专利名称：检测栅氧化层完整性的方法
技术领域：
本发明涉及可靠性测试领域，特别涉及检测栅氧化层完整性的方法。
背景技术：
可靠性测试作为评估半导体器件性能的一种手段，在半导体器件的制造过程中承 担着重要的作用。一般来说，经过可靠性测试的半导体器件才会投入大规模的生产制造中。栅氧化层完整性检测是业界较常采用的一种可靠性测试项目。通常使用斜坡电压 (V-ramp)测试来对于半导体器件的栅氧化层完整性进行检测。通过斜坡电压测试可以反映 被测半导体器件在斜坡电压应力下的击穿特性等，从而对检测半导体器件的栅氧化层完整 性起到参考作用。在对斜坡电压测试的结果进行评估时，其评估标准就是是否有足够的置 信度显示，被测半导体器件的缺陷密度小于目标值DO。为方便可靠性测试人员在对斜坡电压测试的结果进行评估时确定样本数，电子工 程设计发展联合会议(JEDEC，Joint Electron Device EngineeringCounci 1)在 JEDEC/FSA Joint Publication(JP001. 01，Feb 2004)中提供了一些指导原则。图1所示是上述JEDEC的一种指导原则的摘录。参照图1所示，该指导原则规定 如下1)至少从3个晶圆批次中挑选样本；2)样本中应包括NMOS和PMOS的栅氧化层测试结构；3)总共的测试面积至少10cm2。在该指导原则中还进行了举例说明在被测NMOS和PMOS的栅氧化层面积均为 0. 3mm2时，根据上述指导原则计算需进行斜坡电压测试的晶圆数为IOOOmm2/(2 X 35 X0. 3X3) = 16，其中2表示样本中包含匪OS和PMOS两种测试结 构，35表示从每片晶圆中选取35个芯片进行测试，0. 3为上述栅氧化层的面积，3表示3个 晶圆批次。因此，从上述计算结果获得，完成该测试至少需要从每批次晶圆中选取16片晶 圆，从每片晶圆中选取35个芯片作为样本进行测试。根据上述指导原则可以得知，若对于任意一种测试结构，则总的测试面积至少为 5cm2。则对于任意一种测试结构，进行所述斜坡电压测试的样本数N可根据下述公式获得=⑴
j^test Atest其中Attrtal指总共的测试面积，Atest指所检测的栅氧化层的面积。例如，对于栅氧化层为0. 3mm2的测试结构，根据上述公式可计算得到，其样本数应 至少为1667个芯片。假定当前斜坡电压测试的缺陷密度的目标值Dtl为1/cm2，若对于当前 1667个芯片进行斜坡电压测试后发现有4个失效芯片，可计算得到当前被测芯片的缺陷密 度为0.8/cm2，则可明显看到当前被测芯片的缺陷密度小于目标值队。根据该测试结果，则 可认为当前被测芯片通过了斜坡电压测试。然而，当应用单边置信界限(one side confidence limit)的方法对于上述举例的斜坡电压测试进行评估时，却会得到不同的测试结果。应用单边置信界限进行评估综合 采用下述公式 I-Pucl = exp (-Ducl X Atest)(2)
(4)
(5)
其中，f指失效芯片的数量，N为样本数，ρυα为当前被测芯片失效率的单边上 置信界限，Dua为当前被测芯片缺陷密度的单边上置信界限，α为显著性水平，置信度为
(1-α ) X %。假定α =0.05，则当Dua小于或等于Dtl时，就可以认为对于当前斜坡电压测试， 有95%的置信度认为被测芯片的缺陷密度小于目标值Dtl，也就是说当前被测芯片通过斜坡 电压测试。反之，则当前被测芯片未能通过斜坡电压测试。通过上述公式⑵ (5)获得，对于当前1667个芯片进行斜坡电压测试后发现有 4个失效芯片的情况，其缺陷密度的单边上置信界限Dua为1. 83/cm2。因此，当前被测芯片 的单边上置信界限Dua大于目标值Dtl，当前被测芯片未能通过斜坡电压测试。从以上说明可以看到，根据JEDEC给出的确定样本数的指导原则进行斜坡电压测 试后获得的测试结果与应用单边置信界限的方法获得的测试结果相反。因而，JEDEC给出 的确定样本数的指导原则可能在进行斜坡电压测试时存在着一定的缺陷，致使测试结果不 够准确。并且，所用样本数过多，造成浪费。
发明内容
