CN100416861C - 探测器装置和电荷载流子的探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一探测器装置(100)，一种电荷载流子的探测方法，以及探测电荷的ONO场效应晶体管的使用。该探测器装置(100)具有具体实施于一基板(101)之上及/或之中的一ONO场效应晶体管，以用于探测电荷载流子，而使得所述要进行探测的电荷载流子(103)可以被导入该ONO场效应晶体管层顺序(102)之中，一记录单元(104)，其被耦接至该ONO场效应晶体管，以用于记录被导入该ONO层顺序(102)中之所述电荷载流子(103)之数量及/或电荷载流子型态的一电信号特征，以及一分析单元，以用于自该特征电信号决定出被导入该ONO层顺序(102)中之所述电荷载流子(103)的数量及/或电荷载流子型态。
Description
技术领域
本发明涉及探测器装置和电荷载流子的探测方法。
背景技术
在半导体技术中，一个重要的层沉积方法为CVD方法(”chemicalvapor deposition，化学气相沉积”)，而该CVD方法为用于自气相而在一固体基板上形成一薄层的一涂覆技术，该CVD方法的原则在于，气体的起始材质乃于一基板上方进行导电，并且会化学地分解成为其组成成分，而由于这样的结果，即会有新的一层成长于该基板表面之上，其中，该起始材质，所谓的前驱物，通常会进行热分解，也就是说，通过加热该基板而进行分解，并且，该沉积通过所牵涉的一化学反应而加以达成，举例而言，一挥发性的气体成分会与另一个气体进行反应，以形成沉积在该基板上的一固体材质。
而为了达成比在所述的CVD方法中更低的程序温度，则通常会使用等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)，相反地，在公知的CVD方法中，该气相反应是由于加热该基板而是通过热能进行起始，但该PECVD方法则是以将在该基板表面附近的一气体转换成为等离子体状态作为基础，而反应产物的其中之一即是沉积在该表面上的一固体物质，并且，从而形成一新层。
然而，该PECVD方法与其它以等离子体为基础的方法(举例而言，等离子体蚀刻方法)，以及会发生带电荷粒子的其它方法(举例而言，离子束蚀刻)所具有的缺点却是，在所述方法期间所产生的带电荷粒子，其可能有关于在该分别方法所处理的基板的表面上或是附近的结构组件的一电荷而发生，而此则会导致对于形成在该基板上、或是该基板中的构件的伤害。
在集成电路中，一重要的标准构件即为场效应晶体管，而一场效应晶体管的功能所必须的参数则是通常被形成为在一基板上的一二氧化硅层的栅极绝缘层的长度以及材质，其中，该栅极绝缘层具有自该场效应晶体管的两源极/漏极区域间的导电信道而对该栅极电极进行电去耦的功能，所以，若是该栅极绝缘层遭受会产生自由电荷载流子的一方法步骤时，则所述电荷载流子可能会被沉积在该栅极绝缘层之中，并且，会不受欢迎地影响该栅极绝缘层的绝缘效果，然而，由于带电荷粒子的作用所造成的该栅极绝缘层的电绝缘效果的损害则可能会导致该场效应晶体管，以及因此整个集成电路，的特征以及真实性的损害。
至于以一场效应晶体管作为基础的一浮动栅极存储单元，由于将电荷载流子不受欢迎地导入该栅极绝缘层而造成对该栅极绝缘层的伤害的一不利结果是，先前被导入一浮动栅极的电荷的耗损，或是被导入一浮动栅极的电荷的持续时间的减少。在一浮动栅极存储单元的例子中，待储存的信息乃是以被导入该浮动栅极层中的电荷的数量的形式而进行编码，而一漏电流所造成的该电荷数量的消散会由于一受损的栅极绝缘层而导致所储存的信息遗失，如此的一漏电流(应力诱导漏电流，SILC)为以一栅极绝缘层受损作为基础的一不利结果的例子。
举例而言，若是在一等离子体程序期间，电荷载流子被累积于一层顺序的一未覆盖面积之上，并且由于相关于该基板的一电位差而引起一电流流经该层时，则会产生上述对于一栅极绝缘层、或一集成构件的另一功能性层的损害，而此可能会造成对于该栅极绝缘层的损害、或是造成该栅极绝缘层的一电崩溃。
为了能够抵销所述的问题范围，则很重要的是，要了解在如此的损害的形成期间的程序，以及要对相关于一特殊经验的该损害进行定量。
公知技术叙述使得一集成装置构件因不受欢迎的电荷所造成的损害的探测成为可能的各种方法。
已知，为了达成探测一可充电结构因为先前所实行的等离子体程序所造成的电荷的目的，提供具有足够大电容器面积的电容器，并且暂存所谓的Qbd数值，该Qbd数值表示具有一二氧化硅层提供于中间作为一介电质的一电容器的功能崩溃时的电荷总数量，换言之，自一堆栈的电容器的功能崩溃可以推论出，在引起该电荷的施加的等离子体程序期间，一特殊量电荷于该电容面积上超量。
而另一个已知用于探测在一基板上的一可充电结构的一电荷的方法，则是以对一厚的二氧化硅层表面电荷的分析(所谓的“表面电荷分析”)作为基础。
参考文献[1]揭示使用一EEPROMs(″electrically erasable andprogrammable read only memory″，电子式可清除程序化程只读存储器)配置作为用于储存待暂存的电荷载流子，以及用于暂存在该EEPROM存储单元的晶体管的临界电压中，由于储存在该EEPROM存储单元中的所述电荷载流子所造成的一变动的构件。
