本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種柵氧擊穿電壓的測試方法。

背景技術(shù)：

對于具有較低工作電壓的先進(jìn)半導(dǎo)體工藝技術(shù)，核心器件的柵氧化層厚度變的越來越薄。然而由于不同的失效模式(正常氧化層的失效機(jī)理是F_N隧穿(tunneling)效應(yīng)，超薄的柵氧化層失效機(jī)理是直接隧穿現(xiàn)象)因此傳統(tǒng)的方法不能監(jiān)測柵氧擊穿。

通常，對于傳統(tǒng)的柵氧擊穿的測試方法，柵極多晶硅中的電荷會(huì)從多晶硅的價(jià)帶躍遷至導(dǎo)帶，隨著電場變大，會(huì)進(jìn)入二氧化硅中，被陷阱俘獲。隨著陷阱電荷逐漸增多，二氧化硅內(nèi)形成缺陷通路，最終被擊穿。但是對于較薄的柵氧化層，隨著電場的增大，二氧化硅的能帶發(fā)生彎曲，在大電場作用下，電荷直接穿過二氧化硅，導(dǎo)致氧化層擊穿?，F(xiàn)有的柵氧擊穿的測試方法主要包括：在待測器件的柵極上施加測量電壓，將測量電壓從零逐漸增加到擊穿電壓，測量電壓施加過程中的漏電流，當(dāng)相鄰兩個(gè)點(diǎn)的電流變化大于10倍以上時(shí)，記錄此時(shí)的電壓為擊穿電壓。如圖1所示為厚柵氧擊穿的測試IV曲線，由圖可以看出較厚的柵氧化層，缺陷產(chǎn)生的很慢，最終擊穿，漏電跳躍。而對于比較薄的柵氧擊穿，直接隧穿是其主要的失效模式，直接隧穿現(xiàn)象主要表現(xiàn)為e-或h+由于施加在薄介電層上的大的電場而直接隧穿，如圖2所示為其測試IV曲線，由圖可以看出隨著測試電壓的逐漸增大，能帶寬度變窄，缺陷穿越變多，當(dāng)外加測試電壓增大到擊穿臨界值時(shí)，能帶翻轉(zhuǎn)，寬度更窄，缺陷容易穿越，而此時(shí)擊穿后的IV曲線平緩，因此不容易監(jiān)測到準(zhǔn)確的擊穿電壓。

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，有必要提出一種新的柵氧擊穿電壓的測試方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

為了克服目前存在的問題，本發(fā)明提供一種柵氧擊穿電壓的測試方法，所述方法包括：

步驟S1：在待測器件的柵極施加所述待測器件的工作電壓，并通過測試初始工作電流來判斷柵氧的狀態(tài)，如果柵氧被擊穿則停止對所述待測器件的測試，如果柵氧未被擊穿，則進(jìn)行之后步驟S2至S3的測試；

步驟S2：在所述待測器件的柵極以預(yù)定的步進(jìn)施加若干步逐漸遞增的第一測試電壓的同時(shí)并量測所述待測器件的第一漏電電流；

步驟S3：在每一步所述第一測試電壓后，再在所述待測器件的柵極上施加第二測試電壓并同時(shí)量測所述待測器件的第二漏電電流，

其中，如果相鄰兩步的所述第一漏電電流之間相差十倍以上時(shí)，則將較大的所述第一漏電電流所對應(yīng)的所述第一測試電壓記錄為擊穿電壓，如果相鄰兩步的所述第二漏電電流之間相差十倍以上時(shí)，則將較大的所述第二漏電電流對應(yīng)步的所述第一測試電壓記錄為擊穿電壓。

進(jìn)一步，使用第一測試電壓和所述第一漏電電流繪制第一IV曲線，使用第一測試電壓和所述第二漏電電流繪制第二IV曲線。

進(jìn)一步，使用所述第二IV曲線監(jiān)測柵氧狀態(tài)，利用F-N隧穿模式監(jiān)測所述柵氧是否擊穿。

進(jìn)一步，所述第一測試電壓從零開始逐漸增大。

進(jìn)一步，所述第一測試電壓從所述待測器件的工作電壓開始逐漸增大。

進(jìn)一步，所述待測器件為核心器件和/或輸入輸出器件。

進(jìn)一步，所述第二測試電壓小于等于所述待測器件的工作電壓。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的測試方法，可以準(zhǔn)確檢測到柵氧化層擊穿電壓，而且測量方法簡單易實(shí)施，提高了柵氧擊穿電壓測量的準(zhǔn)確 性。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出了采用現(xiàn)有的柵氧擊穿電壓測試方法對厚柵氧擊穿進(jìn)行測試所獲得的IV曲線圖；

圖2示出了采用現(xiàn)有的柵氧擊穿電壓測試方法對薄柵氧擊穿進(jìn)行測試所獲得的IV曲線圖；

圖3A示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的未施加工作電壓時(shí)的柵氧擊穿電壓的測試方法所獲得的IV曲線圖；

圖3B示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的施加工作電壓后的柵氧擊穿電壓的測試方法所獲得的IV曲線圖；

圖4示出了圖3A和圖3B的結(jié)合圖；

圖5示出了柵氧化層可靠性Vramp測試的Weibull分布點(diǎn)圖；

圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的柵氧擊穿電壓的測試方法的示意性流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印? 相反，當(dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

這里參考作為本發(fā)明的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來描述發(fā)明的實(shí)施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進(jìn)行時(shí)所經(jīng)過的表面 之間的區(qū)中的一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實(shí)質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實(shí)際形狀且并不意圖限定本發(fā)明的范圍。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