本发明解决的是现有技术检测栅氧化层完整性时，其测试结果不够准确的问题， 以及所用样本数过多，浪费的问题。为解决上述问题，本发明提供一种检测栅氧化层完整性的方法，包括根据目标显著性水平、目标失效芯片数以及目标缺陷密度，获得最小样本数；以大于或等于所述最小样本数的被测芯片样本数，进行斜坡电压测试；对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估。与现有技术相比，上述检测栅氧化层完整性的方法具有以下优点在确定样本数 时，考虑到了目标置信度、目标失效芯片数及目标缺陷密度与样本数的相关性，以大于或等 于根据上述方法获得的最小样本数进行斜坡电压测试，能够帮助准确判断被测芯片是否通 过斜坡电压测试。特别对于当前被测芯片的随机性较差的情况，上述检测栅氧化层完整性 的方法不仅能够获得更为准确的测试结果，还更为经济。
图1是JEDEC提供的确定样本数的一种指导原则中的摘录图；图2是本发明检测栅氧化层完整性的方法的一种实施方式流程图3是图2所示方法中对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估的一种方法流 程图；图4是图2所示方法中对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估的另一种方法 流程图。
具体实施例方式对上述JEDEC提供的确定样本数的一种指导原则进行分析，对于公式(1)，其并未 定义样本数与目标缺陷密度、目标失效芯片数间的关系，或者说并未考虑不同目标缺陷密 度、目标失效芯片数需要的样本数不同的情况。然而实际上，对于不同目标缺陷密度等级的 测试结果，其所需要的样本数是不同的。此外，样本数与被测栅氧化层的面积和置信度也都 相关。因此，若仅依照公式(1)获得的样本数进行斜坡电压测试来检测栅氧化层的完整性， 以所获得的被测芯片的缺陷密度与目标缺陷密度进行比较，来判断被测芯片是否通过斜坡 电压测试并不够准确。基于此，本发明提供一种检测栅氧化层完整性的方法，参照图2所示，根据其一种 实施方式，包括步骤Si，根据目标显著性水平、目标失效芯片数以及目标缺陷密度，获得最小样本 数；步骤s2，以大于或等于所述最小样本数的被测芯片样本数，进行斜坡电压测试；步骤S3，对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估。上述检测栅氧化层完整性的方法的实施方式，在确定样本数时，考虑到了目标显 著性水平、目标失效芯片数及目标缺陷密度与样本数的相关性，以大于或等于根据上述方 法获得的最小样本数进行斜坡电压测试，能够帮助准确判断被测芯片是否通过斜坡电压测 试。特别对于当前被测芯片的随机性较差的情况，上述检测栅氧化层完整性的方法能够获 得更为准确的测试结果。以下对上述检测栅氧化层完整性的方法的实施方式进行进一步说明。上述实施方式中，为获得最小样本数，需首先确定本次检测的目标显著性水平、目 标失效芯片数以及目标缺陷密度。通常设定显著性水平α =0.05，即置信度为(1-α)Χ% =95%的置信度水平。而对于目标失效芯片数，则通常需考虑测试时选样本的随机因素等， 以下分别以目标失效芯片数f = 0，及f > 0这两种情况为例，详细描述获得相应最小样本 数的过程。应用二项式累积分布函数B(f ;n;pQ)表示被测芯片中有小于或等于f个芯片失 效的概率总和。其中，f即目标失效芯片数，Ptl表示对应于目标缺陷密度Dtl的目标失效 率。则在已知目标置信度或显著性水平(置信度和显著性水平间可通过上述提及的1-α 方便地转换)时，就能根据所述函数B(f ;η;Ρ(ι)来获得相应最小样本数η。其中，Ptl = 1-exp (-D0XAtest)，D0为被测芯片的目标缺陷密度，Atest为被测栅氧化层的面积。函数B (f ；η ；P0)以下述公式表示 若 则可有以下结论有(1-α) X 100%的置信度认为实际失效率小于目标失效率， 即 P < ρ0。对于f = 0，所述函数B可作较大地简化，则有B(f ；η ；P0) = (l-p0)n = [exp (-D0XAtest) ]n = exp (-η X D0 X Atest) ( α。因此，就得到
