一种在线监控栅氧化层完整性的方法
一种在线监控栅氧化层完整性的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种在线监控栅氧化层完整性的方法。
【背景技术】
[0002]随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的飞速发展，MOS器件的尺寸不断地减小。为增加器件的反应速度、提高驱动电流与存储电容的容量，器件中栅氧化层的厚度不断地降低，由20?30nm降至几个纳米。然而，在器件尺寸等比例缩小的同时，工作电压却没有相应地等比缩小，从而使薄栅氧化层中的电场强度增大，器件的击穿电压降低；另一方面，栅氧化层中存在缺陷、表面不均匀等，会出现局部电场集中，容易产生内部放电而形成许多导电通道，同样降低击穿电压。而漏电流的产生往往与栅氧化层中的带电杂质有关。在栅氧化层中存在正电荷的情况下，当栅氧化层厚度不均匀时，在较薄区域内的局部电场很强，使得势皇尖端的厚度变薄，在负栅电压时即会产生隧道电流(电子从多晶硅或者金属栅极流向半导体)，从而形成漏电流。栅氧化层的可靠性成为一个突出的问题和挑战，栅氧化层抗电性能不好将引起MOS器件电参数的不稳定，如阈值电压的漂移，跨导下降、漏电流增加等，进一步可引起栅氧化层的击穿，导致器件的失效，使整个集成电路陷入瘫痪状态。因此，栅氧化层的完整性对于集成电路性能的提高有着至关重要的作用。随着集成电路工艺的进步及尺寸的缩小，对于栅氧化层完整性(gate oxide integrity,简称G0I)的测试也逐渐成为一个重要的难题。栅氧化层完整性测试是验证栅氧化层质量的测试过程，目前通常使用斜坡电压(Vramp)测试来对于半导体器件的栅氧化层完整性进行检测。通过斜坡电压测试可以反映被测半导体器件在斜坡电压应力下的击穿特性等，从而对检测半导体器件的栅氧化层完整性起到参考作用，具体地，应用一个加在栅极的阶梯升高的电压直至栅氧化层击穿，通过判断栅氧化层击穿电压的大小来衡量缺陷类型，一般情况下分两种失效模式:mode A和mode B，如图1所示。结合测试面积推算缺陷密度是否达标，这样的测试方法对测试结构(testkey)设计有一定要求，比如业界标准JESD35以及JEP001A建议每次评估的样品总面积需要达到1cm2，也可以按照公式(I)计算选择的样品数:
[0003]N*ATEST〉_ln (1_0.95) /D0----(I)
[0004]其中，N是总样品数;ATEST是每个GOI测试结构的面积；D C1是缺陷密度规格。
[0005]所以为了减少测试样品数，测试结构(testkey)设计就要求面积很大，导致量产品上无法放置测试结构，使在线监控量产品无法实施。现在普遍的做法是将测试结构放置在测试认证载体(TQV，technology qualificat1n vehicle)晶片上单独生产，出厂后进行监控，一方面浪费成本，另一方面Vramp测试所需时间也较长，如果发现异常结果再追溯到工艺问题，整个周期就很长，失去了监控的时效性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种在线监控栅氧化层完整性的方法，可以对量产品上栅氧化层完整性进行实时测试，缩短测试时间，并能够评估判断缺陷密度是否达标，及时发现工艺可靠性问题。
[0007]为解决上述问题，本发明提出一种在线监控栅氧化层完整性的方法，包括:
[0008]根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量；
[0009]选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构；
[0010]按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值；
[0011 ] 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0012]进一步的，依据公式获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积；D C1是缺陷密度规格，K为采样频率。
[0013]进一步的，预定失效模式的缺陷密度规格不同，根据设定的采样频率以及预定失效模式的缺陷密度规格，获得用于监控分析的预定失效模式的最小采样数量。
[0014]进一步的，所述采样频率为WAT测试的采样频率。
[0015]进一步的，所述预定失效模式为一种或多种。
[0016]进一步的，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压后，经过预设时间稳定后，再量测出每个GOI测试结构在所述电压下的栅电流值。
[0017]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0018]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量；
[0019]若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0020]若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0021]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0022]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量；
[0023]根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度；
[0024]将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格进行比较；
[0025]若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0026]若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0027]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0028]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效样本的失效模式以及各失效模式下的失效数量；
[0029]根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度；