一晶体管的一临界电压被了解为，至少被施加于栅极区域以及所述源极/漏极区域其中的一之间、并且为了使一非无关紧要的电流流经该晶体管的该两源极/漏极区域之间而为必须的电压。
根据参考文献[1]，EEPROM存储单元的一多样性以矩阵形式而被整合进入一晶片，从而而形成一所谓的“CHARM”晶片，而每一个EEPROM存储单元则会被耦接至一所谓的“电荷集合电极(charge collectionelectrode，CCE)”，以在该晶片表面累积将被探测的电荷载流子。在电荷载流子的产生期间(举例而言，由于该晶片所遭受的一PECVD方法所产生者)，流入耦接至分别集合电极的该EEPROM存储单元的电荷储存层中的电荷载流子会累积于该电荷集合电极之上，该EEPRM存储单元的晶体管的临界电压会由于在该EEPROM存储单元的该电荷储存层中电荷载流子的出现而独特地加以改变，而此改变则被视为在该等离子体方法期间所获得的电荷载流子的数量的一基准，此会产生关于该等离子体蚀刻程序期间电荷载流子的数量的一项信息。
应该要注意的是，电荷集合电极的概念亦被应用于其它以标准方式集成的半导体构件。
为了探测在一基板上、或之中的一可充电结构的电荷，依照公知技术，该栅极漏电流的强度(“应力诱导漏电流”)更进一步加以暂存，而该漏电流越大，则会有更多该电荷载流子被不受欢迎地导入一相关的栅极绝缘层。
然而，已知用于探测一可充电结构的电荷的所述方法具有一列的缺点。举例而言，通过测试结构所获得的结果通常会由于所述构件的特殊配置以及尺寸可能对等离子体程序期间的局部差异造成影响，而无法很容易地传递至真实的晶片，而且，在测试结构上的天线结构的形成代表在充电操作中的一干预，并且，可能因此导致人为错误(artefacts)，再者，当使用大面积天线结构时，一基板的电荷的空间分辨率(spatial resolution)会受损，对上述的Qbd测量而言，也会在大面积电容上获得一相似的情形。更甚者，根据公知技术的已知方法，特别是该“CHARM”晶片，在它们的制造中为复杂且昂贵。
另外，其已知利用具有一ONO层顺序作为一栅极绝缘层的一场效应晶体管作为一存储单元，而一种储存在一ONO场效应晶体管中的两位的方法则是叙述于，举例而言，参考文献[2]中。
参考文献[4]揭示具有用于限制在一制造方法期间可能发生的程序诱导伤害的一保护结构的一非易失存储结构。
参考文献[5]揭示具有电荷载流子可导入其中的一介电陷阱层(dielectric trapping layer)的一可程序化只读存储器，该陷阱层被配置于两氧化硅层之中。
参考文献[6]揭示会探测一集成电路处理设备，例如，举例而言，一等离子体蚀刻器(etcher)，的电流密度相对于电压特征的一装置。
参考文献[7]则揭示具有一保护晶体管以及一天线的一保护装置，该装置于制造一半导体芯片的方法期间为活跃的。
发明内容
本发明提供一种探测可被用于暂存在一基板中的电荷现象的电荷载流子的探测器装置，且其具有一学理上站得住脚的布局以及良好空间分辨率的问题作为基础。
该问题通过具有依照独立权利要求的特征的一探测器装置、一电荷载流子的探测方法而加以解决。
该用于探测电荷载流子的探测器装置具有一ONO场效应晶体管，形成于一基板之中或之上，并且，以该待探测电荷载流子可以被导入该ONO层顺序之中的方式而加以建立，以及具有一缓存单元，被耦接至该ONO场效应晶体管，并且，以其会暂存被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的数量及/或电荷载流子型态的一电信号特征的方式而加以建立，以及具有一探测器单元，以用于自该特征电信号探测被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的数量及/或电荷载流子型态，所述ONO场效应晶体管具有两源极/漏极以及一栅极区域。
在通过具有上述特征的一探测器装置而探测电荷载流子的一方法中，该基板经历下列程序步骤：所述电荷载流子会被导入该ONO层顺序之中，以被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态作为特征的该电信号特征通过该缓存单元而进行暂存，以及被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子通过该探测器单元而自该特征电信号中加以探测。
附图说明
本发明的一示范性实施例于附图中加以图例说明，并且，于后有更详尽的解释。
在附图中：
第1A图：其显示根据本发明的一较佳示范性实施例的一探测器装置；
第1B图：其显示第1A图中所示的该探测器装置的一放大详细图；以及
第2图：其显示一ONO场效应晶体管的临界电压的改变与由于作用在于该ONO场效应晶体管上的电荷载流子所造成的应力电压之间的关系。
具体实施方式
一ONO晶体管为在其中的一栅极绝缘层被形成为被称作ONO层顺序的一层顺序的场效应晶体管。一ONO层顺序包括一第一二氧化硅层，在该第一二氧化硅层之上的一氮化硅层，以及在该氮化硅层之上的一第二二氧化硅层，一ONO层顺序具有，特别是，被注入该氮化硅层的电荷载流子可在该氮化硅层中长久维持的特质，以从而避免该电荷载流子由于该ONO层顺序的电绝缘特质而透过该两二氧化硅层的其中的一(在缺乏一高电压的情况下以任何速率)消散。
