专利名称：一种栅极氧化层测试结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种栅极氧化层的测试结构，尤其是一种有源区边界加强性栅极氧化层测试结构。
背景技术：
随着超大规模集成电路晶体管集成度的迅速提高，MOS管的栅极氧化层厚度也越来越薄。在栅氧变薄的同时，电源电压却不宜降低，在较高的电场强度下，势必使栅氧的性能成为一个突出的问题。栅氧抗电性能不好将引起MOS器件电参数不稳定，如:阈值电压漂移、跨导下降、漏电流增加等，进一步引起栅氧的击穿，导致器件的失效，使整个集成电路陷入瘫痪。因此，有关栅氧可靠性能的测试逐渐成为最为重要的课题之一。目前业界对于栅氧化层可靠性测试的结构主要有3种，一种是栅氧化层面积加强型(area intensive)，以栅氧化层的测试面积作为一个衡量点；一种是有源区边界加强型(field edge intensive),是以有源区的边界长度作为一个衡量点；还有一种是多晶栅娃边界加强型(poly edge intensive),是以多晶娃的边界长度作为一个衡量点。如图1所示，图1是现有的一种普通体硅晶圆的有源区加强型栅氧化层测试结构剖面图。在这种结构中，两个STI (浅沟槽隔离)102之间的就是有源区101，这些有源区101经过炉管后，在其表面就会长出栅氧化层103，之后多晶硅(poly) 104会覆盖在上面，形成一个有多晶硅-栅氧化层-体硅，这样一个类似“三明治”结构的电容，栅氧化层103的上，下极板分别是多晶硅104及体硅100。所有栅氧化层103的下极板都是导通的，通过P+有源区105引出。空心箭头所标记的就是有源区101和STI102的交界处，即栅氧有源区边界加强型测试结构中，需要可靠性测试验证的部位。由此可见，在普通体硅晶圆中，这样一个有源区边界加强型结构单元中，可以有众多的测试部位，从而在一定的沟道宽度下，即可以实现较长的总有源区边界长度。总长度L =单个沟道宽度*重复的有源区的个数*2 (两条边)。请参见图2，图2是利用图1中有源区边界加强型测试结构放在衬底绝缘硅晶圆上的剖面图。此时，两个STI102之间的有源区101，被衬底绝缘硅的埋氧层100’及STI102包围，而形成为一个完全封闭的区域，造成悬空。原先通过P+有源区105引出的衬底端，无法使所有的STI102之间的有源区101处于相同的电位上。由此可见，如空心箭头所标记的，可靠性测试验证的有源区101和STI102的交界处就大大减少。这样一来，有源区边界总长度就只等于单个沟道宽度。在这样的结构中，如果要使有源区边界总长度增大，只能通过提高沟道宽度来实现。可是，如果要达到和普通体硅晶圆相当的有源区边界总长度，可靠性测试在晶圆上所需要占有的面积就非常巨大了。显然，用这种结构是无法达到在较高的信心度情况下监控栅氧化层有源区边界加强型可靠性的目的。当然，我们也可以通过增加测试的样品总数量来提高信心度，可是目前为了达到这样的目的，无非就只是通过增加测试结构的面积，或者增加测试晶圆的数量来实现。这种以提高测试成本来换取高信心度的可靠性数据的方式是不可取的。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种用于有源区边界加强型的栅氧测试结构，该测试结构可以提高单个测试样本的有效有源区边界长度，从而保证测试结果的信心度。为实现上述目的，本发明提供一种栅极氧化层测试结构，包括多个测试单元，所述每个测试单元包括有源区、氧化层和多晶硅层，所述有源区包括:至少一个第一有源区，该第一有源区为“T”结构，其中，该“T”结构水平部分的两端部为漏、源区，剩余部分为栅区；第二有源区，与上述“T”字结构的垂直部分相连，该第二有源区为衬底；所述多晶硅层位于有源区之上，该多晶硅层为“凸”结构，其中该“凸”结构的突出部分覆盖在栅区上，该“凸”结构的底座部分为中空结构，包围并露出上述第二有源区；所述氧化层位于有源区和多晶硅层之间，其中多晶硅层与栅区水平部分交叠的上下边界以及与栅区垂直部分交叠的左右边界共同组成该氧化层的有源区边界。可选的，所述有源区进一步包括多个第一有源区，该多个第一有源区分别通过“T”结构的垂直部分连接于第二有源区上。