監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法
【專利摘要】本發(fā)明的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，包括：提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層；探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定。所述表面信息為功函數(shù)和/或表面電勢。本發(fā)明監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，使用電學(xué)檢測的方法，檢測柵極氧化層表面的功函數(shù)和表面電勢，檢測的表面信息既可以用于柵極氧化層的日常監(jiān)控，也可以用于快遞篩選具備優(yōu)異品質(zhì)的柵極氧化層的圖形晶片，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足。
【專利說明】監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI)和特大規(guī)模集成電路（ULSI)的飛速發(fā)展，M0S器 件的尺寸不斷地減小。為增加器件的反應(yīng)速度、提高驅(qū)動(dòng)電流與存儲電容的容量，器件中柵 極氧化層的厚度不斷地降低。然而，隨之而來的兩個(gè)問題成為了阻礙集成電路進(jìn)一步發(fā)展 的重要因素：擊穿和漏電。
[0003] 在器件尺寸等比例縮小的同時(shí)，工作電壓卻沒有相應(yīng)地等比縮小，從而使薄柵極 氧化層中的電場強(qiáng)度增大，器件的擊穿電壓降低；另一方面，柵極氧化層中存在缺陷、表面 不均勻等，會出現(xiàn)局部電場集中，容易產(chǎn)生內(nèi)部放電而形成許多導(dǎo)電通道，同樣降低擊穿電 壓。而漏電流的產(chǎn)生往往與柵極氧化層中的帶電雜質(zhì)有關(guān)。在柵極氧化層中存在正電荷的 情況下，當(dāng)柵極氧化層厚度不均勻時(shí)，在較薄區(qū)域內(nèi)的局部電場很強(qiáng)，使得勢壘尖端的厚度 變薄，在負(fù)柵電壓時(shí)即會產(chǎn)生隧道電流（電子從多晶硅或者金屬柵極流向半導(dǎo)體），從而形 成漏電流。
[0004] 由于對柵極氧化層品質(zhì)的要求提高，傳統(tǒng)的監(jiān)控柵極氧化層的方式已經(jīng)不能滿足 超大規(guī)模集成電路和特大規(guī)模集成電路的需求。例如，一種傳統(tǒng)的監(jiān)控柵極氧化層的方式 是測量無圖形晶片的表面電荷和擴(kuò)散長度（Diffusion Length);或是使用光學(xué)的方法檢測 圖形晶片（Pattern Wafer)的表面缺陷。由于傳統(tǒng)檢測方法的局限性，圖形片的表面微觀 性質(zhì)無法被監(jiān)測，不能完全監(jiān)控柵極氧化層的品質(zhì)變化，因此，提供一種監(jiān)控圖形晶片柵極 氧化層表面的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，解決現(xiàn)有技 術(shù)中檢測方法的局限性。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特 征在于，包括：
[0007] 提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層，所述半導(dǎo)體襯底包 括N阱、P阱、輸入/輸出阱以及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述柵極氧化層包括一第一柵極氧化層 和一第二柵極氧化層，所述第一柵極氧化層覆蓋所述輸入/輸出阱，所述第二柵極氧化層 覆蓋所述N阱和所述P阱；
[0008] 探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信息的分布、平均值 和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及
[0009] 根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn) 定。
[0010] 進(jìn)一步的，探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信息的分 布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的具體步驟包括：
[0011] 在所述柵極氧化層表面選定多個(gè)格點(diǎn)；
[0012] 測定每一格點(diǎn)的所述表面信息；
[0013] 得到所述柵極氧化層的所述表面信息的分布；
[0014] 根據(jù)所述表面信息的分布獲得所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0015] 進(jìn)一步的，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定的具體步驟為：
[0016] 預(yù)先設(shè)定第一參考范圍、第二參考范圍；
[0017] 判斷所述表面信息的平均值是否在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，同時(shí)判斷所述表 面信息的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)；
[0018] 所述表面信息的平均值在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，并且所述表面信息的標(biāo)準(zhǔn) 偏差在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)，判斷所述柵極氧化層生長工藝穩(wěn)定，否則，所述柵極氧 化層生長工藝不穩(wěn)定。
[0019] 進(jìn)一步的，所述第一參考范圍、第二參考范圍依據(jù)所述柵極氧化層完整性設(shè)定。
[0020] 進(jìn)一步的，所述表面信息包括功函數(shù)和/或表面電勢。
[0021] 進(jìn)一步的，所述第一柵極氧化層的厚度為30.A?100人，所述第二柵極氧化層的厚 度為15?40人。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法具有如下有 益效果：
[0023] 本發(fā)明提供的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，包括：提供一半導(dǎo)體襯底，所 述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層；探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到 所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判 斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定。所述表面信息為功函數(shù)和/或表面電勢。本發(fā)明 監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，使用電學(xué)檢測的方法，檢測柵極氧化層表面的功函 數(shù)和表面電勢，檢測的表面信息既可以用于柵極氧化層的日常監(jiān)控，也可以用于快遞篩選 具備優(yōu)異品質(zhì)的柵極氧化層的圖形晶片，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法的流程圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中監(jiān)控圖形晶片第二柵極氧化層表面的方法示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中判斷第二柵極氧化層生長工藝是否穩(wěn)定的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法進(jìn)行更詳細(xì) 的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(shí)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。