相对于依照参考文献[2]的该场效应晶体管，本发明使用具有一ONO层顺序的一场效应晶体管，以用于探测，举例而言，在关于半导体技术的一方法步骤中，所产生的电荷载流子。若是，举例而言，电荷载流子在相关于半导体技术的一方法步骤中(例如，在一PECVD方法期间)产生时，则所述电荷载流子，在根据本发明的该探测器装置的例子中，可以被导入该ONO层顺序之中，更精确地说，可以被导入该ONO层顺序的该氮化硅层之中。此仿真，举例而言，一集成电路的一晶体管的一栅极绝缘层在相关于半导体技术的方法期间，由于电荷载流子的出现而暴露在其中的“应力”，而构成如此的电荷载流子被导入一栅极绝缘层之中的基础的物理程序可以利用根据本发明的测试结构而加以检测以及量化，所以，很清楚地，该ONO场效应晶体管的电特质，特别是其临界电压，会由于将该电荷载流子导入该ONO层中而加以改变，而该变动的标记(sign)以及数值为被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该电荷载流子型态的一量测，以及被导入其中的所述电荷载流子的该数量的一量测。必须要强调的是，在此，提及在该ONO场效应晶体管中的该临界电压中的变动仅是作为为了探测在该ONO层顺序中的所述电荷载流子而可以加以暂存的一可能特征电信号的一个例子。根据本发明，该探测器装置的该缓存单元一般而言以其会暂存该特征电信号的方式而加以建立，而根据本发明的该探测器单元会自该特征电信号探测出该待探测电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态。
本发明的一基本想法可以在一集成场效应晶体管被形成为具有一氧化物-氮化物-氧化物层顺序(ONO层顺序)，也就是说，具有一氮化硅层(Si3N4)位在两二氧化硅层(SiO2)之间的一层顺序以作为栅极绝缘层，的事实中清楚地的看见。一ONO层顺序可以局部地储存电荷载流子，而该电荷载流子则会位于该ONO层顺序的该电绝缘氮化硅层之中。一般而言，电荷载流子被导入该ONO层顺序之中，因为该电荷载流子的一足够高的能量，而使得电荷载流子会穿透所述二氧化硅层其中的一而进行穿隧，举例而言，由于在该ONO晶体管的终端间的高电位差异、或是由于所述电荷载流子的一高动能。在该ONO层中出现电荷载流子会以一可被暂存的特征方式而影响该晶体管的电特质，所以，相较于在氮化硅层中没有电荷载流子的一ONO场效应晶体管，具有一已充电的氮化硅层的该ONO场效应晶体管的所述电特征的一如此的改变可以，举例而言，通过施加一固定的源极/漏极电压以及暂存该源极/漏极的电流、或其改变而进行暂存，若是一可预定栅极电压可以进行变更直到一源极/漏极电流不在发生为止，则有可能暂存因为电荷载流子被导入该ONO层顺序之中所造成的该ONO晶体管的该临界电压、或是其变动。
根据本发明，该待探测的电荷载流子(在一等离子体程序中所产生者，举例而言，)自该栅极区域、并经由该ONO层顺序的该上部二氧化硅层而被导入该氮化硅层之中，结果是，该场效应晶体管的电参数会以一独特的方式而加以改变，特别是，该场效应晶体管的该临界电压会由于该被导入的电荷载流子可以被清楚地解释为一栅极电压构件而加以改变，因为所述电荷载流子会以相似于真实施加于该栅极区域的一外部电压的方式，而独特地改变该ONO场效应晶体管的该信道区域的导电。
根据本发明的该探测器装置，相较于从公知技术中所得的用于探测电荷载流子的装置，具有一系列的优点。举例而言，根据本发明的该探测器装置系具有成本效益，特别是，实质上比一“CHARM”晶片更具成本效益。
再者，根据本发明的该探测器装置所提供的优点为，其被用于探测一真实基板(举例而言，一晶片)、或是构件结构的一电荷。而根据本发明的该探测器装置的使用则是可以允许在不同程序设备之间的一直接比较。
于该基板的处理期间，可以达成对一ONO层顺序的该电荷的暂存，举例而言，在实行一等离子体程序以在该基板的一第一表面区域上形成集成构件之前，根据本发明的该探测器装置的一ONO场效应晶体管可以被形成于该基板的一第二表面区域之上，并且，该晶体管的该临界电加亦可以加以暂存，接着，所述集成构件可以利用一等离子体程序而被形成于该基板的该第一表面区域之上，而在此程序期间由于所产生的电荷载流子而发生的“应力”可以通过利用根据本发明的该探测器装置而暂存该ONO场效应晶体管的该临界电压的改变而加以暂存。
根据本发明的该探测器装置亦不限制为等离子体以及离子束程序，而是可适用于致能对一电子装置因一程序步骤所引起的任何所需电荷载流子的定量。
根据本发明的该探测器装置可以至少部分被形成为一集成电路。因此，一ONO场效应晶体管可以通过相关于半导体技术的成熟方法而被形成为具有非常小，进入奈米的范围，的尺寸，而由于此小的结构尺寸，则其有可能在该电荷现象的探测中达成一高空间分辨率(spatialresolution)。
再者，其有可能以本发明的该探测器装置的该ONO层顺序的一电荷作为基础而模拟由于外部施加的一足够高电压所造成的一电层的电荷，因此，其有可能计算待探测电荷载流子的数量以及一电信号，举例而言，一临界电压，的一改变之间的关系。
