柵介質(zhì)層的完整性檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測試分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柵介質(zhì)層的完整性檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展,產(chǎn)品中集成的器件越來越多，也別是在大尺寸的M0S晶體管陣列的產(chǎn)品中，會集成幾千個、甚至上萬個M0S晶體管。比如，在CIS (Contact ImageSensor，接觸式圖像傳感器)產(chǎn)品的列控制電路中，就包括大約一萬多個尺寸大于3 μ m的M0S晶體管。
[0003]如果M0S晶體管陣列中有某一個M0S晶體管發(fā)生失效，比如柵介質(zhì)層擊穿導(dǎo)致柵電極與有源區(qū)(AA)或者襯底(Substrate)發(fā)生短路，那么如何在M0S晶體管陣列中快速有效地找到這個失效的M0S晶體管(即失效點定位)，將是失效分析工作的首要任務(wù)。
[0004]目前，經(jīng)常采用熱點(Hotspot)或者電壓對比(Voltage Contrast, VC)的方法來進行失效點定位。對于熱點的方法而言，由于熱點的尺寸往往遠大于M0S晶體管的尺寸，所以采用熱點的方法并不能精確定位到某一個失效的M0S晶體管。
[0005]對于采用VC方法進行失效點定位來說，實質(zhì)是比較M0S晶體管的柵電極的表面電壓。如圖1所示，有源區(qū)11上具有柵電極13，柵電極13和有源區(qū)11通過柵介質(zhì)層12實現(xiàn)隔離。當(dāng)柵介質(zhì)層12被擊穿后，柵介質(zhì)層12中存在擊穿孔20，擊穿孔20將柵電極13和有源區(qū)11短路。目前，使用掃描電子顯微鏡(SEM)由柵電極頂部的方向向下觀測柵電極13的表面電壓(如圖1中箭頭所示的方向)。在失效的M0S晶體管中，表面電荷Q1產(chǎn)生于柵電極13的表面，然后表面電荷Q1通過擊穿孔20釋放到有源區(qū)11中，使得表面電荷Q1約等于0，此時，柵電極13的表面電壓VI = Q1/C ^ 0，其中，C為柵介質(zhì)層12與有源區(qū)11的等效電容。
[0006]然而，對于大尺寸的M0S晶體管而言，柵電極13的特征尺寸(CD)很大，使得柵介質(zhì)層12與有源區(qū)11的等效電容C非常大。如果柵介質(zhì)層12中不存在擊穿孔20時，柵電極13的表面電荷Q2為一固定值，表面電荷Q2與掃描電子顯微鏡的參數(shù)設(shè)置相關(guān)。此時，在有效的M0S晶體管中，柵電極13的表面電壓V2 = Q2/C，而由于等效電容C非常大，造成柵電極13的表面電壓V2非常小，近似為零。
[0007]由于失效的M0S晶體管中柵電極13的表面電壓VI和有效的M0S晶體管中柵電極13的表面電壓V2差別不大，所以目前所使用的VC定位的方法判斷大尺寸的M0S晶體管是否失效并不是很理想，尤其對于大尺寸的M0S晶體管陣列，用VC方法來定位失效點就更加困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種柵介質(zhì)層的完整性檢測方法，能快速準(zhǔn)確地判斷柵介質(zhì)層是否完整，并能精確地定位失效的晶體管的位置，提高檢測的準(zhǔn)確性。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種柵介質(zhì)層的完整性檢測方法，包括:
[0010]提供一待測樣品，所述待測樣品包括有源區(qū)以及形成于所述有源區(qū)上的柵電極結(jié)構(gòu)和電介質(zhì)層，所述柵電極結(jié)構(gòu)包括堆疊設(shè)置于有源區(qū)上的柵介質(zhì)層和柵電極，所述電介質(zhì)層露出所述柵電極的表面；
[0011]提供一電解池，所述電解池包括電源、電解池陽極以及電解液，所述電源的陽極連接所述電解池陽極；
[0012]將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接；
[0013]將所述柵電極和所述電解池陽極浸入所述電解液中；
[0014]如果某一所述柵電極的表面產(chǎn)生置換金屬，則判斷所述某一柵電極與有源區(qū)之間的所述柵介質(zhì)層失效。
[0015]可選的，所述柵介質(zhì)層的完整性檢測方法還包括:
[0016]在所述電介質(zhì)層中形成貫穿所述電介質(zhì)層的開口 ；
[0017]在所述開口內(nèi)填充連接金屬，并在所述開口的上方形成一與所述連接金屬電連接的墊片，以實現(xiàn)所述有源區(qū)的電性引出。
[0018]可選的，采用聚焦離子束在所述電介質(zhì)層中形成所述開口。
[0019]可選的，所述連接金屬和所述墊片的材料均為金屬鉬。
[0020]可選的，所述柵介質(zhì)層的完整性檢測方法還包括:
[0021]在所述有源區(qū)的背離所述柵電極的一側(cè)粘貼一絕緣基板，所述絕緣基板上設(shè)置有一用于與所述墊片導(dǎo)通的引腳；
[0022]將所述墊片與所述引腳通過一導(dǎo)線連接。
[0023]可選的，所述有源區(qū)以及引腳間隔分布在絕緣基板上。
[0024]可選的，所述導(dǎo)線為金導(dǎo)線。
[0025]可選的，將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接的步驟包括:
[0026]將所述引腳連接所述電源的陰極，實現(xiàn)將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接。
