專利名稱：用于檢驗(yàn)介電薄膜可靠性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地來說涉及一種檢驗(yàn)沉積在半導(dǎo)體基片上的介電薄膜可靠性的方法，而具體地說，涉及一種檢驗(yàn)沉積在半導(dǎo)體基片上的柵氧化層薄膜樣品的可靠性的方法，其中，電流施加在柵和MOS-C檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的基片之間，直到柵氧化層薄膜樣品擊穿。
在已有技術(shù)中，一般說來，當(dāng)形成氧化物薄膜時(shí)，在制作半導(dǎo)體器件的氧化步驟中所形成的每層氧化物薄膜都要經(jīng)歷測量各種特性的過程，例如，表面檢查、厚度檢驗(yàn)、應(yīng)力試驗(yàn)、折射率檢驗(yàn)、潔凈度、和諸如此類的測量。
此外，在半導(dǎo)體制造過程中，氧化物薄膜，特別是沉積在半導(dǎo)體基片上的柵氧化層起到一絕緣層的作用，而且，為了獲得這種氧化物薄膜的可靠性指標(biāo)，必須進(jìn)行各種各樣的可靠性檢驗(yàn)。這種有關(guān)薄氧化物的可靠性問題一般分為如下兩類a.介電擊穿導(dǎo)致器件災(zāi)難性的損壞；b.熱-載體-注入降低級導(dǎo)致器件測量值降級。
為了確定柵氧化層的擊穿測量指標(biāo)，已采用了各種類型的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)柵氧化層可靠性所用的典型方法是恒定電流應(yīng)力試驗(yàn)(CCST)。在CCST方法中，一預(yù)定電流被注入絕緣物中，而在檢驗(yàn)過程期間該電流值保持恒定。記錄電壓和時(shí)間直到電壓突然下降。如果在檢驗(yàn)中有一單個(gè)氧化物樣品，那么，氧化物可靠性就由到發(fā)生擊穿時(shí)所耗時(shí)間長短來表征。不過，如果在檢驗(yàn)中有一組同樣面積和厚度的氧化物樣品，累積損壞百分比用一組樣品中在一特定時(shí)間t之前損壞的百分?jǐn)?shù)來計(jì)算。此后，把上述CCST檢驗(yàn)中的時(shí)間對損壞的數(shù)據(jù)畫在一幅累積損壞百分比圖上，如

圖1所示，以損壞時(shí)間為垂直軸，以累積損壞百分比為水平軸。參考圖1，該檢驗(yàn)中所用樣品為一組面積200×200μm2、厚度100的柵氧化層。符號“○”表示在柵氧化層用NH4OH處理后被檢驗(yàn)的結(jié)果。符號“△”代表在柵氧化層用HF處理后被檢驗(yàn)的結(jié)果。在圖1中，落在橢圓所限定的界限內(nèi)的那些結(jié)果被確定為氧化物薄膜的本征損壞特性。
在CCST方法中，只是通過測量本征損壞來確定氧化物的可靠性。因此，這種方法在對于單位面積的氧化物薄膜的高電流密度產(chǎn)生的可靠性判定方面有一嚴(yán)重問題。例如，若將100mA/cm2的電流施加到氧化物薄膜上，就不能檢驗(yàn)到氧化物薄膜擊穿時(shí)的精確電荷值。這樣，氧化物可靠性的測量就不精確。
最近，由于半導(dǎo)體器件已變得高度集成化，例如64M DRAM，除了測量氧化物薄膜的本征損壞外，還需測量非本征損壞，例如，在制作過程期間形成在氧化物薄膜上的缺陷的程度、針孔的轉(zhuǎn)移(tr-apping)或產(chǎn)生程度、和所形成的缺陷中心的程度。
因此，本發(fā)明的目的就是提供一種用于檢驗(yàn)介電薄膜的方法，其中，通過檢測介電薄膜擊穿時(shí)的精確電荷值來確定介電薄膜的可靠性不僅更準(zhǔn)確，而且還同時(shí)測量非本征損壞。
要達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于檢驗(yàn)介電薄膜的可靠性的方法，其包括下述步驟
確立對應(yīng)于一第一級的電流值，一級被定義為在一預(yù)先選定的時(shí)間增量內(nèi)所施加的選定的電流，在該級中，第一次施加上述電流來檢驗(yàn)沉積在半導(dǎo)體基片上的介電薄膜的可靠性；向介電薄膜施加所確立的第一級電流；施加對應(yīng)后續(xù)那些級的每一級的電流直到介電薄膜擊穿，其中，對應(yīng)后續(xù)那些級的電流值按后續(xù)那些級的順序增加；以及測量電荷值直到介電薄膜擊穿，其中，對應(yīng)每一級的電流值被一個(gè)預(yù)定的分母值除，而將每個(gè)被除的值分成所述分母那么多次數(shù)施加到介電薄膜上；還有在將被除值的電流施加到介電薄膜上之后，在一預(yù)定的時(shí)間就介電薄膜是否擊穿進(jìn)行測量。