此外，根据本发明的该探测器装置使得不仅探测被导入该ONO层顺序的所述电荷载流子的数量，同时亦探测其电荷载流子型态(亦即，带正电或带负电的电荷载流子)成为可能。
根据本发明的该ONO场效应晶体管可以被架构成为n导通型态、或p导通型态的一场效应晶体管，则因此，不论是电子或是电洞皆可以是待探测的电荷载流子。但应该要注意的是，特别是该探测器装置的层厚度，更特别地是该ONO层顺序的个别层的厚度，较佳地要适应于该待探测电荷载流子的标记、或是适应于一n-FET、或一p-FET是否有出现的事实，换言之，该层顺序的厚度较佳地根据所出现的电子或是电洞的状况而变动地加以设定。
依照根据本发明的该探测器装置的一较佳改进，为了探测被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量以及该电荷载流子型态，在该ONO场效应晶体管的该临界电压中的变动被视为以其为特征的电信号。该电荷载流子型态可以根据该临界电压是否变动而朝向一较高或朝向一较低的临界电压而进行探测，而根据被导入该ONO层顺序的该氮化硅层中的该待探测电荷载流子的电荷的标记，外部施加于该ONO场效应晶体管的该栅极区域的一电压会被放大或是衰减，结果，该ONO场效应晶体管的该临界电压即会被增加或是减少。
依照用于探测电荷载流子的方法的一改进，一PECVD方法被施加于具有该探测器装置形成于其上及/或集中的一晶片，结果，电荷载流子会由于该等离子体而被导入该探测器装置的该ONO场效应晶体管的该ONO层顺序的该氮化硅层之中，因此，代表该ONO场效应晶体管的该临界电压的该特征电信号加以变动，并且，此变动在强度以及标记方面通过该缓存单元而加以暂存，在该临界电压中的该变动的强度以被导入该ONO层顺序中的该电荷载流子的该数量作为特征，以及在该临界电压中的该变动的该标记则是以其电荷载流子型态作为特征。在一更进一步的方法步骤中，被导入该ONO层顺序中的该电荷载流子的该电荷载流子型态以及该数量通过该探测器单元而自该临界电压中的该变动的该标记以及该强度中被探测出来。
本发明的较佳发展衍生自附属权利要求。
根据本发明的该探测器装置的较佳发展叙述如下。
根据本发明的该探测器装置的该存单元可以具有一第一暂存次单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管的两源极/漏极区域，并且，以其可以被用于将一第一可预定电压施加在该ONO场效应晶体管的该两源极/漏极区域之间，以及其会暂存流经该两源极/漏极区域之间的一电流的强度的方式而加以建立。
依照该缓存单元的一更进一步改进，该缓存单元具有一第二暂存次单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管的栅极区域，并且，以其可以被用以将一第二可预定电压施加至该ONO场效应晶体管的该栅极区域的方式而加以建立。
很清楚地，具有该第一以及该第二暂存次单元的该缓存单元可以被用于暂存该源极漏极电流与该源极-栅极电压之间的关系，显然，一晶体管特征曲线可以加以记录，特别是，该ONO场效应晶体管的该临界电压、或是在该临界电压中一变动系可以加以暂存。
依照一较具优势的改进，由该缓存单元所暂存、并以被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态作为特征的该电信号，可以是该ONO晶体管的临界电压由于所述电荷载流子被导入该ONO层顺序之中所产生的一改变。
较佳地是，在该探测器装置的该ONO晶体管的例子中，该两源极/漏极区域被形成为该基板的彼此相距一距离的两已掺杂表面区域，该ONO层顺序由在该基板上的该两源极/漏极区域之间的一第一二氧化硅层，在该第一二氧化硅层之上的一氮化硅层，以及在该氮化硅层之上的一第二二氧化硅层所形成，以及该栅极区域被形成为在该第二二氧化硅层上的一导电层。
特别地是，该基板可以是一基板，并且，更特别地是，一p掺杂、或n掺杂基板。若是该基板为一p掺杂基板时，则该两源极/漏极区域为n掺杂，而若是该基板为一n掺杂基板时，则该两源极/漏极区域为p掺杂区域。换言之，该ONO场效应晶体管可以被形成为n导通型态、或是p导通型态的一场效应晶体管。
该探测器装置可以更进一步地具有一电荷集合电极，其经由该栅极区域而被耦接至该ONO层顺序，并且，其用于累积待探测的电荷载流子。
很清楚地，该电荷集合电极(CCE)为一天线结构，较佳是配置在该探测器装置的表面，其可以累积待探测的电荷载流子，并且，其可以经由该ONO场效应晶体管的该栅极区域，并以该待探测电荷载流子系至少可以部分被储存在该ONO层顺序的该氮化硅层之中的方式，而将所述电荷载流子提供至该ONO层顺序，该电荷集合电极系较佳地产生自具有良好导电的一材质。
而通过一电荷集合电极的使用，其系有可能增加根据本发明的该探测器装置的探测敏感度。若是，举例而言，在待描绘特征的一程序期间，仅获得小量且仅能很困难地执行探测的电荷载流子时，则该电荷载流子可以通过可以被形成为具有一足够大面积的该电荷集合电极而加以累积，然后再被提供至该ONO层顺序。此更进一步地改进了不管如何高度敏感的ONO晶体管的探测敏感度。