[0027]可選的，所述電解液為金屬硝酸鹽溶液、金屬硫酸鹽溶液或金屬氯化鹽溶液。
[0028]可選的，所述電解池陽極為金屬棒或碳棒。
[0029]可選的，所述待測樣品為M0S晶體管陣列。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的柵介質(zhì)層的完整性檢測方法具有以下優(yōu)點:
[0031]在本發(fā)明提供的柵介質(zhì)層的完整性檢測方法中，將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接，如果某一所述柵電極與有源區(qū)之間的所述柵介質(zhì)層存在擊穿孔，則某一所述柵電極與所述電源的陰極導(dǎo)通，之后將所述柵電極和所述電解池陽極浸入所述電解液中，某一所述柵電極作為所述電解池的陰極，與所述電解液中的金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，在某一所述柵電極的表面形成置換金屬，則可以通過觀察所述柵電極的表面是否具有所述置換金屬，判斷所述柵介質(zhì)層是否失效，并可以精確的定位失效的所述柵介質(zhì)層所在的位置。
【附圖說明】
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中采用電壓對比的方法定位失效的M0S晶體管的示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明一實施例中柵介質(zhì)層的完整性檢測方法的流程圖；
[0034]圖3-圖6為本發(fā)明一實施例中待測樣品的示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明一實施例中將待測樣品放入電解池的示意圖；
[0036]圖8為本發(fā)明一實施例中在柵電極表面形成置換金屬的意圖。
【具體實施方式】
[0037]下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的柵介質(zhì)層的完整性檢測方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0038]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當(dāng)認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0039]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0040]本發(fā)明的核心思想在于，提供一種柵介質(zhì)層的完整性檢測方法，包括:
[0041]步驟S11:提供一待測樣品，所述待測樣品包括有源區(qū)以及形成于所述有源區(qū)上的柵電極結(jié)構(gòu)和電介質(zhì)層，所述柵電極結(jié)構(gòu)包括堆疊設(shè)置于有源區(qū)上的柵介質(zhì)層和柵電極，所述電介質(zhì)層露出所述柵電極的表面；
[0042]步驟S12:提供一電解池，所述電解池包括電源、電解池陽極以及電解液，所述電源的陽極連接所述電解池陽極；
[0043]步驟S13:將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接；
[0044]步驟S14:將所述柵電極和所述電解池陽極浸入所述電解液中；
[0045]步驟S15:如果某一所述柵電極的表面產(chǎn)生置換金屬，則判斷所述某一柵電極與有源區(qū)之間的所述柵介質(zhì)層失效。
[0046]本發(fā)明將所述有源區(qū)與所述電源的陰極電連接，如果某一所述柵電極與有源區(qū)之間的所述柵介質(zhì)層存在擊穿孔，則某一所述柵電極與所述電源的陰極導(dǎo)通。之后將所述柵電極和所述電解池陽極浸入所述電解液中，某一所述柵電極作為所述電解池的陰極，與所述電解液中的金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，在某一所述柵電極的表面形成置換金屬?？梢酝ㄟ^觀察所述柵電極的表面是否具有所述置換金屬，判斷所述柵介質(zhì)層是否失效，并可以精確的定位失效的所述柵介質(zhì)層所在的位置。
[0047]以下，請參閱圖2-圖8具體說明本發(fā)明的柵介質(zhì)層的完整性檢測方法。
[0048]首先，如圖2所示，進行步驟S11，提供一待測樣品1，如圖3所示，所述待測樣品1包括有源區(qū)110以及形成于所述有源區(qū)110上的柵電極結(jié)構(gòu)129和電介質(zhì)層120，所述柵電極結(jié)構(gòu)129包括堆疊設(shè)置于有源區(qū)110上的柵介質(zhì)層122和柵電極122，所述電介質(zhì)層120露出所述柵電極121的表面。一般的，通過離子注入等方式在襯底中形成所述有源區(qū)110，所述襯底還可以包括隔離區(qū)等器件結(jié)構(gòu)，此為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，在此不作贅述。
[0049]在本實施例中，所述待測樣品1為M0S晶體管陣列,所述M0S晶體管陣列中包括多個M0S晶體管，每一個所述M0S晶體管均包括一個所述柵電極121、柵介質(zhì)層122以及柵介質(zhì)層122下方對應(yīng)的有源區(qū)110。一般的，所述M0S晶體管陣列還包括若干互連金屬層，所述互連金屬層位于所述電介質(zhì)層120上。為此，在進行所述步驟S11之前，需要剝離掉所述柵電極1