柵氧化層完整性測試結構的製作方法

2023-05-11 06:08:06 8

柵氧化層完整性測試結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種柵氧化層完整性測試結構，包括：所述柵氧化層完整性測試結構包括襯底、柵極結構、與所述襯底電連接的第一焊盤、與所述柵極結構電連接的第二焊盤，所述柵極結構包括位於所述襯底上的柵氧化層和位於所述柵氧化層上的柵電極，其中，所述柵氧化層完整性測試結構還包括一金屬熔絲，所述金屬熔絲設置於所述柵極結構與第二焊盤之間。由於本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構中包含有一金屬熔絲，所述金屬熔絲在柵氧化層完整性測試中，可於電壓擊穿時即時斷開，保護柵氧化層中的缺陷不被電流燒傷，保留缺陷的原有形貌，有利於後續對缺陷的分析。
【專利說明】
柵氧化層完整性測試結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及半導體製造領域，特別涉及一種柵氧化層完整性測試結構。
【背景技術】
[0002]柵氧化層是半導體器件如MOSFET(金屬氧化物半導體場效應電晶體)中的重要結構，如果柵氧化層上存在缺陷將導致器件的可靠性下降。然而，在器件製造過程中，經常會由於金屬汙染或氧化膜局部變薄等因素而影響柵氧化層的質量。因此，對柵氧化層的質量的驗證於半導體器件的製造過程中至關重要，其中，柵氧化層完整性測試(Gate OxideIntegrity G0I)就是驗證柵氧化層的質量的測試過程。為了實現柵氧化層完整性測試，需在器件中先形成用於測試的結構(testkey)，即柵氧化層完整性測試結構，通過該柵氧化層完整性測試結構可達到對製作工藝的監控及保證半導體器件的可靠性的目的。目前所採用的柵氧化層完整性測試結構通常包括:襯底端子和柵極端子，所述襯底端子和所述柵極端子均與不同的焊盤連接。
[0003]介質擊穿測試為柵氧化層完整性測試中的重要評估項目。目前介質擊穿測試通常採用斜坡電壓法，斜坡電壓測試法為通過不斷增大通入柵極的電壓，同時量測不同電壓對應的電流，直至該柵氧化層被擊穿，從而可確認該柵氧化層的擊穿電壓。並將檢測得到的擊穿電壓與規格電壓進行比對，當測得的擊穿電壓大於規格電壓，則該柵氧化層的質量合格；當測得的擊穿電壓小於規格電壓時，則意味著該柵氧化層中可能存在缺陷。但是，如上所述，造成測試結果不合格的柵氧化層內的缺陷的產生原因較為複雜，如金屬汙染、氧化膜局部變薄或後段等離子體誘導損傷等，因此產生柵氧化層內的缺陷的具體原因需根據缺陷的形貌或成分對缺陷進行分析，進而才能改善該缺陷的產生。然而，當所述柵氧化層中存在有缺陷時，則於柵氧化層被擊穿後，所述缺陷位置會最先被擊穿，從而瞬間產生的大電流會燒傷所述缺陷的位置，導致無法辨認該缺陷的原有的形貌，進而導致對柵氧化層中的缺陷分析造成困難。
[0004]因此，如何保證在柵氧化層完整性測試時既可以實現對柵氧化層質量的驗證，同時又能夠不燒傷缺陷位置，從而可以完整地保留缺陷的原來形貌，益於後續的缺陷分析及改善，已成為一個至關重要的問題。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在於提供一種柵氧化層完整性測試結構，以解決現有技術中於柵氧化層完整性測試時，在電壓擊穿後，無法保留柵氧化層中的缺陷的形貌，導致對缺陷的分析造成困難的問題。
[0006]為解決上述問題，本實用新型提供一種柵氧化層完整性測試結構，包括襯底、柵極結構、與所述襯底電連接的第一焊盤、與所述柵極結構電連接的第二焊盤，所述柵極結構包括位於所述襯底上的柵氧化層和位於所述柵氧化層上的柵電極，其特徵在於:所述柵氧化層完整性測試結構還包括金屬熔絲，所述金屬熔絲設置於所述柵極結構與第二焊盤之間。
