等離子體損傷程度的檢測方法
2023-07-27 15:45:56
專利名稱：等離子體損傷程度的檢測方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種等離子體損傷程度的檢測方法。
背景技術：
在現在半導體技術領域中，等離子體工藝已成為製造金屬氧化物半導體(Mental Oxide Semiconductor，MOS電晶體)中不可缺少的一部份。它具有方向性好，實現溫度低， 工藝步驟簡單等很多優點。然而在等離子體工藝中，常伴隨有高能量的粒子及光子的轟擊， 這些輻射包含了離子、電子、紫外線及微弱的X射線，當高能量粒子撞擊到MOS電晶體表面 時將會對晶片性能造成傷害，其中一個常見的無法恢復的損傷即離子電荷積累所造成的靜 電崩潰現象，通常稱為等離子體損傷(plasma induce damage,PID)0如圖1給出了等離子 體損傷原理示意圖，等離子體在MOS電晶體上方空間分布不均勻。不均勻的離子會累積在 MOS電晶體器件表面上。如圖1所示的MOS電晶體包括半導體襯底201，位於半導體襯底 201表面的柵極絕緣層202及多晶矽柵極203，所述柵極203兩側形成有側壁207。所述柵 極兩側203的半導體襯底201內形成有源區204和漏區205。所述不均勻的離子(圖中未 標示)將在很薄的柵極絕緣層202上產生電場。當離子電荷聚集夠多時，將在柵極絕緣層 202產生漏電流(gate leakage current，Ig)。隨著晶片尺寸的減小和多層金屬的使用，這 些電荷會進一步增加，會造成閾值電壓(threshold voltage,Vt)漂移，跨導退化，結漏電增 加等現象，嚴重影響晶片性能。在現有技術中，常用的等離子體損傷程度的檢測方法為測試閾值電壓的漂移量。 其原理為經過等離子體工藝，MOS電晶體的閾值電壓的漂移量小，則MOS電晶體受到等離 子體損傷的程度低。目前主要存在以下兩種等離子體損傷程度的檢測方法。申請號為200710038221. 8的中國專利申請提供了一種等離子體損傷程度的檢測 方法將經過等離子體工藝的晶片進行高溫處理，來模擬實際應用環境，以測試在實際工作 環境下的閾值電壓漂移量(Vt shift)。其測試步驟如下提供經過等離子體工藝的晶片，首先測試所述晶片的初始閾值電壓值，記為 Vtl(O)；接著，將所述晶片放入高溫爐中，在150攝氏度的高溫下烘焙168小時；然後再次 測試所述晶片的閾值電壓值，記為Vtl (168)；最後，閾值電壓漂移量可用如下公式獲得Vtshift = [Vtl (168)-Vtl(O)]/Vtl(O)閾值電壓漂移量越小，說明所述晶片的工作穩定性越好，等離子體損傷的程度越 小。但是所述方法將需要較長的時間(如一個月)用於閾值電壓漂移量的測試，造成 檢測成本高，檢測效率低，無法進行在線檢測，所以該技術常常用於研發和產品驗證，很難 以應用到實際的生產檢測中。專利號為ZL03126494.8的中國專利提供了另一種等離子體損傷程度的檢測方 法首先，提供經過等離子體工藝的晶片，測試所述晶片的閾值電壓值，記為Vt2(0)；接著，將所述晶片放置於一個強制溫度(stress temperature)的環境，並同時施加強制電 壓(stress voltage)，其中所述強制溫度為高溫，所述強制電壓為高壓。經過一段時間，大 約IO5秒的時間之後，測量所述晶片的閾值電壓值，記為Vt2(105)；最後，計算所述晶片的閾 值電壓的漂移量
Vtshift = [Vt2 (105) -vt2 (0) ] /Vt2 (0)所述閾值電壓漂移量Vt shift越小，說明所述晶片等離子體損傷的程度越小。所述檢測方法與申請號200710038221. 8的中國專利申請提供的測試方法比較， 檢測的時間要短，但是所述檢測方法必須要施加強制電壓，所施加的強制電壓過高會對芯 片造成損傷。在大批量生產工藝中，通過測試所述閾值電壓漂移量檢測等離子體損傷程度，必 須對所有的晶片進行閾值電壓漂移量測試。所有的晶片都通過強制高溫，長時間或強制電 壓的方式模擬實際工作環境，將需要花費大量的時間和人力，造成了檢測成本的增加；同時 對大批量的晶片測試閾值電壓漂移量的程序複雜，檢測效率低，不能實現在線檢測；採用施 加強制電壓的方式，所施加的強制電壓過高會對晶片造成損傷。