(8)。 则根据公式⑶，就能够获得在f = 0时，进行斜坡电压测试所需的最小样本数η。考虑到测试中的随机因素，例如由于人为测试失误而导致芯片失效或者样本中混 有过多有缺陷的芯片，若对于每次斜坡电压测试都设定f = 0，可能对于检测要求过于苛 刻。因而可以设定f > 0，则相应地，最小样本数也将不同。可以依据公式(3)和(4)进行推导，以Dtl代替Dua，并以SS表示最小样本数代替 N，有 其中，f为目标失效芯片数，D0为目标缺陷密度，Atest为被测栅氧化层的面积，α 为显著性水平，Fa为目标显著性水平、目标失效芯片数及最小样本数的函数。具体地说，Fa为F分布的上侧α分位函数，其有两个自由度，对应公式(9)，其两 个自由度分别为2(f+l)以及2(SS-f)。Fa的值由a、2(f+l)以及2(SS_f)这三个参数的 值共同决定，其可以通过Excel的公式获得，即Fa [m，n] = FINV (α ；m，n)。因此，根据公式(9)，对于f > 0，在已知目标失效芯片数、目标缺陷密度、被测栅氧 化层的面积以及显著性水平时，就可计算获得最小样本数SS。此外，对于f = 0，根据公式 (9)也能获得与公式⑶相同的最小样本数结果。当获得最小样本数后，就可以大于或等于所述最小样本数的被测芯片样本数，进 行斜坡电压测试。在斜坡电压测试完成后，就可对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评 估。对于以最小样本数进行检测的情况，对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估 可以通过下述两种方法进行方法一参照图3所示，对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估可以包括步骤S301，将斜坡电压测试后，被测芯片的失效数与目标失效数进行比较；步骤S302，判断被测芯片的失效数是否小于或等于目标失效芯片数，若是，则执行 步骤s303 ；若否，则执行步骤s304 ；步骤S303，被测芯片通过斜坡电压测试；步骤S304，被测芯片未通过斜坡电压测试。方法二 参照图4所示，对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估还可以包括步骤S311，根据斜坡电压测试后被测芯片的失效数，获得被测芯片缺陷密度的单 边上置信界限；
步骤S312，将被测芯片缺陷密度的单边上置信界限与目标缺陷密度进行比较；步骤S313，判断被测芯片缺陷密度的单边上置信界限是否小于或等于目标缺陷密 度，若是，则执行步骤s314 ；若否，则执行步骤s315 ；步骤s314，被测芯片通过斜坡电压测试；步骤S315，被测芯片未通过斜坡电压测试。被测芯片缺陷密度的单边上置信界限根据公式(3)、⑷计算获得 其中，f指被测芯片的失效数量，N为被测芯片的样本数，Pucl为被测芯片失效率的 单边上置信界限，Dua为被测芯片缺陷密度的单边上置信界限，α为显著性水平，Fa为目标 显著性水平、被测芯片失效数及被测芯片样本数的函数。上述两种方法中，方法一由于可以直接根据检测结果来判断是否通过斜坡电压测 试，因而相对来说更为经济。而对于以大于最小样本数进行检测的情况，上述方法一能够确定被测芯片通过斜 坡电压测试的情况，但对于未通过斜坡电压测试的情况，并不能完全确定。因此，对于以大 于最小样本数进行检测的情况，提供方法二进行评估。其实施过程已在上文详细说明，此处 就不再重复了。此外需要说明的是，对于目标失效芯片数f = 0的情况，当所采用的样本数小于最 小样本数，而其检测结果显示没有失效芯片时，其在统计上并不能确定通过了斜坡电压测 试。当然，对于检测结果显示有失效芯片时，我们可以确定未通过斜坡电压测试。换言之，对于采用样本数小于最小样本数，而实际检测结果显示没有失效芯片的 情况，我们仍至少需要增加样本数至最小样本数，并在检测新增加的样本后，才能确定测试 结果。然而，这样的方式对于测试从时间上来说就不太经济了。综上所述，本发明检测栅氧化层完整性的方法，以大于或等于根据上述方法获得 的最小样本数进行斜坡电压测试，能够帮助准确判断被测芯片是否通过斜坡电压测试。特 别对于当前被测芯片的随机性较差的情况，上述检测栅氧化层完整性的方法不仅能够获得 更为准确的测试结果，还更为经济。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
