利用延迟反转点技术检测充电效应的测试结构与方法技术

一种半导体工艺测试结构，其包括栅极、电荷陷获层、以及扩散区域。此测试结构为类电容结构，其中此电荷陷获层将在不同工艺步骤中陷获电荷。接着可利用电容－电压测量以检测使否有产生Ｖｆｂ偏移。若此工艺步骤产生了充电效应，则所诱发的电荷将不均匀。若在测试结构中的电荷不均匀，则不会有Ｖｆｂ偏移。接着则可使用延迟反转点技术，以监控此充电状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及用以制造集成电路元件的工艺的测试与分析，并具体涉及在半导体工艺步骤中，在栅极介质层的测试结构中的电荷状态的测量与监控。
技术介绍
大型集成电路的制造会牵涉到数百个分离的工艺步骤。这些步骤典型地分为二个子步骤。这些子步骤的第一个通常指称为前段工艺，其间半导体元件形成于一硅晶圆中。第二个子步骤通常指称为后段工艺，其间各种金属连接层以及接触形成于在前段工艺子步骤中所形成的半导体元件上。前段和后段工艺中包括有许多的子工艺步骤，会牵涉到材料的沉积、以平板印刷技术图案化各层、并接着将所沉积材料中不需要的部分蚀刻。所沉积的材料主要由绝缘体以及金属合金所构成。在某些例子中，此图案层作为暂时保护体，而在其他时候则作为所形成集成电路的功能元件。无线射频(RF)等离子体通常用于许多工艺步骤中，尤其是在包括后段工艺子步骤的工艺步骤中。举例而言，RF等离子体使用于反应性离子蚀刻(RIE)中，此工艺则用以蚀刻上述各材料层。反应性离子蚀刻提供了为了达成高精准度定义图案时、以及精确控制尺寸时所需要的各向异性蚀刻。在RIE中，气相化学蚀刻由RF等离子体所提供的单向离子轰炸而达成。用于上述平板印刷图案化步骤中的光阻层，通常利用等离子体灰化而移除。不幸地，多次暴露至RF等离子体以及其他类型的离子射线后，会导致辐射伤害以及在外露导电元件中累积电荷，后者将造成伤害电流以及电荷被陷获，进而影响半导体元件以及欲形成的集成电路晶片。图案化后的半导体晶圆表面，会有多个导体与绝缘体部分受到RF等离子体的照射。这些导体与绝缘体部分在等离子体电流中产生了局部不均匀，其进而导致电荷累积于电荷流动的导体表面。此电荷累积会引起伤害性电流，并可能影响硅晶圆上所形成的半导体结构的临界电压。此半导体元件通常包括某种形式的场效应电晶体，其包括栅极、漏极、以及源极区域。电流流经氧化物生成栅极时的机制，主要为富勒-诺德汉(Folwer-Nordheim)隧穿效应的结果。FN隧穿效应发生在大于10MV/cm的电场中。累积于栅极的电压，会使得仅要10伏特的栅极电压就足以在厚度为100埃的氧化层中诱发FN隧穿效应。此电位在公知用以产生RF等离子体以及半导体工艺的等离子体反应器可轻易达到。过量的RF隧穿电流最终将在形成栅极的氧化层中形成正电荷界面陷获层，其可进一步引起电崩塌。随着半导体晶圆暴露至连续的工艺步骤后，伤害或潜在伤害会增加。因此，许多努力投注于评估在各半导体工艺步骤中所形成的伤害。举例而言，经常用以测试伤害程度的方法，是制造测试晶圆或测试晶片，其中包括有特地设计而可测量(或允许测量)由各工艺步骤所造成的伤害的结构。典型的测试结构形成于半导体晶片内特别设计的测试位置中。或者，整片晶圆可被用来专门提供多个测试结构，以监控工艺。因此，此测试结构经过完整工艺，而导致可以被测量的电荷累积。一种经常用以测量电荷状态的方法，使用电容-电压(CV)技术或浮动栅极测试。然而这些公知技术通常在半导体业中无法获得令人满意的结果，因为敏感度低、测试晶片成本高昂、或与测试相关的数据产生时延迟时间长。举例而言，公知的CV方法仅可用在具有均匀充电效应的工艺。换句话说，对于该些电荷会在栅极结构边缘累积的工艺，公知的CV方法将受到由被陷获电荷所致的电容改变不足所苦。此不足的电容改变将使公知CV方法不能用以监控充电状态。
技术实现思路
根据本专利技术的一方面，提出一种半导体工艺测试结构，其包括栅极、电荷陷获层、以及扩散区域。此测试结构为一类电容结构，其中该电荷陷获层将在不同工艺步骤中陷获电荷。接着可利用电容-电压测量以检测使否有产生平带电压(Vfb)偏移。若此工艺步骤产生了充电效应，则所诱发的电荷将不均匀。若在测试结构中的电荷不均匀，则不会有Vfb偏移。接着则可使用延迟反转点技术，以监控此充电状态。以下详细说明本专利技术的结构与方法。本
技术实现思路
说明章节目的并非在于限定本专利技术。本专利技术由权利要求书所限定。凡本专利技术的实施例、特征、目的及优点等将可通过下列说明权利要求书及附图获得充分了解。