专利名称：检测半导体器件介质层可靠性的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种检测半导体器件介质层可靠性的方法和装置。
背景技术：
介质层的可靠性估计是整个半导体工艺可靠性估计中的重要测试项目，现有技术中关于介质层的可靠性估计的方法包括斜坡电压(Voltage ramp)测试和时间相关介质击穿(TDDB，time-dependent dielectric breakdown)测试，以下简称为 Vramp 测试和 TDDB 测试。可以通过Vramp测试和TDDB测试对介质层的可靠性做出评估。Vramp测试方法为选择一组样品，在介质层上施加斜坡电压，直至该介质层击穿，此时在该介质层上施加的电压即为该介质层的击穿电压，将这样一组击穿电压与工业标准(常用的工业标准是2. 3倍的工作电压)相比，确定所测的介质层是否受到非本征因素的影响，例如颗粒污染等，如果击穿电压大于工业标准，说明所测的介质层符合斜坡电压测试的可靠性要求，此时可以利用TDDB测试，确定所测的介质层的寿命特性。TDDB测试方法为在半导体器件测试结构的需要测试的介质层上施加TDDB测试电压，经过时间t后该介质层击穿，利用相应的寿命模型以及面积相关寿命缩放公式，计算出该介质层的时间相关介质击穿时间。计算寿命模型公式分为几种情况对前段工艺(Front-End of Line)中的栅氧化层，当栅氧化层的厚度>4nm时，常用E模型(热化学击穿模型)对栅氧化层做寿命评估， 寿命公式为tbd= τ - exp(-yE0X) · exp(Ea/kT), τ值由制程和氧化层的材料属性决定， Y为电场加速因子，Eox为加在栅氧化层上的电场，Ea为温度加速因子，K为波尔兹曼常数， T为温度；当栅氧化层厚度< 4nm时，常用幂律模型(也被称为氢释放模型)对栅氧化层做寿命评估。寿命公式为。=P Κ:"，τ值由制程和氧化层的材料属性决定，V。x为加在栅氧化层上的电压，η为电压加速因子；针对后段工艺(Back-End of Line)中的层间介质层，、/云模型往往被认为是比较准确的，寿命公式为。= r_eXp(- V^)，^值由制程和氧化层的材料属性决定，Ε。χ为加在栅氧化层上的电场，α为M模型中的电场加速因子。以上所述的斜坡电压测试所需时间非常短，每一样品所需的时间在几分钟以内， 然而介质层的TDDB测试，往往需要几天时间，甚至更长时间，那么在出现紧急情况，需要即时评估介质层的寿命时，用以上所述的测试方法，不能快速评估介质层的寿命。并且，随着半导体技术的发展，半导体器件按比例缩小，半导体器件的特征尺寸小于45纳米(nm)，超薄栅氧化层(ultra-thin gate oxide, G0X)和低k层间介质 (inter-layer dielectric, ILD)等引入了新的失效机理。由于新的失效机理的引入，如何准确的估计介质层可靠性变的更加重要，仍然用传统的工业标准衡量介质层可靠性可能会出现评估的偏差。

发明内容
本发明解决的问题是提出一种检测半导体器件介质层靠性的方法，可以快速测得半导体器件介质层的可靠性，并且可以更准确的评估介质层的可靠性。为解决上述问题，本发明提供一种检测半导体器件介质层可靠性的方法，包括基于斜坡电压测试和时间相关介质击穿测试的介质层击穿过程，确定介质层的斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系； 利用斜坡电压测试，测试一组样品的介质层的斜坡击穿电压Vbdl，Vbd2
V,
bdn 利用韦伯分布
权利要求
1. 一种检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，包括 基于斜坡电压测试和时间相关介质击穿测试的介质层击穿过程，确定介质层的斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系；利用斜坡电压测试，测试一组样品的介质层的斜坡击穿电压Vbdl，Vbd2 利用韦伯分布珂
2.如权利要求1所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系为。=
3.如权利要求1所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述预定斜坡电压击穿累积失效率为0. 1%。
4.如权利要求1所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，还包括确定斜坡电压测试的斜坡击穿电压标准。
