本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种测试结构，特别是一种finfet工艺中用于晶体管边缘鳍形变的测试结构。
背景技术：
：随着大规模集成电路工艺技术的不断发展，电路的集成度不断提高，当工艺技术节点小于28nm之后，出现了传统平面mos器件因性能急剧退化而被三维鳍式场效应晶体管(finfet)逐渐替代的趋势。图1为平面晶体管的结构示意图，图2为三维鳍式场效应管的结构示意图，与平面晶体管相比，finfet器件关键尺寸由栅极高度和宽度两个因素同时决定，栅极材料分布于晶体管的两侧和顶部。标准finfet可以利用通过蚀刻掉衬底中的部分硅层形成从衬底延伸的垂直薄鳍(鳍结构)来制造，相比于传统平面晶体管的栅下衬底表面沟道，finfet的沟道则是垂直型的，位于沟道两侧的栅极能够从两侧对沟道进行栅极控制。finfet器件是22nm以下工艺最好的选择，但由于本身是在纳米级别上制造,所以面临着诸多挑战。基于finfet器件特点，finfet技术中其沟道源漏形成了三维结构，为保证该结构，在刻蚀时需按照宽度和深度以一定的比例进行，并且为了使掺杂均匀分布到三维表面，就需要使所有的鳍(fin)结构按照一定间距比例生长排列，所有的fin结构必须放在fin指定行上，因此栅控制的沟道只能通过等距离的放入更多数据的fin结构栅来调节，而这种工艺特点，导致中间区域制造出来的fin形状、性能更好，而边缘区域制造出来的fin常会出现晶体形变、弯曲、塌陷等问题，如图3。finfet制造工艺中，stiox(浅沟槽隔离氧化硅)填充好之后，需要1000度以上的高温处理，处理过程中stiox会收缩，产生拉应力。最外边的一根fin，左右ox(氧化硅)体积不一致，产生的拉应力也不一致，极易导致边缘fin发生弯曲，进而影响后续epi(外延片)的生长，尤其是epi的大小和内在应力，而epi能大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。因此，在集成电路制造的过程中需要一种测试结构来检测、表征和监控这种工艺问题。技术实现要素：鉴于以上所述现有工艺技术的缺点，本实用新型的目的在于提供应用于finfet工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构，并基于该测试结构提供一种测试方法，用于检测finfet工艺特点所导致边缘鳍的弯曲问题。用于finfet工艺中探测边缘鳍形变的测试结构，所述测试结构包括若干个鳍和若干个不互联的连接层，所述连接层连接于每个待测鳍的两端，所述鳍的个数取值范围在3－1000根之间，鳍的宽度在1－50nm之间，鳍长度在0.1－1000um之间，相邻鳍之间的距离在1－100nm之间。作为优选，所述测试结构基于finfet晶体管设置，包括衬底、栅极、源极、漏极、若干鳍和若干不互联的连接层，所述若干不互联的连接层设于待测鳍上。作为优选，以两个所述连接层为一组，每组连接层覆盖相同的一个鳍，且组中的两个连接层的位置相对于栅极对称。基于上述用于finfet工艺中探测边缘鳍形变的测试结构的测试方法，在所述测试结构中接入电流采集单元、电压源、电压采集单元、电流源中能测试出待测鳍电阻、电流或电压中任意两项的组合；待测鳍至少包括一个位于边缘的边缘鳍和一个位于中间的中间鳍，以中间鳍的测试值为参考确定边缘鳍的形变程度：通过测试待测鳍的电阻表征其形变程度，以中间鳍的电阻值为参考，边缘鳍的电阻越大则该鳍的形变程度越大；或当测试结构基于finfet晶体管设置时，通过测试finfet晶体管的饱和电流idsat或ioff表征其形变程度，以中间鳍的电阻值为参考，边缘鳍测出的idsat越小或ioff越大则该鳍的形变程度越大。在一些实施例中，在一个测试结构中每个鳍均配置有连接层且每个鳍均为待测鳍；在一些实施例中，一个测试结构中的所有鳍间隔配置有连接层，且配置有连接层的鳍为待测鳍。作为优选，当通过测试待测鳍的电阻表征其形变程度时，接入测试结构的组合为：一个电流采集单元和一个电压源，所述电压源及电流采集单元串联连接于待测鳍两端的连接层。接入该结构进行测试的方法称为两端测量法。