專利名稱：檢測半導體器件介質層可靠性的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種檢測半導體器件介質層可靠性的方法和裝置。
背景技術：
介質層的可靠性估計是整個半導體工藝可靠性估計中的重要測試項目，現有技術中關于介質層的可靠性估計的方法包括斜坡電壓(Voltage ramp)測試和時間相關介質擊穿(TDDB，time-dependent dielectric breakdown)測試，以下簡稱為 Vramp 測試和 TDDB 測試。可以通過Vramp測試和TDDB測試對介質層的可靠性做出評估。Vramp測試方法為選擇一組樣品，在介質層上施加斜坡電壓，直至該介質層擊穿，此時在該介質層上施加的電壓即為該介質層的擊穿電壓，將這樣一組擊穿電壓與工業標準(常用的工業標準是2. 3倍的工作電壓)相比，確定所測的介質層是否受到非本征因素的影響，例如顆粒污染等，如果擊穿電壓大于工業標準，說明所測的介質層符合斜坡電壓測試的可靠性要求，此時可以利用TDDB測試，確定所測的介質層的壽命特性。TDDB測試方法為在半導體器件測試結構的需要測試的介質層上施加TDDB測試電壓，經過時間t后該介質層擊穿，利用相應的壽命模型以及面積相關壽命縮放公式，計算出該介質層的時間相關介質擊穿時間。計算壽命模型公式分為幾種情況對前段工藝(Front-End of Line)中的柵氧化層，當柵氧化層的厚度>4nm時，常用E模型(熱化學擊穿模型)對柵氧化層做壽命評估， 壽命公式為tbd= τ - exp(-yE0X) · exp(Ea/kT), τ值由制程和氧化層的材料屬性決定， Y為電場加速因子，Eox為加在柵氧化層上的電場，Ea為溫度加速因子，K為波爾茲曼常數， T為溫度；當柵氧化層厚度< 4nm時，常用冪律模型(也被稱為氫釋放模型)對柵氧化層做壽命評估。壽命公式為。=P Κ:"，τ值由制程和氧化層的材料屬性決定，V。x為加在柵氧化層上的電壓，η為電壓加速因子；針對后段工藝(Back-End of Line)中的層間介質層，、/云模型往往被認為是比較準確的，壽命公式為。= r_eXp(- V^)，^值由制程和氧化層的材料屬性決定，Ε。χ為加在柵氧化層上的電場，α為M模型中的電場加速因子。以上所述的斜坡電壓測試所需時間非常短，每一樣品所需的時間在幾分鐘以內， 然而介質層的TDDB測試，往往需要幾天時間，甚至更長時間，那么在出現緊急情況，需要即時評估介質層的壽命時，用以上所述的測試方法，不能快速評估介質層的壽命。并且，隨著半導體技術的發展，半導體器件按比例縮小，半導體器件的特征尺寸小于45納米(nm)，超薄柵氧化層(ultra-thin gate oxide, G0X)和低k層間介質 (inter-layer dielectric, ILD)等引入了新的失效機理。由于新的失效機理的引入，如何準確的估計介質層可靠性變的更加重要，仍然用傳統的工業標準衡量介質層可靠性可能會出現評估的偏差。
發明內容
本發明解決的問題是提出一種檢測半導體器件介質層靠性的方法，可以快速測得半導體器件介質層的可靠性，并且可以更準確的評估介質層的可靠性。為解決上述問題，本發明提供一種檢測半導體器件介質層可靠性的方法，包括基于斜坡電壓測試和時間相關介質擊穿測試的介質層擊穿過程，確定介質層的斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系； 利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的介質層的斜坡擊穿電壓Vbdl，Vbd2
V,
bdn 利用韋伯分布
權利要求
1. 一種檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，包括 基于斜坡電壓測試和時間相關介質擊穿測試的介質層擊穿過程，確定介質層的斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系；利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的介質層的斜坡擊穿電壓Vbdl，Vbd2 利用韋伯分布珂
2.如權利要求1所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系為。=
3.如權利要求1所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述預定斜坡電壓擊穿累積失效率為0. 1%。
4.如權利要求1所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，還包括確定斜坡電壓測試的斜坡擊穿電壓標準。
