CN101740549B - 精确评估栅氧可靠性能的测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确评估栅氧可靠性能的测试结构，包括MOS结构，MOS结构的栅氧化层上并联有多晶硅熔丝。所述MOS结构是N型晶体管、P型晶体管或栅氧电容。本发明在栅氧化层并联一个可熔断的多晶硅熔丝，该多晶硅熔丝在测试前包括工艺过程中能够将等离子体以及静电等可能的损伤引导走；在进行测试的过程中，将多晶硅熔丝熔断掉，则可以针对界面态缺陷及可动离子等方面进行电荷泵和CV等相关定量测试分析，能够精确评估栅氧化层的可靠性能。本发明还公开了精确评估栅氧可靠性能的测试方法。

Description

精确评估栅氧可靠性能的测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路测试结构，具体涉及一种精确评估栅氧可靠性能的测试结构，本发明还涉及精确评估栅氧可靠性能的测试方法。 

背景技术

随着超大规模集成电路(ULSI)晶体管集成度的迅速提高，有关栅氧可靠性能逐渐成为最为重要的课题之一。栅氧的可靠特性直接影响晶体管使用过程中的栅漏电、饱和/线形电流阈值电压、跨导等关键参数。栅氧化层的界面态和缺陷将影响器件的长期使用。因此，非常需要对晶体管该方面进行准确地测试与评估。 

在传统的测试方法中，在进行界面态缺陷、可动离子等相关的精确定量分析的过程中，栅氧化层很容易受到后端等离子体、静电损伤等原因的干扰，测试出的数据会失真，从而得不到工艺的基准的数据。为了保护栅氧化层不受干扰，保证测试数据的准确性，测试过程中在栅氧化层上并联有保护二极管1，如图1所示。但是因为并联二极管的限制，不能进行测评界面态缺陷、可动离子等的精确定量分析测试，对工艺的开发造成很大限制。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种精确评估栅氧可靠性能的测试结构，它可以精确评估前端制程中栅氧化层的可靠性能。

为解决上述技术问题，本发明精确评估栅氧可靠性能的测试结构的技术解决方案为： 

包括MOS结构，MOS结构的栅氧化层上并联有多晶硅熔丝。 

所述MOS结构可以是N型晶体管；N型晶体管的测试端子为四个，分别为源端、漏端、栅端、P型阱端；所述多晶硅熔丝的一端与栅端共用，另外一端与P型阱端共用。 

所述MOS结构也可以是P型晶体管；P型晶体管的测试端子为五个，分别为源端、漏端、栅端、N型阱端、P型阱端；多晶硅熔丝的一端为栅端，另外一端为P型阱端。 

所述MOS结构还可以是栅氧电容，栅氧电容的栅氧化层上并联所述多晶硅熔丝；所述多晶硅熔丝的一端连接栅端，另外一端连接P型阱端。 

本发明还提供了一种精确评估栅氧可靠性能的测试方法，其技术方案为：采用以下步骤进行测试： 

第一步，在MOS结构的栅氧化层上并联多晶硅熔丝，所述多晶硅熔丝的一端连接所述栅氧化层，多晶硅熔丝的另一端连接P型有源区，所述P型有源区被P型阱所环抱； 

第二步，将所述多晶硅熔丝烧断，对所述栅氧化层进行可靠性能的定量测试。 

本发明可以达到的技术效果是： 

本发明在栅氧化层并联一个可熔断的多晶硅熔丝(Poly Fuse)，该多晶硅熔丝在测试前包括工艺过程中能够将等离子体以及静电等可能的损伤引导走；在进行测试的过程中，将多晶硅熔丝熔断掉，则可以针对界面态缺陷及可动离子等方面进行电荷泵(charge pumping)和CV等相关定量测试分析，能够精确评估栅氧化层的可靠性能。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 

图1是现有技术栅氧化层上并联有保护二极管的结构示意图； 

图2是本发明栅氧化层上并联多晶硅熔丝的剖面图； 

图3是本发明测试NMOSFET的结构示意图； 

图4是本发明测试PMOSFET的结构示意图； 

图5是本发明测试NMOS Bulk Cap型栅氧电容的结构示意图； 

图6是本发明测试NMOS PE Cap型栅氧电容的结构示意图； 

图7是本发明测试NMOS SE Cap型栅氧电容的结构示意图。 

图中，1-保护二极管，2-源端，3-漏端，4-栅端，5-P型阱端，6-N型阱端，10-多晶硅熔丝，51-P型有源区，52-P型衬底，7-浅沟槽绝缘层，A-熔断点。 