再者，该探测器装置可以具有至少一反应室，而该反应室以制造该ONO场效应晶体管后，一处理该基板的程序步骤可以在该反应室中加以实行的方式而加以建立。
特别地是，该反应室可以被建立成为一等离子体反应室，以及更特别地是，被建立成为用于实行一等离子体蚀刻程序的一等离子体蚀刻腔室，或者是，该等离子体反应室可以被建立成为用于实行一等离子体沉积程序的一等离子体沉积腔室。
在作为一等离子体蚀刻反应室的该等离子体反应室的架构中，其有可能在该等离子体蚀刻程序期间，举例而言，通过形成在该等离子体反应室中的一等离子体而回蚀、或移除在一基板的表面上的一层，而根据该等离子体，受激发的中性原子、或分子(自由基)可以扩散至该基板，并且与在该基板表面的原子进行化学反应，若是挥发性反应产物会由于该化学反应而加以形成时，则此会导致在该基板表面上的一层的侵蚀或移除，其中该反应产物可以，举例而言，通过一真空帮浦，而加以抽取。在如此的一等离子体蚀刻腔室中，电荷载流子可以被累积在该基板的不需要使用的区域(举例而言，一栅极绝缘层)，而在此状况下，如此的电荷载流子则可以根据本发明而进行探测。
在作为一等离子体沉积腔室的该等离子体反应室的架构中，通过实行该PECVD方法，举例而言，一层可以利用在该基板表面上的等离子体材质而进行沉积，对电荷载流子而言，其有可疼发生在不需要的区域之中，举例而言，在所形成的一场效应晶体管的该栅极绝缘层，因此，该电荷载流子可以根据本发明而进行探测。
根据本发明的通过一探测器装置而探测电荷载流子的方法叙述如下，而该探测器装置的改进亦可应用于通过该探测器装置而探测电荷载流子的方法之中。
依照上述通过一探测器装置而探测电荷载流子的方法的一较具优势发展，该ONO场效应晶体管的该临界电压被暂存为该特征电信号，并且，该ONO场效应晶体管的该临界电压的一改变会相关于一位充电的参考场效应晶体管而进行探测。
正如上述，由于一等离子体程序，举例而言，而被导入该ONO层顺序的该氮化硅层中的电荷载流子的该数量以及该电荷载流子型态，就强度以及标记方面而言，可以推论自该ONO场效应晶体管的该临界电压的该改变，而为了在数量上评估该改变，则得知该场效应晶体管的该临界电压在没有电荷载流子导入其中的情形下的数值相当有帮助，所以，为了此目的，一参考量测可以在一参考场效应晶体管，亦即，未暴露至所述载体电荷的一场效应晶体管，加以实行，并且，其参考临界电压可以加以探测，其中，该参考场效应晶体管可以为与该ONO场效应晶体管不同的一ONO场效应晶体管，然而，该参考场效应晶体管亦可以是考虑中的该ONO场效应晶体管其本身，亦即，在该待测电荷载流子被导入之前。
根据本发明的较佳示范性实施例，以第1A图以及第1B图做为参考，一探测器装置100于后有所叙述。
该用于探测电荷载流子的探测器装置100，如第1A图所示，具有形成在一基板101之中、或之上的一ONO场效应晶体管，并且，以该待探测的电荷载流子103可以被导入该ONO层顺序102之中的方式而加以建立，而依照所叙述的示范性实施例，所述电荷载流子103带有正电荷(“+”)，再者，该探测器装置100具有一缓存单元104，而该缓存单元104被耦接至该ONO场效应晶体管，并且，以其会暂存被导入该ONO层顺序102中的所述电荷载流子103的数量以及电荷载流子型态(正电荷)的一电信号特征(electrical signalcharacteristic)的方式而加以建立。另外，该探测器装置100具有一探测器单元105，以自该特征电信号探测被导入该ONO层顺序102中的所述电荷载流子103的数量以及电荷载流子型态，而该缓存单元104具有一第一暂存次单元104a，该第一暂存次单元104a被耦接至该ONO场效应晶体管的两源极/漏极区域106、107，并且，以其可以被用于将一第一可预定电压施加在该ONO场效应晶体管的两源极/漏极区域106、107之间、且其会暂存流经该两源极/漏极区域106、107之间的一电流的强度的方式而加以建立，更进一步地，该缓存单元104更具有一第二暂存次单元104b，而该第二暂存次单元104b被耦接至该ONO场效应晶体管的栅极区域108，并且，以其可以被用以将一第二可预定电压施加于该ONO场效应晶体管的该栅极区域108的方式而加以建立。根据此示范性实施例，该第一暂存次单元104a具有一电压源，以用于提供该第一电压，以及一安培计，以用于暂存在该两源极/漏极区域106、107之间的该电流，而该第二暂存次单元104b则具有一电压源，以用于将一可变电压施加至该ONO场效应晶体管的该栅极区域108。依照所叙述的示范性实施例，由该缓存单元104进行暂存、并以被导入该ONO层顺序102中的所述电荷载流子103的数量以及电荷载流子型态作为特征的该电信号为该ONO晶体管的临界电压固将电荷载流子103导入该ONO层顺序102之中的一改变，该缓存单元104使得暂存一晶体管特征曲线，也就是说，该源极/漏极电流的强度对该栅极-源极电压的关系，成为可能，也因此使得暂存该ONO场效应晶体管的临界电压成为可能。
在该探测器装置100的例子中，该两源极/漏极区域106、107被形成为该基板101的两彼此相距一距离的已掺杂表面区域，该ONO层顺序102形成自施加在该基板101上的该两源极/漏极区域106、107之间的一第一二氧化硅层102a，施加于该第一二氧化硅层102a之上的一氮化硅层102b，以及施加于该氮化硅层102b之上的一第二二氧化硅层102c。