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種等離子體損傷程度的檢測方法，簡化檢測的程序， 降低檢測成本；提高檢測效率，可實現在線檢測；同時可避免採用施加的強制電壓的檢測 方法對晶片造成損傷。為解決上述問題，本發明方法提供一種等離子體損傷程度的檢測方法，包括提供一批晶片；提供所述一批晶片閾值電壓漂移量的上限值；測試所述一批晶片的漏電流，獲得所述漏電流分布；從所述一批晶片中抽取部分晶片，測試所述部分晶片的閾值電壓，獲得閾值電壓 漂移量及其分布；根據所述閾值電壓漂移量和所述上限值，確定所述部分晶片的合格率；應用所述部分晶片合格率於所述一批晶片，建立所述一批晶片的漏電流標準值；根據所述一批晶片的漏電流標準值，檢測所述一批晶片的等離子體損傷程度。可選的，所述一批晶片為經過相同工藝製造的晶片。可選的，所述一批晶片為用於表徵等離子損傷程度的測試結構。可選的，所述測試結構採用MOS電晶體結構。可選的，所述漏電流為通過MOS電晶體中柵極絕緣層的電流。可選的，所述部分晶片佔所述一批晶片的比例為20% 40%。可選的，所述閾值電壓漂移量的計算公式如下閾值電壓漂移量=(處理後晶片閾值電壓值-未處理時晶片閾值電壓值)/未處 理時晶片閾值電壓值。可選的，所述閾值電壓漂移量的上限值為10% 20%。可選的，所述晶片處理為將晶片放入高溫爐中，在150攝氏度的高溫下烘焙168小 時。
可選的，所述晶片為封裝後的晶片，或未封裝的晶片。與現有技術相比，所述發明方法具有以下優點只抽取了一部分的晶片進行閾值 電壓漂移量測試，簡化等離子體損傷程度的檢測程序，降低檢測成本；以漏電流為檢測標 準，提高檢測效率，可實現在線測試漏電流，同時在線檢測等離子體損傷程度；不需要施加 強制電壓，不會對晶片造成損傷。
圖1是等離子損傷原理示意圖；圖2是本發明等離子體損傷程度檢測方法的流程示意圖；圖3是本發明一個實施例的漏電流的測試方法的示意圖；圖4是本發明一個實施例的漏電流值的分布示意圖；圖5是本發明一個實施例的閾值電壓漂移量值的分布示意圖。
具體實施例方式本發明方法提供了一種等離子體損傷程度的檢測方法，只抽取了其中一部分的芯 片進行閾值電壓漂移量測試，降低檢測成本；以漏電流作為檢測標準，可快速檢測等離子體 損傷，提高檢測效率，可以進行在線實時檢測；不需要施加強制電壓，不會對晶片造成損傷。圖2是本發明等離子損傷程度的檢測方法的流程示意圖。如圖2所示，包括執行步驟S101，提供一批晶片；執行步驟S102，提供所述一批晶片閾值電壓漂移量的上限值；執行步驟S103，測試所述一批晶片的漏電流，獲得所述漏電流分布；執行步驟S104，從所述一批晶片中抽取部分晶片，測試所述部分晶片的閾值電壓， 獲得閾值電壓漂移量及其分布；執行步驟S105，根據所述閾值電壓漂移量和所述上限值，確定所述部分晶片的合 格率；執行步驟S106，應用所述部分晶片合格率於所述一批晶片，建立所述一批晶片的 漏電流標準值；執行步驟S107，根據所述一批晶片的漏電流標準值，檢測所述一批晶片的等離子 體損傷程度。結合所述等離子體損傷程度檢測方法流程示意圖2，以及圖3至圖5作為本發明等 離子體損傷程度檢測方法的一個實施例對本發明方法進行詳細的說明。如圖2所示，執行步驟S101，提供一批晶片。所述一批晶片為經過相同工藝製造的 晶片。所述一批晶片為用於表徵等離子損傷程度的測試結構。所述測試結構採用MOS電晶體結構。本實施例選取的一批晶片為具有一個MOS電晶體的測試結構。其中，所述MOS晶 體管如圖1所示，包括半導體襯底201，位於半導體襯底201表面的柵極絕緣層202及多晶 矽柵極203，所述柵極203兩側形成有側壁207。所述柵極203兩側的半導體襯底201內形 成有源區204和漏區205。執行步驟S102，提供所述一批晶片閾值電壓漂移量的上限值。所述閾值電壓漂移量的計算公式如下閾值電壓漂移量=(處理後晶片的閾值電壓值-未處理時晶片閾值電 壓值)/未處理時晶片閾值電壓值。所述晶片處理為將晶片放入高溫爐中，在150攝氏度的高溫下烘焙168小時。所述晶片為封裝後的晶片或未封裝的晶片。本實施例選取封裝後的晶片進行處理。所述閾值電壓漂移量的上限值為10% 20%，本實施例選取的閾值電壓上限值 為15%。