CN102543214B - Sonos存储器工艺中在线监控ono膜质量的方法 - Google Patents

Sonos存储器工艺中在线监控ono膜质量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SONOS存储器工艺中在线监控ONO膜质量的方法，其包括：1)将SONOS存储器结构中的体区、源端和漏端接地；2)在SONOS存储器结构中的栅端加上小于1μA的正向电流，持续20-30秒的时间；3)接着在栅端加小于1nA的反向电流，同时扫描栅端电压，并绘制出电压-时间曲线；4)进行积分求得所绘制出的电压-时间曲线同坐标横轴所围的面积；5)将步骤4)所得数值跟标准数值进行比对判断出ONO膜的质量好坏。该方法在器件形成之后即可进行测试，可以实时监控，及时反馈到生产线上，延时判别对生产线的影响。

Description

SONOS存储器工艺中在线监控ONO膜质量的方法
技术领域
本发明涉及一种监控ONO膜质量的方法，特别涉及一种在线监控ONO膜质量的方法。
背景技术
SONOS结构，即硅、氧化硅、氮化硅、氧化硅和多晶硅(自下而上)五种材料叠加而成的复合栅结构。SONOS结构对标准CMOS技术具有极高的兼容性，并具备了高耐用性、低功率和耐辐射性等众多优点。此外，与其它嵌入式非易失性存储器技术相比，SONOS结构提供了更加稳定、更容易制造以及性价比更高的解决方案。这种技术还以其结构紧凑，可向下延伸而被业界广为采用。
在SONOS存储器工艺中，ONO膜的制备是核心的工艺。ONO膜层的质量直接决定SONOS存储器的性能及可靠性。目前，鉴定ONO膜的好坏还是通过产品及电路层级的评价来评估，即在整个芯片形成之后进行测试评估。通过电路级测试虽然比较全面，但需要在所有的工艺完成之后进行，不能实时判断出ONO膜的好坏，这样就带来了生产线的极大风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种SONOS存储器工艺中在线监控ONO膜质量的方法，其能进行实时监控。
为解决上述技术问题，本发明的SONOS存储器工艺中在线监控ONO膜质量的方法，包括：
1)将SONOS存储器结构中的体区、源端和漏端接地；
2)在所述SONOS存储器结构中的栅端加上小于1μA的正向电流，持续20-30秒；
3)接着在栅端加小于1nA的反向电流，同时扫描栅端电压，并绘制出电压-时间曲线；
4)进行积分求得所绘制出的电压-时间曲线同坐标横轴所围的面积；
5)将步骤4)所得数值跟标准进行比对判断出ONO膜的质量好坏。
本发明的方法中，创造性地应用电流源方法实现电荷的俘获和释放的方法来模拟ONO膜存储和释放电荷的能力，以此来判别ONO的优劣，从而达到ONO膜的监控。这种方法可以在SONOS存储器的核心器件形成之后，后道的互连金属工艺进行之间进行测试，因此能够实时监控，不需太长时间，而且可以及时反馈到生产线上，避免ONO膜的延时判别对生产线的影响。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为SONOS存储器的具体结构示意图；
图3为根据本发明的方法绘制的V-t曲线示意图；
图4为采用本发明的方法测试两枚硅片后的结果示意图；
图5为采用电路级测试两枚硅片后得到的测试结果示意图。
具体实施方式
本发明的在线监控ONO膜质量的方法，为创造性的提出利用电荷俘获与释放的方法来在线检测ONO膜的质量。该方法利用通过稳定电流正向注入和反向抽取的方式，模拟SONOS结构存储器的写入和擦除。在电流反向抽取过程中对反向电压进行采样扫描，并进行积分计算扫描出的V-t(电压-时间)曲线和坐标横轴所围的面积。所求得面积的物理意义即为薄膜中的缺陷捕获电子的能力。因此，利用积分得出的面积值来评价ONO膜的质量。