[0030]对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较；
[0031]若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0032]若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0033]进一步的，根据一定的监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法，并在确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题后，增加监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法。
[0034]与现有技术相比，本发明提出的在线监控栅氧化层完整性的方法，首先，不同于现有技术中的放置在单独生产的测试认证载体晶片上的大面积测试结构的方式，既不需牺牲量产品上的器件区面积，也不需要额外投片用于工艺产品监控，可以直接利用量产品切割道面积形成合适的测试结构来完成测试，大大节省了成本；其次，由于测试中每颗样品仅测试预定失效模式下的单点电流值，测试速度很快，对量产品的排队等候时间不会造成影响，大大缩短测试所需时间；针对一段时间内量产品上的数据收集，可以准确判断某一区间内栅氧缺陷的问题，实现了监控的时效性。
【附图说明】
[0035]图1是传统的Vramp测试中的栅氧化层击穿电压威尔布welbull分布图；
[0036]图2是传统的Vramp测试中栅氧化层击穿特性的I_V特性曲线；
[0037]图3是本发明具体实施例的在线监控栅氧化层完整性的方法流程图；
[0038]图4是本发明具体实施例量测到的预定失效模式电压下栅电流分布图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的栅氧化层完整性测试原理如下:
[0040]常规的Vramp测试，阶梯电压是线性增加直至样品击穿，如图2所示，每颗样品击穿特性的1-V曲线中表示出了不同电压下对应的栅电流，如果在量产品上增加这样的测试，量产品上每个测试点(lot)测试时间大致增加4个小时，考虑到产能和排队等候时间Q-time问题，这种常规的Vram p测试并不可行。而根据JEDEC标准，可以按对应的击穿电压的值，把栅氧化层完整性测试的样品归类为A、B、C不同模式，作为判断样品失效的标准，其中模式C(mode C)失效是正常失效，表明该样品的栅氧化层完整、无缺陷，模式A、B(mode A，mode B)失效说明样品有栅氧化层缺陷、厚度均匀性等问题。显然，在根据检测结果评判样品是否通过栅氧化层完整性测试时，可以主要看是否达到mode A或mode B的目标数据。因此，本发明的测试方法不同于常规的Vramp测试，而是分别量测量产品样本mode A和modeB这两种预定失效模式电压下的栅电流值(例如对应mode A的电压规格VmodeA (即图1中的mode A Vspec)下的电流值为Ia = [email protected]()deA，对应mode B的电压规格VmodeB(即图1中的mode B Vspec)下的电流值为Ib = IgWnrodeB)，将测得的栅电流值和电流标准(Ispec)比对判定是属于mode A和mode B中的哪种失效模式，由此可以根据样本失效数量，判断本次测试是否达到mode A或mode B的目标数据，评断出当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0041]为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
[0042]请参考图4，本发明提出一种在线监控栅氧化层完整性的方法，包括:
[0043]SI，根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量;
[0044]S2，选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构；
[0045]S3，按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值；
[0046]S4,将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0047]在步骤SI中，用于作为测量结果比较基准的mode A和mode B的目标数据可以是相同的，也可以是不同的。目标数据可以是样品失效数量(失效点数)或者缺陷密度。以缺陷密度作为评估式所用的目标数据，依据公式N*ATEST>-ln(l-0.95)/?/?,获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积Atl是缺陷密度规格，K为采样频率，依据上述公式可以计算出在特定的缺陷密度规格下，需要收集多少片量产品的数据才允许失效I颗GOI测试结构具体如下:设定采样频率K与WAT测试量产品的采样频率相同，例如每批次每片量产品上面选取9点，K = 9，即表示从每片量产品样本中选取9个GOI测试结构(实际上为9个测试用MOS芯片结构)进行测试，假设单颗样品面积(通常指I个GOI测试结构中栅氧化层面积)为11880 μπι2，由于mode B失效规格是满足缺陷密度规格D/1/cm2就行，也就是满足Icm2内没有I个GOI测试结构是mode B失效，这样只需要采样 n>-ln(l-0.95)/I/(11880^-1E+8),即 25217 颗，由于 K = 9(即 WAT 测试每片9颗die)，所以采集N = 25217 + 9 = 2802片量产品的数据来进行测试分析就够了。因此当选用采样频率K = 9，mode B的缺陷密度规格D/1/cm2后，需选取2802片量产品作为测试样本，每个量产品样本上选取9个GOI测试结构进行栅氧化层完整性测试，若发现有m个失效芯片，可计算得到当前被测芯片的缺陷密度为P =m/(ATEST*25217)，则可明显看到当前被测芯片的缺陷密度与缺陷密度规格Dtl的大小。根据该测试结果，则可判断出当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。需要说明的是WAT测试量产品的采样频率，不仅仅限于每片测试9个点，也可以是其他任一频率，例如每片测试5个点、11个点等等，因此，本发明的栅氧化层完整性测试的采样频率也不仅仅限定于从每个量产品样本上选取9个GOI测试结构，也可以是其他频率，例如每个量产品样本上选取5个或11个GOI测试结构，即从每个量产品样本上选取的GOI测试结构的数目不限制，所有量产品样本上选取的数目GOI测试结构的数目可以相同，也可以不同。