所述一批晶片中，不大於所述上限值15%的晶片為合格晶片，大於所述上限值 15%的晶片為不合格晶片。其中，所述合格晶片為等離子體損傷程度在可容忍範圍內的芯 片；所述不合格晶片為等離子體損傷程度在可容忍範圍外的晶片。執行步驟S103，測試所述一批晶片的漏電流，獲得所述漏電流分布。其中所述漏電 流為通過所述MOS電晶體中柵極絕緣層的電流。本實施例選取的漏電流測試方式如圖3所示將所述晶片的源極204、漏極205、和 襯底201分別接地，同時柵極203接工作電壓V，工作電壓V和柵極之間接電流計A，通過所 述電流計A讀出每個MOS電晶體的漏電流，並將所述漏電流值記為Ig。根據所述漏電流值，可獲得所述一批晶片的漏電流分布。本實施例選取漏電流值 對數運算後的值的分布。如圖4所示漏電流值對數運算後的值的分布，其中橫坐標L為漏 電流值對數運算後的值，公式為L = Iog(Ig)縱坐標CDF為漏電流值對數運算後的值的累計分布函數值 (cumulativedistribution function，CDF)。其中，所述累計分布函數值獲得方式如下對 應於每個漏電流值對數運算後的值，分別統計在所述一批晶片中，不大於所述漏電流值對 數運算後的值的晶片個數；並計算所述累計的晶片的個數佔所述一批晶片的比例。所述比 例為累計分布函數值。因為所述一批晶片來源於同一生產工藝，所以漏電流值對數運算後的值的分布符 合正態分布。如圖5所示，漏電流值對數運算後的值的分布區域的兩端分布稀疏，靠近中間 區域則分布密集。執行步驟S104，從所述一批晶片中抽取部分晶片，測試所述部分晶片的閾值電壓， 獲得閾值電壓漂移量及其分布。所述部分晶片佔所述一批晶片的比例為20% 40%。本 實施例選取的比例為30%。本實施例選用現有技術中常見的閾值電壓漂移量的測試方法，將所述部分晶片進 行高溫處理，來模擬實際應用環境，以測試閾值電壓在實際工作環境下的漂移量，過程如 下首先，測試所述部分晶片初始的閾值電壓值，記為Vt(I)；接著，對晶片進行處理，所述處理為將晶片放入高溫爐中，在150攝氏度的高溫下 烘焙168小時；最後，測試處理後的所述部分晶片的閾值電壓值，記為Vt O)，則所述閾值電壓漂 移量可用如下公式計算獲得Vt shift = [Vt (2)-Vt (1)]/Vt(I)其中，所述閾值電壓的測試方式如下將MOS電晶體的源極和襯底分別接地；漏極接一固定電壓；柵極加入可調節的外部電壓；將所述外部電壓從0開始調節增加；當調節增 加後的電壓使所述MOS電晶體的溝道開啟，則所述調節增加後的電壓為所述閾值電壓。所述部分晶片閾值電壓漂移量的分布如圖5所示，橫坐標VTSHIFT表示閾值電 壓漂移量，縱坐標⑶F為閾值電壓漂移量的累計分布函數值(cumulative distribution function，CDF)。其中，所述累計分布函數值獲得方式如下對應於每個閾值電壓漂移量，分 別累計在所述部分晶片中，不大於所述閾值電壓漂移量的晶片個數；計算所述累計的晶片 的個數佔所述部分晶片的比例。所述比例為累計分布函數值。執行步驟S105，根據所述閾值電壓漂移量和所述上限值，確定所述部分晶片的合 格率。本實施例中，根據圖5閾值電壓漂移量的分布，可以獲得所述部分晶片中，不大於所 述閾值電壓漂移量上限值15%的晶片數佔所述部分晶片數的73%，即部分晶片的合格率 為 73%。執行步驟S106，應用所述部分晶片合格率於所述一批晶片，建立所述一批晶片中 漏電流標準值。根據統計學，因為所述部分晶片來自於所述一批晶片，所以所述部分晶片與所述 一批晶片具有相同的合格率。所述一批晶片中合格率為73 %，表示在所述一批晶片中，合格 晶片也佔所述一批晶片的比例為73%。根據圖4，確定縱坐標值73%對應的漏電流值對數運算後的值L為2。將所述值2 按照公式L= Iog(Ig)進行反運算，可以得出所述值2對應的漏電流值為100微安。所述 漏電流值100微安為漏電流標準值。執行步驟S107，根據所述一批晶片的漏電流標準值，檢測所述一批晶片的等離子 體損傷程度。分別對每個晶片進行檢測，若晶片的漏電流值不大於所述漏電流標準值100 微安，則所述晶片的等離子體損傷程度在可容忍範圍內；若晶片的漏電流值大於所述漏電 流標準值100微安，則所述晶片的等離子體損傷程度在可容忍範圍外。