一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)及方法
【專利摘要】本申請公開了一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)及方法，所述測試結(jié)構(gòu)位于晶圓切割道內(nèi)，所述測試結(jié)構(gòu)包括：放大器、具有摻氮柵氧化層的PMOS管、具有摻氮柵氧化層的NMOS管、第一電阻和第二電阻。通過放大器放大PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，來實時監(jiān)控MOS管上柵氧化層摻氮量的漂移。
【專利說明】一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中，P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)管、NMOS管、或者由PMOS管和NMOS管共同構(gòu)成的互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor, CMOS)管成為構(gòu)成芯片的基本器件。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中MOS管的制作方法，包括以下步驟:
[0004]步驟11、在具有阱101的半導(dǎo)體襯底100上依次形成柵氧化層102和多晶硅柵極103 ；
[0005]具體地，對半導(dǎo)體襯底100進行阱注入，形成阱101 ;在半導(dǎo)體襯底100上依次生長柵氧化層和沉積多晶硅層，隨后在多晶硅層的表面涂布光刻膠層(圖中未顯示)，曝光顯影圖案化光刻膠層，定義出柵極的位置，以光刻膠圖形為掩膜，依次刻蝕多晶硅層和柵氧化層，形成柵氧化層102和多晶硅柵極103。
[0006]對于PMOS晶體管，阱注入為N型元素氟化硼(BF2)或硼(B)，如果制作的是NMOS晶體管，阱注入為P型元素磷(P)或砷(As)。
[0007]步驟12、在所述多晶硅柵極103的兩側(cè)形成側(cè)壁層104 ；
[0008]步驟13、以多晶硅柵極103和側(cè)壁層104為掩膜對具有阱101的半導(dǎo)體襯底100進行離子注入，形成源漏極105 ；
[0009]其中，由于PMOS管用空穴作為多數(shù)載流子，所以PMOS管的源極和漏極為P型；由于NMOS管用電子作為多數(shù)載流子，所以NMOS管的源極和漏極為N型。
[0010]步驟14、進行源漏極105的退火處理。
[0011]根據(jù)上述描述，圖1為現(xiàn)有技術(shù)形成MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]為了控制短溝道效應(yīng)，更小尺寸器件要求進一步提高柵電極電容。這能夠通過不斷減薄柵氧化層的厚度而實現(xiàn)，但隨之而來的是柵電極漏電流的提升。研究發(fā)現(xiàn)，在柵氧化層中摻氮形成氮氧化硅，即在氧化硅層中摻氮，與單純的氧化硅層相比，其等效氧化物厚度(EOT)更小，這一點恰好能夠提高柵電極電容。但是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在氧化硅中摻氮形成氮氧化硅，氮氧化硅中氮的含量不好控制，而氮的含量控制不好很容易引起半導(dǎo)體器件開啟電壓Vt變化，以及遷移率變化等嚴重問題。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)為監(jiān)控氮含量的漂移，只能每周在線(inline)監(jiān)測一次，如果氮含量超過容許范圍，說明這批產(chǎn)品不符合規(guī)格，但是這種監(jiān)控氮含量漂移的方法，不能及時反映問題，生產(chǎn)效率比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本申請公開了一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)及方法，以實時監(jiān)控MOS管上柵氧化層摻氮量的漂移。
[0015]本申請的技術(shù)方案如下:
[0016]本申請公開了一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)，所述測試結(jié)構(gòu)位于晶圓切割道內(nèi)，所述測試結(jié)構(gòu)包括:放大器、具有摻氮柵氧化層的PMOS管、具有摻氮柵氧化層的NMOS管、第一電阻和第二電阻；
[0017]所述放大器，用于放大PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，具有第一輸入端，第二輸入端，第一輸出端和第二輸出端；其第一輸入端和第一輸出端分別連接第一電阻的兩端；其第二輸入端和第二輸出端分別連接第二電阻的兩端；第一輸入端與PMOS管的源極連接；第二輸入端與NMOS管的漏極連接；
[0018]所述PMOS管，用于在放大器的第一輸入端輸入所述PMOS管的電流/電壓，所述PMOS管的漏極接電源電壓；
[0019]所述NMOS管，用于在放大器的第二輸入端輸入所述NMOS管的電流/電壓，所述NMOS管的源極接地。
[0020]本申請還公開了一種如上所述測試結(jié)構(gòu)監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的方法，該方法包括:
