半导体测试结构及其失效定位分析方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种半导体测试结构及其失效定位分析方法。

背景技术

在半导体的先进制程开发过程中，会设计各种测试结构，用于反应当前工艺存在的问题，通过测试相应的电性参数，发现参数异常的结构，以便于进行失效分析，找到失效原因，进而改进线上工艺条件，最终促进研发进度。然而目前很多测试结构的设计并不利于失效分析。

例如，如图1所示，对于监控后段线状金属线与岛状金属线形成的梳状互联结构，在对该结构样品进行失效分析时，通常是将线状金属线1与岛状金属线2分别通过上层的金属连接线3引出来进行电性测试，利用OBIRCH(激光束电阻异常侦测)/EBIRCH(电子束电阻异常侦测)进行定位，但是该类样品在定位过程中，无法抓到收敛的热点，常常表现为线状异常信号，导致无法定位到准确的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体测试结构及其失效定位分析方法，解决了现有技术中梳状互联结构进行失效分析时无法定位到准确失效位置的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种半导体测试结构，包括第一梳状金属线及第二梳状金属线，所述第一梳状金属线包括多个平行排列的线状金属线，所述第二梳状金属线包括多个平行排列的岛状金属线，所述线状金属线与所述岛状金属线相互间隔且平行排列，所述岛状金属线包括多个沿平行于所述线状金属线排布的岛状部，相邻两个岛状部之间具有间距且相互独立，各个所述岛状部的底部还设置有一PN结。

可选的，所述岛状金属线的上层设置有虚拟金属刻线。

可选的，所述多个线状金属线的一端均连接至第一梳柄金属线，所述多个岛状金属线的一端均连接至第二梳柄金属线，所述线状金属线和所述岛状金属线位于所述第一梳柄金属线和所述第二梳柄金属线之间。

可选的，所述第一梳柄金属线的端部连接有第一焊垫，所述第二梳柄金属线的端部连接有第二焊垫。

基于此，本发明还提供了一种失效定位分析方法，包括以下步骤：

提供一待测试样品，所述待测试样品包括绝缘层，所述绝缘层内形成有一半导体测试结构，所述半导体测试结构包括第一梳状金属线及第二梳状金属线，所述第一梳状金属线包括多个平行排列的线状金属线，所述第二梳状金属线包括多个平行排列的岛状金属线，所述线状金属线与所述岛状金属线相互间隔且平行排列，所述岛状金属线包括多个沿平行于所述线状金属线排布的岛状部，相邻两个岛状部之间具有间距且相互独立，各个所述岛状部的底部还设置有一PN结；

通过监控所述PN结是否导通开启来监控所述线状金属线与所述岛状部是否存在短路，并定位失效位置。

可选的，若所述PN结导通，则对应位置处的所述线状金属线与所述岛状部短路；反之，则对应位置处的所述线状金属线与所述岛状部开路。

可选的，通过二极管伏安特性曲线判断所述PN结是否导通。

可选的，利用微光显微镜进行定位失效位置。

可选的，在定位到所述失效位置后，所述失效定位分析方法还包括：

将所述样品进行切割至所述失效位置所在层，利用纳米探针机台对所述失效位置进行精确定位。

可选的，通过聚焦离子束将所述样品进行切割至所述失效位置所在层。

在本发明提供的一种半导体测试结构及其失效定位分析方法中，通过取消传统梳齿互联结构中岛状金属线上方的金属连接线，使所述岛状金属线的各个岛状部相互独立，同时在各个所述岛状部的底部还设置PN结，能够便于对所述半导体测试结构进行电性测试时，准确定位到短路的岛状部，大大提高失效样品分析的成功率以及效率。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1为现有技术中梳齿互联结构的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的半导体测试结构的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的线状金属线与岛状部的短路示意图。

附图中：

1-线状金属线；2-岛状金属线；3-金属连接线；

10-线状金属线；20-岛状金属线；21-岛状部；30-PN结；31-有源区；32-N阱区；41-第一梳柄金属线；42-第二梳柄金属线；51-第一通孔；52-第二通孔；60-连接金属线；71-第一焊垫；72-第二焊垫。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在与本发明所能产生的功效及所能达成的目的相同或近似的情况下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。如在本发明中所使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图2-图3，图2为本发明一实施例提供的半导体测试结构的结构示意图，图3为本发明一实施例提供的线状金属线与岛状部的短路示意图。本实施例提供了一种半导体测试结构，包括第一梳状金属线及第二梳状金属线，第一梳状金属线包括多个平行排列的线状金属线10，第二梳状金属线包括多个平行排列的岛状金属线20，线状金属线10与岛状金属线20相互间隔且平行排列，岛状金属线20包括多个沿平行于线状金属线10排布的岛状部21，相邻两个岛状部21之间具有间距且相互独立，各个岛状部21的底部还设置有一PN结30。