[0048]需要说明的是，mode A和mode B失效模式的缺陷密度规格可以相同，也可以不同，评估测试结果时，两种失效可以分开比对，也可以加和比对，若分开比对，测量结果中modeA数据与mode A的目标数据比对(例如测试得到的mode A的实际缺陷密度与mode A的缺陷密度规格比对，或者测试得到的mode A的实际失效数量与mode A的目标失效数量比对)，mode B数据与mode B的目标数据比对；加和比对时，测量结果中J = mode A数据+mode B数据与J0= mode A的目标数据+mode B的目标数据比对(例如测试得到的modeA的实际缺陷密度、测试得到的mode B的实际缺陷密度的和，与mode A的缺陷密度规格、mode B的缺陷密度规格的和比对，或者测试得到的mode A和mode B总的实际失效数量与mode A和mode B总的目标失效数量比对)。显然，由于mode A和mode B失效模式的缺陷密度规格可以相同，也可以不同，所以监控分析的mode A和mode B失效模式的最小采样数量可以不同，也可以相同。
[0049]在步骤S2中，首先，本发明的量产品的每个单元里，一部分面积是产品的功能模块，另一部分面积是专门供测试用的模块。GOI测试结构不需要设计很大面积，体积小，可以被放在产品功能模块间的切割道上，以能够放下的最大面积为原则设计，以有利提高测试精确性。测试结束后，量产品在切片封装的过程中，GOI测试结构所占的面积也会被切断，一定程度上提高了量产品的面积利用率。其次，本步骤要选取大于或等于所述最小采样数量N的量产品作为用于监控分析的量产品样本。
[0050]在步骤S3中，按照WAT测试量产品的采样频率进行测试，即在每个量产品切割道上选取9个合适的GOI测试结构，分别量测每个GOI测试结构在mode A和mode B失效模式电压下的栅电流值(la = IgiVmodeA, Ib = IgiVmodeB)。由于这样的加电压量电流的测试简单而且速度很快，大大缩短了测试时间。考虑到样品(G0I测试结构)加瞬间电压的脉冲影响，对每个GOI测试结构施加测试电压后，可以等待一定短时间(ms级)的稳定，再量测出该GOI测试结构在所述电压下的栅电流值，以提高量测准确性。
[0051]在步骤S4中，将量测到的所有栅电流值la、Ib与电流标准Ispec (比如Ispec =0.1毫安)比对，以判定每个GOI测试结构是属于mode A、mode B、mode C哪种失效模式。比较直观的做法是绘制如图4所示的mode A和mode B失效模式电压下栅电流分布图，可以看到分别在mode A和mode B失效模式下失效的样品(G0I测试结构)，图中左侧有两个mode B失效点(图4左侧的2个黑色方块)和I个mode A失效点(图4左侧的I个灰色原点)，由此确定量产品样本中的mode A和mode B失效模式的失效数量。
[0052]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0053]若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如mode A的目标失效数量为2，mode A的目标失效数量为3，则根据图4所示的测试结果可以确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0054]若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0055]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0056]根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度，如图4所示，发现有2个mode B失效芯片、I个mode A失效芯片，可计算得到当前量产品样本的缺陷密度为D=(1+2)/( (11880 +1E+8) *25217) = I/cm2；
[0057]将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格Dcittrtal进行比较，例如缺陷密度规格 D0total= D 0modeA+D0modeB = (?.5+1) /CHl 2;
[ 0058]若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如DOtltrtal，则可以直接确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题；
[0059]若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0060]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0061]根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度，如图4所示，发现有2个mode B失效芯片、I个mode A失效芯片，DMdeB= 2/
((11880 +1E+8)*25217) = 0.67/cm2, DmodeA= I/(11880 +1E+8*25217) = 0.33/cm2；
[0062]对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较，例如 DmQdeB= 0.67/cm2与 D
OmodeB —
比较，D
modeA — ?.33/CHl 与 D 0modeA — ?.5/CHl 比车父；
[0063]若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如获得1/cm2, DfflodeA<D0fflodeA= 0.5/cm 2，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题；
[0064]若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产，即只要出现Dnrod^D-或D modeA>D0modeA,则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题。
