專利名稱：溝槽式mos器件的工藝監(jiān)控方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導體技術(shù)的不斷發(fā)展，功率器件(Power Device)作為一種新型器件，被廣泛應用于如磁盤驅(qū)動、汽車電子等領(lǐng)域。功率器件需要能夠承受較大的電壓、電流以及功率負載，例如輸出整流器要求能夠在輸入20V電壓而輸出大約3. 3V電壓和輸入IOV電壓而輸出大約1. 5V電壓；并且要求能夠具有IOV至50V范圍的衰竭電壓。而現(xiàn)有的MOS晶體管等器件無法滿足上述需求，例如肖特基二極管(Schottky diodes)的衰竭電壓范圍大約在 0. 5V，因此，為了滿足應用的需要，各種功率器件成為關(guān)注的焦點。功率器件具有輸入阻抗高、低損耗、開關(guān)速度快、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬、動態(tài)性能好、易與前極耦合實現(xiàn)大電流化、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。常用的功率器件有溝槽式MOS器件(Trench M0S)、平面擴散式MOS器件等，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種溝槽式MOS器件的剖面示意圖。如圖1所示，該結(jié)構(gòu)包括N+摻雜的半導體基底10 ；形成在半導體基底10上的外延層11，所述外延層11為N—摻雜；形成在所述外延層11表面的摻雜阱12，所述摻雜阱12 為P型摻雜；貫穿所述摻雜阱12的溝槽；柵介質(zhì)層13，覆蓋所述溝槽的底部和側(cè)壁；柵電極14，形成在所述柵介質(zhì)層13上，填滿所述溝槽；源區(qū)15和源區(qū)17，形成在所述溝槽兩側(cè)的摻雜阱12內(nèi)，與所述柵介質(zhì)層13相鄰，為N+摻雜；體區(qū)16和體區(qū)18，形成在所述摻雜阱 12內(nèi)，為P+摻雜。圖1中包括了 2個對稱的溝槽式MOS器件，具體的，半導體基底10、外延層11、摻雜阱12、源區(qū)15、柵介質(zhì)層13和柵電極14構(gòu)成了其中一個溝槽式MOS器件，其中半導體基底10作為漏極，源區(qū)15作為源極，外延層11和源區(qū)15之間與柵介質(zhì)層13相鄰的摻雜阱 12的部分作為溝道區(qū)，體區(qū)16與摻雜阱12的摻雜類型相同，用作體電極；半導體基底10、 摻雜阱12、源區(qū)17、柵介質(zhì)層13和柵電極14構(gòu)成了另一個溝槽式M0S，其中半導體基底10 作為漏極，源區(qū)17作為源極，外延層11和源區(qū)17之間與柵介質(zhì)層13相鄰的摻雜阱12的部分作為溝道區(qū)，體區(qū)18與摻雜阱12的摻雜類型相同，用作體電極。由于外延層11以及柵介質(zhì)層13的形狀呈“U”形，因而該類溝槽式MOS器件又稱為UMOS晶體管。圖2示出了圖1所示的溝槽式MOS器件的柵極漏電流-柵極電壓曲線，隨著柵極電壓的不斷增大，在軟擊穿點(soft breakdowrOA之前，柵極漏電流較小，不隨柵極電壓的增大而改變；在軟擊穿點A和硬擊穿點(hard breakdown)B之間，柵極漏電流隨著柵極電壓的增大而緩慢增大；在硬擊穿點B之后，柵電容被擊穿，柵極漏電流迅速增大。理論上而言，對于同一批次下生產(chǎn)，即在特定工藝條件下生產(chǎn)的多個溝槽式MOS 器件，其期望的柵極漏電流-柵極電壓曲線應該是比較穩(wěn)定的，各個器件之間的偏差較小，但是在實際生產(chǎn)中，溝槽的刻蝕過程、柵介質(zhì)層的形成過程都會造成器件的柵極漏電
3流-柵極電壓曲線的波動和改變，因此，現(xiàn)有技術(shù)通常利用柵極漏電流-柵極電壓曲線來進行工藝監(jiān)控(process monitor)。仍然參考圖2，現(xiàn)有技術(shù)的工藝監(jiān)控過程中并不會對每個器件都繪制出柵極漏電流-柵極電壓曲線，而是在確定期望曲線之后在其中僅選取一個或兩個點進行監(jiān)控。例如 選取軟擊穿點A之前的監(jiān)控點C，在待監(jiān)控的器件的柵極施加監(jiān)控點C對應的柵極電壓(圖 2中約為15V)，檢測其相應的柵極漏電流，監(jiān)控各個器件在該柵極電壓下的柵極漏電流是否穩(wěn)定；或者選取硬擊穿點B之后的監(jiān)控點D，在待監(jiān)控的器件的柵極施加監(jiān)控點D對應的柵極漏電流(圖2中約為ImA)，檢測其相應的柵極電壓，監(jiān)控各個器件在該柵極漏電流下對應的柵極電壓是否穩(wěn)定。但是，現(xiàn)有技術(shù)在工藝監(jiān)控過程中，選取的監(jiān)控點往往是在軟擊穿點A之前，即施加在柵極上的檢測電壓小于軟擊穿點A對應的柵極電壓，其對應的柵極漏電流的變化范圍本身就很小，因而無法檢測出個別器件的工藝偏移導致的柵極漏電流-柵極電壓曲線的偏移問題，工藝監(jiān)控的效果較差；另外，現(xiàn)有技術(shù)還往往將監(jiān)控點選取在硬擊穿點B之后，即施加在柵極上的檢測電流大于硬擊穿點B對應的柵極漏電流，其對應的柵極電壓的變化范圍也很小，也無法檢測出器件的工藝偏移導致的柵極漏電流-柵極電壓曲線的偏移問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法的監(jiān)控效果較差，無法檢測出器件的工藝漂移問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種溝槽式MOS器件的監(jiān)控方法，包括確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間?？蛇x的，所述檢測電壓為正電壓或負電壓?？蛇x的，所述確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿電點和硬擊穿點的柵極電壓和 /或柵極漏電流包括從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置，包括軟/硬擊穿點確定單元，適于確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；檢測單元，適于對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。