對於不同等離子體工藝的晶片，需重複本發明方法的所述步驟，根據部分晶片的 合格率建立漏電流標準值。綜上，本發明方法提供了一種等離子體損傷程度的檢測方法，與現有技術相比，所 述發明方法具有以下優點只抽取了一部分的晶片進行閾值電壓漂移量測試，簡化等離子 體損傷程度的檢測程序，降低檢測成本；以漏電流為檢測標準，提高檢測效率，可實現在線 測試漏電流，同時在線檢測等離子體損傷程度；不需要施加強制電壓，不會對晶片造成損 傷。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域 技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的 保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種等離子體損傷程度的檢測方法，包括提供一批晶片；提供所述一批晶片閾值電壓漂移量的上限值；測試所述一批晶片的漏電流，獲得所述漏電流分布；從所述一批晶片中抽取部分晶片，測試所述部分晶片的閾值電壓，獲得閾值電壓漂移 量及其分布；根據所述閾值電壓漂移量和所述上限值，確定所述部分晶片的合格率；應用所述部分晶片合格率於所述一批晶片，建立所述一批晶片的漏電流標準值；根據所述一批晶片的漏電流標準值，檢測所述一批晶片的等離子體損傷程度。
2.根據權利要求1所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述一批晶片 為經過相同工藝製造的晶片。
3.根據權利要求2所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述一批晶片 為用於表徵等離子損傷程度的測試結構。
4.根據權利要求3所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述測試結構 為MOS電晶體結構。
5.根據權利要求1所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述漏電流為 通過MOS電晶體中柵極絕緣層的電流。
6.根據權利要求1所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述部分晶片 佔所述一批晶片的比例為20% 40%。
7.根據權利要求1所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述閾值電壓 漂移量的計算公式如下閾值電壓漂移量=(處理後晶片閾值電壓值-未處理時晶片閾值電壓值)/未處理時 晶片閾值電壓值。
8.根據權利要求7所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述閾值電壓 漂移量的上限值為10% 20%。
9.根據權利要求7所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述處理為將 晶片放入高溫爐中，在150攝氏度的下烘焙168小時。
10.根據權利要求書9所述的等離子體損傷程度的檢測方法，其特徵在於，所述晶片為 封裝後的晶片或未封裝的晶片。
全文摘要
一種等離子體損傷程度的檢測方法，包括提供一批晶片；提供所述一批晶片閾值電壓漂移量的上限值；測試所述一批晶片的漏電流，獲得所述漏電流分布；從所述一批晶片中抽取部分晶片，測試所述部分晶片的閾值電壓，獲得閾值電壓漂移量及其分布；根據所述閾值電壓漂移量和所述上限值，確定所述部分晶片的合格率；應用所述部分晶片合格率於所述一批晶片，建立所述一批晶片的漏電流標準值；根據所述一批晶片的漏電流標準值，檢測所述一批晶片的等離子體損傷程度。本發明方法可以降低檢測成本，提高檢測效率，實現在線檢測，同時不會對晶片造成損傷。
文檔編號G01R19/165GK102044458SQ20091019693
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者江順旺, 簡維廷, 趙永, 郭強 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司