附图说明图1A-1C示出根据本专利技术实施例所配置的测试结构的各视图；图2示出图1中的测试结构加上测试导线后的金属化版本；图3示出图1A-1C中的测试结构，在工艺步骤中的充电效应；图4示出图1A-1C中的测试结构经过UV光照射后的边缘充电效应；图5A示出图1A-1C中的测试结构的边缘充电效应；图5B示出图1A-1C中的测试结构在历经图5A充电效应后的CV测量结果；图6示出多个可被用作为图1的测试结构的不同栅极电极形状；图7示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构；图8示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构；图9示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域；图10示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域； 图11示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域；图12示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域；图13示出包括如图12所示的多个测试结构的结构；图14示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域；以及图15示出根据本专利技术另一实施例的例示测试结构，其包括有多个扩散区域。主要元件符号说明100测试结构102栅极104电荷陷获层106扩散区域108衬底202，204 金属层301电荷304电荷402UV射线404电荷502环状栅极504方形栅极506星状栅极508，512 栅极602，702 氧化物区域800，900 测试结构802，902 栅极804，904 漏极区域806，906 源极区域 1004，1006，1008，1010 扩散区域1100测试结构1102栅极1106漏极扩散区域1108衬底1110源极扩散区域1400，1500 测试结构1402，1502 衬底1404，1504 栅极1406-1420，1506-1522扩散区域具体实施方式本专利技术所述的系统与方法仅涉及类电容测试结构，其可被用以减低测试晶圆的成本，并缩短制造测试数据(其用以改变半导体工艺)的延迟时间，进而减少在工艺步骤中因为电荷累积所造成的损害。如上所述，许多半导体工艺步骤可引起充电效应于半导体结构的栅极介质层中，导致临界电压偏移及/或栅极介质层劣化。对于包括有浮动栅极元件的存储元件如电性可编程可擦除只读存储器(EEPROMS)与闪存器件、以及如SONOS元件等电荷陷获元件而言，此充电效应会导致宽的初始临界电压分布，其会冲击此元件的操作区间。此充电效应的成因包括不同电场、等离子体、或如紫外光等射线，而使得半导体晶圆在半导体工艺中受到这些射线的照射。图1A-1C示出依据本专利技术系统与方法的实施例所配置的例示导体测试结构100的各种视图。图1A示出测试结构100的上视图。如图所示，测试结构100包括栅极102以及扩散区域106。图1B是测试结构100的立体图，其说明扩散区域106位于衬底108上。举例而言，衬底108可为一大片硅衬底。图1C示出测试结构100沿着AA’线的剖面图。在图1C所示的剖面图中，可以看到电荷陷获层104。电荷陷获层可位于电极102下、扩散区域106上。电荷陷获层104为介质层，其设计用以在结构100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用以监控从半导体工艺步骤中所获得的硅衬底上所形成的测试结构中的电荷状态的方法，该方法包括：使该测试结构进入该半导体工艺步骤：在该测试结构上实施电容－电压（ＣＶ）测量以获得电容－电压量变曲线；根据该测量而检测在该电容－电压量变曲线中是否产生偏移；以及当无偏移时，至少部分根据延迟反转点信息而监控该测试结构的该电荷状态。

【技术特征摘要】
US 2006-4-10 11/279,2241.一种用以监控从半导体工艺步骤中所获得的硅衬底上所形成的测试结构中的电荷状态的方法，该方法包括使该测试结构进入该半导体工艺步骤；在该测试结构上实施电容-电压(CV)测量以获得电容-电压量变曲线；根据该测量而检测在该电容-电压量变曲线中是否产生偏移；以及当无偏移时，至少部分根据延迟反转点信息而监控该测试结构的该电荷状态。2.如权利要求1所述的方法，还包括当电荷-电容量变曲线中产生偏移时，决定该测试结构的电荷状态是否是均匀的。3.如权利要求1所述的方法，还包括根据该延迟反转点信息而检测边缘充电效应。4.如权利要求1所述的方法，其中该测试结构包括栅极以及扩散区域，该方法还包括将探针直接置于该栅极与该扩散区域上，并利用该探针监控该电荷状态。5.如权利要求1所述的方法，其中该测试结构包括栅极、扩散区域、以及连接至该栅极与该扩散区域的内连接线，该方法还包括将探针置于该内连接线上并利用这些探针监控该电荷状态。6.如权利要求1所述的方法，还包括根据该所监控的电荷状态而调整至少部分与该工艺步骤有关的参数。7.一种用以监控从半导体工艺步骤中所获得的硅衬底上所形成的测试结构中的电荷状态的方法，该方法包括形成该测试结构，该测试结构包括衬底、形成于该衬底上的栅极、形成于该栅极与该衬底间的陷获层、以及形成于该衬底上并位于该栅极侧的扩散区域；使该测试结构进入该半导体工艺步骤；实施电容-电压测量于该测试结构，以产生电容-电压量变曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明昌，李明修，吴昭谊，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]