专利名称：通过测量隧穿电场来快速评价sonos可靠性的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种通过测量隧穿电场来快速评价SONOS 可靠性的方法。
背景技术：
SONOS (Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon,娃-氧化物-氮化物-氧化物-多晶硅)闪存器件，由于具备良好的等比例缩小特性和抗辐照特性，已经成为了目前主要的闪存类型之一。但SONOS闪存器件在应用上还面临着许多问题，其中，可靠性相关的问题主要有两个一是Endurance (电擦写持久力)特性，就是衡量SONOS器件在多次编程/ 擦除之后，器件特性方面可能的退化；二是DataRetention (数据保持力)特性，就是衡量 SONOS器件在没有外加电源情况下的数据保存能力。目前，业界对SONOS的数据保持力特性的评价，普遍是在产品完成所有作业后进行的，方法是在诸如85°C的温度下烘烤SONOS器件，测量烘烤不同时间段(例如1，5，……， 168小时，5个时间点)的Vtp-Vte窗口(VtpS写入状态电子电压，Vte为擦除状态空穴电压)， 然后对时间按秒取对数，以时间的对数值为X轴，Vtp-Vte窗口为Y轴，进行线性递推，例如推至10年时间，判断此时的Vtp-Vte窗口是否满足产品设计所要求的最小可识别操作电压窗口。这种方法的缺点是耗时长，通常需要168小时才能完成评价，这给批量测试的应用带来了困难。实践中，常采用提高烘烤温度的方法来缩短评价的时间，例如，器件在85°C下需要烘烤168小时，其Vtp-Vte才能用于表征器件在常态下使用10年时的特性，而根据温度可靠性温度变换公式AF = exp[(Ea/k) X (l/Tu-1/Ta)]，其中，AF为加速因子，Ea为激活能，k 为玻尔兹曼常数(8. 6X10e-5eV/K)，Tu为常态下的绝对温度，Ta为加速状态下的绝对温度，可以换算出，在250°C下，只需要烘烤11小时，其Vtp-Vte就可以表征器件在常态下使用 10年时的特性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过测量隧穿电场来快速评价SONOS可靠性的方法，它简单、快速，并可用于批量测试。为解决上述技术问题，本发明的通过测量隧穿电场来快速评价SONOS可靠性的方法，包括以下步骤I)测量SONOS的操作电压窗口与隧穿电场窗口的相关性参数；2)在待测SONOS完成ONO成膜后，测量该ONO膜的正、负隧穿电场，并计算出隧穿电场窗口 ；3)根据步骤2)的隧穿电场窗口和所述相关性参数，推导出该待测SONOS的操作电
压窗口 ；4)根据步骤3)的操作电压窗口，评价该待测SONOS的数据保持力特性。
所述步骤I)，进一步包括以下步骤11)测量多个SONOS样品ONO膜的正、负隧穿电场，并计算出各样品的隧穿电场窗 Π ；12)高温烘烤SONOS样品后，测量各样品的写入状态电子电压和擦除状态空穴电压，并计算出各样品的操作电压窗口 ；13)对上述计算得到的窗口数据做线性拟合，获得操作电压窗口与隧穿电场窗口的相关性参数。所述正、负隧穿电场的测量，包括以下步骤a)测出ONO膜的电学厚度；b)利用Quantox，在ONO膜表面不断积累正电荷，并测量膜的表面电势，结合ONO 膜的厚度，计算出正隧穿电场；c)利用Quantox，在ONO膜表面不断积累负电荷，并测量膜的表面电势，结合ONO 膜的厚度，计算出负隧穿电场。本发明利用SONOS器件的电子/空穴逃逸机理与隧穿电场的测量方法相对应的机理，在完成ONO成膜后，就立刻通过测量ONO膜的正、负隧穿电场，对SONOS器件的Data Retention进行评价，而非传统的在产品做成后再进行，从而突破了传统的可靠性评价方法，简化了评价的工艺流程，大幅缩短了评价所需要的时间，并能够实现批量测试。
图I是SONOS器件的电子逃逸机理示意图；图2是用Quantox测试ONO膜的表面电势的原理示意图；图3是图2的测试结果示意图，即ONO膜的表面电势与膜表面所加电荷的关系图；图4是本发明实施例中，SONOS器件的操作电压窗口与隧穿电场窗口之间的线性关系图。
