CN103137603B - 监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，具有第一导电类型的硅基板上形成有由场氧隔离的有源区，有源区具有与第一导电类型相反的第二导电类型，所述有源区的两侧缘上方及场氧上方生长有多晶硅，多晶硅的两侧形成有侧墙，至少两个有源区通过相同大小的矩形有源区连接，每个矩形有源区上具有相同数量的通孔，每个矩形有源区上的通孔通过一根金属线引出，所述每根金属线的两端分别形成不同的测试端口。本发明还公开一种利用卡尔文四端测电阻法的测试方法。本发明可以在硅片允收测试阶段通过监控轻掺杂注入电阻值来有效地反映工艺的稳定性，一旦波动可以第一时间发现并解决问题，避免不符合要求的硅片造成经济影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试结构和方法，具体属于一种测试多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的结构及方法。
背景技术
目前，对于有源区离子注入的工艺监控结构已经很成熟，但是对于侧墙下轻掺杂(Lightly Doped Drain，简称LDD)注入的监控，由于无法单独引出测试而一直没有有效结构，往往只能间接地通过设备参数的监控来侧面评估工艺问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构及方法，可以在硅片允收测试阶段有效监控侧墙下轻掺杂注入的工艺稳定性，及时发现并解决问题。
为解决上述技术问题，本发明的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，具有第一导电类型的硅基板上形成有由场氧隔离的有源区，所述有源区具有与第一导电类型相反的第二导电类型，所述有源区的两侧缘上方及场氧上方生长有多晶硅，多晶硅的两侧形成有侧墙，所述有源区中位于其上方的侧墙下形成有轻掺杂注入区，所述测试结构包括至少两个有源区，有源区通过相同大小且同类型的矩形有源区连接，每个矩形有源区上具有相同数量的通孔，每个矩形有源区上的通孔通过一根金属线引出，所述每根金属线的中间部分与通孔相连，同时每根金属线的两端均将通孔引出且分别形成不同的测试端口。
进一步地，所述硅基板上形成有第一导电类型的阱区，所述有源区位于阱区中。
其中，所述多晶硅与有源区在有源区靠近场氧的一侧重叠。
其中，所述每个矩形有源区上具有至少一个通孔。
其中，所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型，或者所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
本发明还提供一种监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试方法，包括以下步骤：
步骤一，第一导电类型的硅基板上形成由场氧隔离的至少两个有源区，所述有源区具有与第一导电类型相反的第二导电类型，有源区的两侧缘上方及场氧上方生长有多晶硅，多晶硅的两侧形成有侧墙，有源区中位于其上方的侧墙下形成有轻掺杂注入区，所述有源区通过相同大小的矩形有源区连接，每个矩形有源区上具有相同数量的通孔，每个有源区和与其两端相连的矩形有源区形成一个测试区域；
步骤二，每个矩形有源区上的通孔通过一根金属线引出，第i根金属线的中间部分与通孔相连，同时金属线的两端均将通孔引出且分别形成不同的测试端口N2i-1、N2i，其中i＝1、…、m+1，m为有源区或测试区域的个数；
步骤三，以第j个测试区域为测试对象，其两端的金属线分别为第j根和第j+1根，在第j根金属线的一个测试端口和第j+1根金属线的一个测试端口之间加电流，在第j根金属线的另一个测试端口和第j+1根金属线的另一个测试端口之间通过电压计测量电压，得到第j个测试区域的电阻R区域j，其由该区域中有源区电阻RNj和两个轻掺杂注入电阻RLDDj并联，再串联两个头部的接触电阻R头部组成，
R区域j＝2R头部+(RNj×RLDDj)/(RLDDj+2RNj)
其中，RNj是第j个测试区域中位于两个轻掺杂注入区之间的有源区的电阻，RLDDj是第j个测试区域中一个轻掺杂注入区的电阻，R头部是具有通孔的一个矩形有源区的电阻，j＝1、……、m；
步骤四，以第k个测试区域为测试对象，其两端的金属线分别为第k根和第k+1根，在第k根金属线的一个测试端口和第k+1根金属线的一个测试端口之间加电流，在第k根金属线的另一个测试端口和第k+1根金属线的另一个测试端口之间通过电压计测量电压，得到第k个测试区域的电阻R区域k，其由该区域中有源区电阻RNk和两个轻掺杂注入电阻RLDDk并联，再串联两个头部的接触电阻R头部组成，
R区域k＝2R头部+(RNk×RLDDk)/(RLDDk+2RNk)