可选的，所述多晶硅层为具有多个突出部分的“凸”结构，该突出部分的数量对应上述第一有源区的数量，其中，该些多个突出部分分别覆盖于对应的第一有源区的栅区部分，该底座部分包围并露出第二有源区。可选的，所述有源区进一步包括多个第一有源区，该多个第一有源区的水平部分通过垂直部分形成并联结构，该并联结构的尾端连接在第二有源区上。可选的，所述多晶硅层的突出部分的长度大于上述并联结构的长度，使得该突出部分覆盖该多个第一有源区的栅极区。可选的，所述多晶硅层与栅区水平部分交叠的左右边界以及与栅区垂直部分交叠的水平边界共同组成该氧化层的多晶硅区边界，其中该氧化层的有源区边界与该氧化层的多晶硅区边界的比例大于18: I。可选的，所述多晶硅层与栅区水平部分交叠的左右边界以及与栅区垂直部分交叠的水平边界共同组成该氧化层的多晶硅区边界，其中该氧化层的有源区边界与该氧化层的多晶硅区边界的比例为19:1。可选的，所述第一有源区的水平部分与第二有源区之间设有浅沟槽隔离区。通过在上述的测试结构中，设置具有“T”结构的第一有源区和第二有源区相连，增加了有效的有源区边界，进一步地，增加第一有源区的个数，同时使这些第一有源区保持并联结构时，可以使得有效的有源区边界成倍数增长，从而实现了在不增加测试面积及测试样品数量的情况下，使测试结果具有较高的可信度。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有的一种普通体硅晶圆的有源区加强型栅氧化层测试结构剖面图。
图2是利用图1中有源区边界加强型测试结构放在衬底绝缘硅晶圆上的剖面图。图3A-3C为本发明第一实施例所提供的栅极氧化层测试结构俯视图。图4是本发明的第二实施例的栅氧测试结构俯视图。图5是本发明的第三实施例的栅氧测试结构俯视图。图6是本发明的第四实施例的栅氧测试结构俯视图。图7是本发明的第五实施例的栅氧测试结构俯视图。图8是本发明的第六实施例的栅氧测试结构俯视图。
具体实施例方式正如背景技术部分所述，将现有的有源区边界加强型栅氧测试结构放到衬底绝缘硅上之后，由于有源区被STI和衬底绝缘硅悬空，使能够用于测试栅氧可靠度的有源区边界大大减少，导致测试结果不足以反映真实情况，即测试信心度不高。针对这一情况，本发明提出了一种用于有源区边界加强型的栅氧测试结构，该测试结构可以提高单个测试样本的有效有源区边界长度，从而保证测试结果的信心度。下面结合附图详细描述本发明所提供的栅氧测试结构。参考图3A-3C，图3A-3C为本发明第一实施例所提供的栅极氧化层测试结构俯视图。为便于理解，图3A和图3B分别是图3C中有源区和多晶硅层的分解图。如图所示，有源区200包括第一有源区210和第二有源区220。其中第一有源区210为“T”结构，包括水平部分211和垂直部分212，第二有源区通过垂直部分212与第一有源区210相连。其中水平部分211与第二有源区220之间设有浅沟槽隔离区203。多晶硅层230为“凸”结构，包括突出部分231和底座部分232，其中底座部分232
为一中空结构。当多晶硅层230覆盖到有源区200上后，第一有源区210被区分成漏区213、源区214以及栅区215，其中漏区213和源区214位于水平部分211两端未被多晶硅层230覆盖到的地方，栅区215则被多晶硅层230的突出部分231覆盖。同时多晶硅层230的底座部分232包围并露出第二有源区220。氧化层则位于多晶硅层230和有源区220之间(图中未示出)。具体测试时，将多晶硅层230作为栅极，对其施加一个阶跃电压。将第二有源区220作为衬底，对其接地。由于第一有源区和第二有源区相互导通，所以此时栅区215和第二有源区220的电位相等。根据栅氧边界的定义，有效的有源区边界为多晶硅层230与栅区215水平部分交叠的上边界241、两条下边界242以及与栅区215垂直部分交叠的左右两条边界243共同组成，而有效的多晶硅区边界为多晶硅层230与栅区215水平部分交叠的两条左右边界244以及与栅区215垂直部分交叠的水平边界245共同组成。通过改变第一有源区210的长宽尺寸，可以得到适当的有源区边界长度。