[0007]可選的，所述柵氧化層完整性測試結構還包括襯底端子，所述襯底通過襯底端子與第一焊盤實現電連接，所述襯底端子包括第一導電插塞和與所述第一導電插塞連接的第一金屬，所述第一焊盤與第一金屬層電連接。
[0008]可選的，所述柵氧化層完整性測試結構還包括柵極端子，所述柵極結構通過所述柵極端子與第二焊盤實現電連接，所述柵極端子包括第二導電插塞和與所述第二導電插塞連接的第二金屬層，所述第二焊盤與第二金屬層電連接。
[0009]可選的，所述第一金屬層、第二金屬層與金屬熔絲位於同一金屬層中。
[0010]可選的，所述金屬熔絲均為銅或鋁。
[0011 ]可選的，所述金屬熔絲為一長條形結構。
[0012]可選的，所述金屬熔絲包括至少一個第一金屬段和至少一個第二金屬段，所述第一金屬段和所述第二金屬段交替連接，所述第一金屬段的橫截面大於所述第二金屬段的橫截面積。
[0013]可選的，所述柵氧化層為二氧化矽，或者其它絕緣材料例如氮氧化矽、二氧化鉿等。
[0014]可選的，所述柵電極為多晶矽柵極或金屬柵極。
[0015]可選的，所述襯底上還設置有淺溝槽隔離結構，所述淺溝槽隔離結構用於間隔所述襯底端子和所述柵極端子。
[0016]與現有技術相比，本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構，具有以下有益效果:
[0017]由於本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構中，於柵極端子和與所述柵極端子對應的焊盤之間還連接有一金屬熔絲，所述金屬熔絲於電壓擊穿時，因為流經的大電流可即時斷開，保護柵氧化層中的缺陷不被大電流燒傷，從而保留了缺陷的原來形貌，有利於後續對缺陷的分析及改善。因此，本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構即可達到對柵氧化層完整性測試的目的，又能夠保護柵氧化層中的缺陷的不被電流燒傷。
【附圖說明】

[0018]圖1為本實用新型實施例一中的柵氧化層完整性測試結構的俯視圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例一中的柵氧化層完整性測試結構的剖面示意圖；
[0020]圖3a_圖3d為本實用新型實施例一中柵氧化層完整性測試結構的形成過程中的剖面結構示意圖；
[0021]圖4為採用本實用新型實施例一的柵氧化層完整性測試結構進行柵氧化層完整性測試的流程圖；
[0022]圖5為本實用新型實施例二中的柵氧化層完整性測試結構的俯視圖；
[0023]圖6為本實用新型實施例二中的柵氧化層完整性測試結構的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提出的柵氧化層完整性測試結構作進一步詳細說明。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。
[0025]實施例一
[0026]圖1為本實用新型實施例一中的柵氧化層完整性測試結構的示意圖，圖2為本實用新型實施例一中的柵氧化層完整性測試結構的剖面示意圖。如圖1和圖2所示，所述柵氧化層完整性測試結構包括襯底10、柵極結構20、與所述襯底10電連接的第一焊盤13、與所述柵極結構20電連接的第二焊盤23以及金屬熔絲24，所述柵極結構20包括位於所述襯底10上的柵氧化層21和位於所述柵氧化層21上的柵電極22，所述金屬熔絲24設置於所述柵極結構20與第二焊盤23之間。
[0027]當進行柵氧化層完整性測試時，根據待測器件的電性特性，設定規格電壓及規格電流，其中規格電流小於等於柵氧化層被擊穿後產生的電流，當流經所述金屬熔絲24的電流大於所述規格電流時，金屬熔絲24可被燒斷。即當施加於柵氧化層上的電壓大於所述柵氧化層的擊穿電壓時，柵氧化層被擊穿，則瞬間產生的大電流會優選燒斷所述金屬熔絲24，從而使所述柵氧化層內的缺陷不被燒傷。採用本實施例提供的柵氧化層完整性測試結構即可檢測出柵氧化層的擊穿電壓，同時又使柵氧化層中的缺陷形貌完整保留而不被燒傷。
