CN104733343B - 栅氧层缺陷检测方法及器件漏电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种栅氧层缺陷检测方法及器件漏电检测方法，包括：在半导体衬底的非功能区上和功能区上同步进行相同的制备工艺，包括在非功能区和功能区同时形成掺杂阱区、栅氧层、栅极，非功能区中的结构为检测结构，功能区中的结构为产品；在形成栅极之后，采用电子束缺陷检测仪对检测结构进行电子束扫描得到检测结构中栅极的电压衬度；将扫描得到的检测结构中的栅极的电压衬度与没有栅氧层缺失的情况下检测结构中栅极的电压衬度进行比较，电压衬度发生变化的栅极所对应的栅氧层存在缺失现象。实现了对栅氧层缺陷和器件漏电的迅速准确的评估、和及时监测，减少缺陷检测与问题解决的时间和成本。

Description

栅氧层缺陷检测方法及器件漏电检测方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种栅氧层缺陷检测方法以及器件漏电检测方法。

背景技术

随着半导体产品器件尺寸的微缩以及工艺的进步，越来越多的微小缺陷都将对产品良率产生巨大影响。氧化物生长作为常用的工艺之一，会受到氧化物沉积工艺之前晶圆表面状态的影响，尤其是作为关键层之一的多晶硅栅极沉积，通常在沉积多晶硅栅极前先沉积一层栅氧层，再沉积栅极，如果栅氧层沉积前晶圆表面状态处于较差的状态，则会影响后续的栅氧层沉积，导致栅氧层生成异常，进而导致栅氧层的即厚度不足或者缺失，这将严重影响器件的功能，从而造成良率缺失，如图1所示为由栅氧层缺失造成的漏电问题的失效分析。

目前，针对此类问题的检测方法非常有限，由于栅氧层很薄，并且透光性非常强，导致其微小的缺失无法被光学系统检测到；而其造成的漏电问题只是众多漏电问题之一，很难通过电性缺陷的检测方式有效甄别此问题，同时电性缺陷的问题通常只有在中段才最灵敏，对问题的澄清需要大量的时间周期，非常不利；或者等到最终的良率失效定位的电性分析才进行检测，这一方法更加耗时耗力。

发明内容

为了克服以上问题，本发明旨在及时地、准确地检测栅氧层的缺陷以及因此造成的器件漏电缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供了一种栅氧层缺陷的检测方法，其包括：

在半导体衬底的非功能区上和功能区上同步进行相同的制备工艺，包括在非功能区和功能区同时形成掺杂阱区、栅氧层、以及栅极，所述非功能区中的结构为检测结构，所述功能区中的结构为产品；

在形成所述栅极之后，采用电子束缺陷检测仪对所述检测结构进行电子束扫描得到所述检测结构中栅极的电压衬度；

将所述扫描得到的所述检测结构中栅极的电压衬度与没有栅氧层缺失的情况下所述检测结构中栅极的电压衬度进行比较，电压衬度发生变化的栅极所对应的栅氧层存在缺失现象。

优选地，所述检测结构中的栅极尺寸与所述功能区中的栅极尺寸相匹配；所述检测结构中的离子注入工艺与所述功能区中的离子注入工艺相匹配。

优选地，所述电子束扫描在正电势模式下进行；没有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为暗的，具有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为亮的。

优选地，所述电子束扫描的参数包括：着陆能量为900～1100eV，电流为40～60nA，像素为20～40nm。

优选地，所述检测产品为SRAM。

优选地，所述非功能区为切割道。

优选地，所述半导体衬底为P型半导体衬底，所述掺杂阱区的掺杂类型为P型。

优选地，所述半导体衬底为N型硅衬底，所述掺杂阱区的掺杂类型为N型。

优选地，所述半导体衬底的材料为硅。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种针对器件漏电缺陷的检测方法，其包括：

采用上述的检测方法来检测出所述栅氧层的缺陷；

根据所述栅氧层的缺陷的检测结果判断出所述栅氧层缺陷导致所述漏电缺陷。

本发明的栅氧层缺陷检测方法，通过对形成金属硅化物沉积之后的半导体衬底进行电子束缺陷扫描，利用电子束所扫描的栅极的电压衬度变化来检测出栅氧层的缺失，实现了对栅氧层缺陷和器件漏电的迅速准确的评估、和及时监测，为实验设计以及问题解决提供数据依据，大大减少缺陷检测与问题解决的时间周期和成本，克服了现有的发现缺陷问题滞后以及难以检测的问题。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的栅氧层缺陷的检测方法的流程示意图

