高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯 片和失效检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着超深亚微米CMOS工艺技术的不断发展，各种失效机理开始显现出来，热载 流子注入效应（HCI，Hot Carrier Injection)、与时间有关的栅介质击穿（TDDB，Time Dependent Dielectric Breakdown)效应、金属化电迁移（EM，Electro migration)效应、欧 姆接触孔300链退化和PM0SFET负偏置温度不稳定性（NBTI，Negative Bias Temperature Instability)是超大规模集成电路中出现的主要失效机理，这些失效机理均与温度有关， 特别是电迁移效应。因此在电迁移可靠性测量中，需要准确的知道测量器件的实际温度，使 可靠性寿命的计算更加准确。
[0003] 目前都是采用如图1所示的测量结构对1C器件的电迁移可靠性进行测量，该测量 结构为典型的四端法（kelvin)测量结构，其中结点F1为第一电流端（通电流），结点F2为 第二电流端（通电流）；结点S1为第一测量端（电压测量），结点S2为第二测量端（电压 测量）。在测量时，利用加热装置对待测1C器件进行加热，当加热到预定温度时，使电流通 过第一电流端、1C器件的电路和第二电流端，同时测量第一测量端和第二测量端之间的电 压降，从而利用伏安法计算得到在某一环境温度下1C器件的电阻，根据测量的电阻来侦测 器件是否因为电迁移效应而使得电阻变大而失效。在计算平均失效时间中，待测器件的温 度都是直接用环境温度（即加热装置的温度）替代。
[0004] 但是，现有技术中高电阻结构（High resistance device，High_R)在1C器件中的 应用越来越广泛，因此高电阻结构的可靠性越来越需要重视，特别是电迁移效应的可靠性 问题。目前高电阻结构的电迁移测试还是采用如图1所示的四端法（kelvin)，寿命计算时 直接用环境温度（即加热装置的温度）来代替被测试的高电阻结构的温度。但由于高电阻 结构的焦耳发热效应要远远大于传统的金属器件，因此测试中高电阻结构本身的发热效应 不能再简单的忽略，根据Black电迁移方程：
[0005]
[0006] t5。为平均失效时间,A为常数,j为电流密度,η为电流密度指数,Ea为原子迁移激 活能，k为玻尔兹曼常数，T为高电阻结构的温度，其中T为影响平均失效时间的关键因素。 在利用上述Black电迁移方程计算平均失效时间时，如果直接用环境温度（即加热装置的 温度）来计算，由于该温度远远低于高电阻结构在测试中的实际温度，这会导致可靠性计 算的寿命远远高于实际寿命。因此需要一种装置方法，可以准确的测量高电阻结构在电迁 移可靠性测试中的实际温度。
【发明内容】
[0007] 本申请旨在提供一种高电阻结构的原位温度检测装置、芯片和失效检测方法，以 解决现有技术中不能准确测量高电阻结构温度的问题。
[0008] 为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，提供了一种高电阻结构的原位温度 检测装置，该装置包括：第一二极管，包括第一正极端子和第一负极端子；第二二极管，包 括第二正极端子和第二负极端子；一个或多个二极管组，各上述二极管组分别包括一个或 多个二极管，二极管组反向设置在第一负极端子与第二正极端子之间。
[0009] 进一步地，上述各二极管组包括多个并联的二极管。
[0010] 进一步地,上述各二极管组包括100~10000个二极管。
[0011] 进一步地，上述二极管为肖特基二极管。
[0012] 进一步地，多个上述二极管组并联设置在第一负极端子与第二正极端子之间。
[0013] 进一步地，上述二极管组为两个，并且对称放置在上述高电阻结构的两侧。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括：高电阻结构；以及上述 原位温度检测装置，该原位温度检测装置与高电阻结构相邻设置，用于检测高电阻结构的 工作温度。
[0015] 进一步地，上述原位温度检测装置的第一正极端子和第二负极端子均与高电阻结 构的一端电性连接。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供了一种高电阻结构的失效检测方法，该失效检测 方法采用上述的原位温度检测装置实施，该方法包括步骤：S1，在预定电压下，利用上述原 位温度检测装置获取二极管组的漏电流与温度的关系曲线，预定电压小于上述二极管组的 击穿电压；S2,用上述二极管感应上述高电阻结构所辐射的热量；S3,在上述高电阻结构的 两端施加电压，检测通过上述高电阻结构的电流；S4,使第二负极端子接地，在第一负极端 子和第二负极端子之间施加与步骤S1相同的预定电压，检测二极管组的漏电流，由漏电流 与温度的关系曲线得到上述高电阻结构的温度；以及S5,利用电流、温度值和Black电迁移 方程计算上述高电阻结构的平均失效时间。
[0017] 进一步地，上述步骤S1包括：步骤S11，将高电阻结构加热至预定温度；步骤S12， 在预定温度下，使第二负极端子接地，在原位温度检测装置的第一负极端子与第二负极端 子之间施加预定电压，检测流过二极管组的电流，得到在预定温度下漏电流与温度的对应 关系；以及步骤S13,重复步骤S11和步骤S12,其中，各步骤S11中的预定温度不同，得到漏 电流与温度的关系曲线。
[0018] 进一步地，上述原位检测装置的第一正极端子和第二负极端子均与上述高电阻结 构100的一端电性连接。
[0019] 进一步地，上述步骤S3中在高阻电结构两端施加的电压时，上述第一负极端子接 地。
[0020] 应用本申请的技术方案，第一二极管和第二二极管检测过程中电流的走向，二极 管组用来感应互联结构中高电阻结构辐射出的热量；由于二极管的漏电流与温度之间具有 一定的关系，因此通过检测在不同温度下、相同电压下通过二极管组的电流大小，再根据电 流与温度之间的关系得到高电阻结构的温度，进而解决了现有技术中难以准确测定高电阻 结构温度的问题。
【附图说明】
[0021] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示 意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0022] 图1示出了现有技术中四线法测量结构的结构示意图；
[0023] 图2示出了本申请一种优选实施方式所提供的半导体器件中高电阻结构的原位 温度检测装置的结构示意图；
[0024] 图3示出了本申请利用肖特基二极管作为二极管时得到的温度与漏电流之间的 关系图；
[0025] 图4示出了本申请一种优选实施方式的利用图2所示的原位温度检测装置实施步 骤S1和步骤S4时的电流流向示意图；以及
[0026] 图5示出了本申请一种优选实施方式的向图2所示的高电阻结构施加电压时的电 流流向示意图。
【具体实施方式】
[0027] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另 有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同含义。
[0028] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0029] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里 图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意 图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备 不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、 方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0030] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位