可選的，所述檢測電壓為正電壓或負電壓?？蛇x的，所述軟/硬擊穿點確定單元包括取樣單元，適于從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；掃描檢測單元，適于對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案有如下優(yōu)點本技術(shù)方案對待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼?MOS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。本技術(shù)方案將監(jiān)控點選擇在柵極漏電流-柵極電壓曲線中軟擊穿點和硬擊穿點之間的部分，由于該部分中柵極漏電流隨柵極電壓緩慢的近線性變化，使得檢測結(jié)果對器件的工藝偏移更為敏感，改善了監(jiān)控效果。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種溝槽式MOS器件的剖面示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法對應的柵極漏電流-柵極電壓曲線；圖3是本發(fā)明實施例的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法的流程示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法對應的柵極漏電流-柵極電壓曲線； 圖5是本發(fā)明實施例的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)中在進行溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控時，監(jiān)控點往往選擇在軟擊穿點之前或硬擊穿點之后，柵極電壓和柵極漏電流之間的變化關(guān)系不是很明顯，可能無法檢測出器件的工藝偏移，監(jiān)控效果較差。本技術(shù)方案對待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼?MOS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。本技術(shù)方案將監(jiān)控點選擇在柵極漏電流-柵極電壓曲線中軟擊穿點和硬擊穿點之間的部分，由于該部分中柵極漏電流隨柵極電壓緩慢的近線性變化，使得檢測結(jié)果對器件的工藝偏移更為敏感，改善了監(jiān)控效果。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖3示出了本發(fā)明實施例的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法的流程示意圖，如圖3所示，包括步驟S21，確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；步驟S22，對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。步驟S21中所述的本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和柵極漏電流指的是在實際生產(chǎn)中，在特定工藝條件下生產(chǎn)的一個批次的溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和柵極漏電流的期望值，在加工工藝的各個生產(chǎn)參數(shù)調(diào)節(jié)確定后，生產(chǎn)所得的溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和柵極漏電流的期望值是確定的，也就是說各個器件的軟擊穿點的柵極電壓和柵極電流以及硬擊穿點的柵極電壓和柵極漏電流是落在一個確定的范圍內(nèi)的，而個別出現(xiàn)工藝偏差的器件除外。本實施例中，本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和柵極漏電流的確定方法包括從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線， 確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。優(yōu)選的，選入樣本中的器件為標準器件，即參數(shù)合乎設(shè)計規(guī)格，沒有受到工藝漂移等因素的影響，之后對樣本中的器件的柵極電壓進行掃描(從低到高或從高到低)，并檢測相應的柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，如圖4所示，其中所述柵極電壓施加在溝槽式MOS器件的柵極和體電極上，可以是正電壓，也可以是負電壓，所述正電壓指的是柵極的電壓高于體電極的電壓，所述負電壓指的是柵極的電壓低于體電極的電壓；之后，在所述柵極漏電流-柵極電壓曲線上確定軟擊穿點A和硬擊穿點B，并相應的確定軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極電壓和/或柵極漏電流，這里柵極電壓和柵極漏電流指的是柵極電壓和柵極漏電流的絕對值。本實施例中，軟擊穿點A的柵極電壓約為20V，柵極漏電流約為1. 0E-10A，硬擊穿點B的柵極電壓約為40V， 柵極漏電流約為1. 0E-5A。在確定所述軟擊穿點A和硬擊穿點B之后，對待監(jiān)控的本批次中的各個溝槽式MOS 器件進行檢測，選擇的檢測點介于軟擊穿點A和硬擊穿點B，如檢測點E、檢測點F等。檢測方法可以是在待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極和體電極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極電壓之間，可以是正電壓也可以是負電壓，圖4中示出的電壓值為絕對值，類似的，所述正電壓指的是柵極的電壓高于體電極的電壓，所述負電壓指的是柵極的電壓低于體電極的電壓；或者也可以是在待測的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極漏電流之間。所述“介于”指的是檢測電壓的電壓值大于等于軟擊穿點A的柵極電壓，小于等于硬擊穿點B的柵極電壓，檢測電流的電流值大于等于軟擊穿點A的柵極漏電流，小于等于硬擊穿點B的柵極漏電流，類似的，上述檢測電壓的電壓值和檢測電流的電流值都指的是絕對值。