具体实施方式

本发明精确评估栅氧可靠性能的测试结构，包括MOS结构，MOS结构的栅氧化层上并联有多晶硅熔丝10。 

由于工艺过程中的等离子体是造成栅氧化层损伤的主要原因，本发明在栅氧化层上并联有可熔断的多晶硅熔丝10，多晶硅熔丝10能在测试之前的工艺制作等过程中将这些等离子体导到硅衬底上面，起到保护测试对象栅氧化层的作用，可以得到一个前端制程的鲜损伤(fresh)的栅氧化膜。

本发明的栅氧化层可以是较小面积的晶体管(MOSFET)构成，也可以是大面积的不同种类的栅氧电容。当多晶硅熔丝10连接晶体管时，能够进行晶体管栅氧化层特性和对晶体管电特性的评估。当栅氧化层是大面积的栅氧电容时，可以进行不同类型的氧化膜的特性评估。 

如图3所示，MOS结构可以是N型晶体管；N型晶体管的测试端子为四个，N型晶体管的测试端子为四个，分别为源端2、漏端3、栅端4、P型阱端5；多晶硅熔丝10的一端与栅端4共用，另外一端与P型阱端5共用。 

如图4所示，MOS结构也可以是P型晶体管；P型晶体管的测试端子为五个，分别为源端2、漏端3、栅端4、N型阱端6、P型阱端5；多晶硅熔丝10的一端为栅端4，另外一端为P型阱端5。 

如图5、图6、图7所示，MOS结构还可以是栅氧电容；当多晶硅熔丝10连接大面积栅氧电容时，多晶硅熔丝10的一端连接栅端4，另外一端连接P型阱端5。 

图5为多晶硅熔丝10连接NMOS Bulk Cap(NMOSFET Bulk capacitor)型栅氧电容，即N型场效应晶体管的栅氧化层的大面积形状的电容结构。 

图6为多晶硅熔丝10连接NMOS PE Cap(NMOSFET Poly Edge capacitor)型栅氧电容，即N型场效应晶体管的栅氧化层的多晶硅栅边沿形状的电容结构。 

图7为多晶硅熔丝10连接NMOS SE Cap(NMOSFET Shallow TrenchIsolation Edge capacitor)型栅氧电容的结构示意图，即N型场效应晶 体管的栅氧化层的浅槽隔离工艺边沿形状的电容结构。 

本发明精确评估栅氧可靠性能的测试方法，采用以下步骤进行测试： 

1、如图2所示，在栅氧化层上并联有一个可熔断的掺杂多晶硅条(以下简称多晶硅熔丝Poly Fuse)10，多晶硅熔丝10的一端连接栅氧化层(图2中未示出)，多晶硅熔丝10的另一端通过接触孔直接连接P型有源区51，该P型有源区51被P型衬底52上的P型阱5所环抱。P型阱5被浅沟槽绝缘层7所环抱。 

2、将多晶硅熔丝10的A点烧断，针对该栅氧化层进行电荷泵(ChargePumping)、电容电压特性(C-V)测试，精确评估和测试界面态缺陷、可动离子等相关特性的可靠性的定量分析测试。 

若工艺有金属硅化层(silicide)，由于多晶硅熔丝10会阻挡该硅化物的生成，应使金属硅化层避开多晶硅熔丝10的位置，工艺最后一次的钝化层开口位置涵盖多晶硅熔丝10上面的钝化层。 

本发明通过多晶硅熔丝10的使用，可以得到前端工艺制作过程未受损伤的栅氧化层，从而能够对其进行相关定量测试分析。

Claims (2)

1.一种精确评估栅氧可靠性能的测试结构，其特征在于：包括MOS结构，MOS结构的栅氧化层上并联有多晶硅熔丝；所述MOS结构是N型晶体管；N型晶体管的测试端子为四个，分别为源端、漏端、栅端、P型阱端；所述多晶硅熔丝的一端与栅端共用，另外一端与P型阱端共用；或者

所述MOS结构是P型晶体管；P型晶体管的测试端子为五个，分别为源端、漏端、栅端、N型阱端、P型阱端；所述多晶硅熔丝的一端为栅端，另外一端为P型阱端；或者

所述MOS结构是栅氧电容，栅氧电容的栅氧化层上并联所述多晶硅熔丝；所述多晶硅熔丝的一端连接栅端，另外一端连接P型阱端。

2.一种精确评估栅氧可靠性能的测试方法，其特征在于：采用以下步骤进行测试：

第一步，在MOS结构的栅氧化层上并联多晶硅熔丝，所述多晶硅熔丝的一端连接所述栅氧化层，多晶硅熔丝的另一端连接P型有源区，所述P型有源区被P型阱所环抱；

第二步，将所述多晶硅熔丝烧断，对所述栅氧化层进行可靠性能的定量测试。 

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