本发明的方法，以形成SONOS核心器件后(即已经形成SONOS存储器的栅极，源区，漏区和体区)的结构为测试结构，具体为：
1)先将SONOS存储器(见图2)中的体区(Bulk)，源端(Source)和漏端(Drain)接地；
2)之后在栅端(Gate)加正向小电流(小于1μA)，将电荷注入到SONOS结构中，持续时间在20-30秒。
3)接着在Gate端立刻加反向电流，此电流更小(小于1nA纳安培)，同时扫描栅端电压V(即检测栅端电压)，并绘制V-t(电压-时间)曲线，即电压随时间变化的曲线。图3为一具体的V-t曲线的示意图。
4)积分计算所绘制出的V-t曲线同坐标横轴所围的面积。V-t曲线面积积分原理如下：
如图3所示，在横轴上，每两个刻度间距为1s，它们所对应的Vg值分别为Vt，Vt+1。利用积分的原理，整个V-t曲线和坐标轴横轴所围成的面积为：
面积＝∑(Vt+Vt+1)/2＝∑Vt                (1)
5)利用V-t曲线和坐标轴横轴所围成的面积这一参数做为评价ONO膜质量的标准。将上述计算出的面积值和标准数值进行比对判定该单个SONOS器件中ONO膜的质量。更换测量位置(即选择同一硅片中的不同的SONOS单体进行上述测量和计算，收集足够测量样本。对需要验证的其他硅片，也取同样位置并采用相同的方法进行测试，计算面积。
收集足够多的好坏ONO膜的数据，并作出与电路级测试所得结果的关系图表，不同质量的ONO膜表征出不同数值的面积，通过大量的数据收集来得出评判ONO膜质量好坏的标准。从而得到一个明确的评价标准，以后可以以此标准来判定ONO膜质量的优劣。
本发明的方法，可在SONOS存储器中的器件(包括栅极、源区、体区和漏区已经制备完成)完成之后，后道互连金属工艺之前即进行。本发明的ONO膜质量在线检测的方法，有如下两个优点：1、能够在线测试ONO膜的质量，比普通的电路级测试更及时，更快，更经济，比较适用于大规模集成电路生产线；2、测试结果准确，能够有效区分ONO膜的质量，区分能力接近电路级测试。
图3为两枚硅片通过本发明的方法得到的面积值测试曲线，而图4为它们的电路级测试曲线。
在图3所示，曲线good和bad分别表示采用本发明的方法进行测试和计算之后，经过积分的方法得到的面积值。曲线good是测试结果较好的曲线，而曲线bad是测试结果较差的曲线。Location(测试位置)为硅片上的12个不同的测试点。
而图4所示，lifetimeg(log)曲线和lifetimeb(log)曲线为电路级测试得到的数据保存时间(Lifetime)数值取对数后的曲线。lifetimeg(log)为电路级测试结果较好的硅片，lifetimeb(log)为电路级测试结果较差的硅片。location为硅片上的12个不同的IP测试点。通过以上两个图的比较，可以看到本发明的方法测试得到的曲线可以很好的区分出ONO膜质量好的硅片和质量差的硅片。

Claims (2)

1.一种SONOS存储器工艺中在线监控ONO膜质量的方法，其特征在于：
1)将SONOS存储器结构中的体区、源端和漏端接地；
2)在所述SONOS存储器结构中的栅端加上小于1μA的正向电流，持续20-30秒时间；
3)接着在栅端加小于1nA的反向电流，同时扫描栅端电压，并绘制出电压-时间曲线；
4)进行积分求得所绘制出的电压-时间曲线同坐标横轴所围的面积；
5)将步骤4)所得数值跟标准数值进行比对判断出ONO膜的质量好坏；所述步骤5)中的标准数值为通过收集多个测量数值，并根据与电路级测试所得结果比较后得到的数值。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法在SONOS存储器工艺中器件形成之后，互连金属淀积之前进行。
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