图2a为本发明的一个较佳实施例的没有栅氧层缺失的检测结构的示意图

图2b为本发明的一个较佳实施例的没有栅氧层缺失的检测结构的示意图

图3a为本发明的一个较佳实施例中没有栅氧层缺失的栅极所对应的接触孔的电压衬度示意图

图3b为本发明的一个较佳实施例中检测出的具有栅氧层缺失的栅极所对应的接触孔的电压衬度示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

由于超薄栅氧层的透光性非常强，其微小的损失缺陷无法被光学系统检测到，因此，本发明提供了栅氧层缺陷检测方法以及基于栅氧层缺陷对器件漏电的失效定位检测方法，可以对超薄栅氧层进行缺陷检测，进而对由于栅氧层损失缺陷造成的器件漏电进行精确失效定位。

以下结合附图1～3b和具体实施例对本发明的栅氧层缺陷的检测方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

请参阅图1，本实施例的栅氧层缺陷的检测方法，包括：

步骤01：在半导体衬底的非功能区上和功能区上同步进行相同的制备工艺；

具体的，包括在非功能区和功能区同时形成掺杂阱区、栅氧层、栅极，非功能区中的结构为检测结构，功能区中的结构为产品；检测结构中的栅极尺寸与功能区中的栅极尺寸相匹配，检测结构中的离子注入工艺与功能区中的离子注入工艺相匹配；这里，检测产品为SRAM，非功能区为切割道，请参阅图2a，栅氧层未缺失时检测结构包括：P型半导体衬底00、位于半导体衬底00中的P型阱区01，位于P型阱区01表面的栅氧层02，位于栅氧层02表面的栅极03。栅极的材料为多晶硅，栅氧层的材料为氧化硅，半导体衬底的材料为硅。检测结构和需要检测的产品均为NMOS，检测结构的P型阱离子注入工艺与需要检测的产品的P型阱离子注入工艺相匹配。图2b为栅氧层缺失时的检测结构示意图，包括：P型半导体衬底00’、位于半导体衬底00’中的P型阱区01’，位于P型阱区01’表面的栅氧层02’，位于栅氧层02’表面的栅极03’。相比于图2a，位于其中一个P型阱区01’表面的栅氧层02’缺失，导致栅极03’直接与P型阱区01’相接触。

步骤02：在形成栅极之后，采用电子束缺陷检测仪对检测结构进行电子束扫描得到检测结构中栅极的电压衬度；

具体的，电子束扫描在正电势模式下进行；没有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为暗的，具有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为亮的。电子束扫描的参数可以根据实际要求来设定，电子束扫描的参数包括：着陆能量为900～1100eV，电流为40～60nA，像素为20～40nm。例如，着陆能量为1000eV，电流为50nA，像素为30nm。所采用的电子束缺陷扫描仪可以为Escan315系列电子束缺陷检查机。请参阅图3a，对应于上述图2a中的结构所反映出的电压衬度影像图，由于上述图2a中的结构为NMOS，在正电势扫描模式下，P型半导体衬底中的电子在栅氧层的阻挡下不能迁移到栅极，因而表现为暗的影像；请参阅图3b，对应于上述图2b中的结构所反映出的电压衬度影像图，在正电势扫描模式下，由于栅氧层的缺失，导致P型半导体衬底中的电子能够迁移到栅极，从而使接触孔导通，因而表现为亮的影像。

步骤03：将所扫描得到的检测结构中栅极的电压衬度与没有栅氧层缺失的情况下检测结构中栅极的电压衬度进行比较，电压衬度发生变化的栅极所对应的栅氧层存在缺失现象。

具体的，在正电势模式下，当检测结构中的某一栅极电压衬度相比于没有栅氧层缺失的情况下检测结构的该栅极电压衬度由暗变亮，说明该栅极下方对应的栅氧层发生缺失；原理为：当栅氧层产生缺失时，在正电势扫描模式下，栅极与半导体衬底导通，这里为多晶硅栅极与P型硅衬底导通，电子从P型硅衬底补给到多晶硅栅极。