[0065]优选的，设定一定的监控分析频率进行栅氧化层完整性的在线监控，例如每周评估一次，那么就选取该周(含)以前完成的2802片的数据来分析是否存在失效点，来完成栅氧化层完整性的在线监控。如果确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，需要增加监控分析频率。
[0066]需要进一步的说明的是，上述各实施例选取的预定失效模式包括JEDEC标准下的mode A和mode B两种模式，但在本发明的其它实施例中，按照栅氧化层完整性测试的目的不同，预定失效模式电压不限定于mode A和mode B两种模式，也可以是只有I种失效模式或者包括两种以上失效模式。
[0067]综上所述，本发明提供的在线监控栅氧化层完整性的方法，不需要重新设计大面积的测试结构，不牺牲量产品上的面积，不需要额外投片用于工艺产品监控，节省了成本；以大于或等于根据上述方法获得的最小样本数进行栅氧化层完整性测试，且测试中每个GOI测试结构仅测试预定失效模式下电压的单点电流值，测试速度很快，对量产品排队时间Q-time不会造成影响；由于是针对当前工艺一段时间内量产品上GOI测试结构的数据收集，所以能够帮助准确判断当前工艺某一区间内量产品的栅氧缺陷的问题，及时发现栅氧化层完整性的可靠性问题，实现了在线实时监控并及时发现问题的作用。
[0068]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，包括: 根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量； 选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构； 按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值； 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。2.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，依据公式N*ATEST>-ln (1-0.95) /D0/K,获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积；％是缺陷密度规格，K为采样频率。3.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，预定失效模式的缺陷密度规格不同，根据设定的采样频率以及预定失效模式的缺陷密度规格，获得用于监控分析的预定失效模式的最小采样数量。4.如权利要求1至3中任一项所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，所述采样频率为WAT测试的采样频率。5.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，所述预定失效模式为一种或多种。6.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压后，经过预设时间稳定后，再量测出每个GOI测试结构在所述电压下的栅电流值。7.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量； 若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产； 若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。8.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量； 根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度； 将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格进行比较； 若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产； 若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。9.如权利要求3所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效样本的失效模式以及各失效模式下的失效数量； 根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度； 对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较；若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。10.如权利要求1或6所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，根据一定的监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法，并在确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题后，增加监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法。
【专利摘要】本发明提供一种在线监控栅氧化层完整性的方法，不需要重新设计大面积的测试结构，不牺牲量产品上的面积，不需要额外投片用于工艺产品监控，节省了成本；以大于或等于根据上述方法获得的最小样本数进行栅氧化层完整性测试，且测试中每个GOI测试结构仅测试预定失效模式电压下的单点电流值，测试速度很快，对量产品排队时间Q-time不会造成影响；由于是针对当前工艺一段时间内量产品上GOI测试结构的数据收集，所以能够帮助准确判断当前工艺某一区间内量产品的栅氧缺陷的问题，及时发现栅氧化层完整性的可靠性问题，实现了在线实时监控并及时发现问题的作用。
【IPC分类】H01L21/66, H01L23/544
【公开号】CN104900556
【申请号】CN201510216570
【发明人】周柯, 尹彬锋, 赵敏
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种在线监控栅氧化层完整性的方法。
【背景技术】
