CN113552457A - 测试电路及半导体测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试电路，包括：M级测试单元，各级测试单元的第一端均连接到电源线，第二端均连接到地线，第一级测试单元的第三端连接到电源线，第i级测试单元的第三端与第i‑1级测试单元的第四端相连接；其中，所述M和i为大于等于2的正整数。本发明可以对多个电迁移测试元件同时进行检测，大大缩短了测试时间。

Description

测试电路及半导体测试方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及测试电路及半导体测试方法。
背景技术
电迁移(Electro-migration，EM)是半导体器件中主要的失效机理之一，电迁移测试是一种评价半导体器件性能的重要测试，常规电迁移测试结构是用恒定电流加载到长金属线上。在测试时，电流越大，则测试时间越短，但较大的测试电流可能会导致金属寿命预测不合理，且较大的测试电流会由于不同机制使得金属烧毁。然而，测试过程中电流较小会使得测试时间较长，一个一个独立进行测试也会导致测试时间较长，测试效率较低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供测试电路及半导体测试方法。
本发明提供了一种测试电路，包括：
M级测试单元，所述测试单元具有第一端、第二端、第三端及第四端，各级所述测试单元的第一端均连接到电源线，各级所述测试单元的第二端均连接到地线，第一级所述测试单元的第三端连接到所述电源线，第i级所述测试单元的第三端与第i-1级所述测试单元的第四端相连接；其中，所述M和i为大于等于2的正整数。
在其中一个实施例中，所述测试单元包括电迁移测试元件、开关和控制电路，其中，所述电迁移测试元件的第一端为所述测试单元的第一端，所述电迁移测试元件的第二端连接到所述开关的第一端及所述控制电路的第一端，所述开关的控制端为所述测试单元的第三端，所述开关的第二端为所述测试单元的第二端，所述控制电路的第二端为所述测试单元的第四端。
在其中一个实施例中，所述电迁移测试元件烧断之前具有第一等效电阻，所述电迁移测试元件烧断之后具有第二等效电阻，所述第一等效电阻小于所述第二等效电阻。
在其中一个实施例中，所述第二等效电阻与所述第一等效电阻的比值大于等于100。
在其中一个实施例中，所述电迁移测试元件的长度包括10μm～20000μm。
在其中一个实施例中，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度均相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度均相同。
在其中一个实施例中，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度互不相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度均相同。
在其中一个实施例中，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度互不相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度互不相同。
在其中一个实施例中，所述电迁移测试元件包括金属导线。
在其中一个实施例中，所述开关包括NMOS管，所述NMOS管栅极、漏极、源极分别对应所述开关的控制端、第一端、第二端。
在其中一个实施例中，所述控制电路包括反相器，所述反相器的输入端、输出端分别对应所述控制电路的第一端、第二端。
本发明还提供了一种半导体测试方法，包括以下步骤：
将如上述任一案中所述的测试电路中的电源线连接到一芯片外部的电源装置；
监测所述电源装置的电压和电流变化；
根据监测的所述电压和所述电流得到所有所述电迁移测试元件的寿命。
在其中一个实施例中，所述电迁移测试元件上的所述电流的变化范围为1×105A/cm2～1×1010A/cm2。
本申请的测试电路具有如下有益效果：
本申请的测试电路可以使得各级测试单元可以同时在同一电压下进行测试，在测试过程中，前一级测试单元中的电迁移测试元件烧断后会自动开启对下一级测试单元中的电迁移测试元件进行电迁移测试，使得多个电迁移测试元件能够同时进行检测，大大缩短了测试时间；
本申请的半导体测试方法可以同时在同一电压下进行测试，在测试过程中，前一级测试单元中的电迁移测试元件烧断后会自动开启对下一级测试单元中的电迁移测试元件进行电迁移测试，使得多个电迁移测试元件能够依次进行测试，大大缩短了测试时间。
附图说明
图1为一个实施例提供的测试电路的电路图；
图2至图4为本发明一个实施例提供测试电路的测试原理图；其中，图2对第一级测试单元中的电迁移测试元件进行测试的电路图，图3为第一级测试单元中的电迁移测试元件烧断时的电路图，图4为第二级测试单元中的测试元件烧断时的电路图；
图5为另一个实施例提供的半导体测试方法的流程图。
附图标记
10、测试单元；101、电迁移测试元件；102、开关；103、控制电路。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供了一种测试电路，该测试电路包括：M级测试单元10，测试单元10具有第一端、第二端、第三端及第四端，各级测试单元10的第一端均连接到电源线(即图1中各级测试单元10的上端连接的直线)，各级测试单元10的第二端均连接到地线(未示出)，第一级测试单元10的第三端连接到电源线，第i级测试单元10的第三端与第i-1级测试单元10的第四端相连接；其中，M为大于等于2的正整数，i为大于等于2的正整数。