其中，RNk是第k个测试区域中位于两个轻掺杂注入区之间的有源区的电阻，RLDDk是第k个测试区域中一个轻掺杂注入区的电阻，R头部是具有通孔的一个矩形有源区的电阻，k＝1、……、m且k≠j；
步骤五，每个测试区域中的R头部相同，第j个测试区域的电阻R区域j和第k个测试区域的电阻R区域k的差值为：
R区域j-R区域k＝(RNj×RLDDj)/(RLDDj+2RNj)-(RNk×RLDDk)/(RLDDk+2RNk)
其中，RNj＝RSN×(Lj/(Wj－2D))，RLDDj＝RSLDD×(Lj/D)，RNk＝RSN×(Lk/(Wk－2D))，RLDDk＝RSLDD×(Lk/D)，Lj、Lk是第j、k个测试区域中位于两个矩形有源区之间的有源区的长度，Wj、Wk是第j、k个测试区域中位于两个多晶硅之间的有源区的宽度，D是轻掺杂注入区的宽度，
RSN是位于两个轻掺杂注入区之间的有源区的方块阻值，其通过有源区电阻测试方法确定，最后得到表示掺杂浓度稳定性的轻掺杂方块电阻RSLDD。
本发明监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构及方法，可以在硅片允收测试阶段通过监控轻掺杂(LDD)注入电阻值来有效地反映工艺的稳定性，一旦波动可以第一时间发现并解决问题，避免不符合要求的硅片造成经济影响。
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是本发明实施例的测试结构示意图；
图2是图1的A-A截面示意图。
其中附图标记说明如下：
101 为硅基板 102 为阱区
103 为轻掺杂注入区 104 为场氧
105 为侧墙 201 为有源区
202 为多晶硅 203a、203b、203c、203d 为金属线
204 为矩形有源区 205 为通孔
具体实施方式
本发明的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构的较佳实施例，如图1、图2所示，P型硅基板101上形成有P型阱区102，阱区102中形成有由场氧104隔离的N型掺杂的有源区201。有源区201的两侧缘上方及场氧104上方生长有多晶硅202，多晶硅202与有源区201在有源区201靠近场氧104的一侧发生重叠。多晶硅202的两侧形成有侧墙105，有源区201中位于其上方的侧墙105下形成有轻掺杂注入区103。三个有源区201通过四个相同大小的矩形有源区204连接，每个矩形有源区204上具有两个通孔205，每个有源区201和与其两端相连的矩形有源区204形成一个测试区域。每个矩形有源区204上的通孔205通过一根金属线引出，每根金属线的两端分别形成不同的测试端口，在本实施例中，如图1所示，测试结构共形成三个测试区域，金属线203a形成测试端口一、二，金属线203b形成测试端口三、四，金属线203c形成测试端口五、六，金属线203d形成测试端口七、八。
所述测试结构设置于划片槽区域。
利用上述本实施例的测试结构监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的方法，包括以下步骤：
步骤一，以测试区域一为测试对象，在金属线203a的端口一和金属线230b的端口三之间加电流，在金属线230a的端口二和金属线203b的端口四之间通过电压计测量电压，用测得的端口二、四间的电压除以加在端口一、三间的电流，在不计入测量仪和连线的寄生电阻前提下得到区域一的精确电阻R区域1，它是由该区域中有源区电阻RN1和两个轻掺杂注入电阻RLDD1并联，再串联两个头部的接触电阻R头部组成，
R区域1＝2R头部+(RN1×RLDD1)/(RLDD1+2RN1)
其中，RN1是区域一中位于两个轻掺杂注入区103之间的有源区的电阻，RLDD1是区域一中一个轻掺杂注入区103的电阻，R头部是具有通孔205的一个矩形有源区204的电阻；
步骤二，同理以区域二为测试对象，在金属线203b的端口三和金属线230c的端口五之间加电流，在金属线230b的端口四和金属线203c的端口六之间通过电压计测量电压，得到区域二的电阻R区域2，
R区域2＝2R头部+(RN2×RLDD2)/(RLDD2+2RN2)
其中，RN2是区域二中位于两个轻掺杂注入区103之间的有源区的电阻，RLDD2是区域二中一个轻掺杂注入区103的电阻；
步骤三，同理以区域三为测试对象，在金属线203c的端口五和金属线230d的端口七之间加电流，在金属线230c的端口六和金属线203d的端口八之间通过电压计测量电压，得到区域三的电阻R区域3，
R区域3＝2R头部+(RN3×RLDD3)/(RLDD3+2RN3)
其中，RN3是区域三中位于两个轻掺杂注入区103之间的有源区的电阻，RLDD3是区域三中一个轻掺杂注入区103的电阻；