[0002]随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的飞速发展，MOS器件的尺寸不断地减小。为增加器件的反应速度、提高驱动电流与存储电容的容量，器件中栅氧化层的厚度不断地降低，由20?30nm降至几个纳米。然而，在器件尺寸等比例缩小的同时，工作电压却没有相应地等比缩小，从而使薄栅氧化层中的电场强度增大，器件的击穿电压降低；另一方面，栅氧化层中存在缺陷、表面不均匀等，会出现局部电场集中，容易产生内部放电而形成许多导电通道，同样降低击穿电压。而漏电流的产生往往与栅氧化层中的带电杂质有关。在栅氧化层中存在正电荷的情况下，当栅氧化层厚度不均匀时，在较薄区域内的局部电场很强，使得势皇尖端的厚度变薄，在负栅电压时即会产生隧道电流(电子从多晶硅或者金属栅极流向半导体)，从而形成漏电流。栅氧化层的可靠性成为一个突出的问题和挑战，栅氧化层抗电性能不好将引起MOS器件电参数的不稳定，如阈值电压的漂移，跨导下降、漏电流增加等，进一步可引起栅氧化层的击穿，导致器件的失效，使整个集成电路陷入瘫痪状态。因此，栅氧化层的完整性对于集成电路性能的提高有着至关重要的作用。随着集成电路工艺的进步及尺寸的缩小，对于栅氧化层完整性(gate oxide integrity,简称G0I)的测试也逐渐成为一个重要的难题。栅氧化层完整性测试是验证栅氧化层质量的测试过程，目前通常使用斜坡电压(Vramp)测试来对于半导体器件的栅氧化层完整性进行检测。通过斜坡电压测试可以反映被测半导体器件在斜坡电压应力下的击穿特性等，从而对检测半导体器件的栅氧化层完整性起到参考作用，具体地，应用一个加在栅极的阶梯升高的电压直至栅氧化层击穿，通过判断栅氧化层击穿电压的大小来衡量缺陷类型，一般情况下分两种失效模式:mode A和mode B，如图1所示。结合测试面积推算缺陷密度是否达标，这样的测试方法对测试结构(testkey)设计有一定要求，比如业界标准JESD35以及JEP001A建议每次评估的样品总面积需要达到1cm2，也可以按照公式(I)计算选择的样品数:
[0003]N*ATEST〉_ln (1_0.95) /D0----(I)
[0004]其中，N是总样品数;ATEST是每个GOI测试结构的面积；D C1是缺陷密度规格。
[0005]所以为了减少测试样品数，测试结构(testkey)设计就要求面积很大，导致量产品上无法放置测试结构，使在线监控量产品无法实施。现在普遍的做法是将测试结构放置在测试认证载体(TQV，technology qualificat1n vehicle)晶片上单独生产，出厂后进行监控，一方面浪费成本，另一方面Vramp测试所需时间也较长，如果发现异常结果再追溯到工艺问题，整个周期就很长，失去了监控的时效性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种在线监控栅氧化层完整性的方法，可以对量产品上栅氧化层完整性进行实时测试，缩短测试时间，并能够评估判断缺陷密度是否达标，及时发现工艺可靠性问题。
[0007]为解决上述问题，本发明提出一种在线监控栅氧化层完整性的方法，包括:
[0008]根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量；
[0009]选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构；
[0010]按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值；
[0011 ] 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0012]进一步的，依据公式获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积；D C1是缺陷密度规格，K为采样频率。
[0013]进一步的，预定失效模式的缺陷密度规格不同，根据设定的采样频率以及预定失效模式的缺陷密度规格，获得用于监控分析的预定失效模式的最小采样数量。
[0014]进一步的，所述采样频率为WAT测试的采样频率。
[0015]进一步的，所述预定失效模式为一种或多种。
[0016]进一步的，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压后，经过预设时间稳定后，再量测出每个GOI测试结构在所述电压下的栅电流值。
[0017]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0018]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量；
[0019]若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0020]若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0021]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0022]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量；
[0023]根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度；
[0024]将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格进行比较；
[0025]若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0026]若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0027]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0028]将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效样本的失效模式以及各失效模式下的失效数量；
[0029]根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度；
[0030]对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较；