[0028]本實施例中，所述柵氧化層完整性測試結構還包括一襯底端子，所述襯底10通過所述襯底端子與第一焊盤13實現電連接，所述襯底端子包括第一導電插塞15及與所述第一導電插塞15電連接的第一金屬層16，所述第一焊盤13與第一金屬層16電連接。
[0029]進一步的，所述柵氧化層完整性測試結構還包括柵極端子，與襯底端子類似，所述柵極結構20通過所述柵極端子和金屬熔絲24與第二焊盤23實現電連接，所述柵極端子包括第二導電插塞25和與所述第二導電插塞25連接的第二金屬層26，所述第二焊盤23通過金屬熔絲24與第二金屬層26電連接。
[0030]優選的，所述金屬熔絲24、第一金屬層16及第二金屬層26均為同一種金屬，且通過同一工藝形成，即所述金屬熔絲24、第一金屬層16及第二金屬層26形成於同一層中。例如，所述金屬熔絲24、第一金屬層16及第二金屬層26均為銅(Cu)或鋁(Al)。當然，所述金屬恪絲24、第一金屬層16及第二金屬層26亦可由不同的金屬製成。
[0031]圖3a_圖3b為本實用新型實施例一中柵氧化層完整性測試結構的形成過程中的剖面結構示意圖。
[0032]首先，如圖3a所示，提供一襯底10，所述襯底10上形成有柵極結構20(非柵極區域有高濃度離子注入及自對準金屬矽化物形成)，並於所述襯底10上形成一圖形化的第一層間介質層41。具體的，在所述襯底10上沉積一第一層間介質層41，隨後在所述第一層間介質層41上形成光刻膠，並對所述光刻膠進行曝光和顯影以使其圖形化，再以圖形化的光刻膠為掩膜蝕刻第一層間介質層41，形成貫穿所述第一層間介質層41的第一開口 151和第二開口 251，所述第一開口 151和第二開口 251的位置分別與襯底10和柵極結構20的位置相對應。
[0033]然後，如圖3b所示，於所述第一開口 151和第二開口 251中充填導電材料，例如金屬。具體的，可採用物理氣相沉積工藝(PVD)於所述襯底10上沉積一金屬層，並使用化學機械研磨工藝(CMP)去除第一層間介質層41上方的金屬，從而形成第一導電插塞15和第二導電插塞25。
[0034]接著，參考圖3c所示，在所述第一層間介質層41上方形成一圖形化的第二層間介質層42。具體的，在沉積有第二層間介質層42的襯底10上旋塗光刻膠，並對所述光刻膠進行曝光和顯影以使其圖形化，再以圖形化的光刻膠為掩膜蝕刻第二層間介質層42，進而在所述第一導電插塞15的上方形成第一凹槽161，在所述第二導電插塞25的上方形成第二凹槽261，另外還形成與第二凹槽261連通的第三凹槽241，所述第三凹槽241位置即為後續形成金屬熔絲24的位置，因此所述第三凹槽241的形狀根據實際形成的金屬熔絲的具體形狀而設定。本實施例中，所述金屬熔絲24為長條形結構。
[0035]接下來，如圖3d所示，在所述第二層間介質層42上以及所述第一凹槽161、第二凹槽261、第三凹槽241中形成金屬層；
[0036]最後，如圖2所示，利用化學機械研磨工藝(CMP)去除所述第二層間介質層42上方的金屬層，以形成柵氧化層完整性測試結構。
[0037]以下，以採用本實施例提供的柵氧化層完整性測試結構進行介質擊穿測試為例，進一步說明本實用新型的有益效果。目前介質擊穿測試通常採用斜坡電壓法，斜坡電壓測試法為通過不斷增大通入柵極的電壓，同時量測不同電壓對應的電流，直至該柵氧化層被擊穿，從而可確認該柵氧化層的擊穿電壓。並將檢測得到的擊穿電壓與規格電壓進行比對，當測得的擊穿電壓大於規格電壓，則該柵氧化層的質量合格；當測得的擊穿電壓小於規格電壓時，則意味著該柵氧化層中可能存在缺陷。