[0021]在放大器的第一輸入端和第二輸入端分別輸入PMOS管和NMOS管的電流/電壓；
[0022]經(jīng)放大器信號放大后，得到放大后的PMOS管和NMOS管的電流/電壓差；
[0023]根據(jù)所述放大后的電流/電壓差是否超過容許范圍，判斷柵氧化層摻氮量是否漂移。
[0024]隨著所述柵氧化層摻氮量的變化，所述PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓具有相反的變化趨勢。
[0025]當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電流降低，NMOS管的電流升高；
[0026]當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電流升高，NMOS管的電流降低。
[0027]當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電壓升高，NMOS管的電壓降低；
[0028]當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電壓降低，NMOS管的電壓升高。
[0029]通過本申請的技術(shù)方案，具有摻氮柵氧化層的PMOS管與具有摻氮柵氧化層的NMOS管的電流/電壓經(jīng)過放大器放大后，根據(jù)放大后兩者之間的電流/電壓差是否超過容許范圍，判斷柵氧化層摻氮量是否漂移。這是因為，隨著柵氧化層摻氮量的變化，PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓具有相反的變化趨勢，摻氮量變化越大，電流/電壓差越大，因此就可以通過監(jiān)控放大后PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，進而監(jiān)控柵氧化層摻氮量是否漂移。與現(xiàn)有技術(shù)，每周在線測量柵氧化層摻氮量是否漂移的方法相比，本發(fā)明的方案能夠?qū)崟r準確地反映柵氧化層摻氮量的漂移，更好地控制氮氧化硅中氮的含量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)形成MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明實施例監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0033]圖2為本發(fā)明實施例監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)示意圖。該測試結(jié)構(gòu)位于晶圓切割道內(nèi)，該測試結(jié)構(gòu)包括:放大器201、具有摻氮柵氧化層的PMOS管202、具有摻氮柵氧化層的NMOS管203、第一電阻204和第二電阻205 ；
[0034]其中，放大器201，用于放大PMOS管202和NMOS管203之間的電流/電壓差，具有第一輸入端，第二輸入端，第一輸出端和第二輸出端；其第一輸入端和第一輸出端分別連接第一電阻204的兩端；其第二輸入端和第二輸出端分別連接第二電阻205的兩端；第一輸入端與PMOS管202的源極連接；第二輸入端與NMOS管203的漏極連接；
[0035]所述PMOS管202，用于在放大器的第一輸入端輸入所述PMOS管的電流/電壓，所述PMOS管的漏極接電源電壓Vdd ；
[0036]所述NMOS管203，用于在放大器的第二輸入端輸入所述NMOS管的電流/電壓，所述NMOS管的源極接地Vss。
[0037]研究表明，隨著柵氧化層摻氮量的變化，所述PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓具有相反的變化趨勢。具體地，當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電流降低，NMOS管的電流升高；當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電流升高，NMOS管的電流降低。當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電壓升高，NMOS管的電壓降低；當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電壓降低，NMOS管的電壓升高。因此摻氮量變化越大，電流/電壓差越大。所以，當柵氧化層摻氮量超過一定范圍時，經(jīng)放大器放大的PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，也超出一定范圍，因此，可以通過電學(xué)測量電流/電壓差，實時監(jiān)控柵氧化層摻氮量的漂移是否超過容許范圍。
[0038]根據(jù)圖2所示的測試結(jié)構(gòu)，本發(fā)明監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的方法，包括以下步驟:
[0039]步驟21、在放大器的第一輸入端和第二輸入端分別輸入PMOS管和NMOS管的電流/電壓；
[0040]步驟22、經(jīng)放大器信號放大后，得到放大后的PMOS管和NMOS管的電流/電壓差；
[0041]步驟23、根據(jù)所述放大后的電流/電壓差是否超過容許范圍，判斷柵氧化層摻氮量是否漂移。