[0031]若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0032]若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0033]进一步的，根据一定的监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法，并在确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题后，增加监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法。
[0034]与现有技术相比，本发明提出的在线监控栅氧化层完整性的方法，首先，不同于现有技术中的放置在单独生产的测试认证载体晶片上的大面积测试结构的方式，既不需牺牲量产品上的器件区面积，也不需要额外投片用于工艺产品监控，可以直接利用量产品切割道面积形成合适的测试结构来完成测试，大大节省了成本；其次，由于测试中每颗样品仅测试预定失效模式下的单点电流值，测试速度很快，对量产品的排队等候时间不会造成影响，大大缩短测试所需时间；针对一段时间内量产品上的数据收集，可以准确判断某一区间内栅氧缺陷的问题，实现了监控的时效性。
【附图说明】
[0035]图1是传统的Vramp测试中的栅氧化层击穿电压威尔布welbull分布图；
[0036]图2是传统的Vramp测试中栅氧化层击穿特性的I_V特性曲线；
[0037]图3是本发明具体实施例的在线监控栅氧化层完整性的方法流程图；
[0038]图4是本发明具体实施例量测到的预定失效模式电压下栅电流分布图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的栅氧化层完整性测试原理如下:
[0040]常规的Vramp测试，阶梯电压是线性增加直至样品击穿，如图2所示，每颗样品击穿特性的1-V曲线中表示出了不同电压下对应的栅电流，如果在量产品上增加这样的测试，量产品上每个测试点(lot)测试时间大致增加4个小时，考虑到产能和排队等候时间Q-time问题，这种常规的Vram p测试并不可行。而根据JEDEC标准，可以按对应的击穿电压的值，把栅氧化层完整性测试的样品归类为A、B、C不同模式，作为判断样品失效的标准，其中模式C(mode C)失效是正常失效，表明该样品的栅氧化层完整、无缺陷，模式A、B(mode A，mode B)失效说明样品有栅氧化层缺陷、厚度均匀性等问题。显然，在根据检测结果评判样品是否通过栅氧化层完整性测试时，可以主要看是否达到mode A或mode B的目标数据。因此，本发明的测试方法不同于常规的Vramp测试，而是分别量测量产品样本mode A和modeB这两种预定失效模式电压下的栅电流值(例如对应mode A的电压规格VmodeA (即图1中的mode A Vspec)下的电流值为Ia = [email protected]()deA，对应mode B的电压规格VmodeB(即图1中的mode B Vspec)下的电流值为Ib = IgWnrodeB)，将测得的栅电流值和电流标准(Ispec)比对判定是属于mode A和mode B中的哪种失效模式，由此可以根据样本失效数量，判断本次测试是否达到mode A或mode B的目标数据，评断出当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0041]为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
[0042]请参考图4，本发明提出一种在线监控栅氧化层完整性的方法，包括:
[0043]SI，根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量;
[0044]S2，选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构；
[0045]S3，按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值；
[0046]S4,将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。
[0047]在步骤SI中，用于作为测量结果比较基准的mode A和mode B的目标数据可以是相同的，也可以是不同的。目标数据可以是样品失效数量(失效点数)或者缺陷密度。以缺陷密度作为评估式所用的目标数据，依据公式N*ATEST>-ln(l-0.95)/?/?,获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积Atl是缺陷密度规格，K为采样频率，依据上述公式可以计算出在特定的缺陷密度规格下，需要收集多少片量产品的数据才允许失效I颗GOI测试结构具体如下:设定采样频率K与WAT测试量产品的采样频率相同，例如每批次每片量产品上面选取9点，K = 9，即表示从每片量产品样本中选取9个GOI测试结构(实际上为9个测试用MOS芯片结构)进行测试，假设单颗样品面积(通常指I个GOI测试结构中栅氧化层面积)为11880 μπι2，由于mode B失效规格是满足缺陷密度规格D/1/cm2就行，也就是满足Icm2内没有I个GOI测试结构是mode B失效，这样只需要采样 n>-ln(l-0.95)/I/(11880^-1E+8),即 25217 颗，由于 K = 9(即 WAT 测试每片9颗die)，所以采集N = 25217 + 9 = 2802片量产品的数据来进行测试分析就够了。因此当选用采样频率K = 9，mode B的缺陷密度规格D/1/cm2后，需选取2802片量产品作为测试样本，每个量产品样本上选取9个GOI测试结构进行栅氧化层完整性测试，若发现有m个失效芯片，可计算得到当前被测芯片的缺陷密度为P =m/(ATEST*25217)，则可明显看到当前被测芯片的缺陷密度与缺陷密度规格Dtl的大小。根据该测试结果，则可判断出当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。需要说明的是WAT测试量产品的采样频率，不仅仅限于每片测试9个点，也可以是其他任一频率，例如每片测试5个点、11个点等等，因此，本发明的栅氧化层完整性测试的采样频率也不仅仅限定于从每个量产品样本上选取9个GOI测试结构，也可以是其他频率，例如每个量产品样本上选取5个或11个GOI测试结构，即从每个量产品样本上选取的GOI测试结构的数目不限制，所有量产品样本上选取的数目GOI测试结构的数目可以相同，也可以不同。
