用于测试mim电容器件的测试结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于测试MIM电容器件的测试结构，包括：第一MIM电容结构、第二MIM电容结构、第一测试焊垫、第二测试焊垫和第三测试焊垫；第一MIM电容结构和第二MIM电容结构的结构相同，第一MIM电容结构和第二MIM电容结构均包括依次层叠的第一金属电极、介质层和第二金属电极；其中，第一测试焊垫与第一MIM电容结构的第一金属电极电连接，第二测试焊垫与第二MIM电容结构的第二金属电极电连接，第三测试焊垫与第一MIM电容结构和第二MIM电容结构的两个金属电极均电连接。在本实用新型提供的用于测试MIM电容器件的测试结构中，采用两个结构相同的MIM电容结构，能够从MIM电容结构的正反方向分别进行击穿电压的测试，从而保证击穿电压测量的准确性。
【专利说明】用于测试MIM电容器件的测试结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及MIM电容器件，特别涉及一种用于测试MIM电容器件的测试结构。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路的发展，传统的电容器件已经不能满足射频电路的要求。金属-绝 缘体-金属（Metal-Insulator-Metal，简称MIM)电容器件是在半导体器件的互连层间形成 的电容结构，不但具有低阻抗、高电容等优良的特性，而且能够与半导体制造的后道工艺较 好地兼容，因此已经成为替代传统电容器件的新型电容器件。
[0003] 请参考图1，其为现有技术的MM电容器件的结构示意图。如图1所示，现有的MM 电容器件10包括依次层叠的第一金属电极11、介质层12和第二金属电极13,介质层12位 于第一金属电极11和第二金属电极13之间。其中，第一金属电极11和第二金属电极13 是所述MM电容器件的上、下电极，介质层12是所述MM电容器件10的绝缘层。
[0004] 击穿电压是电容器件的极限电压，反映了电容器件的耐压能力。所述MIM电容器 件10 -旦超过击穿电压，介质层12将被击穿，所述MM电容器件10就不能继续正常工作。 击穿电压是一项非常重要的特性，为此需要对其测量和监控，以保证所述MIM电容器件10 的工作电压不超过击穿电压。
[0005] 请参考图2,其为现有技术的用于测试MIM电容器件的测试结构的结构示意图。如 图2所示，现有的用于测试MM电容器件的测试结构100包括：MIM电容结构10a和两个测 试焊垫12,其中，所述MIM电容结构10a作为所述MIM电容器件10的复制件，所述MIM电容 结构10a和所述MM电容器件10的结构完全相同，所述两个测试焊垫12分别与所述MM 电容结构l〇a的上、下电极电连接。对所述测试结构100进行击穿电压的测试时，在其中一 个测试焊垫12上实施驱动电压（force voltage)并通过另一个测试焊垫12读取感应电流 (sense current)，通过判断感应电流是否超过极限以确定所述MIM电容器件10的击穿电 压。
[0006] 然而，在实际的使用过程中发现，所述MIM电容器件10的工作电压虽然没有超过 采用所述测试结构100所测得的击穿电压，但是仍会发生击穿现象。可见，按照现有的测试 方法所测得的击穿电压并不准确，无法有效地监控所述MIM电容器件10的击穿电压，所述 MM电容器件10仍会被击穿而烧损。
[0007] 因此，如何解决现有技术的测试方法不能准确地测量MIM电容器件的击穿电压的 问题成为当前亟需解决的技术问题。 实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种用于测试MIM电容器件的测试结构，以解决现有 的测试方法准确地测量Μ頂电容器件的击穿电压的问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于测试ΜΜ电容器件的测试结构， 所述用于测试ΜΙΜ电容器件的测试结构包括：第一 ΜΙΜ电容结构、第二ΜΙΜ电容结构、第一 测试焊垫、第二测试焊垫和第三测试焊垫；
[0010] 所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的结构相同，所述第一 MIM电容结构 和第二MIM电容结构均包括依次层叠的第一金属电极、介质层和第二金属电极；
[0011] 其中，所述第一测试焊垫与所述第一 MIM电容结构的第一金属电极电连接，所述 第二测试焊垫与所述第二MIM电容结构的第二金属电极电连接，所述第三测试焊垫与所述 第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的第一金属电极和第二金属电极均电连接。
[0012] 优选的，在所述的用于测试MM电容器件的测试结构中，所述第三测试焊垫位于 所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构之间，用于施加驱动电压；