通常使有源区的边界长度占整个栅氧边界的90%以上，SP有源区边界长度:多晶硅区边界长度> 18: 1，以减少多晶硅区边界对测试结果的影响。优选地，使有源区边界长度:多晶硅区边界长度=19: 1，可以得到比较准确的测试结果。请参见图4，图4是本发明第二实施例的栅氧测试结构俯视图。如图所示，在该实施例中，有源区包含两个第一有源区300及300’。这两个第一有源区分别通过各自的垂直部分连接在第二有源区320上，形成一个“王”结构。多晶硅层330上有两个突出部分331及331’，分别对应第一有源区300及300’。该两个突出部分分别位于底座部分332的两侧，形成一个“中”结构。在本实施例中，多晶硅层330覆盖产生两个栅区315、315’，在测试时，这两个栅区315、315’的电位都与第二有源区320相等，因此栅氧有源区长度也扩展成第一实施例中的2倍，进一步加大了有源区的有效长度。请参见图5，图5是本发明的第三实施例的栅氧测试结构俯视图。本实施例是在实施例二的基础上，将第一有源区数量增加到四个，该四个第一有源区401、402、403、404分别连接在第二有源区420的四个侧边上。同时，多晶硅层430的突出部分作相应的变化，使得多晶硅层的突出部分分别覆盖至对应的栅区部分，且其底座部分431依然包围并露出第二有源区420。这样一来，栅氧的有源区边界长度就扩展成了原来的4倍。请参见图6，图6是本发明的第四实施例的栅氧测试结构俯视图。在本实施例中，两个第一有源区601、602可以设置于第二有源区620的同一侧上，此时多晶硅层630也有两个位于同一侧的突出部分631、631’。同样，本实施例不局限于两个的情况，可以进一步变化成多个第一有源区。请参见图7，图7是本发明的第五实施例的栅氧测试结构俯视图。如图所示，在本实施例中，有源区700进一步包括多个第一有源区，该多个第一有源区的水平部分通过垂直部分形成并联结构，该并联结构的尾端连接在第二有源区上。此时，多晶硅层730的突出部分731具有一定的长度，该长度大于上述多个第一有源区形成的并联结构的长度，使得该突出部分731能够覆盖该多个第一有源区的栅极区。请参见图8，图8是本发明的第六实施例的栅氧测试结构的俯视图。如图所示，在本实施例中，衬底80上具有多个栅氧测试结构81，该多个测试结构81可以是上述各个实施例中的任意一种。所述多个测试结构81通过重复地规则排列，密布在衬底80上。其中相邻的两个测试结构之间，通过单个测试结构中的第一有源区的垂直部分连接，使所有的测试结构形成并联关系，进一步增大了测试所需采样的有源区边界长度，提高了测试结果的可信度。请再参见图2，对于现有的栅极氧化层测试结构来说，由于各个有源区都被STI隔离和底部的绝缘体硅包围，因此有源区和有源区之间都被完全隔离，造成在进行栅极氧化层测试时，只有与作为衬底引出线相连的有源区，其边界才是有效测试的结构，而其他有源区的边界都没有被测试到。这样一来，如果在这些未被测试到的结构上出现杂质或者其他缺陷，也就没有办法被有效的检测到。而本发明的栅极氧化层测试结构，则是在这些STI中间开出一条通道，就像桥梁一样把各个有源区都并联起来。这座桥梁就是各个第一有源区的垂直部分。有了这些桥梁，不仅可以使得各个横向有源区都能与衬底保持在同一电位上(通常为接地电压)，还可以增加有效的有源区边界，使有源区边界增加为原来的多倍。这样一来，在栅极多晶硅层上的施加的测试电压，能够确保对所有有源区上的栅极氧化层都具有相同的测试效果。即如果测试结果表明栅极氧化层的击穿电压确实在标准值之上的，那么全部的栅极氧化层的完整性是没问题的，而一旦有哪个部位出现缺陷，则击穿电压势必偏小，再配合其他的检测手段，确认出击穿的具体部位，并以此判断栅极氧化层出现的问题，从而对制作工艺进行改良后克服这些缺陷问题，提高整个半导体器件的可靠性。具体地制作该种栅极氧化层测试结构的方法，则是在普通的STI技术上，在进行沟槽刻蚀的时候，利用光罩，将沟槽制作成具有“中间桥梁”的结构。即保留桥梁区域的有源区，使其成为连接相邻两个横向有源区的垂直有源区，然后再在有源区上方沉积栅极氧化层和栅极多晶硅层，实现本发明的栅极氧化层测试结构。综上所述，本发明提出了一种栅极氧化层的测试结构。