[发明专利]测试结构、其制造方法、测试方法、以及MRAM阵列

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及测试结构、其制造方法、测试方法、以及MRAM阵列。

背景技术

作为实例，在诸如个人计算机、蜂窝电话、数码相机、和其他电子设备的各种电子应用中使用半导体器件。通常通过在半导体衬底的上方顺次沉积绝缘或介电层、导电层、和半导体材料层以及使用光刻对各种材料层进行图样化以在其上形成电路部件和元件来制造半导体器件。

一些半导体器件包括用于存储信息的存储器件。半导体存储器件的近期开发为磁性随机存取存储器(MRAM)器件，其中，电子的旋转用于将“1”或“0”的存在表示为数字信息。MRAM器件包括在不同方向设置的导线(字线和位线)，例如在不同金属层中相互垂直。导线夹置包括用作磁性存储单元的磁性隧道结(MTJ)的电阻存储元件。MTJ包括通过薄绝缘隧道势垒分离的两个铁磁层。一个铁磁层为固定或钉扎层，另一个为当编程时通过改变磁极性来改变电阻状态的自由层。存储在MTJ中的数字信息通过检测MTJ的电阻状态来读取。

一种类型的MRAM器件为自旋传递扭矩(spin transfer torque)切换MRAM(STT-MRAM)，其中，局部磁环用于通过对MTJ的自由层的磁矩施加自旋扭矩来对MTJ进行编程。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种测试结构，包括：磁性随机存取存储器MRAM单元，包括磁性隧道结MTJ和连接至MTJ的晶体管；测试节点，连接在MTJ和晶体管之间；以及接触焊盘，连接至测试节点。

其中，晶体管包括双极结晶体管BJT或互补金属氧化物半导体CMOS器件。

其中，MRAM单元包括自旋传递扭矩(STT)切换MRAM单元。

其中，测试节点包括第一测试节点，进一步包括连接至MTJ的第二测试节点、连接至晶体管的栅极的第三测试节点、和连接至晶体管的源极或漏极的第四测试节点。

其中，晶体管设置在衬底的上方，以及其中，测试结构进一步包括连接至衬底的第五测试节点。

此外，还提供了一种MRAM阵列，包括根据权利要求5的测试结构。

其中，第二测试节点连接至MRAM阵列的位线，其中，第三测试节点连接至MRAM阵列的字线，以及其中，第四测试节点连接至MRAM阵列的选择线。

其中，字线设置在衬底的上方，其中，选择线设置在第一金属层中的字线的上方，其中，第一测试节点设置在第一金属层中，以及其中，位线设置在第一金属层上方设置的第二金属层中。

其中，MRAM阵列包括MRAM单元的多行和MRAM单元的多列，以及其中，测试结构的MRAM单元在MRAM阵列的MRAM单元的多行中的一行以及MRAM单元的多列中的一列中包括MRAM单元。

其中，MRAM阵列包括MRAM单元的多行和MRAM单元的多列，其中，MRAM阵列包括多个测试结构，以及其中，在MRAM单元的多列的每一列中包括多个测试结构中的一个。

此外，还提供了一种制造测试结构的方法，方法包括：在工件的上方形成多个磁性随机存取存储器MRAM单元，每个MRAM单元都包括磁性隧道结MTJ和连接至MTJ的晶体管；将测试节点连接至MTJ和晶体管之间的多个MRAM单元中的一个；将接触焊盘连接至测试节点。

其中，将接触焊盘连接至测试节点包括：在包括多个MRAM单元的半导体器件的表面上形成接触焊盘，以及将接触焊盘连接至MTJ和晶体管之间的连接件。

其中，将接触焊盘连接至MTJ和晶体管之间的连接件包括：在半导体器件的多个金属层中形成多个导电段和通孔。

其中，制造测试结构包括形成测试键。

此外，还提供了一种测试方法，包括：提供测试结构，测试结构包括磁性随机存取存储器MRAM单元，MRAM单元包括磁性隧道结MTJ和连接至MTJ的晶体管，测试结构包括连接在MTJ和晶体管之间的测试节点，其中，测试结构连接至位线、字线、和选择线并设置在衬底的上方；以及使用测试节点、位线、字线、选择线、和衬底中的至少两个的组合对测试结构的一部分执行测试。

其中，执行测试包括：确定MTJ和晶体管中至少一个的特性或者测量MTJ和晶体管中至少一个的性能。

其中，位线连接至MTJ，字线连接至晶体管的栅极，选择线连接至晶体管的源极或漏极，以及测试节点连接至晶体管的漏极或源极。

其中，执行测试包括：使用测试节点和位线对MTJ执行测试，以及其中，测试包括电阻-磁场RH循环测试和电流-电压IV曲线测试。