[0048]需要说明的是，mode A和mode B失效模式的缺陷密度规格可以相同，也可以不同，评估测试结果时，两种失效可以分开比对，也可以加和比对，若分开比对，测量结果中modeA数据与mode A的目标数据比对(例如测试得到的mode A的实际缺陷密度与mode A的缺陷密度规格比对，或者测试得到的mode A的实际失效数量与mode A的目标失效数量比对)，mode B数据与mode B的目标数据比对；加和比对时，测量结果中J = mode A数据+mode B数据与J0= mode A的目标数据+mode B的目标数据比对(例如测试得到的modeA的实际缺陷密度、测试得到的mode B的实际缺陷密度的和，与mode A的缺陷密度规格、mode B的缺陷密度规格的和比对，或者测试得到的mode A和mode B总的实际失效数量与mode A和mode B总的目标失效数量比对)。显然，由于mode A和mode B失效模式的缺陷密度规格可以相同，也可以不同，所以监控分析的mode A和mode B失效模式的最小采样数量可以不同，也可以相同。
[0049]在步骤S2中，首先，本发明的量产品的每个单元里，一部分面积是产品的功能模块，另一部分面积是专门供测试用的模块。GOI测试结构不需要设计很大面积，体积小，可以被放在产品功能模块间的切割道上，以能够放下的最大面积为原则设计，以有利提高测试精确性。测试结束后，量产品在切片封装的过程中，GOI测试结构所占的面积也会被切断，一定程度上提高了量产品的面积利用率。其次，本步骤要选取大于或等于所述最小采样数量N的量产品作为用于监控分析的量产品样本。
[0050]在步骤S3中，按照WAT测试量产品的采样频率进行测试，即在每个量产品切割道上选取9个合适的GOI测试结构，分别量测每个GOI测试结构在mode A和mode B失效模式电压下的栅电流值(la = IgiVmodeA, Ib = IgiVmodeB)。由于这样的加电压量电流的测试简单而且速度很快，大大缩短了测试时间。考虑到样品(G0I测试结构)加瞬间电压的脉冲影响，对每个GOI测试结构施加测试电压后，可以等待一定短时间(ms级)的稳定，再量测出该GOI测试结构在所述电压下的栅电流值，以提高量测准确性。
[0051]在步骤S4中，将量测到的所有栅电流值la、Ib与电流标准Ispec (比如Ispec =0.1毫安)比对，以判定每个GOI测试结构是属于mode A、mode B、mode C哪种失效模式。比较直观的做法是绘制如图4所示的mode A和mode B失效模式电压下栅电流分布图，可以看到分别在mode A和mode B失效模式下失效的样品(G0I测试结构)，图中左侧有两个mode B失效点(图4左侧的2个黑色方块)和I个mode A失效点(图4左侧的I个灰色原点)，由此确定量产品样本中的mode A和mode B失效模式的失效数量。
[0052]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0053]若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如mode A的目标失效数量为2，mode A的目标失效数量为3，则根据图4所示的测试结果可以确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；
[0054]若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0055]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0056]根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度，如图4所示，发现有2个mode B失效芯片、I个mode A失效芯片，可计算得到当前量产品样本的缺陷密度为D=(1+2)/( (11880 +1E+8) *25217) = I/cm2；
[0057]将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格Dcittrtal进行比较，例如缺陷密度规格 D0total= D 0modeA+D0modeB = (?.5+1) /CHl 2;
[ 0058]若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如DOtltrtal，则可以直接确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题；
[0059]若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。
[0060]进一步的，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括:
[0061]根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度，如图4所示，发现有2个mode B失效芯片、I个mode A失效芯片，DMdeB= 2/
((11880 +1E+8)*25217) = 0.67/cm2, DmodeA= I/(11880 +1E+8*25217) = 0.33/cm2；
[0062]对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较，例如 DmQdeB= 0.67/cm2与 D
OmodeB —
比较，D
modeA — ?.33/CHl 与 D 0modeA — ?.5/CHl 比车父；
[0063]若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产，例如获得1/cm2, DfflodeA<D0fflodeA= 0.5/cm 2，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题；
[0064]若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产，即只要出现Dnrod^D-或D modeA>D0modeA,则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题。
[0065]优选的，设定一定的监控分析频率进行栅氧化层完整性的在线监控，例如每周评估一次，那么就选取该周(含)以前完成的2802片的数据来分析是否存在失效点，来完成栅氧化层完整性的在线监控。如果确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，需要增加监控分析频率。