下面結(jié)合附圖3A、附圖3B以及圖4、圖5和圖6對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的柵氧擊穿電壓的測試方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

在一個(gè)示例中，本發(fā)明的柵氧擊穿電壓的測試方法包括以下步驟：

首先，執(zhí)行步驟A1，在待測器件的柵極施加所述待測器件的工作電壓，并通過測試初始工作電流來判斷柵氧的狀態(tài)，如果柵氧被擊穿則停止對所述待測器件的測試，如果柵氧未被擊穿，則進(jìn)行之后步驟S2至S3的測試。

在此步驟中，首先在待測器件的柵極施加工作電壓，測量工作電流，如果此時(shí)已經(jīng)測得柵氧化層被擊穿，則對于待測器件無需在執(zhí)行之后的測試步驟，即可結(jié)束測試，產(chǎn)品早期失效。因此，可明顯的簡化測試流程。

示例性地，所述待測器件為核心器件和/或輸入輸出器件。

如果柵氧化層未被擊穿，則進(jìn)行之后步驟的測試，包括：

執(zhí)行步驟A2，在所述待測器件的柵極以預(yù)定的步進(jìn)施加若干步逐漸遞增的第一測試電壓的同時(shí)并量測所述待測器件的第一漏電電流。

作為示例，本發(fā)明實(shí)施例中涉及的柵氧化層主要為薄柵氧化層，例如厚度小于40埃的柵氧化層。其中，以預(yù)定的步進(jìn)施加第一測試電壓，其中該預(yù)定的步進(jìn)可以根據(jù)柵氧化層的厚度進(jìn)行合理設(shè)定?？蛇x地，所述第一測試電壓可以從零開始逐漸增大，直到實(shí)現(xiàn)柵氧化層的擊穿。而由于在工作電壓下待測器件的柵氧化層并未擊穿，因此所 述第一測試電壓也可以從所述待測器件的工作電壓開始逐漸增大，直到實(shí)現(xiàn)柵氧化層的擊穿。

同時(shí)，可執(zhí)行步驟S3，在每一步所述第一測試電壓后，再在所述待測器件的柵極上施加第二測試電壓并同時(shí)量測所述待測器件的第二漏電電流，

其中，如果相鄰兩步的所述第一漏電電流之間相差十倍以上時(shí)，則將較大的所述第一漏電電流所對應(yīng)的所述第一測試電壓記錄為擊穿電壓，如果相鄰兩步的所述第二漏電電流之間相差十倍以上時(shí)，則將較大的所述第二漏電電流對應(yīng)步的所述第一測試電壓記錄為擊穿電壓。

進(jìn)一步地，所述第二測試電壓小于等于所述待測器件的工作電壓。本實(shí)施例中，較佳地，所述第二測試電壓等于所述待測器件的工作電壓。

值得注意的是，可以在施加第一測試電壓獲得第一漏電電流后，可立即撤去相應(yīng)步的第一測試電壓，再在柵極上施加第二測試電壓來測試第二漏電電流，若后一步測得的第一漏電電流已經(jīng)比前一步的測得的第一漏電電流大10倍以上時(shí)，即可判定柵氧化層被擊穿，則后一步對應(yīng)的第一測試電壓值即可記錄為擊穿電壓。

如果在柵極上施加第一測試電壓獲得第一漏電電流后，將其與前一步所獲得的第一漏電電流比較，發(fā)現(xiàn)其變化未達(dá)到10倍以上，而在相應(yīng)步的第一測試電壓后施加第二測試電壓來測試第二漏電電流，如果此時(shí)測得的第二漏電電流比其前一步時(shí)測得的第二漏電電流大10倍以上，則可判定柵氧化層擊穿，記錄該步對應(yīng)的第一測試電壓為擊穿電壓。

具體地，可使用第一測試電壓和所述第一漏電電流繪制第一IV曲線(如圖3A所示)，使用相應(yīng)步的第一測試電壓和所述第二漏電電流繪制第二IV曲線(如圖3B所示)。由圖3B可以看出，在額外施加的工作電壓下，柵氧擊穿時(shí)，漏電顯著增大，很容易發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)。而將圖3A和圖3B的結(jié)合到一起，如圖4所示，由于圖3B中的曲線翻轉(zhuǎn)點(diǎn)很明顯，因此很容易被監(jiān)測到，因此兩者結(jié)合，取圖3B的翻 轉(zhuǎn)點(diǎn)對應(yīng)圖3A中的電壓即可作為柵氧化層的擊穿電壓。

進(jìn)一步地，使用所述第二IV曲線可以監(jiān)測柵氧狀態(tài)，利用F-N隧穿(Fowler-Nordheim Tunneling)模式監(jiān)測所述柵氧是否擊穿。F-N隧穿是一個(gè)場致電子隧穿過程。當(dāng)一個(gè)較大的電壓施加在多晶硅/二氧化硅/硅結(jié)構(gòu)上的時(shí)候，氧化層中的勢壘會(huì)變得很陡峭。F-N隧穿發(fā)生在柵氧化層上的電壓大于電子翻越SiO₂的勢壘時(shí)，電子穿過氧化層的勢壘為三角形勢壘。

如圖5示出了柵氧化層可靠性Vramp測試的Weibull分布點(diǎn)圖，由圖可以看出，采用本發(fā)明的測試方法，對于30A柵氧化層(GOX)正常擊穿(breakdown)電壓就是5V左右，不會(huì)測試到15V還不擊穿。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的測試方法，可以準(zhǔn)確檢測到柵氧化層擊穿電壓，而且測量方法簡單易實(shí)施，提高了柵氧擊穿電壓測量的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。