该ONO层顺序102的一部份区域150的架构于第1B图中图例说明为一放大图。该第一二氧化硅层102a的厚度d1为10.5nm，该氮化硅层102b的厚度d2为7nm，以及该第二二氧化硅层102c的厚度d3为8nm，但是，应该要注意的是，在第1A图以及第1B图中的举例说明并没有依照比例。
要注意的是，所述层厚度较佳地根据，依照呈现的状态，电子或电洞是否会出现而成为待探测的电荷载流子而加以设定。
该ONO场效应晶体管的该栅极区域108会形成为在该第二二氧化硅层012c上，由多晶硅所制成的一导电层。
更甚者，该探测器装置100具有一电荷集合电极(chargecollection electrode)109，其经由该栅极区域108而被耦接至该ONO层顺序102，并且，用于累积待探测的电荷载流子103，而该电荷集合电极109的表面区域较该栅极区域108的相对应表面为大，因此，很清楚地，相较于不具有一电荷集合电极109的一装置，在一等离子体方法，举例而言，期间所获得的电荷载流子的一增加量会累积于该电荷集合电极109之上，并且，经由该栅极区域108而被提供至该ONO层顺序102，而依照第1A图，该电荷集合电极109相较于该栅极电极108的表面而具有的该较大表面乃是起因于该电荷集合电极109相较于该栅极电极108的水平范围12所具有的增加的水平范围11。
显示于第1A图中的所述箭头110举例说明电荷载流子如何由于一等离子体方法(举例而言，一PECVD方法)而被指向于该探测器单元100的该表面之上，要特别指出的是，在该基板101上的该第一二氧化硅层102a的该厚度d1，具有一数值10.5nm，被选择为较该第二二氧化硅层102c的厚度d3＝8nm显著大上许多。正如上述，该待探测电荷载流子，依照第1A图，自上方导入，也就是说，由于量子力学隧道效应(quantum mechanical tunnel effect)而自该栅极电极108通过该第二二氧化硅层102c，然后进入该氮化硅层102b。穿透一电绝缘层的电荷载流子的穿隧电流大略会与该层的厚度呈指数方式减少，所述厚度d1以及d3设定为电荷载流子仅能依照第1B图而自上方穿隧，也就是说，从该栅极区域108出发，穿透该第二二氧化硅层102c，而后进入该氮化硅层102b，但反之，由于该较厚的第一二氧化硅层102a，则自等该源极/漏极区域106、107、穿透该第一二氧化硅层102a、而后到达该氮化硅层102b的电荷载流子的一流入或消散加以避免。
接下来的叙述，以该探测器装置100做为参考，为利用该探测器装置100探测所述电荷载流子的方法。
依照该方法，该基板101经历一PECVD程序步骤，而在该程序期间，所述电荷载流子103被导入该ONO层顺序102之中，更精确地是，被导入该ONO层顺序102的该氮化硅层102b之中，再者，被导入该ONO层顺序102中的所述电荷载流子103的数量以及电荷载流子型态的电信号特征通过该缓存单元104而进行暂存，而依照所叙述的示范性实施例，在该ONO场效应晶体管的该临界电压中的变动利用该缓存单元104而被探测为该特征电信号。一场效应晶体管的该临界电压为必须被施加于该晶体管的一源极/漏极区域以及该栅极区域之间的最小电位差异，以在给定该两源极/漏极区域106、107之间的一预定电位差异的情形下，引起流经该两源极/漏极106、107之间的一电流，而为了探测该临界电压，一固定的第一电压通过该第一暂存次单元104a而被施加于该两源极/漏极区域106、107之间，并且，一可变的第二电压通过该第二暂存次单元104b而被施加于该栅极区域108，然后，流经该两源极/漏极区域106、107之间的一可能电流的强度通过该第一暂存次单元104a的一安培计而加以探测，换言之，在给定一预定源极/漏极电压(第一电压)的情形下，于该两源极/漏极区域106、107之间的该电流会以取决于位在该栅极区域的该已改变第二电压的方法(也就是说，以取决于一可变栅极-源极电压的方法)而进行暂存，结果，可以获得一晶体管特征曲线，并且，该ONO场效应晶体管的该临界电压可以自该特征曲线而加以决定，因此，该ONO场效应晶体管的该临界电压被暂存，以作为该特征电信号，更精确地是，该ONO场效应晶体管的该临界电压的一改变相关于一未充电的参考场效应晶体管而进行探测，也就是说，该探测器装置100的该ONO场效应晶体管的该临界电压首先会在衍生自第1A图的状况的例子中进行暂存，并且，在此例子中，该ONO层顺序102不具有电荷载流子103(参考临界电压)，然后，依照显示在第1A图中的状况，该ONO场效应晶体管的该临界电压会于所述电荷载流子103被导入根据第1A图的该探测器装置100的该ONO场效应晶体管的状态下进行暂存，根据在两状态下的临界电加差异，被导入该ONO层顺序102中的所述电荷载流子103的数量以及电荷载流子状态可通过该探测器单元105的功能而加以探测，而该功能在于，举例而言，该探测单元会从包含在该探测器单元中的一数值列表，指派一电荷量至一已暂存的临界电压变动，如此的一数值列表可以获得自，举例而言，一事先的计算。
