一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构及方法技术

本申请公开了一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构及方法，所述测试结构位于晶圆切割道内，所述测试结构包括：放大器、具有掺氮栅氧化层的PMOS管、具有掺氮栅氧化层的NMOS管、第一电阻和第二电阻。通过放大器放大PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，来实时监控MOS管上栅氧化层掺氮量的漂移。

【技术实现步骤摘要】
一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构及方法
本申请涉及集成电路制造领域，特别涉及一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构及方法。
技术介绍
目前，在半导体器件的制造工艺中，P型金属氧化物半导体（PMOS）管、NMOS管、或者由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，CMOS）管成为构成芯片的基本器件。现有技术中MOS管的制作方法，包括以下步骤：步骤11、在具有阱101的半导体衬底100上依次形成栅氧化层102和多晶硅栅极103；具体地，对半导体衬底100进行阱注入，形成阱101；在半导体衬底100上依次生长栅氧化层和沉积多晶硅层，随后在多晶硅层的表面涂布光刻胶层（图中未显示），曝光显影图案化光刻胶层，定义出栅极的位置，以光刻胶图形为掩膜，依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层，形成栅氧化层102和多晶硅栅极103。对于PMOS晶体管，阱注入为N型元素氟化硼（BF2）或硼（B），如果制作的是NMOS晶体管，阱注入为P型元素磷（P）或砷（As）。步骤12、在所述多晶硅栅极103的两侧形成侧壁层104；步骤13、以多晶硅栅极103和侧壁层104为掩膜对具有阱101的半导体衬底100进行离子注入，形成源漏极105；其中，由于PMOS管用空穴作为多数载流子，所以PMOS管的源极和漏极为P型；由于NMOS管用电子作为多数载流子，所以NMOS管的源极和漏极为N型。步骤14、进行源漏极105的退火处理。根据上述描述，图1为现有技术形成MOS管的结构示意图。为了控制短沟道效应，更小尺寸器件要求进一步提高栅电极电容。这能够通过不断减薄栅氧化层的厚度而实现，但随之而来的是栅电极漏电流的提升。研究发现，在栅氧化层中掺氮形成氮氧化硅，即在氧化硅层中掺氮，与单纯的氧化硅层相比，其等效氧化物厚度（EOT）更小，这一点恰好能够提高栅电极电容。但是，根据现有技术在氧化硅中掺氮形成氮氧化硅，氮氧化硅中氮的含量不好控制，而氮的含量控制不好很容易引起半导体器件开启电压Vt变化，以及迁移率变化等严重问题。现有技术为监控氮含量的漂移，只能每周在线（inline）监测一次，如果氮含量超过容许范围，说明这批产品不符合规格，但是这种监控氮含量漂移的方法，不能及时反映问题，生产效率比较低。
技术实现思路
本申请公开了一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构及方法，以实时监控MOS管上栅氧化层掺氮量的漂移。本申请的技术方案如下：本申请公开了一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构，所述测试结构位于晶圆切割道内，所述测试结构包括：放大器、具有掺氮栅氧化层的PMOS管、具有掺氮栅氧化层的NMOS管、第一电阻和第二电阻；所述放大器，用于放大PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端；其第一输入端和第一输出端分别连接第一电阻的两端；其第二输入端和第二输出端分别连接第二电阻的两端；第一输入端与PMOS管的源极连接；第二输入端与NMOS管的漏极连接；所述PMOS管，用于在放大器的第一输入端输入所述PMOS管的电流/电压，所述PMOS管的漏极接电源电压；所述NMOS管，用于在放大器的第二输入端输入所述NMOS管的电流/电压，所述NMOS管的源极接地。本申请还公开了一种如上所述测试结构监控栅氧化层掺氮量漂移的方法，该方法包括：在放大器的第一输入端和第二输入端分别输入PMOS管和NMOS管的电流/电压；经放大器信号放大后，得到放大后的PMOS管和NMOS管的电流/电压差；根据所述放大后的电流/电压差是否超过容许范围，判断栅氧化层掺氮量是否漂移。随着所述栅氧化层掺氮量的变化，所述PMOS管和NMOS管之间的电流/电压具有相反的变化趋势。当栅氧化层掺氮量升高时，PMOS管的电流降低，NMOS管的电流升高；当栅氧化层掺氮量降低时，PMOS管的电流升高，NMOS管的电流降低。当栅氧化层掺氮量升高时，PMOS管的电压升高，NMOS管的电压降低；当栅氧化层掺氮量降低时，PMOS管的电压降低，NMOS管的电压升高。通过本申请的技术方案，具有掺氮栅氧化层的PMOS管与具有掺氮栅氧化层的NMOS管的电流/电压经过放大器放大后，根据放大后两者之间的电流/电压差是否超过容许范围，判断栅氧化层掺氮量是否漂移。