因此所述的电阻温度系数检测的方法的检测速度提高。
图I是本发明第一实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；图2是图I沿AA’方向的剖面结构示意图3是图I沿BB’方向的剖面结构示意图；图4是本发明第二实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；图5是本发明第三实施例电阻温度系数检测结构的剖面示意图；图6是本发明电阻温度系数的检测方法的检测步骤示意图。
具体实施例方式如背景技术所述，以现有的测试方法测试多晶硅器件的电阻温度系数时，由于加热的时间过长，且在加热之后需要一定时间的冷却，使所测器件保持一个恒定温度，使测试的工艺过于复杂且耗时较长，因此无法达到现有的半导体器件的晶圆电性测试的要求。为了提高半导体器件的电阻温度系数的检测速度，本发明的发明人提供了一种电阻温度系数检测结构，包括半导体衬底；位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。本发明实施例提供了一种电阻温度系数的检测结构，所述检测结构能够直接形成于半导体器件内，能够提高了电阻温度系数的检测速度，并适用于晶圆电性测试；所述检测结构能够提高电阻温度系数的检测速度的原因是所述加热层能够近距离对待测器件进行加热，因此加热速度提高，同时通过所述检测结构采用传感器测试温度，能够实时且快速地测得温度。本发明的发明人还提供了一种电阻温度系数的检测方法，请参考图6，包括步骤步骤S101,在第一温度的环境下,在第一金属互联线两端加载第一偏压,使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成的第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流；步骤S102，在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻；步骤S103，在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成的第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加热；步骤S104，在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试传感器所在位置的温度；步骤S105，当所述传感器测得其所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻；步骤S106，将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。本发明的实施例还提供一种采用所述电阻温度系数的检测结构进行电阻温度系数检测的方法能够提高检测速度，适用于晶圆电性测试；所述检测方法能提高检测速度是由于，所述电阻温度系数的检测结构引入了加热层，所述加热层能够近距离的对待测器件进行加热，并通过传感器能够实时的测试温度，因此所述的电阻温度系数检测的方法的检测速度提高。以下将结合具体实施例对所述电阻温度系数的检测方法进行说明。
以下将结合附图对具体实施例所述电阻温度系数检测结构进行说明。第一实施例请参考图1，为本实施例所述电阻温度系数检测结构的剖面示意图，包括半导体衬底100 ;待测器件102，位于所述半导体衬底100表面，所述待测器件102的材料为多晶硅。所述半导体衬底100作用是为后续形成半导体器件提供工作平台，所述半导体衬底100的材料为η型硅、P型硅、绝缘层上的硅(SOI)、氮化硅以及砷化镓等III-V族化合物
坐寸ο所述待测器件102可以是MEMS半导体器件中的微执行器、微传感器等器件；所述半导体衬底100与所述待测器件102之间，依照具体的半导体器件的工艺要求，还能有若干多晶硅器件层并通过隔离层电隔离。在本实施例中，所述半导体衬底100与所述待测器件102之间有一层介质层101，所述介质层101的材料为氧化硅或氮化硅。请参考图I和图2，其中图2为图I沿ΑΑ’方向的剖面结构示意图，所述待测器件102两端分别连接有第一导电插塞110 ;所述待测器件102两端的第一导电插塞110分别与第一金属互联线120连接。所述第一导电插塞110的材料为铜、钨、铝等金属。所述第一金属互联线120的材料为铜、钨、铝等金属，所述第一金属互联线120用于连接加载焊盘和测试焊盘(未示出)；所述加载焊盘用于在检测过程中在待测器件102两端加载偏压；所述测试焊盘用于在待测器件102两端测试电流，从而得出待测器件的电阻。请参考图I和图3，其中图3为图I沿ΒΒ’方向的剖面结构示意图，分立两块的加热层103，位于所述待测器件102的同一层，且分别位于所述待测器件102的两侧；所述加热层103两端分别连接有第二导电插塞111 ;所述加热层103两端的第二导电插塞111分别与第二金属互联线121连接。所述加热层103不与第二导电插塞111相连的一边的边长，大于待测器件102不与第一导电插塞相连的一边的边长；而且加热层103不与第二导电插塞111相连的一边，与待测器件102不与第一导电插塞相连的一边相邻，使待测器件102能够完全受热且受热均匀。所述加热层103的材料为多晶硅，所述加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长为I 30 μ m。所述第二金属互联线121的材料为铜、铝、钨等金属，第二金属互联线121与第二导电插塞111连接的一端的边长范围是大于I μ m,小于等于加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长。所述第二金属互联线121与加热层103之间也以层间介质层106相互隔离，所述层间介质层为氧化娃、氮化娃中的一种或两种重叠。所述第二导电插塞111由2 100根导电插塞组成。当所述加热层103与第二导电插塞111连接的一端的边长大于I μ m，所述第二金属互联线121与第二导电插塞111连接的一端边长大于I μ m，且所述第二导电插塞111至少由2 100根导电插塞组成时，所述加热层中难以发生电迁移失效；所述加热层中难以发生电迁移失效是由于，当在第二金属互联线121两端加载偏压后，所述加热层103、第二导电插塞111和第二金属互联线121形成导电通路，且所述导电通路中的电流密度较小，因此所述导电通路中不易发生电迁移失效，使加热层103能够产生高热同时，对待测器件102进行快速加热。所述加热层103与待测器件102之间以绝缘层105隔离，所述绝缘层105的材料为氧化硅或氮化硅，所述加热层103与待测器件102之间的距离为O. I O. 3 μ m ;所述加热层103设置于半导体器件内，且与待测器件102的距离近，能够对待测器件102快速加热，提高了电阻温度系数的检测速度。请参考图2，传感器104，位于所述待测器件102上方，所述传感器104两端分别与第三导电插塞112连接。所述传感器104的材料为金属，包括铜、铝、钨、铁、银等。所述传感器104的工作原理为所述金属在不同的温度下具有不同的温度系数；在温度T的环境下，在所述金属两端加入偏压，并测得的金属的电阻为R，经过计算得到金属的电阻率P ;其中，电阻率P =R · S/L，其中S为所述金属电流通过时的横截面积，L为所述金属电流通过的长度；将金属的电阻率P和温度T代入温度系数公式，得到金属的温度T :其中，温度系数公式P =PQ(l+aT)，其中P ^为所述金属在0°C时的电阻率，α为金属在0°C时的温度系数，而且所述金属0°C时的电阻P ^以及温度系数α已知，且如表I所示表I