作为优选，当通过测试待测鳍的电阻表征其形变程度时，接入测试结构的组合为：一个电流源及两个电压采集单元，所述电流源连接于待测鳍两端的连接层，所述两个电压采集单元分别连接在鳍的两端。接入该结构进行测试的方法为四端测量法。作为优选，当测试结构基于finfet晶体管设置时，接入测试结构的组合为：一个电流采集单元及两个电压源；所述测试结构中的finfet晶体管衬底端接地，所述第一电压源连接于在finfet晶体管栅极，所述的第二电压源通过连接层连接到待测鳍的一端，所述电流采集单元连接在待测鳍的另一端和地端之间。作为优选，将一个测试结构中的两个或以上边缘鳍分为一个或多个图形(pattern)测试。作为优选，包括多个测试结构，对每个测试结构中的鳍分别按同一规则编号，多个测试结构中相同序号的鳍能够串联或并联起来测试。在一些实施例中，多个测试结构中相同序号的鳍能够串联或并联起来测试。上述用于finfet工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构根据finfet工艺的特点设计，结构简单易于制造。并且测试可靠性高，能够准确探测并对比边缘鳍的形变程度，从而监控集成电路制造工艺，帮助制造者及时发现问题、及时改进制造方案，极大地节约生产成本投入。在使用电阻来表征鳍形变程度的方法中，两端测量法电路结构简单、测试便捷，四端测量法电路相对于两端测量法消除了引线电阻和接触电阻测试更精确。在使用电流来表征鳍形变的方法中，能够通过晶体管的多个电流参数(idsat、ioff)来综合表征形变程度，测试精确、可靠性高。附图说明图1为平面晶体管的结构示意图。图2为三维鳍式场效应管的结构示意图。图3为三维鳍式场效应管的鳍弯曲并最终坍塌的示意图。图4为实施例1中测试结构图。图5为基于图4的测试结构进行测试的电路连接图(两端法测试)。图6为基于图4的测试结构进行测试的电路连接图(四端法测试)。图7为实施例1基于表1数据的结果分布图。图8为实施例2中基于finfet晶体管的测试结构进行测试的电路连接图。图9为图8中一个待测鳍的电路连接图。图10为实施例2基于表2数据的测试结果分布图。具体实施方式实施例1：一种应用于finfet工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构，所述测试结构包括若干个鳍和若干不互联的连接层，所述连接层位于每个待测鳍的两端。所述鳍的个数取值范围：1－1000根，鳍的宽度1－50nm，鳍长度0.1－1000um，所述鳍之间的距离为：1－100nm之间。如图4为所述测试结构的示意图。基于上述探测边缘鳍形变的测试结构，本实用新型还提供探测边缘鳍形变的方法，通过测试鳍的电阻表征其形变程度，以中间鳍的电阻值为参考，边缘鳍的电阻越大则该鳍的形变程度越大。适应于上述探测边缘鳍形变的测试方法，本实用新型还提供探测边缘鳍形变的测试电路：两端法测试电路和四端法测试电路。所述两端法测试电路具体包括所述应用于finfet工艺中探测边缘鳍形变的测试结构、电流采集单元及电压源，所述电压源连接于待测边缘鳍两端的连接层，所述电流采集单元连接在边缘鳍一端，其电路结构示意图及等效电路图如图5所示。电压源通过连接层向鳍结构施加一定的电压激励，通过电流采集测试电路的电流，由公式r＝u/i计算得出电阻值，以中间鳍的电阻作为参考，通过探测比较多个鳍的阻值来判断边缘鳍的弯曲程度。所述四端法测试电路具体包括所述应用于finfet工艺中探测边缘鳍形变的测试结构、一个电流源及两个电压采集单元，所述电流源if连接于待测边缘鳍两端的连接层，所述两个电压采集单元vh、vl分别连接在边缘鳍的两端。其电路结构示意图及等效电路图如图6所示。电流源向if被测鳍施加一定的电流，并通过电压采集单元vh、vl分别采集被测鳍两端的电压，由公式r＝(vh-vl)/if计算得出电阻值，以中间鳍的电阻作为参考，通过探测比较多个鳍的阻值来判断边缘鳍的弯曲程度。四端测量通过两个电压采集单元采集待测鳍两端的电势差，避免了引线压降和接触电阻，因此测量所得的电阻值更精确。本实施例选取了29个鳍进行实际测量，其测试结果如表1及图7所示。由此可见中间鳍的阻值较小、其epi尺寸较大，越到边缘，鳍的阻值越大、其epi尺寸越小。