在一个示例中，各级测试单元10均包括电迁移测试元件101、开关102和控制电路103，其中，电迁移测试元件101的第一端为测试单元10的第一端连接到电源线，电迁移测试元件101的第二端连接到开关102的第一端及控制电路103的第一端，开关102的控制端为测试单元10的第三端，开关102的第二端为测试单元102的第二端，控制电路103的第二端为测试单元10的第四端。
具体的，M及i的取值可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。
在一个示例中，电迁移测试元件101可以为金属导线；电迁移测试元件101的长度可以根据实际需要进行设定，例如，电迁移测试元件101的长度可以为700μm(微米)～2000μm；具体的，电迁移测试元件101的长度可以为700μm、1000μm、1500μm或2000μm。需要说明的是，在具体实施例中，电迁移测试元件101的长度并不以上述数据为限。
在一个示例中，电迁移测试元件101烧断之前具有第一等效电阻，电迁移测试元件101烧断之后具有第二等效电阻，第一等效电阻小于第二等效电阻。
在一个示例中，第二等效电阻与第一等效电阻的比值可以根据实际需要进行设定，例如，第二等效电阻与第一等效电阻的比值可以大于等于100，具体的，第二等效电阻与第一等效电阻的比值可以为100、150、200、250或300等等。需要说明的是，在具体实施例中，第二等效电阻与第一等效电阻的比值并不以上述数据为限。
在一个可选的示例中，M大于等于2，且各级测试单元10中的电迁移测试元件101的长度均相同，各级测试单元10中的电迁移测试元件101的宽度均相同；即各级测试单元10中的电迁移测试元件101完全相同。此时，可以对多个相同的电迁移测试元件101进行测试，以分析电迁移测试元件101的一致性，并提高测试结果的准确性。
在另一个可选的示例中，M大于等于2，且各级测试单元10中的电迁移测试元件101的长度互不相同，各级测试单元10中的电迁移测试元件101的宽度相同；即各级测试单元10中的电迁移测试元件101互不相同。此时，可以对多个具有不同长度的不同的电迁移测试元件101依次进行测试，明显缩短多个电迁移测试元件101测试所需的时间，大大提高测试的效率。
在又一个示例中，M大于等于2，且各级测试单元10中的电迁移测试元件101的长度互不相同，各级测试单元10中的电迁移测试元件101的宽度互不相同；即各级测试单元10中的电迁移测试元件101互不相同。此时，可以对多个具有不同长度及不同宽度的不同的电迁移测试元件101依次进行测试，明显缩短多个电迁移测试元件101测试所需的时间，大大提高测试的效率。
在又一个示例中，M大于等于2，且各级测试单元10中的电迁移测试元件101的长度不尽相同，各级测试单元10中的电迁移测试元件101的宽度不尽相同；即M级测试单元10中的电迁移测试元件101有部分相同，部分不同。此时，即可以对多个不同的电迁移测试元件101依次进行测试，明显缩短多个电迁移测试元件101测试所需的时间，大大提高测试的效率；又可以通过设置多个相同的电迁移测试元件101进行测试以提高测试结构的准确性。
在一个示例中，电迁移测试元件101可以为金属线、多晶硅线等，金属线可以为钨、铝、铜中的一种或多种。电迁移测试元件101在烧断之前具有的第一等效电阻值远小于开关102的导通电阻值，例如第一等效电阻值小于开关102的导通电阻值的十分之一；而电迁移测试元件101在烧断之后具有的第二等效电阻值远大于开关102的导通电阻值，例如第二等效电阻值大于开关102的导通电阻值的十倍。
在一个示例中，开关102包括NMOS管，NMOS管的栅极、漏极、源极分别对应所述开关的控制端、第一端、第二端，即NMOS管的漏极为开关102的第一端，与电迁移测试元件101的第二端电连接，NMOS管的源极为开关102的第二端接地。
在一个示例中，控制电路103包括反相器，反相器的输入端、输出端分别对应控制电路103的第一端、第二端，即反相器的输入端为控制电路103的第一端，与电迁移测试元件101的第二端电连接，反相器的输出端为测试单元10的第四端，与下一级测试单元10中的NMOS管的栅极电连接。
请参阅图2至图4，本发明的测试电路的测试原理为：首先，在测试开始时，第一级的测试单元10中的NMOS管的栅极连接到测试线，此时NMOS管导通，即第一级测试单元10为通路开始对第一级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试；由于此时第二级至第M级的测试单元10中的NMOS的栅极均连接上一级的测试单元10中的反相器的输出端，又第二级至第M级中的电迁移测试元件101并未烧断，反相器的第一端为高电平，则反相器的第二端为低电平，第二级至第M级测试单元10中的NMOS管均处于关闭状态，即此时第二级至第M级测试单元10中的电迁移测试元件101并未开始测试，如图2所示。其次，当第一级测试单元10中的电迁移测试元件101烧断以后，第一级测试单元10中的反相器的第一端变成低电平，反相器的第二端变为高电平，此时第二级测试单元10中的NMOS管导通，开始对第二级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试，如图3所示。然后，当第二级测试单元10中的电迁移测试元件101烧断以后，第二级测试单元10中的反相器的第一端变成低电平，反相器的第二端变为高电平，此时第三级测试单元10中的NMOS管导通，开始对第三级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试，如图4所示。依次类推直至对第M级(即测试电路中的最后一级)测试单元10中的电迁移测试元件101测试完毕为止。由上可知，本发明的测试电路可以自动实现对多个测试单元10自动依次进行电迁移测试，大大提高了测试效率。
如图5所示，本发明还提供了一种半导体测试方法，具体包括以下步骤：
S11：将如图1所示的测试电路中的电源线连接到一芯片外部的电源装置；
S12：监测所述电源装置的电压和电流变化；
S13：根据监测的所述电压和所述电流得到所有所述电迁移测试元件的寿命。