权利要求
1.一种电阻温度系数检测结构，其特征在于，包括 半导体衬底； 位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接； 相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接； 位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。
2.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器的材料为金属。
3.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器的面积小于待测器件的面积。
4.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的同一层，且分别位于所述待测器件的两侧。
5.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器与所述待测器件之间以层间介质层隔离。
6.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述传感器与所述待测器件之间的距离为400 500纳米。
7.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与待测器件之间以绝缘层隔离。
8.如权利要求4所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与所述待测器件之间的距离为O. I O. 3微米。
9.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方或下方，且以绝缘层相互隔离。
10.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅或氮化硅。
11.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与所述待测器件之间的距离为5 20纳米。
12.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述第一导电插塞贯穿所述加热层且与加热层电隔离。
13.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的上方时，所述传感器到所述加热层的距离为400 500纳米，且以层间介质层相互隔离。
14.如权利要求9所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层位于所述待测器件的下方时，所述传感器到所述待测器件的距离400 500纳米，且以层间介质层相互隔离。
15.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层与第二导电插塞连接的一端的边长大于I微米。
16.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述第二金属互联线与第二导电插塞连接的一端的边长大于I微米，小于等于加热层与第二导电插塞连接的一端的边长相等。
17.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述第二导电插塞由2 100根导电插塞组成。
18.如权利要求I所述电阻温度系数检测结构，其特征在于，所述加热层不与第二导电插塞相连的一边的边长，大于待测器件不与第一导电插塞相连的一边的边长。
19.一种电阻温度系数的检测方法，其特征在于，包括步骤 在第一温度的环境下，在第一金属互联线两端加载第一偏压，使第一金属互联线、第一导电插塞和待测器件形成第一导电通路，且所述第一导电通路中具有恒定电流； 在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第一电压和第一电流，通过欧姆定律公式计算得到第一电阻； 在第二金属互联线两端加载第二偏压，使第二金属互联线、第二导电插塞和加热层形成第二导电通路，且所述第二导电通路中具有电流，使所述加热层温度上升，对待测器件加执. 在第三导电插塞两端加载第三偏压，使第三导电插塞和传感器之间形成第三导电通路，并通过所述传感器测试所在位置的温度； 当所述传感器测得所在位置的温度为第二温度时，在第一金属互联线两端加载第四偏压，且在第一金属互联线两端测试所述第一导电通路的第四电压和第四电流，由欧姆定律计算得到第二电阻； 将第一温度、第二温度、第一电阻和第二电阻代入电阻温度系数公式，通过计算得到待测器件电阻温度系数。
20.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第一温度为室温。
21.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第二温度为75 125。。。
22.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第一导电通路中形成恒定电流为O I微安。
23.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述第二导电通路中产生电流的电流密度为O I毫安/微米。
24.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述欧姆定律公式为，电阻=电压/电流。
25.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述电阻温度系数公式为，电阻温度系数=(第二电阻-第一电阻)/(第二温度-第一温度)。
26.如权利要求19所述电阻温度系数的检测方法，其特征在于，所述待测器件的加热时间为O. 5 I. 5分钟。
全文摘要
一种电阻温度系数检测结构及检测方法，其中所述电阻温度系数检测结构包括半导体衬底；位于所述半导体衬底表面的待测器件，所述待测器件的材料为多晶硅，所述待测器件两端分别连接有第一导电插塞，所述待测器件两端的第一导电插塞分别与第一金属互联线连接；相对所述待测器件设置的加热层，所述加热层的材料为多晶硅，所述加热层两端分别连接有第二导电插塞，所述第二导电插塞至少由两根导电插塞组成，所述加热层两端的第二导电插塞分别与第二金属互联线连接；位于所述待测器件上方的传感器，所述传感器两端分别与第三导电插塞连接。所述电阻温度系数检测结构能够提高对待测器件的加热速度和温度测试速度，进而提高检测电阻温度系数的速度。
文档编号G01R31/26GK102621468SQ201210085789
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月27日 优先权日2012年3月27日
发明者于涛, 李冰寒, 江红, 王哲献, 胡勇, 高超 申请人:上海宏力半导体制造有限公司