用于温度测量的半导体结构和温度测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于温度测量的半导体结构和温度测量方法，涉及半导体器件测试领域。该半导体结构包括：待测半导体器件；从栅极延伸的超出用于待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，金属布线位于栅极线上方，并通过两个或更多个节点与栅极线电连接；与金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，第一测量电极被设置得比第二测量电极更靠近栅极，其中，半导体结构适于在待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，第一测量电极耦接到第一电位，第二测量电极耦接到比第一电位低的第二电位。本发明专利技术的形成的结构能够使得在器件工作时进行温度测量，得到的温度测量结果更加准确。

A method for measuring the structure and temperature of semiconductors for temperature measurement

The invention discloses a semiconductor structure and temperature measurement method for temperature measurement, which relates to the field of semiconductor device testing. The semiconductor structure includes a semiconductor device to be tested; for the gate line active region of a semiconductor device to be tested from the beyond the gate extension; metal wiring, metal wiring located above the gate line, and connected by two or more nodes from the gate line; two end of the first measuring electrode are respectively coupled and second measuring electrodes with the metal wiring, the first measuring electrode are arranged closer to the gate, more than second measuring electrodes wherein the semiconductor structure is suitable for temperature measurement in the semiconductor device to be tested when working in the temperature measurement, the first measuring electrode coupled to the first potential, second measuring electrode coupled to the second potential lower potential than the first. The structure of the invention can make the temperature measure at the work of the device, and the result of the temperature measurement is more accurate.

【技术实现步骤摘要】
用于温度测量的半导体结构和温度测量方法
本专利技术涉及半导体器件测试领域，尤其涉及用于温度测量的半导体结构和测量方法，更具体地，涉及用于现场(in-situ)温度测量的半导体结构和采用该结构测量鳍片式(Fin)半导体器件工作温度的方法。
技术介绍
随着半导体器件尺寸的持续减小，现有技术中的鳍片式装置(例如，FinFET器件)在工作中的自加热效应(self-heatingeffect)对器件性能带来了很大的挑战。由于自加热效应的存在，使得对半导体器件在工作环境下的真实性能进行评估的可靠性降低。因此，需要一种新测量方法和半导体结构来测量半导体器件工作时自加热效应带来的器件温度的升高。现有技术的对鳍片式半导体器件进行温度测量的结构如图1所示。鳍片100上的源区/漏区电极分别为104和106，栅极102两端具有电互连108，利用栅极102和栅极的电互连108作为温度传感器。通过测量栅极102的电阻，根据栅极102材料的电阻率与温度的关系，得到待测温度。由于栅极102与两端的电互连108是耦接的，因此无法在器件工作时完成对栅极102电阻的测量。在实际测量时，需要先将待测半导体器件启动，待其升温至工作温度附近后，关闭器件。之后将栅极102两端的电互连108分别设置为不同的电位，来测量此时栅极102的电阻。该方法的缺点在于，由于待测半导体器件在温度测量时已经停止工作，因此由器件工作产生的热量已经部分散失，使得测得的器件工作温度会比实际温度偏低，无法实现对器件工作温度的准确的现场测量(in-situmeasurement)。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现了上述现有技术中存在问题，并针对上述问题中的至少一个问题提出了本专利技术。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于温度测量的半导体结构，包括：待测半导体器件，待测半导体器件包括作为半导体鳍片的有源区以及横跨鳍片的栅极结构，栅极结构包括栅极；从栅极延伸的超出用于待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，金属布线位于栅极线上方，并通过两个或更多个节点与栅极线电连接；与金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，第一测量电极被设置得比第二测量电极更靠近栅极，其中，半导体结构适于在待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，第一测量电极耦接到第一电位，第二测量电极耦接到比第一电位低的第二电位。在一个实施例中，栅极线仅电连接到栅极和金属布线。在一个实施例中，金属布线为蛇形金属布线，蛇形金属布线沿其长度延伸，包括沿栅极线方向延伸的纵向部分和沿与栅极线方向相交的方向延伸的横向部分。在一个实施例中，蛇形金属布线的纵向部分的长度大于横向部分的长度，以使得纵向部分的电阻大于横向部分的电阻，第一测量电极位于蛇形金属布线靠近栅极的一端，第二测量电极位于蛇形金属布线远离栅极的另一端。在一个实施例中，金属布线包括布线网络，布线网络包括两个或更多个节点，节点与栅极线电连接。在一个实施例中，栅极线的数量为一条或多条。在一个实施例中，金属布线的总电阻值在25～300摄氏度的温度范围中为10～10000欧姆。在一个实施例中，蛇形金属布线的纵向部分长度与横向部分长度的比值为10～100。在一个实施例中，蛇形金属布线的材料为铜或钨。在一个实施例中，蛇形金属布线的长度为0.1～50微米。在一个实施例中，栅极线和栅极由同一层导电材料形成。根据本专利技术的另一方面，提供一种利用半导体结构进行温度测量的方法，包括：半导体结构为上述任意的半导体结构，方法包括：将待测半导体器件的源区/漏区和栅极设置为各自的工作电压以使待测半导体器件工作；将金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第一电位和第二电位；测量金属布线的电阻值；根据金属布线的电阻值与温度的关系，得到待测半导体器件的工作温度值。在一个实施例中，第一电位与栅极的工作电压相同，第二电位为地电位。在一个实施例中，金属布线的电阻值与温度的关系被实施为查找表，查找表包括一系列的温度值以及与温度值对应的金属布线的电阻值。在一个实施例中，本专利技术的方法还包括获得金属布线的电阻值与温度的关系的步骤，该获得步骤包括：将待测半导体器件置于不同校准温度环境中；将金属布线的第一测量电极和第二测量电极分别设置为第三电位和第四电位，来测量不同校准温度下金属布线的电阻值，从而获得金属布线的电阻值与温度的对应关系。在一个实施例中，校准温度环境的温度在25摄氏度至300摄氏度的范围内。在一个实施例中，测量金属布线的电阻的方法为伏安法或开尔文四线检测法。在一个实施例中，第一电位和第二电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。在一个实施例中，第三电位和第四电位的电压差的绝对值在1伏至10伏的范围内。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其他特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1为现有技术中的用于温度测量的半导体结构的示意图。图2为根据本专利技术一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。图3为根据本专利技术另一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。图4为根据本专利技术一个实施例的温度测量方法的示意流程图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。图2为根据本专利技术一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。图3为根据本专利技术另一个实施例的用于温度测量的半导体结构的示意图。下面将通过图2和图3对本专利技术的用于温度测量的半导体结构进行说明。如图2所示，本专利技术的用于温度测量的半导体结构可以包括待测半导体器件20。待测半导体器件20可以包括作为半导体鳍片的有源区200以及横跨鳍片的栅极结构，栅极结构可以包括栅极210。本领域技术人员将容易地理解，栅极结构还可以包括在有源区上的栅极绝缘层(栅极210位于该栅极绝缘层上)以及与栅极相邻的用于栅极的间隔物，尽管这里在图中并未示出。如本领域技术人员还将容易理解的，有源区可以包括源区和漏区，以及在源区和漏区之间的用于形成沟道的区域。这里还应该理解，尽管这里适用了源区、漏区、栅极、栅极绝缘层等术语，但并不意味着所涉及的器件必然是MOS器件。例如，所涉及的器件也可以其它器件，例如栅控二极管(gateddiode)或者LDMOS等。因此，这里的源区、漏区、栅极、栅极绝缘层应当被理解为第一电流承载电极、第二电流承载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于温度测量的半导体结构，其特征在于，包括：待测半导体器件，所述待测半导体器件包括作为半导体鳍片的有源区以及横跨所述鳍片的栅极结构，所述栅极结构包括栅极；从所述栅极延伸的超出用于所述待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，所述金属布线位于所述栅极线上方，并通过两个或更多个节点与所述栅极线电连接；与所述金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极被设置得比所述第二测量电极更靠近所述栅极，其中，所述半导体结构适于在所述待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，所述第一测量电极耦接到第一电位，所述第二测量电极耦接到比所述第一电位低的第二电位。