可以參考下面的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明及附圖來了解本發(fā)明的目的和特征，附圖中圖1是表示根據(jù)已有的CCST方法通過測量介電薄膜的擊穿時(shí)間所得結(jié)果的圖表；圖2示意說明根據(jù)本發(fā)明的電流攀升法檢驗(yàn)介電薄膜的可靠性的方法；圖3表示在一級內(nèi)施加于一分步的電流密度，其中100.602nA/cm2的電流密度施加于第一分步并累積施加于各后續(xù)分步；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例通過測量介電薄膜擊穿時(shí)的電荷值所得結(jié)果的圖表；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例通過測量介電薄膜擊穿時(shí)的電荷值所得結(jié)果的圖表。
如圖2所示，是顯示確定介電薄膜可靠性的直方圖，其垂直軸上是所測量的電流密度而水平軸上是時(shí)間度量。每個(gè)方柱的高度是在每級施加到介電薄膜上的電流密度值，每級被定義為在一預(yù)先選定的時(shí)間增量內(nèi)所施加的選定的電流。如從圖2中所見，每個(gè)柱的高度隨每級的推移而增加。因此，從圖2中可了解到，在第一級中確立電流密度值后，這個(gè)電流值被施加到介電薄膜上。在每級施加一個(gè)比前一級更大的電流密度而重復(fù)這個(gè)過程，并且依次進(jìn)行直到介電薄膜擊穿。
依據(jù)任一級相對于前級的情形可以適當(dāng)選擇電流增加的程度。例如，如果一個(gè)電流在前一級被施加到介電薄膜上，那么，在下一級施加到該介電薄膜上的電流可以是102.1nA/cm2、102.5nA/cm2或103nA/cm2。不過，重要的是在下一級施加到介電薄膜上的電流量值比前一級大。
在本發(fā)明中，在每一級要施加的電流量值被一預(yù)定的分母值除也是關(guān)鍵的。此外，被除值的電流以分母值逐級施加到介電薄膜上。圖3中示出分解每一級中要被施加的電流。參照圖3，水平軸代表每一級施加電流到介電薄膜上所用的時(shí)間，而垂直軸代表每一級施加到介電薄膜上的電流的總量。因?yàn)槊恳患壱皇┘拥浇殡姳∧ど系碾娏髦等≈笖?shù)值，所以，為計(jì)算方便，在用以除分電流值的分母值中取25的常用對數(shù)。例如，在對應(yīng)圖3的一級中如果電流值是102nA/cm2，這個(gè)值被25除，得到100.602nA/cm2，之后，所得到的這個(gè)值的電流分成25次施加到介電薄膜上。在任何一級把電流施加到介電薄膜上時(shí)，每當(dāng)對于一級的二十五分之一的電流被施加到介電薄膜上時(shí)，就出現(xiàn)一段預(yù)定時(shí)間的延遲時(shí)間。此后，在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測量來確定介電薄膜是否擊穿。這樣，參照圖3，Td代表延遲時(shí)間，而TM代表測量時(shí)間。最后，重要的是，在下一級的分步中另外施加于介電薄膜的電流量比前一級分步的電流量更大。
圖4示出采用本明的第一實(shí)施例的方法所得到的結(jié)果，其中在第一級施加到介電薄膜上的電流密度固定為-10nA/cm2。然后，進(jìn)行后續(xù)各級直到介電薄膜擊穿。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，每級要施加的電流密度被數(shù)字3除，而該電流密度的被除得的值分3次施加到介電薄膜上。同時(shí)，每當(dāng)施加電流被除得的值時(shí)，就進(jìn)行測量來確定介電薄膜是否擊穿。這個(gè)例子中所測得的結(jié)果圖解于圖4中。在圖4中，軸X代表在一組介電薄膜樣品中累積損壞百分比，而軸Y代表介電薄膜擊穿時(shí)的電荷值。此外，Gox 100是柵氧化層薄膜的厚度，而NH4OH和HF是已經(jīng)用于清洗柵氧化層薄膜的清洗液。在圖4中，在圖下部的每個(gè)圓圈內(nèi)所標(biāo)出的結(jié)果屬于介電薄膜的非本征測量結(jié)果。