[0038]圖4為採用本實用新型實施例一的柵氧化層完整性測試結構進行柵氧化層完整性測試的流程圖，圖中以斜坡電壓法為例。需要說明的是，根據待測器件的尺寸和具體工藝，測試過程中用於判斷結果是否合格的規格電流和規格電壓有較大的差異，因此本實施中並沒有對其數值做過多的涉及。請參考圖4，並結合圖2所示，本實施例的柵氧化層完整性測試結構的測試過程包括:
[0039]SI，於柵氧化層上施加逐步增大的電壓，並檢測出與電壓值對應的電流值，具體的，在與襯底端子對應的第一焊盤13和與柵極端子對應的第二焊盤23之間連接一測試機，測試機於第二焊盤23上施加逐步增大的電壓，與此同時，所述測試機可實時檢測出不同電壓反饋回的電流值。由於所述第一焊盤13連接於所述襯底10，所述第二焊盤23連接於所述柵極結構20，因此，本步驟實質是通過第一焊盤13和第二焊盤23對柵氧化層施加逐步增大的電壓；
[0040]S2，判斷電流值是否大於規格電流，如果檢測到的電流值小於規格電流，則繼續執行步驟SI;若檢測到的電流值大於所述規格電流，則執行步驟三S3;
[0041]S3，金屬熔絲24優先斷開，當通過柵氧化層21的電流大於預設定的規格電流時，SP所述柵氧化層21擊穿時，產生的大電流優選燒斷金屬熔絲24;
[0042]S4，判斷擊穿電壓是否大於規格電壓，其中，金屬熔絲24斷開時的電流值所對應的電壓值即是擊穿電壓，如果擊穿電壓大於規格電壓，表明所述柵氧化層中沒有缺陷，則執行步驟S5，將結果標記為合格;若是金屬熔絲24斷開時的電壓值小於規格電壓，則表明柵氧化層中可能存在缺陷，則執行步驟S6，將結果標記為不合格，並可根據保留下的缺陷的形貌對所述缺陷進行分析。
[0043]實施例二
[0044]本實施例中的柵氧化層完整性測試結構是在體式(Bulk)柵氧化層測試結構的基礎上進行該進而得出的，圖5為本實用新型實施例二的柵氧化層完整性測試結構的俯視圖，圖6為本實用新型實施例二的柵氧化層完整性測試結構的剖面示意圖。
[0045]如圖5與圖6所示，所述柵氧化層完整性測試結構包括:襯底100、柵極結構200、與所述襯底100電連接的第一焊盤130、與所述柵極結構200電連接的第二焊盤230以及金屬熔絲240，所述金屬熔絲240設置於所述柵極結構200與第二焊盤230之間。其中，所述柵極結構200包括位於所述襯底100上的柵氧化層210和位於所述柵氧化層210上的柵電極220，優選的，所述柵氧化層210為二氧化矽，所述柵電極220為多晶矽柵極或金屬柵極。
[0046]與實施例一類似，本實施例中的柵氧化層完整性測試結構也包括一襯底端子，所述襯底100通過所述襯底端子與第一焊盤130實現電連接，所述襯底端子包括多個第一導電插塞150及與所述第一導電插塞150電連接的第一金屬層160，所述第一焊盤130與第一金屬層160電連接。
[0047]進一步的，本實施例中的所述柵氧化層完整性測試結構還包括柵極端子，所述柵極結構200通過所述柵極端子與第二焊盤230實現電連接，所述柵極端子包括多個第二導電插塞250和與所述第二導電插塞250連接的第二金屬層260，所述第二焊盤230與第二金屬層260電連接。
[0048]優選的，本實施例中的金屬熔絲240具有一鏈狀結構，所述鏈狀結構包括第一金屬段240a和第二金屬段240b，並且所述第一金屬段240a的寬度Dl大於所述第二金屬段240b的寬度D2，所述第一金屬段240a與所述第二金屬段240b交替連接。當大電流流經這種寬度大小交替連接的鏈狀結構時，所述具有較小寬度的第二金屬段240b易被燒斷，有利於金屬熔絲240在較短的時間內斷開電路。
[0049]繼續參考圖5和圖6所示，所述襯底100上還可以設置有淺溝槽隔離結構(STI)300，所述淺溝槽隔離結構300用於間隔所述襯底端子和所述柵極端子，從而可消除寄生電晶體，使柵氧化層可承受更大的擊穿電壓。