一种检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，包括根据目标显著性水平、目标失效芯片数以及目标缺陷密度，获得最小样本数；以大于或等于所述最小样本数的被测芯片样本数，进行斜坡电压测试；对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估。
2.如权利要求1所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，根据目标显著性水 平、目标失效数以及目标缺陷密度，获得最小样本数，包括根据下述公式计算获得最小样本 数 其中 为最小样本数，f 为目标失效芯片数，Dtl为目标缺陷密度，Atest为被测栅氧化层的面积，α为显著性水平，Fa 为目标显著性水平、目标失效芯片数及最小样本数的函数。
3.如权利要求1所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，以最小样本数的被 测芯片样本数，进行斜坡电压测试。
4.如权利要求3所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，对被测芯片是否通 过斜坡电压测试进行评估，包括将斜坡电压测试后被测芯片的失效数与目标失效数进行比较；若被测芯片的失效数小于或等于目标失效芯片数，则被测芯片通过斜坡电压测试；若被测芯片的失效数大于目标失效芯片数，则被测芯片未通过斜坡电压测试。
5.如权利要求3所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，对被测芯片是否通 过斜坡电压测试进行评估，包括根据斜坡电压测试后被测芯片的失效数，获得被测芯片缺陷密度的单边上置信界限； 将被测芯片缺陷密度的单边上置信界限与目标缺陷密度进行比较； 若被测芯片缺陷密度的单边上置信界限小于或等于目标缺陷密度，则被测芯片通过斜 坡电压测试；若被测芯片缺陷密度的单边上置信界限大于目标缺陷密度，则被测芯片未通过斜坡电 压测试。
6.如权利要求1所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，以大于最小样本数 的被测芯片样本数，进行斜坡电压测试。
7.如权利要求6所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，对被测芯片是否通 过斜坡电压测试进行评估，包括根据斜坡电压测试后被测芯片的失效数，获得被测芯片缺陷密度的单边上置信界限； 将被测芯片缺陷密度的单边上置信界限与目标缺陷密度进行比较； 若被测芯片缺陷密度的单边上置信界限小于或等于目标缺陷密度，则被测芯片通过斜 坡电压测试；若被测芯片缺陷密度的单边上置信界限大于目标缺陷密度，则被测芯片未通过斜坡电 压测试。
8.如权利要求5或7所述的检测栅氧化层完整性的方法，其特征在于，根据斜坡电压测 试后被测芯片的失效数，获得被测芯片缺陷密度的单边上置信界限，包括根据下述公式计 算获得被测芯片缺陷密度的单边上置信界限 其中，f指被测芯片的失效数量，N为被测芯片的样本数，ρυα为被测芯片失效率的单边 上置信界限，Dua为被测芯片缺陷密度的单边上置信界限，α为显著性水平，Fa为目标显著 性水平、被测芯片失效数及被测芯片样本数的函数。
全文摘要
一种检测栅氧化层完整性的方法，包括根据目标显著性水平、目标失效数以及目标缺陷密度，获得最小样本数；以大于或等于所述最小样本数的被测芯片样本数，进行斜坡电压测试；对被测芯片是否通过斜坡电压测试进行评估。所述检测栅氧化层完整性的方法能够获得更为经济和准确的测试结果。
文档编号G01N27/92GK101929982SQ20091005349
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者杨斯元, 简维廷 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司