[0013] 所述第一测试焊垫和第二测试焊垫位于所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结 构的两侧，用于分别读取所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的感应电流。
[0014] 优选的，在所述的用于测试MIM电容器件的测试结构中，所述第一金属电极采用 的材料为错或者铜。
[0015] 优选的，在所述的用于测试MM电容器件的测试结构中，所述第二金属电极采用 的材料为钛、氮化钛、钽、氮化钽中的一种或任意组合。
[0016] 优选的，在所述的用于测试MIM电容器件的测试结构中，所述介质层采用的材料 为氮化硅。
[0017] 在本实用新型提供的用于测试MIM电容器件的测试结构中，采用两个结构相同的 MIM电容结构，进行测试时能够从所述MM电容结构的正反两个方向分别实现击穿电压的 测试，从而保证击穿电压测量的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是现有技术的MIM电容器件的结构示意图；
[0019] 图2是现有技术的用于测试MIM电容器件的测试结构的结构示意图；
[0020] 图3是本实用新型实施例的用于测试MIM电容器件的测试结构的结构示意图；
[0021] 图4a至图4c是本实用新型实施例的用于测试MM电容器件的测试结构在不同制 造阶段的俯视图。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的用于测试MIM电容器件的测试 结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助 说明本实用新型实施例的目的。
[0023] 现有的测试方法无法准确有效地监控所述MIM电容器件10的击穿电压，造成所述 MIM电容器件10在使用时出现烧损现象。发明人对此进行了深入的研究，发现造成现有的 测试方法无法准确有效地监控所述MIM电容器件10的击穿电压的原因在于，所述MIM电容 器件10的击穿电压在正反方向上存在差异，由于所述MIM电容器件10的上电极一般米用 铜（Cu)，下电极一般采用钽（Ta)，而Ta与SliN之间的能带差比Cu与SliN之间的能带差 小，因此，所述MM电容器件10在下电极（钽电极）施加驱动电压比在上电极（铜电极） 施加驱动电压更加容易击穿。
[0024] 而且，在下电极（钽电极）上施加驱动电压时上电极（铜电极）会出现尖端放电 现象，使得击穿电压在正反方向上的差异更加明显。产生尖端放电的原因在于，Cu晶格之 间的应力释放使得上电极（铜电极）表面的电荷聚集。在下电极（钽电极）上施加驱动电 压进行击穿电压测试时，尖端放电现象会影响测试结果，使得所述MIM电容器件10更加容 易被击穿。可见，从上电极（铜电极）和下电极（钽电极）分别施加驱动电压所测得的击 穿电压是不同的，在上电极（铜电极）施加驱动电压所测得的击穿电压要比在下电极（钽 电极）施加驱动电压所测得的击穿电压高。
[0025] 而在现有的测试方法中，通过一个测试焊垫12上实施驱动电压到上电极（铜电 极）或下电极（钽电极）上，并通过另一个测试焊垫12测量感应电流以确定击穿电压。由 此可见，在现有的测试方法中只测量了其中一个方向的击穿电压，因此得到的测试结果是 不准确的。
[0026] 综上，造成现有的测试方法无法准确有效地监控所述MM电容器件10的击穿电压 的原因在于，没有考虑到击穿电压在正反方向上存在差异，只测量其中一个方向的击穿电 压。为了解决上述问题，本申请提出了如下技术方案：
[0027] 请参考图3,其为本实用新型实施例的用于测试MIM电容器件的测试结构的结构 示意图。如图3所示，所述用于测试MIM电容器件的测试结构200包括：第一 MIM电容结构 20a、第二MM电容结构20b、第一测试焊垫21a、第二测试焊垫21b和第三测试焊垫21c ;所 述第一 MM电容结构20a和第二MM电容结构20b的结构相同，所述第一 MM电容结构20a 和第二MIM电容结构20b均包括依次层叠的第一金属电极、介质层和第二金属电极；其中， 所述第一测试焊垫21a与所述第一 MIM电容结构20a的第一金属电极电连接，所述第二测 试焊垫21b与所述第二MM电容结构20b的第二金属电极电连接，所述第三测试焊垫21c 与所述第一 MIM电容结构20a和第二MIM电容结构20b的第一金属电极和第二金属均电连 接。
[0028] 具体的，所述第一 MM电容结构20a和第二MM电容结构20b是待测的MM电容 器件的复制件，所述第一 MIM电容结构20a和第二MIM电容结构20b的结构与待测试的MIM 电容器件完全相同。所述第一 MM电容结构20a和第二MM电容结构20b与待测的MM电 容器件一般由相同工艺制造并具有相同的特征，通过测量所述第一 Μ頂电容结构20a和第 二MIM电容结构20b能够得到待测的MIM电容器件的特征。
[0029] 本实施例中，所述第一 MM电容结构20a和第二MM电容结构20b均包括依次层 叠的第一金属电极、介质层和第二金属电极。其中，所述第一金属电极一般米用铜（Cu)或 者铝（A1)等常用的电极金属。所述第二金属电极不宜太厚，同时还需满足大电容值的需 求，为了在厚度较薄的情况下能储存更多的电荷，可以选择钛（Ti)、氮化钛（TiN)、钽（Ta)、 氮化钽（TaN)中的一种或任意组合。所述介质层采用介电常数（k)高的材料，例如氮化硅 (SiN)。