需要说明的是，如果针对单独栅极对应单独的栅氧层，采用上述步骤即可直接对应出缺失的栅氧层；而本实施例中为两个阱区的互连栅极，针对这种互连栅极，在其中的一个栅氧层缺失时，整个互连栅极的电压衬度都变化，此时，即使不能定位到具体哪个栅氧层缺失，但是，已经能够判断出栅氧层缺失以及其造成的器件漏电问题，并且可以及时停止进行后续工艺，减少了工艺损耗和成本浪费；当然，针对互连栅极的情况，可以再进一步通过现有的检测手段来确定具体的缺失栅氧层位置，比如，扫描电子显微镜、透射电子显微镜等，本发明对此不再赘述。

还需要说明的是，上述实施例中采用的是P型硅衬底和P型阱区，在本发明的其它实施例中，也可以采用N型硅衬底和N形阱区，或者只要是硅衬底和阱区的掺杂类型相同即可，因为，当硅衬底和阱区的掺杂类型相同时，在正电势扫描模式下，没有栅氧层的栅极的电压衬度所表现的亮度更为明显，便于检测；当然，本发明中也可以采用P型硅衬底和N形阱区、或N型硅衬底和P型阱区，这时，在正电势扫描下也可以检测出栅极的电压衬度的变化，只是，当没有栅氧层时，所对应的栅极的电压衬度所表现的亮度没有当硅衬底和阱区的掺杂类型相同时的明显，但是不会影响检测结果。

本发明还提供了一种针对器件漏电缺陷的失效定位方法，其包括：

首先，采用上述步骤01～步骤03检测出栅氧层存在缺失的缺陷；

然后，根据栅氧层的缺陷的检测结果判断出栅氧层缺陷导致漏电缺陷。

综上所述，本发明的栅氧层缺陷检测方法，通过对形成栅极之后的半导体衬底进行电子束缺陷扫描，利用电子束所扫描的栅极的电压衬度变化来检测出栅氧层的缺失，实现了对栅氧层缺陷和器件漏电的迅速准确的评估、和及时监测，为实验设计以及问题解决提供数据依据，大大减少缺陷检测与问题解决的时间周期和成本，克服了现有的发现缺陷问题滞后以及难以检测的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (9)

1.一种栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，包括：

在半导体衬底的非功能区上和功能区上同步进行相同的制备工艺，包括在非功能区和功能区同时形成掺杂阱区、栅氧层、以及栅极，所述非功能区中的结构为检测结构，所述功能区中的结构为产品；其中，所述检测结构包括P型硅衬底和位于P型硅衬底中的P型阱区，或N型硅衬底和位于N型硅衬底中的N型阱区；

在形成所述栅极之后，采用电子束缺陷检测仪对所述检测结构进行电子束扫描得到所述检测结构中栅极的电压衬度；

将所述扫描得到的所述检测结构中栅极的电压衬度与没有栅氧层缺失的情况下所述检测结构中栅极的电压衬度进行比较，电压衬度发生变化的栅极所对应的栅氧层存在缺失现象；其中，所述电子束扫描在正电势模式下进行；没有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为暗的，具有栅氧层缺失的栅极的电压衬度为亮的。

2.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述检测结构中的栅极尺寸与所述功能区中的栅极尺寸相匹配；所述检测结构中的离子注入工艺与所述功能区中的离子注入工艺相匹配。

3.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述电子束扫描的参数包括：着陆能量为900～1100eV，电流为40～60nA，像素为20～40nm。

4.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述产品为SRAM。

5.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述非功能区为切割道。

6.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述半导体衬底为P型半导体衬底，所述掺杂阱区的掺杂类型为P型。

7.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述半导体衬底为N型硅衬底，所述掺杂阱区的掺杂类型为N型。

8.根据权利要求1所述的栅氧层缺陷的检测方法，其特征在于，所述半导体衬底的材料为硅。

9.一种针对器件漏电缺陷的检测方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1所述的检测方法来检测出所述栅氧层的缺陷；

根据所述栅氧层的缺陷的检测结果判断出所述栅氧层缺陷导致所述漏电缺陷。