这是因为，随着栅氧化层掺氮量的变化，PMOS管和NMOS管之间的电流/电压具有相反的变化趋势，掺氮量变化越大，电流/电压差越大，因此就可以通过监控放大后PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，进而监控栅氧化层掺氮量是否漂移。与现有技术，每周在线测量栅氧化层掺氮量是否漂移的方法相比，本专利技术的方案能够实时准确地反映栅氧化层掺氮量的漂移，更好地控制氮氧化硅中氮的含量。附图说明图1为现有技术形成MOS管的结构示意图。图2为本专利技术实施例监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。图2为本专利技术实施例监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构示意图。该测试结构位于晶圆切割道内，该测试结构包括：放大器201、具有掺氮栅氧化层的PMOS管202、具有掺氮栅氧化层的NMOS管203、第一电阻204和第二电阻205；其中，放大器201，用于放大PMOS管202和NMOS管203之间的电流/电压差，具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端；其第一输入端和第一输出端分别连接第一电阻204的两端；其第二输入端和第二输出端分别连接第二电阻205的两端；第一输入端与PMOS管202的源极连接；第二输入端与NMOS管203的漏极连接；所述PMOS管202，用于在放大器的第一输入端输入所述PMOS管的电流/电压，所述PMOS管的漏极接电源电压Vdd；所述NMOS管203，用于在放大器的第二输入端输入所述NMOS管的电流/电压，所述NMOS管的源极接地Vss。研究表明，随着栅氧化层掺氮量的变化，所述PMOS管和NMOS管之间的电流/电压具有相反的变化趋势。具体地，当栅氧化层掺氮量升高时，PMOS管的电流降低，NMOS管的电流升高；当栅氧化层掺氮量降低时，PMOS管的电流升高，NMOS管的电流降低。当栅氧化层掺氮量升高时，PMOS管的电压升高，NMOS管的电压降低；当栅氧化层掺氮量降低时，PMOS管的电压降低，NMOS管的电压升高。因此掺氮量变化越大，电流/电压差越大。所以，当栅氧化层掺氮量超过一定范围时，经放大器放大的PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，也超出一定范围，因此，可以通过电学测量电流/电压差，实时监控栅氧化层掺氮量的漂移是否超过容许范围。根据图2所示的测试结构，本专利技术监控栅氧化层掺氮量漂移的方法，包括以下步骤：步骤21、在放大器的第一输入端和第二输入端分别输入PMOS管和NMOS管的电流/电压；步骤22、经放大器信号放大后，得到放大后的PMOS管和NMOS管的电流/电压差；步骤23、根据所述放大后的电流/电压差是否超过容许范围，判断栅氧化层掺氮量是否漂移。下面列举具体场景，对本专利技术的方法进行详细说明。本专利技术实施例中，放大器的放大率为10，第一电阻和第二电阻的阻值分别为1K欧姆，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构，所述测试结构位于晶圆切割道内，其特征在于，所述测试结构包括：放大器、具有掺氮栅氧化层的PMOS管、具有掺氮栅氧化层的NMOS管、第一电阻和第二电阻；所述放大器，用于放大PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端；其第一输入端和第一输出端分别连接第一电阻的两端；其第二输入端和第二输出端分别连接第二电阻的两端；第一输入端与PMOS管的源极连接；第二输入端与NMOS管的漏极连接；所述PMOS管，用于在放大器的第一输入端输入所述PMOS管的电流/电压，所述PMOS管的漏极接电源电压；所述NMOS管，用于在放大器的第二输入端输入所述NMOS管的电流/电压，所述NMOS管的源极接地。

【技术特征摘要】
1.一种监控栅氧化层掺氮量漂移的测试结构，所述测试结构位于晶圆切割道内，其特征在于，所述测试结构包括：放大器、具有掺氮栅氧化层的PMOS管、具有掺氮栅氧化层的NMOS管、第一电阻和第二电阻；所述放大器，用于放大PMOS管和NMOS管之间的电流/电压差，具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端；其第一输入端和第一输出端分别连接第一电阻的两端；其第二输入端和第二输出端分别连接第二电阻的两端；第一输入端与PMOS管的源极连接；第二输入端与NMOS管的漏极连接；所述PMOS管，用于在放大器的第一输入端输入所述PMOS管的电流/电压，所述PMOS管的漏极接电源电压；所述NMOS管，用于在放大器的第二输入端输入所述NMOS管的电流/电压，所述NMOS管的源极接地。2.一种根据权利要求1所述测试结构监控栅氧化层掺氮量漂...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晨，张进创，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31