步骤四，由于每个测试区域中的R头部相同，所以可以得到测试区域一、二的电阻差值，测试区域二、三的电阻差值和测试区域三、一的电阻差值，其中，RN1＝RSN×(L1/(W1－2D))，RLDD1＝RSLDD×(L1/D)，RN2＝RSN×(L2/(W2－2D))，RLDD2＝RSLDD×(L2/D)，RN3＝RSN×(L3/(W3－2D))，RLDD3＝RSLDD×(L3/D)；
在本实施例中，L1＝1.2μm，L2＝5μm，L3＝12μm，W1＝0.5μm，W2＝1.2μm，W3＝2.2μm，D＝0.1μm，L1、L2、L3是测试区域一、二、三中位于两个矩形有源区204之间的有源区的长度，W1、W2、W3是测试区域一、二、三中位于两个多晶硅202之间的有源区的宽度，D是轻掺杂注入区103的宽度，RSN是位于两个轻掺杂注入区103之间的有源区的方块阻值，在工艺确定情况下，这个方块电阻参数可以通过已知的有源区电阻测试结构及方法精确确定，代入三个电阻差值计算公式可以得到三个表示轻掺杂注入区掺杂浓度稳定性的轻掺杂方块电阻RSLDD；
步骤五，比较三个RSLDD可以监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入的稳定性。
当然，改变硅基板102、阱区102和有源区201的导电类型，可以监控N型阱中P型有源区两侧轻掺杂注入区的稳定性。并且，测试区域可以根据实际需要设置若干个。
本发明可以在硅片允收测试阶段通过监控轻掺杂注入电阻值来有效地反映工艺的稳定性，一旦波动可以第一时间发现并解决问题，避免不符合要求的硅片造成经济影响。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可对测试结构等做出许多变形和等效置换，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：具有第一导电类型的硅基板(101)上形成有由场氧(104)隔离的有源区(201)，所述有源区(201)具有与第一导电类型相反的第二导电类型，所述有源区(201)的两侧缘上方及场氧(104)上方生长有多晶硅(202)，多晶硅(202)的两侧形成有侧墙(105)，所述有源区(201)中位于其上方的侧墙(105)下形成有轻掺杂注入区(103)，所述测试结构包括至少两个有源区(201)，有源区(201)通过相同大小且同类型的矩形有源区(204)连接，每个矩形有源区(204)上具有相同数量的通孔(205)，每个矩形有源区(204)上的通孔(205)通过一根金属线引出，所述每根金属线的中间部分与通孔(205)相连，同时每根金属线的两端均将通孔(205)引出且分别形成不同的测试端口。
2.根据权利要求1所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：所述硅基板(101)上形成有第一导电类型的阱区(102)，所述有源区(201)位于阱区(102)中。
3.根据权利要求1所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：所述多晶硅(202)与有源区(201)在有源区(201)靠近场氧(104)的一侧重叠。
4.根据权利要求1所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
5.根据权利要求1所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
6.根据权利要求1所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试结构，其特征在于：所述测试结构设置于划片槽区域。
7.一种监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，第一导电类型的硅基板(101)上形成由场氧(104)隔离的至少两个有源区(201)，所述有源区(201)具有与第一导电类型相反的第二导电类型，有源区(201)的两侧缘上方及场氧(104)上方生长有多晶硅(202)，多晶硅(202)的两侧形成有侧墙(105)，有源区(201)中位于其上方的侧墙(105)下形成有轻掺杂注入区(103)，所述有源区(201)通过相同大小的矩形有源区(204)连接，每个矩形有源区(204)上具有相同数量的通孔(205)，每个有源区(201)和与其两端相连的矩形有源区(204)形成一个测试区域；
步骤二，每个矩形有源区(204)上的通孔(205)通过一根金属线引出，第i根金属线的中间部分与通孔(205)相连，同时金属线的两端均将通孔(205)引出且分别形成不同的测试端口N2i-1、N2i，其中i＝1、…、m+1，m为有源区或测试区域的个数；