[0030] 请参考图4a至图4c，其为本实用新型实施例的用于测试MM电容器件的测试结构 在不同制造阶段的俯视图。如图4a所示，首先通过溅射工艺形成第一金属层，对所述第一 金属层进行刻蚀形成第一金属电极，所述第一金属电极与所述第二测试焊垫21b和第三测 试焊垫21c电连接。如图4b所示，接着在所述第一金属电极的表面上沉积氮化硅层，作为 所述MM电容器件的绝缘层。如图4c所示，最后在所述氮化硅层上通过溅射工艺形成第二 金属层，对所述第二金属层进行刻蚀形成第二金属电极，所述第二金属电极与所述第一测 试焊垫21a和第三测试焊垫21c电连接。
[0031] 其中，所述第三测试焊垫21c设置于所述第一 MM电容结构20a和第二MM电容 结构20b之间，所述第一测试焊垫21a和第二测试焊垫21b位于所述第一 MM电容结构20a 和第二MIM电容结构20b的两侧，其中，所述第一测试焊垫21a靠近所述第一 MIM电容结构 20a，所述第二测试焊垫21b靠近所述第二MM电容结构20b。
[0032] 请继续参考3,所述第三测试焊垫21c与所述第一 MM电容结构20a和第二MM电 容结构20b的第一金属电极和第二金属电极均电连接，通过所述第三测试焊垫21c能够对 所述第一 MIM电容结构20a和第二MIM电容结构20b的第一金属电极和第二金属电极同时 施加驱动电压。同时，所述第一测试焊垫21a与所述第一 MIM电容结构20a的第一金属电极 电连接，所述第二测试焊垫21b与所述第二MIM电容结构20b的第二金属电极电连接，通过 所述第一测试焊垫21a和所述第二测试焊垫21b能够分别读取所述第一 MIM电容结构20a 和所述第二MIM电容结构20b的感应电流。
[0033] 在利用所述用于测试MIM电容器件的测试结构200进行击穿电压的测试时，在所 述第三测试焊垫21c上实施驱动电压并通过所述第一测试焊垫21a和所述第二测试焊垫 21b测量感应电流。由于所述用于测试MIM电容器件的测试结构200采用了两个MIM电容 结构，进行测试时其中一个MIM电容结构的第一金属电极上施加驱动电压，同时另一个MIM 电容结构的第二金属电极上施加驱动电压，从两个方向分别施加驱动电压，当其中一个方 向的感应电流首先超过设定的极限时，此时的电压即为击穿电压。
[0034] 综上，在本实用新型实施例提供的用于测试MM电容器件的测试结构中，采用两 个结构相同的Μ頂电容结构，进行测试时能够同时从两个方向上分别测量击穿电压，从而 保证所述击穿电压测量的准确性。
[0035] 上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限 定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要 求书的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于测试MIM电容器件的测试结构，其特征在于，包括：第一 MIM电容结构、第 二MIM电容结构、第一测试焊垫、第二测试焊垫和第三测试焊垫； 所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的结构相同，所述第一 MIM电容结构和第 二MIM电容结构均包括依次层叠的第一金属电极、介质层和第二金属电极； 其中，所述第一测试焊垫与所述第一 MM电容结构的第一金属电极电连接，所述第二 测试焊垫与所述第二MIM电容结构的第二金属电极电连接，所述第三测试焊垫与所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的第一金属电极和第二金属电极均电连接。
2. 如权利要求1所述的用于测试MIM电容器件的测试结构，其特征在于，所述第三测试 焊垫位于所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构之间，用于施加驱动电压； 所述第一测试焊垫和第二测试焊垫位于所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的 两侧，用于分别读取所述第一 MIM电容结构和第二MIM电容结构的感应电流。
3. 如权利要求1所述的用于测试MIM电容器件的测试结构，其特征在于，所述第一金属 电极采用的材料为铝或者铜。
4. 如权利要求1所述的用于测试MM电容器件的测试结构，其特征在于，所述第二金属 电极采用的材料为钛、氮化钛、钽、氮化钽中的一种或任意组合。
5. 如权利要求1所述的用于测试MIM电容器件的测试结构，其特征在于，所述介质层采 用的材料为氮化硅。
【文档编号】G01R31/26GK203894369SQ201420275405
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】刘纪涛 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司