[0066]需要进一步的说明的是，上述各实施例选取的预定失效模式包括JEDEC标准下的mode A和mode B两种模式，但在本发明的其它实施例中，按照栅氧化层完整性测试的目的不同，预定失效模式电压不限定于mode A和mode B两种模式，也可以是只有I种失效模式或者包括两种以上失效模式。
[0067]综上所述，本发明提供的在线监控栅氧化层完整性的方法，不需要重新设计大面积的测试结构，不牺牲量产品上的面积，不需要额外投片用于工艺产品监控，节省了成本；以大于或等于根据上述方法获得的最小样本数进行栅氧化层完整性测试，且测试中每个GOI测试结构仅测试预定失效模式下电压的单点电流值，测试速度很快，对量产品排队时间Q-time不会造成影响；由于是针对当前工艺一段时间内量产品上GOI测试结构的数据收集，所以能够帮助准确判断当前工艺某一区间内量产品的栅氧缺陷的问题，及时发现栅氧化层完整性的可靠性问题，实现了在线实时监控并及时发现问题的作用。
[0068]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，包括: 根据设定的采样频率以及缺陷密度规格，获得用于监控分析的最小采样数量； 选取大于或等于所述最小采样数量的量产品作为用于监控分析的量产品样本，所述量产品本的切割道上设置有GOI测试结构； 按照所述采样频率从每个量产品样本上选取GOI测试结构，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压，分别量测出每个GOI测试结构在预定失效模式的电压下的栅电流值； 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题。2.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，依据公式N*ATEST>-ln (1-0.95) /D0/K,获得监控分析的最小采样数量，其中，N是采样数量，Atest是每个GOI测试结构的面积；％是缺陷密度规格，K为采样频率。3.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，预定失效模式的缺陷密度规格不同，根据设定的采样频率以及预定失效模式的缺陷密度规格，获得用于监控分析的预定失效模式的最小采样数量。4.如权利要求1至3中任一项所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，所述采样频率为WAT测试的采样频率。5.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，所述预定失效模式为一种或多种。6.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，对每个GOI测试结构施加预定失效模式的电压后，经过预设时间稳定后，再量测出每个GOI测试结构在所述电压下的栅电流值。7.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量； 若量产品样本中的失效数量小于或等于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产； 若量产品样本中的失效数量大于目标失效数量，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。8.如权利要求1所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效数量； 根据量产品样本中的失效数量，获得量产品样本的缺陷密度； 将量产品样本的缺陷密度与所述缺陷密度规格进行比较； 若量产品样本的缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产； 若量产品样本的缺陷密度大于所述缺陷密度规格，，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。9.如权利要求3所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，评估所述量产品样本所在的当前工艺是否存在栅氧化层完整性问题，包括: 将量测出的所有栅电流值与电流标准比对，确定量产品样本中的失效样本的失效模式以及各失效模式下的失效数量； 根据各失效模式下的失效数量，分别获得量产品样本在各失效模式下的实际缺陷密度； 对将各失效模式下的实际缺陷密度与所述失效模式下的缺陷密度规格进行比较；若所述实际缺陷密度小于或等于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺不存在栅氧化层完整性问题，继续按照所述当前工艺的参数设置进行量产品生产；若所述实际缺陷密度大于所述缺陷密度规格，则确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题，调整并改善所述当前工艺的参数设置后继续进行量产品生产。10.如权利要求1或6所述的在线监控栅氧化层完整性的方法，其特征在于，根据一定的监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法，并在确定所述量产品样本所在的当前工艺存在栅氧化层完整性问题后，增加监控分析频率来执行所述在线监控栅氧化层完整性的方法。
【专利摘要】本发明提供一种在线监控栅氧化层完整性的方法，不需要重新设计大面积的测试结构，不牺牲量产品上的面积，不需要额外投片用于工艺产品监控，节省了成本；以大于或等于根据上述方法获得的最小样本数进行栅氧化层完整性测试，且测试中每个GOI测试结构仅测试预定失效模式电压下的单点电流值，测试速度很快，对量产品排队时间Q-time不会造成影响；由于是针对当前工艺一段时间内量产品上GOI测试结构的数据收集，所以能够帮助准确判断当前工艺某一区间内量产品的栅氧缺陷的问题，及时发现栅氧化层完整性的可靠性问题，实现了在线实时监控并及时发现问题的作用。
【IPC分类】H01L21/66, H01L23/544
【公开号】CN104900556
【申请号】CN201510216570
【发明人】周柯, 尹彬锋, 赵敏
【申请人】上海华力微电子有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月30日
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