步骤三，以第j个测试区域为测试对象，其两端的金属线分别为第j根和第j+1根，在第j根金属线的一个测试端口和第j+1根金属线的一个测试端口之间加电流，在第j根金属线的另一个测试端口和第j+1根金属线的另一个测试端口之间通过电压计测量电压，得到第j个测试区域的电阻R区域j，其由该区域中有源区电阻RNj和两个轻掺杂注入电阻RLDDj并联，再串联两个头部的接触电阻R头部组成，
R区域j＝2R头部+(RNj×RLDDj)/(RLDDj+2RNj)
其中，RNj是第j个测试区域中位于两个轻掺杂注入区(103)之间的有源区的电阻，RLDDj是第j个测试区域中一个轻掺杂注入区(103)的电阻，R头部是具有通孔(205)的一个矩形有源区(204)的电阻，j＝1、……、m；
步骤四，以第k个测试区域为测试对象，其两端的金属线分别为第k根和第k+1根，在第k根金属线的一个测试端口和第k+1根金属线的一个测试端口之间加电流，在第k根金属线的另一个测试端口和第k+1根金属线的另一个测试端口之间通过电压计测量电压，得到第k个测试区域的电阻R区域k，其由该区域中有源区电阻RNk和两个轻掺杂注入电阻RLDDk并联，再串联两个头部的接触电阻R头部组成，
R区域k＝2R头部+(RNk×RLDDk)/(RLDDk+2RNk)
其中，RNk是第k个测试区域中位于两个轻掺杂注入区(103)之间的有源区的电阻，RLDDk是第k个测试区域中一个轻掺杂注入区(103)的电阻，R头部是具有通孔(205)的一个矩形有源区(204)的电阻，k＝1、……、m且k≠j；
步骤五，每个测试区域中的R头部相同，第j个测试区域的电阻R区域j和第k个测试区域的电阻R区域k的差值为：
R区域j-R区域k＝(RNj×RLDDj)/(RLDDj+2RNj)-(RNk×RLDDk)/(RLDDk+2RNk)
其中，RNj＝RSN×(Lj/(Wj－2D))，RLDDj＝RSLDD×(Lj/D)，RNk＝RSN×(Lk/(Wk－2D))，RLDDk＝RSLDD×(Lk/D)，Lj、Lk是第j、k个测试区域中位于两个矩形有源区(204)之间的有源区的长度，Wj、Wk是第j、k个测试区域中位于两个多晶硅(202)之间的有源区的宽度，D是轻掺杂注入区(103)的宽度，
RSN是位于两个轻掺杂注入区(103)之间的有源区的方块阻值，其通过有源区电阻测试方法确定，最后得到表示掺杂浓度稳定性的轻掺杂方块电阻RSLDD。
8.根据权利要求7所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试方法，其特征在于：所述第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。
9.根据权利要求7所述的监控多晶硅侧墙下轻掺杂注入稳定性的测试方法，其特征在于：所述第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。
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Owner name: SHANGHAI HUAHONG GRACE SEMICONDUCTOR MANUFACTURING Free format text: FORMER OWNER: HUAHONG NEC ELECTRONICS CO LTD, SHANGHAI Effective date: 20140110 |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 201206 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI TO: 201203 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140110 Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech Park No. 1399 Applicant after: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corporation Address before: 201206, Shanghai, Pudong New Area, Sichuan Road, No. 1188 Bridge Applicant before: Shanghai Huahong NEC Electronics Co., Ltd. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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