fin位置阻值epi大小115050.94916314060.53714513070.87391712575.92162912080.417771111981.206921311882.925351511783.68051711783.354451911882.63152112080.380912312575.374332513169.533832714159.952342914951.42127表1在本实施例中两端发测试结构选取间隔鳍配置有连接层，且配置有连接层的鳍为待测鳍；四端法测试结构每隔三个鳍选取一个鳍配置有连接层，且配置有连接层的鳍为待测鳍。用户可以根据需求定义待测鳍的密度。在一些实施例中，待测鳍至少包括两个：一个边缘鳍、一个位于中间的鳍。在一些实施例中，测试结构中的每个鳍均配置有连接层且每个鳍均为待测鳍。在一些实施例中，如果存在多个相同的测试结构，每个测试结构中序号相同的鳍能够串联或并联起来测试，其中串联测试能够让鳍的电阻变化放大，尤其适用于测试形变不明显的情况。在一些实施例中，一个测试结构中的若干个边缘鳍能够在一个测试结构中连线外接到测试设备中测试，也可以若干个边缘鳍分两个或以上图形(pattern)测试，分成多个图形测试尤其适用于鳍密度高且不容易全部引线外接到测试设备中测试的情况。实施例2：一种应用于finfet工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构，所述测试结构基于finfet晶体管结构而成，包括若干finfet晶体管及若干个不互联的连接层，所述finfet晶体管包括衬底、栅极、源极、漏极和若干鳍，所述若干连接层连接于待测鳍的两端；所述鳍的个数取值范围：3－1000根，鳍的宽度1－50nm，鳍长度0.1－1000um，所述鳍之间的距离为：1－100nm之间。基于上述探测晶体管边缘鳍形变的测试结构，本实用新型还提供探测边缘鳍形变的方法，通过测试finfet晶体管的饱和电流idsat或关断电流ioff表征其形变程度，以中间鳍的idsat或ioff作为参考，idsat越小或ioff越大则鳍的形变程度越大。基于上述探测晶体管边缘鳍形变的测试结构和测试方法，本实用新型还提供一种测试电路，具体包括应用于finfet工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构、电流采集单元及电压源。所述finfet晶体管衬底端接地，所述电压源包括施加在finfet晶体管栅极的第一电压源以及通过连接层施加到待测鳍一端的第二电压源，所述电流采集单元连接在待测鳍的另一端和地端之间。其电路结构示意图如图8-9所示。当测量idsat时，由栅极的第一电压源施加电压控制晶体管工作，第二电压源向待测鳍施加电压相当于向晶体管源极或漏极施加电压，由电流采集单元采集源极与漏极之间的电流。以中间鳍为参考，通过对比所测边缘鳍与中间鳍的饱和电流idsat来判断边缘鳍的形变程度，idsat相对中间鳍越小则该鳍形变越大。当测量ioff时，第一电压源不施加电压或施加小于阈值电压的电压，第二电压源不施加电压，直接在漏极测试出ioff。以中间鳍为参考，通过对比所测边缘鳍与中间鳍的漏电流ioff来判断边缘鳍的形变程度，ioff相对中间鳍越大则该鳍形变越大。本实施例选取了25个鳍进行实际测量，其测试结果如表2及图10所示，由此可见，中间鳍的idsat较大、ioff较小、epi内在应力较大，越到边缘，鳍的idsat越小、其ioff越大、其epi的内在应力越小。fin位置idsatepi内在应力idoff149.939.910352.942.98554.244.27.6754.044.07.4954.344.37.21154.244.27.41354.444.47.51553.943.97.51754.644.67.41954.344.37.22153.643.67.82353.343.38.22549.539.510表2在本实施例中测试机构中选取间隔鳍配置有连接层，且配置有连接层的鳍为待测鳍。用户可以根据需求定义待测鳍的密度。在一些实施例中，待测鳍至少包括两个，一个边缘鳍、一个位于中间的鳍。在一些实施例中，测试结构中的每个鳍均配置有连接层且每个鳍均为待测鳍。在一些实施例中，如果存在多个相同的测试结构，每个测试结构中序号相同的鳍能够串联或并联起来测试，其中串联测试能够让鳍的电阻变化放大，尤其适用于测试形变不明显的情况。