5.如權利要求4所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述確定斜坡電壓測試的斜坡擊穿電壓標準包括利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的斜坡擊穿電壓Vbdl、Vbd2 利用時間相關介質擊穿測試，測試該組樣品的時間相關介質擊穿時間t 利用面積相關的壽命縮放公式和對應于當前樣品的壽命模型將所述測得的時間相關轉換為整個半導體器件的介質層在預定工作條件下的 介質擊穿時間tt 時間相關介質擊穿時間tbdl，tbd2…禾IJ用韋伯分布
6.如權利要求5所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述壽命縮放公式為
7.如權利要求5所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述預定工作條件為1. 1倍的工作電壓和125°C的工作溫度。
8.如權利要求5所述的檢測半導體器件介質層可靠性的方法，其特征在于，所述預定介質層壽命為10年。
9.一種檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，包括關系確定單元，用于基于斜坡電壓測試和時間相關介質擊穿測試的介質層擊穿過程， 確定介質層的斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系；電壓測試單元，用于利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的介質層的斜坡擊穿電壓Vbdl，擬合單元，用于利用韋伯分布
10.如權利要求9所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系為-Jm = a, -exp
11.如權利要求9所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述預定斜坡電壓擊穿累積失效率為0. 1%。
12.如權利要求9所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，還包括 電壓標準確定單元，用于確定斜坡電壓測試的斜坡擊穿電壓標準。
13.如權利要求12所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述電壓標準確定單元包括第一測試單元，用于利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的斜坡擊穿電壓Vbdl、Vbd2……
14.如權利要求13所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述壽命縮放公式為 ，其中，CI1為樣品的測試結構韋伯分布的尺度因子，CI2為樣品的韋伯分布的尺度因子，β為韋伯分布的形狀因子，A1為樣品的測試結構的面積，A2為樣品的整個介質層的面積；所述對應于當前樣品的壽命模型為所述介質層為柵氧化層時，柵氧化層的厚度彡4nm時，壽命公式為tbd= τ · exp (- y Ej · exp (Ea/kT)，其中，τ值由制程和氧化層的材料屬性決定，Y為電場加速因子，Ε。χ為加在柵氧化層上的電場，Ea為溫度加速因子，K為波爾茲曼常數，T為溫度；柵氧化層厚度<4nm時，壽命公式為U=rG"，τ值由制程和氧化層的材料屬性決定，V。x為加在柵氧化層上的電壓，η為電壓加速因子；所述介質層為層間介質層時，壽命公式為。= peXp(- V^)，^值由制程和氧化層的材料屬性決定，Ε。χ為加在柵氧化層上的電場，α為#模型中的電場加速因子。
15.如權利要求13所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述預定工作條件為1. 1倍的工作電壓和125°C的工作溫度。
16.如權利要求13所述的檢測半導體器件介質層可靠性的裝置，其特征在于，所述預定介質層壽命為10年。
全文摘要
一種檢測半導體器件介質層可靠性的方法和裝置，其中，所述方法包括基于斜坡電壓測試和時間相關介質擊穿測試的介質層擊穿過程，確定介質層的斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系；利用斜坡電壓測試，測試一組樣品的介質層的斜坡擊穿電壓Vbd1，Vbd2......Vbdn；利用韋伯分布對所述斜坡擊穿電壓Vbd1，Vbd2......Vbdn進行擬合；基于所述擬合結果，確定與預定斜坡電壓擊穿累積失效率對應的斜坡擊穿電壓；利用所述介質層的斜坡擊穿電壓和時間相關介質擊穿時間之間的轉換關系，將所述確定的斜坡擊穿電壓轉換為時間相關介質擊穿時間。本發明可以快速的進行半導體器件介質層可靠性評估。
文檔編號G01R31/26GK102221668SQ20101015482
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優先權日2010年4月14日
發明者簡維廷, 趙永, 韓坤 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司