[0028] 為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠贡景l(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開 發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)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(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi) 時(shí)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。
[0029] 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(diǎn)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(shí)施例的目的。
[0030] 本發(fā)明的核心思想在于，提供的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，包括：提供 一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層；探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn) 的表面信息，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及根據(jù)所述表面信息的平均 值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定。所述表面信息為功函數(shù)和/或 表面電勢。本發(fā)明監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，使用電學(xué)檢測的方法，檢測柵極氧 化層表面的功函數(shù)和表面電勢，檢測的表面信息既可以用于柵極氧化層的日常監(jiān)控，也可 以用于快遞篩選具備優(yōu)異品質(zhì)的柵極氧化層的圖形晶片，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足。
[0031] 具體的，結(jié)合上述核心思想，本發(fā)明提供的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法， 具體流程圖請參考圖1，其包括如下步驟為：
[0032] 執(zhí)行步驟S1，提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層。
[0033] 在所述步驟S1中，參考圖2所示，所述半導(dǎo)體襯底40包括N阱41、P阱42、輸入/ 輸出阱43,淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)44,所述柵極氧化層包括一第一柵極氧化層31和一第二柵極氧 化層32,所述第一柵極氧化層31覆蓋所述輸入/輸出阱43,所述第二柵極氧化層覆蓋所述 N阱41和所述P阱42。所述第一柵極氧化層31的厚度為30人?100Λ,所述第二柵極氧化 32層的厚度為15?40人。
[0034] 在本實(shí)施例中，以檢測所述第二柵極氧化層32生長工藝是否穩(wěn)定為例具體說明， 以所述第二柵極氧化層32的厚度為30A為例進(jìn)行說明。檢測所述第一柵極氧化層31的 方法與檢測所述第二柵極氧化層32的方法基本相同，在此不再贅述。。
[0035] 執(zhí)行步驟S2,探測所述第二柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信 息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0036] 在所述步驟S2中，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的具體步驟包 括：參考圖2所示，在所述第二柵極氧化層32表面選定多個(gè)格點(diǎn)；測定每一格點(diǎn)的所述表 面信息20 ;得到所述第二柵極氧化層32的所述表面信息20的分布；根據(jù)所述表面信息的 分布獲得所述表面信息20的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0037] 本發(fā)明在實(shí)施過程中，用一探針1位于所述第二柵極氧化層32表面的某一格點(diǎn)上 方，所述探針1與所述第二柵極氧化層32之間外加一偏壓，所述探針1就可以得到所述格 點(diǎn)的的表面信息20,較佳的，所述表面信息20包括功函數(shù)（Work Function) 21和/或表面 電勢（Surface Potentials) 22。所述功函數(shù)21表示所述第二柵極氧化層32中所述格點(diǎn)位 置處的電子從所述第二柵極氧化層32的內(nèi)部溢出到所述第二柵極氧化層32的表面所需要 的能量，所述表面電勢22表示所述第二柵極氧化層32中所述格點(diǎn)位置處的電位與所述探 針1之間的電位差值。在本實(shí)施例中，以所述表面信息20為所述表面電勢22進(jìn)行說明。
[0038] 所述探針1在所述第二柵極氧化層32上選取多個(gè)格點(diǎn)，得到多個(gè)格點(diǎn)的所述表面 信20,即得到所述第二柵極氧化層32的所述表面信息20的分布。取所述表面信20的分布 的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏差，即得到所述第二柵極氧化層32的表面信息的平均值以及標(biāo)準(zhǔn)偏 差。本發(fā)明的實(shí)施例使用電學(xué)檢測的方法，檢測所述第二柵極氧化層32表面的功函數(shù)21和 表面電勢22,可以得到所述第二柵極氧化層32的微觀的表面信息20,具有更高的分辨率。
[0039] 例如，在本實(shí)施例中，探測4個(gè)格點(diǎn)，探測到的所述表面電勢22 為-1. 0V、-1. 2V、-1. IV、-0. 8V，上述表面電勢22的值并不限于上述范圍，此處只是由于舉 例說明。
[0040] 執(zhí)行步驟S3,根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判斷所述第二柵極氧化層 的生長工藝是否穩(wěn)定。
[0041] 在所述步驟S3中，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定的具體步驟為：參考 圖3所示，在本實(shí)施例中，所述步驟53包括子步驟5310、5321、5322、5331以及5332:
[0042] 進(jìn)行步驟S310 :預(yù)先設(shè)定第一參考范圍、第二參考范圍，本發(fā)明中的所述第一參考 范圍、第二參考范圍是依據(jù)半導(dǎo)體制造工藝中的柵極氧化層完整性設(shè)定的。在本實(shí)施例中， 所述第一參考范圍[xl，x2]￡[-1.5, -0.5]，所述第二參考范圍[xl，x2]￡[0，0.20]，上 述第一參考范圍和第二參考范圍的值并不限于上述范圍，此處只是由于舉例說明。