测试电路的具体结构请参阅图1至图4及相关文字描述，此处不再累述。
步骤S11中，将如图1所示的测试电路中的电源线连接到一芯片外部的电源装置后，在各电迁移测试元件101上施加相同的测试电压，首先，在测试开始时，第一级的测试单元10中的NMOS管的栅极连接到测试线，此时NMOS管导通，即第一级测试单元10为通路开始对第一级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试；由于此时第二级至第M级的测试单元10中的NMOS的栅极均连接上一级的测试单元10中的反相器的输出端，又第二级至第M级中的电迁移测试元件101并未烧断，反相器的第一端为高电平，则反相器的第二端为低电平，第二级至第M级测试单元10中的NMOS管均处于关闭状态，即此时第二级至第M级测试单元10中的电迁移测试元件101并未开始测试，如图2所示。其次，当第一级测试单元10中的电迁移测试元件101烧断以后，第一级测试单元10中的反相器的第一端变成低电平，反相器的第二端变为高电平，此时第二级测试单元10中的NMOS管导通，开始对第二级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试，如图3所示。然后，当第二级测试单元10中的电迁移测试元件101烧断以后，第二级测试单元10中的反相器的第一端变成低电平，反相器的第二端变为高电平，此时第三级测试单元10中的NMOS管导通，开始对第三级测试单元10中的电迁移测试元件101进行测试，如图4所示。依次类推直至对第M级(即测试电路中的最后一级)测试单元10中的电迁移测试元件101测试完毕为止。由上可知，本发明的测试电路可以自动实现对多个测试单元10自动依次进行电迁移测试，大大提高了测试效率。
在步骤S12中，监测记录电源装置的电压和电流，会记录对应各电迁移测试元件101被击穿时的电压和电流变化。
步骤S13中，根据监测的电压和电流得到所有电迁移测试元件101的寿命，即可以为逐级记录各级测试单元10中的电迁移测试元件101的寿命。记录各电迁移测试元件101的寿命的方法为：在电迁移测试元件101上施加测试电压时开始计时，直至电迁移测试元件101烧断时所经历的时间即为电迁移测试元件101的寿命。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种测试电路，其特征在于，包括：
M级测试单元，所述测试单元具有第一端、第二端、第三端及第四端，各级所述测试单元的第一端均连接到电源线，各级所述测试单元的第二端均连接到地线，第一级所述测试单元的第三端连接到所述电源线，第i级所述测试单元的第三端与第i-1级所述测试单元的第四端相连接；其中，所述M和i为大于等于2的正整数。
2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试单元包括电迁移测试元件、开关和控制电路，其中，所述电迁移测试元件的第一端为所述测试单元的第一端，所述电迁移测试元件的第二端连接到所述开关的第一端及所述控制电路的第一端，所述开关的控制端为所述测试单元的第三端，所述开关的第二端为所述测试单元的第二端，所述控制电路的第二端为所述测试单元的第四端。
3.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述电迁移测试元件烧断之前具有第一等效电阻，所述电迁移测试元件烧断之后具有第二等效电阻，所述第一等效电阻小于所述第二等效电阻。
4.根据权利要求3所述的测试电路，其特征在于，所述第二等效电阻与所述第一等效电阻的比值大于等于100。
5.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述电迁移测试元件的长度包括10μm～20000μm。
6.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度均相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度均相同。
7.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度互不相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度均相同。
8.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的长度互不相同，各级所述测试单元中的所述电迁移测试元件的宽度互不相同。
9.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述电迁移测试元件包括金属导线。
10.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述开关包括NMOS管，所述NMOS管栅极、漏极、源极分别对应所述开关的控制端、第一端、第二端。
11.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，所述控制电路包括反相器，所述反相器的输入端、输出端分别对应所述控制电路的第一端、第二端。
12.一种半导体测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
将如权利要求2至11中任一项所述的测试电路中的电源线连接到一芯片外部的电源装置；
监测所述电源装置的电压和电流变化；
根据监测的所述电压和所述电流得到所有所述电迁移测试元件的寿命。
13.根据权利要求12所述的半导体测试方法，其特征在于，所述电迁移测试元件上的所述电流的变化范围为1×105A/cm2～1×1010A/cm2。
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