接下来的叙述在于该ONO场效应晶体管的该临界电压如何通过将电荷载流子导入该ONO层顺序102的该氮化硅层102b而受到改变。以第1A图做为参考，来自一等离子体方法的带正电荷的电荷载流子被指向该电荷集合电极109之上，而所述电荷载流子103则是通过该电荷集合电极109而被提供至该栅极区域108，结果是，电荷载流子103被并入该氮化硅层102b之中，如第1A图、第1B图所示，而在该氮化硅层102b中的该待正电荷的电荷载流子103皆具有在该栅极电极108作为一正栅极电压的相同效果，这表示，该带正电荷的电荷载流子103，像一正栅极偏压，会产生会独特地改变信道区域111的导电的一电场，该晶体管的该临界电压通过所述电荷载流子所产生的取决于所述电荷载流子的数量以及标记的一贡献而加以改变，接着，该第二暂存次单元104b必须将该贡献所改变的一电压施加至该栅极区域108，以使得n-MOS晶体管导通。根据该电荷载流子型态的该电荷的标记，所述电荷载流子103会引起一正的或负的屏蔽效应(shieldingeffect)，亦即，由于一外部施加于该栅极区域的电压所产生的该电场的一放大或是衰减，很清楚地，该ONO场效应晶体管由于所述电荷载流子103而受到偏压。
在一互补的状况，亦即，带负电荷的电荷载流子(例如，电子)被导入该氮化硅层102b的状况中，在该ONO层顺序102的该氮化硅层102b中的所述电子，相较于上述的状况(在该ONO层顺序中的电洞)，会产生具有一相反标记的一电场，当一正电压被施加于该栅极区域时，其会由于所述电子的该电场而受到衰减，换句话说，所述电子所产生的该负偏压会部分地补偿在其对该信道区域的导电作用中的该外部正栅极电压，因此，结果是在该信道区域中的电荷载流子被耗尽，而通过该外部电压所产生的该电场则会由于此屏蔽效应而经历一衰减，此所造成的结果是该临界电压的一特征改变。再者，该第二暂存次单元104b必须对该栅极区域108施加一相对应贡献所增加的一第二电压，以将在该两源极/漏极区域106、107之间的该信道区域111带入一导电状态，在此例子中，该临界电加会由于该带负电的电荷载流子被导入该ONO层顺序102而受到增加，所以，在此方法中，该临界电压的一增加或是一减少可以明确地相关于所述电荷怎体103的该电荷的标记。
接下来的叙述，以第2图做为参考，为在该ONO场效应晶体管的该ONO层顺序中导入电荷载流子与该ONO场效应晶体管的该临界电压的改变ΔVth之间的物理关系。
在第2图中所示的该图式200显示一ONO场效应晶体管的该临界电压的改变ΔVth(以伏特表示)作为一ONO场效应晶体管所获得的一“应力电压”Vs(以伏特表示)的函数，而该应力电压Vs为由于所述电荷载流子被导入该ONO层顺序所造成的电压，实际上，如此的电荷载流子与施加在该ONO场效应晶体管的该栅极区域上的一额外电压具有相同的效果。
第2图显示获得自数据点202的一连接的一第一曲线201，再者，第2图亦显示获得自数据点204的一连接的一第二曲线203。曲线201对应于电荷载流子(应力电压)被导入该ONO层的状况，因此，该临界电压于一足够高的应力电压时增加，而所获得的数值对应于五秒时间的一应力脉冲，正如可以由所述曲线210、203所见，该临界电压ΔVth自该ONO场效应晶体管的一最小应力负载(大约15V)即开始大量地改变。再者，曲线203则是对应于该氮化硅层已经包含电荷载流子的状况(在Vs＝0V时)，而所述电荷载流子系通过施加一相对应的应力电压而自该氮化硅层被移除(更清楚地，抹除)，正如在第2图中所示，大约需要与导入时相同强度的电压，以移除所述电压载体。
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[4]US 5,457,336
[5]US 5,768,192
[6]US 5,594,328
[7]EP 1,061,580 A2
参考符号列表
100 Detector arrangement 探测器装置
101 Silicon substrate 基板
102 ONO layer sequence ONO层顺序
102a First silicon dioxide layer 第一二氧化硅层
102b Silicon nitride layer 氮化硅层
102c Second silicon dioxide layer 第二二氧化硅层
103 Electrical charge carriers 电荷载流子
104 Registering unit 缓存单元
104a First registering subunit 第一暂存次单元
104b Second registering subunit 第二暂存次单元
105 Detector unit 探测器单元
106 First source/drain region 第一源极/漏极区域
107 Second source/drain region 第二源极/漏极区域
108 Gate region 栅极区域
109 Charge collection electrode 电荷集合电极
110 Arrows 箭头
111 Channel region 信道区域
150 Partial region 部分区域
200 Diagram 图式