【技术特征摘要】
1.一种用于温度测量的半导体结构，其特征在于，包括：待测半导体器件，所述待测半导体器件包括作为半导体鳍片的有源区以及横跨所述鳍片的栅极结构，所述栅极结构包括栅极；从所述栅极延伸的超出用于所述待测半导体器件的有源区的栅极线；金属布线，所述金属布线位于所述栅极线上方，并通过两个或更多个节点与所述栅极线电连接；与所述金属布线两端分别耦接的第一测量电极以及第二测量电极，所述第一测量电极被设置得比所述第二测量电极更靠近所述栅极，其中，所述半导体结构适于在所述待测半导体器件工作时进行温度测量，其中，在温度测量时，所述第一测量电极耦接到第一电位，所述第二测量电极耦接到比所述第一电位低的第二电位。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述栅极线仅电连接到栅极和所述金属布线。3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线为蛇形金属布线，所述蛇形金属布线沿其长度延伸，包括沿所述栅极线方向延伸的纵向部分和沿与所述栅极线方向相交的方向延伸的横向部分。4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述蛇形金属布线的纵向部分的长度大于横向部分的长度，以使得纵向部分的电阻大于横向部分的电阻，所述第一测量电极位于所述蛇形金属布线靠近所述栅极的一端，所述第二测量电极位于所述蛇形金属布线远离所述栅极的另一端。5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线包括布线网络，所述布线网络包括两个或更多个节点，所述节点与所述栅极线电连接。6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述栅极线的数量为一条或多条。7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线的总电阻值在25～300摄氏度的温度范围中为10～10000欧姆。8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属布线的材料包括铜或钨。9.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述蛇形金属布线的纵向部分长度与横向部分长度的比值为10～...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯军宏，甘正浩，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31