[0042]下面列舉具體場景，對本發(fā)明的方法進行詳細說明。本發(fā)明實施例中，放大器的放大率為10，第一電阻和第二電阻的阻值分別為IK歐姆，電源電壓Vdd為1.2伏，PMOS管的柵極外接電壓為O伏，NMOS管的柵極外接電壓，與電源電壓相同，為1.2伏。
[0043]PMOS管和NMOS管經(jīng)過放大器放大的電流差為600毫安每微米(mA/um)時，柵氧化層摻氮量的漂移，即Λ N=L 2原子/立方厘米。
[0044]經(jīng)過研究表明，在上述參數(shù)條件下，PMOS管和NMOS管經(jīng)過放大器放大的電流差大于200mA/um時，柵氧化層摻氮量的漂移就超過容許范圍，此時，ΛN=0.5原子/立方厘米，就需要對柵氧化層的摻氮量進行重新調(diào)整，以恢復(fù)到容許范圍內(nèi)。由于600mA/um大于200mA/um，說明柵氧化層摻氮量的漂移已經(jīng)超過容許范圍。需要說明的是，不同的放大器，放大率不同，放大得到的電流差的量級也不同，這需要根據(jù)不同放大率的放大器，設(shè)置不同的電流差容許范圍。
[0045]另外，輸出放大器的可以是電流，也可以是電壓。所以可以直接將PMOS管和NMOS管經(jīng)過放大器放大的電流差，或者電壓差，與容許范圍進行比較。也可以根據(jù)電壓等于電流與電阻的乘積，分別計算PMOS管和NMOS管經(jīng)過放大后的電壓，進而計算PMOS管和NMOS管之間經(jīng)過放大后的電壓差。
[0046]在上述實施例中，PMOS管和NMOS管之間經(jīng)過放大后的電壓差:
[0047]PMOS管經(jīng)過放大器放大的電流*第一電阻的阻值-NMOS管經(jīng)過放大器放大的電流*第二電阻的阻值。
[0048]綜上，隨著柵氧化層摻氮量的變化，PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓具有相反的變化趨勢，摻氮量變化越大，電流/電壓差越大。本發(fā)明利用這一變化關(guān)系，通過放大器放大PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，來實時監(jiān)控MOS管上柵氧化層摻氮量的漂移。本發(fā)明的電學(xué)測量方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)，能夠?qū)崟r準確地反映柵氧化層摻氮量的漂移，更好地控制氮氧化硅中氮的含量。
[0049]以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，并不用以限制本申請，凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請保護的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的測試結(jié)構(gòu)，所述測試結(jié)構(gòu)位于晶圓切割道內(nèi)，其特征在于，所述測試結(jié)構(gòu)包括:放大器、具有摻氮柵氧化層的PMOS管、具有摻氮柵氧化層的NMOS管、第一電阻和第二電阻； 所述放大器，用于放大PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓差，具有第一輸入端，第二輸入端,第一輸出端和第二輸出端；其第一輸入端和第一輸出端分別連接第一電阻的兩端；其第二輸入端和第二輸出端分別連接第二電阻的兩端；第一輸入端與PMOS管的源極連接；第二輸入端與NMOS管的漏極連接； 所述PMOS管，用于在放大器的第一輸入端輸入所述PMOS管的電流/電壓，所述PMOS管的漏極接電源電壓； 所述NMOS管，用于在放大器的第二輸入端輸入所述NMOS管的電流/電壓，所述NMOS管的源極接地。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述測試結(jié)構(gòu)監(jiān)控柵氧化層摻氮量漂移的方法，該方法包括: 在放大器的第一輸入端和第二輸入端分別輸入PMOS管和NMOS管的電流/電壓； 經(jīng)放大器信號放大后，得到放大后的PMOS管和NMOS管的電流/電壓差； 根據(jù)所述放大后的電流/電壓差是否超過容許范圍，判斷柵氧化層摻氮量是否漂移。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，隨著所述柵氧化層摻氮量的變化，所述PMOS管和NMOS管之間的電流/電壓具有相反的變化趨勢。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電流降低，NMOS管的電流升高； 當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電流升高，NMOS管的電流降低。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當柵氧化層摻氮量升高時，PMOS管的電壓升高，NMOS管的電壓降低； 當柵氧化層摻氮量降低時，PMOS管的電壓降低，NMOS管的電壓升高。
【文檔編號】H01L21/66GK104425457SQ201310413057
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】黃晨, 張進創(chuàng) 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司