在一具體實施例中，步驟S21中可以僅確定軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極電壓， 之后在步驟S22中對本批次待監(jiān)控的器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，其中檢測電壓介于所述軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極電壓之間；在另一具體實施例中，步驟 S21中可以僅確定軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極漏電流，之后在步驟S22中對本批次待監(jiān)控的器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，其中檢測電流介于所述軟擊穿點A和硬擊穿點B的柵極漏電流之間；在另一具體實施例中，步驟S21中可以確定所述軟擊穿點A 和硬擊穿點B的柵極電壓和柵極漏電流，之后在步驟S22中檢測待監(jiān)控器件的柵極電壓或柵極漏電流，或者既檢測待監(jiān)控器件的柵極電壓又檢測待監(jiān)控器件的柵極漏電流。由于本實施例中選取的檢測點介于軟擊穿點和硬擊穿點之間，柵極漏電流隨柵極電壓呈較緩慢的近線性變化，檢測結(jié)果對工藝偏移較為敏感，若某器件由于工藝偏移導致其柵極漏電流-柵極電壓曲線發(fā)生偏移，則其檢測出的柵極漏電流或柵極電壓會和其他未發(fā)生工藝偏移的器件有明顯的區(qū)別，需要將該器件剔除或是檢查生產(chǎn)工藝參數(shù)的設(shè)置，從而顯著的改善了工藝監(jiān)控的效果。本實施例的工藝監(jiān)控方法適用于如圖1所示的溝槽式 MOS器件，或是其他類型的柵極形成于溝槽中的溝槽式MOS器件。對應于上述溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法，本發(fā)明還提供一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置。圖5示出了本實施例的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖， 如圖5所示，包括軟/硬擊穿點確定單元31，適于確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；檢測單元32，適于對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS 器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。其中，軟/硬擊穿點確定單元31包括取樣單元311，適于從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；掃描檢測單元312，適于對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。關(guān)于該溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置的工作過程和原理請參見前述實施例中溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法的描述，這里不再贅述。綜上，本技術(shù)方案對待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。本技術(shù)方案將監(jiān)控點選擇在柵極漏電流-柵極電壓曲線中軟擊穿點和硬擊穿點之間的部分，由于該部分中柵極漏電流隨柵極電壓緩慢的近線性變化，使得檢測結(jié)果對器件的工藝偏移更為敏感，能夠準確的檢測出器件的工藝漂移問題，改善了監(jiān)控效果。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法，其特征在于，包括確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法，其特征在于，所述檢測電壓為正電壓或負電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法，其特征在于，所述確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿電點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流包括從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。
4.一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置，其特征在于，包括軟/硬擊穿點確定單元，適于確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；檢測單元，適于對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置，其特征在于，所述檢測電壓為正電壓或負電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控裝置，其特征在于，所述軟/硬擊穿點確定單元包括取樣單元，適于從本批次溝槽式MOS器件中選取一個或多個器件作為樣本；掃描檢測單元，適于對所述樣本中的器件的柵極電壓進行掃描并檢測柵極漏電流，獲得柵極漏電流-柵極電壓曲線，確定軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流。
全文摘要
一種溝槽式MOS器件的工藝監(jiān)控方法及裝置，所述方法包括確定本批次溝槽式MOS器件的軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓和/或柵極漏電流；對本批次待監(jiān)控的溝槽式MOS器件的柵極施加檢測電壓并檢測其柵極漏電流，所述檢測電壓的電壓值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極電壓之間，或?qū)Ω鳒喜凼組OS器件的柵極施加檢測電流并檢測其柵極電壓，所述檢測電流的電流值介于所述軟擊穿點和硬擊穿點的柵極漏電流之間。本發(fā)明能夠改善工藝監(jiān)控效果，準確的檢測出器件的工藝漂移問題。
文檔編號H01L21/336GK102157414SQ20111002970
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者劉憲周 申請人:上海宏力半導體制造有限公司