[0043] 進(jìn)行步驟S321 :將步驟S2中獲得的所述表面信息20的平均值與所述第一參考范 圍進(jìn)行比較，判斷所述表面信息20的平均值是否在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)。當(dāng)所述表 面信息20的平均值不在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟S322,即所述第二柵極氧 化層32的生長工藝不穩(wěn)定；所述表面信息20的平均值在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，則進(jìn) 行步驟S322。例如，在本實(shí)施例中，所述表面電勢22的平均值為-1. 0,在所述第一參考范 圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟S322。
[0044] 進(jìn)行步驟S322 :將步驟S2中獲得的所述表面信息的20標(biāo)準(zhǔn)偏差與所述第二參考 范圍進(jìn)行比較，判斷所述表面信息20的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)。當(dāng)所 述表面信息20的標(biāo)準(zhǔn)偏差不在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟S322,即所述第二 柵極氧化層32的生長工藝不穩(wěn)定；當(dāng)所述表面信息20的標(biāo)準(zhǔn)偏差在所述第二參考范圍的 范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟S321，即所述第二柵極氧化層32的生長工藝是穩(wěn)定的。例如，在本實(shí) 施例中，所述表面電勢22的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0. 17,在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟 S321，即所述第二柵極氧化層32的生長工藝是穩(wěn)定的。
[0045] 在本實(shí)施例中，在步驟S3中，將所述子步驟S321和所述子步驟S322的順序進(jìn)行 調(diào)換亦可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0046] 如果所述第一柵極氧化層31和所述第二柵極氧化層32的生長工藝均穩(wěn)定，則所 述柵極氧化層30生長工藝穩(wěn)定，否則，所述柵極氧化層30的生長工藝不穩(wěn)定。
[0047] 在本實(shí)施例中，所述表面信息20為所述表面電勢22,但是在本發(fā)明的其它實(shí)施例 中，所述表面信息20還可以為功函數(shù)21，或者，所述表面信息20還可以包括功函數(shù)21和所 述表面電勢22兩種信息，根據(jù)本發(fā)明的上述描述，此為本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的，在 此不作贅述。
[0048] 綜上所述，本發(fā)明提供的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，包括：提供一半導(dǎo) 體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層；探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面 信息，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；以及根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo) 準(zhǔn)偏差，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定。所述表面信息為功函數(shù)和/或表面電 勢。本發(fā)明監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，使用電學(xué)檢測的方法，檢測柵極氧化層表 面的功函數(shù)和表面電勢，檢測的表面信息既可以用于柵極氧化層的日常監(jiān)控，也可以用于 快遞篩選具備優(yōu)異品質(zhì)的柵極氧化層的圖形晶片，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測方法的不足。
[0049] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，包括： 提供一半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有一柵極氧化層，所述半導(dǎo)體襯底包括N 阱、P阱、輸入/輸出阱以及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述柵極氧化層包括一第一柵極氧化層和一 第二柵極氧化層，所述第一柵極氧化層覆蓋所述輸入/輸出阱，所述第二柵極氧化層覆蓋 所述N阱和所述P阱； 探測所述柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo) 準(zhǔn)偏差；以及 根據(jù)所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，判斷所述柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定。
2. 如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，探測所述 柵極氧化層上多個(gè)格點(diǎn)的表面信息，得到所述表面信息的分布、平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的具體 步驟包括： 在所述柵極氧化層表面選定多個(gè)格點(diǎn)； 測定每一格點(diǎn)的所述表面信息； 得到所述柵極氧化層的所述表面信息的分布； 根據(jù)所述表面信息的分布獲得所述表面信息的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
3. 如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，判斷所述 柵極氧化層的生長工藝是否穩(wěn)定的具體步驟為： 預(yù)先設(shè)定第一參考范圍、第二參考范圍； 判斷所述表面信息的平均值是否在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，同時(shí)判斷所述表面信 息的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)； 所述表面信息的平均值在所述第一參考范圍的范圍內(nèi)，并且所述表面信息的標(biāo)準(zhǔn)偏差 在所述第二參考范圍的范圍內(nèi)，判斷所述柵極氧化層生長工藝穩(wěn)定，否則，所述柵極氧化層 生長工藝不穩(wěn)定。
4. 如權(quán)利要求3所述的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，所述第一 參考范圍、第二參考范圍依據(jù)所述柵極氧化層完整性設(shè)定。
5. 如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，所述表面 信息包括功函數(shù)和/或表面電勢。
6. 如權(quán)利要求1所述的監(jiān)控圖形晶片柵極氧化層表面的方法，其特征在于，所述第一 柵極氧化層的厚度為30人?100A，所述第二柵極氧化層的厚度為15?40人。
【文檔編號】H01L21/66GK104103540SQ201410356924
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】肖天金, 溫振平, 康俊龍 申請人:上海華力微電子有限公司