不過，在圖上部所標(biāo)出的、由此知道介電薄膜的本征測量結(jié)果的那些結(jié)果使得難以檢測兩次測量結(jié)果之間的細(xì)微差別，因?yàn)槟切┙Y(jié)果指示出它們之間幾乎相同的電荷值。因此，可用第一例子的方法粗略地確定在介電薄膜的非本征測量結(jié)果中的介電薄膜的初始和中間擊穿的測量結(jié)果。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二例子通過測量介電薄膜擊穿時(shí)的電荷值所得到的結(jié)果的一幅圖，其中，每一級要施加的電流值被數(shù)字25除，然后，該電流被除得的值分成25次施加到介電薄膜上。參考圖5，符號○代表柵氧化層用NH4OH處理后被檢驗(yàn)的結(jié)果，而符號△代表在柵氧化層用HF處理后被檢驗(yàn)的結(jié)果。此外，圖上部的一個(gè)橢圓所限定的區(qū)域?qū)?yīng)于介電薄膜本征損壞的測量結(jié)果，而下部的一個(gè)橢圓所確定的區(qū)域?qū)?yīng)于介電薄膜的非本征損壞的測量結(jié)果。如可從圖5中見到的那樣，使非本征損壞的測量結(jié)果和本征損壞的測量結(jié)果清楚地區(qū)分開，從而精確地指示介電薄膜的非本征損壞的測量結(jié)果。
相應(yīng)地，當(dāng)已知非本征損壞的測量結(jié)果，最好把本發(fā)明的第二例子的方法應(yīng)用于厚約70的氧化膜。用這方法的原因是因?yàn)楫?dāng)介電薄膜薄的時(shí)候，非本征損壞測量結(jié)果被認(rèn)為是更重要的數(shù)據(jù)。還因?yàn)榉潜菊鲹p壞測量結(jié)果之間的差別有利于測量在該過程期間所經(jīng)受的或由周圍過程的影響。此外，在那些非本征損壞測量結(jié)果中間，任何缺陷和由于介電薄膜本身的擊穿所造成的針孔的轉(zhuǎn)移的影響都可以容易地檢測到，而且，使本征損壞測量結(jié)果之間區(qū)分清楚。因此，可精確地完成介電薄膜可靠性的測定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢驗(yàn)沉積在半導(dǎo)體基片上的介電薄膜的可靠性的方法，此方法包括下述步驟確立相應(yīng)于一第一級的電流值，其中，該電流第一次被施加到所述介電薄膜上；向所述介電薄膜施加第一級所確立的電流；施加下一個(gè)對應(yīng)于后續(xù)每一級的電流直到介電薄膜擊穿，其中對應(yīng)后續(xù)各級的電流值隨后續(xù)的那些級的順序增加；以及測量電荷值直到介電薄膜被擊穿，其中對應(yīng)所述各級的電流被一預(yù)定的分母值除，而且將各被除值分成所述分母值那么多次數(shù)不連續(xù)地施加到介電薄膜上；在被除的值的電流施加到介電薄膜上之后，在一預(yù)定的時(shí)間就介電薄膜是否擊穿進(jìn)行測量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一級的電流值是-10nA/cm/2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用于除每級的電流值的分母值是25。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用于除每級的電流值的分母值是3。
全文摘要
一種用于檢驗(yàn)在半導(dǎo)體基片上的介電薄膜的可靠性的方法確立第一級的電流值并施加于介電薄膜；施加對應(yīng)后續(xù)各級的下一個(gè)電流直到介電薄膜被擊穿，其中，各級的電流值按續(xù)增加；測量電荷值直到介電薄膜被擊穿，其中對應(yīng)于各級的電流值被一預(yù)定的分母值除，而且各被除的那些值被分成所述分母那么多次施加到介電薄膜上，在將被除的值的電流施加到介電薄膜上之后，在預(yù)定的時(shí)間就介電薄膜是否被擊穿進(jìn)行測量。
文檔編號G01R31/12GK1145477SQ9512098
公開日1997年3月19日 申請日期1995年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月31日
發(fā)明者嚴(yán)今榕 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社