通过取消传统梳齿互联结构中岛状金属线20上方的金属连接线，使岛状金属线20的各个岛状部21相互独立，同时在各个岛状部21的底部还设置PN结30，能够便于对半导体测试结构进行电性测试时，准确定位到短路的岛状部21，大大提高失效样品分析的成功率以及效率。

优选的，岛状金属线20的上层设置有虚拟金属刻线(dummy metal，图中未示出)，本实施例将传统梳齿互联结构中岛状金属线20上方的金属连接线替换为虚拟金属刻线，以便于在不影响版图设计的前提下使岛状金属线20的各个岛状部21相互独立，互不导通。

本实施例中，多个线状金属线10的一端均连接至第一梳柄金属线41，多个岛状金属线20的一端均连接至第二梳柄金属线42，线状金属线10和岛状金属线20位于第一梳柄金属线41和第二梳柄金属线42之间，第一梳柄金属线41位于线状金属线10的上层并通过第一通孔51与线状金属线10连接，第二梳柄金属线42与线状金属线10位于同层，岛状部21通过第二通孔52与下层的连接金属线60连通，PN结30设置在该连接金属线60的下方。可以理解为，线状金属线10和岛状金属线20位于中间层，第一梳柄金属线41位于该中间层的上层，连接金属线60位于该中间层的下层。

进一步的，第一梳柄金属线41的端部连接有第一焊垫71，第一焊垫71通过第一梳柄金属线41与多个线状金属线10的一端连接，第二梳柄金属线42的端部连接有第二焊垫72，各岛状金属线20的下方设置有N阱区32，第二焊垫72通过第二梳柄金属线42与N阱区连接。如此设计，以便于在测试过程中，通过第一焊垫71向第一梳柄金属线41和线状金属线10施加电压(如高电平)，以及通过第二焊垫72向第二梳柄金属线42和岛状部21施加电压(如低电平)。

本实施例中，图2中带箭头的虚线示意了发生短路时的导通路线情况。电平信号可由第一焊垫71进引入，顺次经过第一梳柄金属线41、第一通孔51、线状金属线10、短路区、岛状部21、第二通孔52、连接金属线60及有源区31到达N阱区32，然后再通过N阱区32、连接金属线60、第二通孔52、第二梳柄金属线42到达第二焊垫72并引出。

基于此，结合图2-图3，本发明实施例还提供了一种失效定位分析方法，包括以下步骤：

提供一待测试样品，待测试样品包括绝缘层，绝缘层内形成有一半导体测试结构，半导体测试结构包括第一梳状金属线及第二梳状金属线，第一梳状金属线包括多个平行排列的线状金属线10，第二梳状金属线包括多个平行排列的岛状金属线20，线状金属线10与岛状金属线20相互间隔且平行排列，岛状金属线20包括多个沿平行于线状金属线10排布的岛状部21，相邻两个岛状部21之间具有间距且相互独立，各个岛状部21的底部还设置有一PN结30；

通过监控PN结是否导通开启来监控线状金属线10与岛状部21是否存在短路，并定位失效位置。

本实施例中，若PN结导通，则对应位置处的线状金属线10与岛状部21短路；反之，则对应位置处的线状金属线10与岛状部21开路。

优选的，通过二极管伏安特性曲线判断PN结是否导通。

优选的，若出现短路且PN结30正常开启，电子空穴的复合辐射光子，可用EMMI(微光显微镜)定位失效位置，因为各个岛状部21相互独立，故只有短路处的岛状部21出现热点，而不会出现线状异常信号。

进一步的，在定位到失效位置后，失效定位分析方法还包括：

将样品进行切割至失效位置所在层，利用纳米探针机台对失效位置进行精确定位。

优选的，通过聚焦离子束将样品进行切割至失效位置所在层。

综上，本发明实施例提供了一种半导体测试结构及其失效定位分析方法，通过取消传统梳齿互联结构中岛状金属线20上方的金属连接线，使岛状金属线20的各个岛状部21相互独立，同时在各个岛状部21的底部还设置PN结30，能够便于对半导体测试结构进行电性测试时，准确定位到短路的岛状部21，大大提高失效样品分析的成功率以及效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明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，均属于本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对本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，倘若这些修改和变型属于本发明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。