[0050]較佳的，如圖5所示，本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構還包括用於引出源極的源極端子500以及用於引出漏極的漏極端子600。在測試過程中，為了避免柵氧化層完整性測試結構中的各種寄生節點，可通過引入源極端子和漏極端子以獲得準確的擊穿電壓。
[0051]綜上所述，本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構能夠在完成柵氧化層完整性測試的基礎上，保留了柵氧化層中的缺陷的原來形貌，便於後續對缺陷的分析。需要說明的是，雖然本實用新型提供的柵氧化層完整性測試結構中增加了一金屬熔絲，金屬熔絲帶有一定的阻值，但是金屬熔絲上的阻值較小，對測試結果並不會造成明顯的影響。
[0052]本實用新型中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0053]上述描述僅是對本實用新型較佳實施例的描述，並非對本實用新型範圍的任何限定，本實用新型領域的普通技術人員根據上述揭示內容做的任何變更、修飾，均屬於權利要求書的保護範圍。
【主權項】
1.一種柵氧化層完整性測試結構，所述柵氧化層完整性測試結構包括襯底、柵極結構、與所述襯底電連接的第一焊盤、與所述柵極結構電連接的第二焊盤，所述柵極結構包括位於所述襯底上的柵氧化層和位於所述柵氧化層上的柵電極，其特徵在於:所述柵氧化層完整性測試結構還包括金屬熔絲，所述金屬熔絲設置於所述柵極結構與第二焊盤之間。2.如權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述柵氧化層完整性測試結構還包括襯底端子，所述襯底通過襯底端子與第一焊盤實現電連接，所述襯底端子包括第一導電插塞和與所述第一導電插塞連接的第一金屬，所述第一焊盤與第一金屬層電連接。3.如權利要求2所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述柵氧化層完整性測試結構還包括柵極端子，所述柵極結構通過所述柵極端子與第二焊盤實現電連接，所述柵極端子包括第二導電插塞和與所述第二導電插塞連接的第二金屬層，所述第二焊盤與第二金屬層電連接。4.如權利要求3所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述第一金屬層、第二金屬層與金屬熔絲位於同一金屬層中。5.權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述金屬熔絲為銅或鋁。6.如權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述金屬熔絲為一長條形結構。7.如權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述金屬熔絲包括至少一個第一金屬段和至少一個第二金屬段，所述第一金屬段和所述第二金屬段交替連接，所述第一金屬段的寬度大於所述第二金屬段的寬度。8.如權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述柵氧化層為二氧化矽、氮氧化矽或二氧化鉿。9.如權利要求1所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述柵電極為多晶矽柵極或金屬柵極。10.如權利要求3所述的柵氧化層完整性測試結構，其特徵在於:所述襯底上還設置有淺溝槽隔離結構，所述淺溝槽隔離結構用於間隔所述襯底端子和柵極端子。
【文檔編號】G01R31/26GK205720547SQ201620541909
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月2日
【發明人】袁芳, 張冠, 董燕
【申請人】中芯國際集成電路製造（天津）有限公司, 中芯國際集成電路製造(上海)有限公司