5.如权利要求4所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述确定斜坡电压测试的斜坡击穿电压标准包括利用斜坡电压测试，测试一组样品的斜坡击穿电压Vbdl、Vbd2 利用时间相关介质击穿测试，测试该组样品的时间相关介质击穿时间t 利用面积相关的寿命缩放公式和对应于当前样品的寿命模型将所述测得的时间相关转换为整个半导体器件的介质层在预定工作条件下的 介质击穿时间tt 时间相关介质击穿时间tbdl，tbd2…禾IJ用韦伯分布
6.如权利要求5所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述寿命缩放公式为
7.如权利要求5所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述预定工作条件为1. 1倍的工作电压和125°C的工作温度。
8.如权利要求5所述的检测半导体器件介质层可靠性的方法，其特征在于，所述预定介质层寿命为10年。
9.一种检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，包括关系确定单元，用于基于斜坡电压测试和时间相关介质击穿测试的介质层击穿过程， 确定介质层的斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系；电压测试单元，用于利用斜坡电压测试，测试一组样品的介质层的斜坡击穿电压Vbdl，拟合单元，用于利用韦伯分布
10.如权利要求9所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系为-Jm = a, -exp
11.如权利要求9所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述预定斜坡电压击穿累积失效率为0. 1%。
12.如权利要求9所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，还包括 电压标准确定单元，用于确定斜坡电压测试的斜坡击穿电压标准。
13.如权利要求12所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述电压标准确定单元包括第一测试单元，用于利用斜坡电压测试，测试一组样品的斜坡击穿电压Vbdl、Vbd2……
14.如权利要求13所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述寿命缩放公式为 ，其中，CI1为样品的测试结构韦伯分布的尺度因子，CI2为样品的韦伯分布的尺度因子，β为韦伯分布的形状因子，A1为样品的测试结构的面积，A2为样品的整个介质层的面积；所述对应于当前样品的寿命模型为所述介质层为栅氧化层时，栅氧化层的厚度彡4nm时，寿命公式为tbd= τ · exp (- y Ej · exp (Ea/kT)，其中，τ值由制程和氧化层的材料属性决定，Y为电场加速因子，Ε。χ为加在栅氧化层上的电场，Ea为温度加速因子，K为波尔兹曼常数，T为温度；栅氧化层厚度<4nm时，寿命公式为U=rG"，τ值由制程和氧化层的材料属性决定，V。x为加在栅氧化层上的电压，η为电压加速因子；所述介质层为层间介质层时，寿命公式为。= peXp(- V^)，^值由制程和氧化层的材料属性决定，Ε。χ为加在栅氧化层上的电场，α为#模型中的电场加速因子。
15.如权利要求13所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述预定工作条件为1. 1倍的工作电压和125°C的工作温度。
16.如权利要求13所述的检测半导体器件介质层可靠性的装置，其特征在于，所述预定介质层寿命为10年。
全文摘要
一种检测半导体器件介质层可靠性的方法和装置，其中，所述方法包括基于斜坡电压测试和时间相关介质击穿测试的介质层击穿过程，确定介质层的斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系；利用斜坡电压测试，测试一组样品的介质层的斜坡击穿电压Vbd1，Vbd2......Vbdn；利用韦伯分布对所述斜坡击穿电压Vbd1，Vbd2......Vbdn进行拟合；基于所述拟合结果，确定与预定斜坡电压击穿累积失效率对应的斜坡击穿电压；利用所述介质层的斜坡击穿电压和时间相关介质击穿时间之间的转换关系，将所述确定的斜坡击穿电压转换为时间相关介质击穿时间。本发明可以快速的进行半导体器件介质层可靠性评估。
文档编号G01R31/26GK102221668SQ20101015482
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者简维廷, 赵永, 韩坤 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司