具体实施例方式为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图和实施例，详述如下SONOS器件的电子/空穴逃逸的机理主要分为两部分温度相关项和时间相关项， 其中，对SONOS器件的Data Retention影响较大的部分主要是一些时间相关的项，即与隧穿相关的项目，如图I所示，包括讲至能带隧穿(trap-to-bandtunneling, T_B),讲至讲隧穿(trap-to-trap tunneling, T—T),倉泛带至讲險穿(band to-trap tunneling, B-T) 隧穿电场可以用Quantox (氧化薄膜电学参数即时测量技术)进行测量，测量原理是，Quantox使用电晕放电，将电荷放置在0N0膜及Kelvin探针上，以检测0N0膜的表面电势^，从图2中可以看出，表面电势Vs = VM+WSi+VtMp+VSi()N，其中，Vm为隧穿氧化层电势； ψ5 为硅基底的表面电势；vtrap+vsiw为多晶硅-阻挡氧化层-氮化硅层(SiON)的电势，是由隧穿电流所建立的内部电场。可见，用Quantox测出的隧穿电场，正好可以覆盖前述所有隧穿发生所需的电场和。当各层膜发生完全隧穿后，表面电势Vs将不再随0N0膜表面所积累的电荷量而发生变化，如图3所示，此时的表面电势Vs即为隧穿电势Vtun，而隧穿电场Etun则可利用下列公式计算得到
权利要求
1.一种通过测量隧穿电场来快速评价SONOS可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤1)测量SONOS的操作电压窗口与隧穿电场窗口的相关性参数；2)在待测SONOS完成ONO成膜后，测量该ONO膜的正、负隧穿电场，并计算出隧穿电场窗口 ；3)根据步骤2)的隧穿电场窗口和所述相关性参数，推导出该待测SONOS的操作电压窗Π ；4)根据步骤3)的操作电压窗口，评价该待测SONOS的数据保持力特性。
2.如权利要求I所述的评价SONOS可靠性的方法，其特征在于，所述步骤I)，进一步包括以下步骤11)测量多个SONOS样品ONO膜的正、负隧穿电场，并计算出各样品的隧穿电场窗口；12)高温烘烤SONOS样品后，测量各样品的写入状态电子电压和擦除状态空穴电压，并计算出各样品的操作电压窗口；13)对上述计算得到的窗口数据做线性拟合，获得操作电压窗口与隧穿电场窗口的相关性参数。
3.如权利要求I或2所述的评价SONOS可靠性的方法，其特征在于，所述正、负隧穿电场的测量，包括以下步骤a)测出ONO膜的电学厚度；b)利用Quantox，在ONO膜表面不断积累正电荷，并测量膜的表面电势，结合ONO膜的厚度，计算出正隧穿电场；c)利用Quantox，在ONO膜表面不断积累负电荷，并测量膜的表面电势，结合ONO膜的厚度，计算出负隧穿电场。
4.如权利要求3所述的评价SONOS可靠性的方法，其特征在于0N0膜表面所加的电荷范围为-15e-06 15e-06C/cm2。
5.如权利要求2所述的评价SONOS可靠性的方法，其特征在于步骤12)中，所述高温烘烤是在250°C下烘烤11小时。
6.如权利要求2所述的评价SONOS可靠性的方法，其特征在于步骤13)中，所述线性拟合为直线拟合，所述相关性参数为操作电压窗口与隧穿电场窗口的比值。
全文摘要
本发明公开了一种通过测量隧穿电场来快速评价SONOS可靠性的方法，包括步骤测量SONOS的操作电压窗口和隧穿电场窗口的相关性参数；在待测SONOS完成ONO成膜后，测量其隧穿电场窗口；根据待测SONOS的隧穿电场窗口和相关性参数，推导出待测SONOS的操作电压窗口；根据待测SONOS的操作电压窗口，评价该待测SONOS的数据保持力特性。该方法利用SONOS器件的电子/空穴逃逸机理与隧穿电场的测量方法相对应的原理，通过测量ONO膜的正、负隧穿电场，判断SONOS器件的数据保持力特性，从而简化了可靠性评价的工艺流程，缩短了评价的时间，并有助于实现批量测试。
文档编号G01R29/12GK102610538SQ20111002632
公开日2012年7月25日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者姚毅, 孙勤, 缪燕 申请人:上海华虹Nec电子有限公司