201 First curve 第一曲线
202 Data points 数据点
203 Second curve 第二曲线
204 Data points 数据点
Claims (11)
1. 一种用于探测电荷载流子的探测器装置，其具有：
-一ONO场效应晶体管，其形成于一基板之中及/或之上，并且，以该待探测电荷载流子可以被导入该ONO层顺序之中的方式而加以建立，所述ONO场效应晶体管具有两源极/漏极以及一栅极区域；
-一缓存单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管，并且，以其会暂存被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的数量及/或电荷载流子型态的一电信号特征的方式而加以建立；
-一探测器单元，其用于根据该特征电信号而探测出被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态；以及
-至少一反应室，而该反应室以制造该ONO场效应晶体管后，一处理该基板的程序步骤可以在该反应室中加以实行的方式而加以建立。
2. 根据权利要求第1项所述的探测器装置，其中，
该缓存单元具有一第一暂存次单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管的两源极/漏极区域，并且，以下列的方式而加以建立：
-被用于将一第一预定电压施加在该ONO场效应晶体管的该两源极/漏极区域之间；以及
-会暂存流经该两源极/漏极区域之间的一电流的强度。
3. 根据权利要求第1或第2项所述的探测器装置，其中，
该缓存单元具有一第二暂存次单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管的栅极区域，并且，以其被用于将一第二预定电压施加至该ONO场效应晶体管的该栅极区域的方式而加以建立。
4. 根据权利要求第1或第2项所述的探测器装置，其中，
由该缓存单元所暂存、并以被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态作为特征的该电信号为该ONO场效应晶体管的临界电压由于该电荷载流子被导入该ONO层顺序中所产生的一改变。
5. 根据权利要求第1或第2项所述的探测器装置，
其中，在该ONO场效应晶体管中，
-该两源极/漏极区域被形成为该基板的彼此相距一距离的两已掺杂表面区域；
-该ONO层顺序形成自该基板上的该两源极/漏极区域之间的一第一二氧化硅层，在该第一二氧化硅层之上的一氮化硅层，以及在该氮化硅层之上的一第二二氧化硅层；以及
-该栅极区域被形成为在该第二二氧化硅层上的一导电层。
6. 根据权利要求第1或第2项所述的探测器装置，
其更具有一电荷集合电极，其经由该栅极区域而被耦接至该ONO层顺序，并且，其用于累积待探测的电荷载流子，以及提供该待探测电荷载流子至该ONO层顺序。
7. 根据权利要求第1或第2项所述的探测器装置，其中，
该反应室被建立成为用于实行一等离子体程序的一等离子体反应室.
8. 根据权利要求第7项所述的探测器装置，其中，
该等离子体反应室被建立成为用于实行一等离子体蚀刻程序的一等离子体蚀刻腔室。
9. 根据权利要求第7项所述的探测器装置，其中，该等离子体反应室被建立成为用于实行一等离子体沉积程序的一等离子体沉积腔室。
10. 一种电荷载流子的探测方法，其采用一探测器装置，该探测器装置包括：
-一ONO场效应晶体管，其形成于一基板之中及/或之上，并且，以该待探测电荷载流子可以被导入该ONO层顺序之中的方式而加以建立；
-一缓存单元，其被耦接至该ONO场效应晶体管，并且，以其会暂存被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的数量及/或电荷载流子型态的一电信号特征的方式而加以建立；
-一探测器单元，其用于根据该特征电信号而探测出被导入该ONO层顺序中的该电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态；以及
-至少一反应室，而该反应室以制造该ONO场效应晶体管后，一处理该基板的程序步骤可以在该反应室中加以实行的方式而加以建立；以及
在此状况中，依照下列步骤：
-该基板经历所述电荷载流子会被导入该ONO层顺序中的一PECVD程序步骤；
-以被导入该ONO层顺序中的所述电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态作为特征的该电信号通过该缓存单元而进行暂存；以及
-被导入该ONO层顺序中的该电荷载流子的该数量及/或该电荷载流子型态通过该探测器单元而自该特征电信号中加以探测。
11. 根据权利要求第10项所述的方法，其中，
-该ONO场效应晶体管的临界电压被暂存为该特征电信号；以及
-该ONO场效应晶体管的该临界电压的一改变会相关于一未充电的参考场效应晶体管而进行探测。
Applications Claiming Priority (2)
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