在一些实施例中，一个测试结构中的若干个边缘鳍能够在一个测试结构中连线外接到测试设备中测试，也可以若干个边缘鳍分两个或以上图形(pattern)测试，分成多个图形测试尤其适用于鳍密度高且不容易全部引线外接到测试设备中测试的情况。当前第1页1 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技术特征：1.用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，所述测试结构包括若干个鳍和若干个不互联的连接层，所述连接层连接于每个待测鳍的两端，所述鳍的个数取值范围：3－1000根，鳍的宽度1－50nm，鳍长度0.1－1000um，所述鳍之间的距离为：1－100nm之间。
2.根据权利要求1所述的检测边缘鳍形变的测试结构而产生的一种测试电路，其特征在于，所述测试电路包括两端法测试电路和四端法测试电路；
所述两端法测试电路包括所述测试结构、一个电流采集单元和一个电压源，所述电压源及电流采集单元串联连接于待测鳍两端的连接层；
所述四端法测试电路包括所述测试结构、一个电流源及两个电压采集单元，所述电流源连接于待测鳍两端的连接层，所述两个电压采集单元分别连接在鳍的两端。
3.用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，所述测试结构包括一个finfet晶体管及若干个不互联的连接层，所述finfet晶体管包括衬底、栅极、源极、漏极和若干鳍，所述若干不互联的连接层垂直覆盖在待测鳍上；
所述鳍的个数取值范围：3－1000根，鳍的宽度1－50nm，鳍长度0.1－1000um，所述鳍之间的距离为：1－100nm之间。
4.根据权利要求3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，以两个所述连接层为一组，每组连接层覆盖相同的一个鳍，且组中的两个连接层的位置相对于栅极对称。
5.根据权利要求1或3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，待测鳍至少包括两个，一个边缘鳍、一个位于中间的鳍。
6.根据权利要求1或3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，每个鳍均配置有连接层且每个鳍均为待测鳍。
7.根据权利要求1或3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，所有鳍间隔配置有连接层，且配置有连接层的鳍为待测鳍。
8.根据权利要求1或3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，边缘鳍的检测能够在一个或多个图形上测试。
9.根据权利要求1或3所述的用于finfet工艺中检测边缘鳍形变的测试结构，其特征在于，多个测试结构中相同序号的鳍能够串联或并联起来测试。
10.根据权利要求3所述的检测边缘鳍形变的测试结构而产生的一种测试电路，其特征在于，所述测试电路包括所述测试结构、一个电流采集单元及两个电压源，两个电压源为第一电压源和第二电压源；所述测试结构中的finfet晶体管衬底端接地，所述第一电压源连接于在finfet晶体管栅极，所述的第二电压源通过连接层连接到待测鳍的一端，所述电流采集单元连接在待测鳍的另一端和地端之间。
技术总结本实用新型提供一种应用于FinFET工艺中检测边缘鳍形变的测试结构及测试电路，所述测试结构包括若干个鳍和若干个不互联的连接层，所述连接层连接于每个待测鳍的两端，所述鳍的个数取值范围：3－1000根，鳍的宽度1－50nm，鳍长度0.1－1000um，所述鳍之间的距离为：1－100nm之间；上述用于FinFET工艺中探测晶体管边缘鳍形变的测试结构根据FINFET工艺的特点设计，结构简单易于制造。并且测试可靠性高，能够准确探测并对比边缘鳍的形变程度，从而监控集成电路制造工艺，帮助制造者及时发现问题、及时改进制造方案，极大地节约生产成本投入。
技术研发人员：张飞虎;陆梅君;刘慧斌;杨慎知
受保护的技术使用者：杭州广立微电子股份有限公司
技术研发日：2019.12.23
技术公布日：2021.04.06