该栅氧测试结构是通过设置具有“T”结构的第一有源区和第二有源区相连，增加了有效的有源区边界。与现有技术相比，本发明的栅极氧化层测试结构在作测试时具有如下的特点:第一:对于单个测试单元来说，有效的有源区边界完全视第一有源区的个数和第一有源区的具体尺寸而定，即如果需要让测试结果建立在一个高信心度的前提下，则可以通过增加第一有源区的并联个数，同时通过计算，设计第一有源区的长、宽比例，使有源区边界和栅极多晶硅边界的比例尽量提高。从而等效的相当于获得一个较大范围的测试样本，提高测试信心度。第二:对于整个衬底来说，由于上面的测试单元较多，如果对所有的测试单元都进行测试，则测试花费的时间成本较大。而本发明则可以将每个测试单元的有源区通过垂直部分的桥梁功能，形成一个大的并联结构，这样只需在一个测试单元上施加栅极测试电压和衬底接地电压，就能实现对所有测试单元的统一测试，在测试有效有源区边界增加的同时，也提高了测试效率。另外由于各个测试单元形成了并联结构，使得整体测试的电阻变小，更加有利于测试结果的精确性。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种栅极氧化层测试结构，包括多个测试单元，所述每个测试单元包括有源区、氧化层和多晶硅层，其特征在于: 所述有源区包括: 至少一个第一有源区，该第一有源区为“T”结构，其中，该“T”结构水平部分的两端部为漏、源区，剩余部分为栅区； 第二有源区，与上述“T”字结构的垂直部分相连，该第二有源区为衬底； 所述多晶硅层位于有源区之上，该多晶硅层为“凸”结构，其中该“凸”结构的突出部分覆盖在栅区上，该“凸”结构的底座部分为中空结构，包围并露出上述第二有源区； 所述氧化层位于有源区和多晶硅层之间，其中多晶硅层与栅区水平部分交叠的上下边界以及与栅区垂直部分交叠的左右边界共同组成该氧化层的有源区边界。
2.按权利要求1所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述有源区进一步包括多个第一有源区，该多个第一有源区分别通过“T”结构的垂直部分连接于第二有源区上。
3.按权利要求2所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述多晶硅层为具有多个突出部分的“凸”结构，该突出部分的数量对应上述第一有源区的数量，其中，该多个突出部分分别覆盖于对应的第一有源区的栅区部分，该底座部分包围并露出第二有源区。
4.按权利要求1所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述有源区进一步包括多个第一有源区，该多个第一有源区的水平部分通过垂直部分形成并联结构，该并联结构的尾端连接在第二有源区上。
5.按权利要求4所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述多晶硅层的突出部分的长度大于上述并联结构的长度，使得该突出部分覆盖该多个第一有源区的栅极区。
6.按权利要求1所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述多晶硅层与栅区水平部分交叠的左右边界以及与栅区垂直部分交叠的水平边界共同组成该氧化层的多晶硅区边界，其中该氧化层的有源区边界与该氧化层的多晶硅区边界的比例大于18: I。
7.按权利要求1所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述多晶硅层与栅区水平部分交叠的左右边界以及与栅区垂直部分交叠的水平边界共同组成该氧化层的多晶硅区边界，其中该氧化层的有源区边界与该氧化层的多晶硅区边界的比例为19: I。
8.按权利要求1所述的栅极氧化层测试结构，其特征在于:所述第一有源区的水平部分与第二有源区之间设有浅沟槽隔离区。
全文摘要
本发明是一种栅极氧化层的测试结构。该栅极氧化层测试结构包括多个测试单元，所述每个测试单元包括有源区、氧化层和多晶硅层，所述有源区包括第一有源区和第二有源区，通过设置具有“T”结构的第一有源区，和第二有源区相连，增加了有效的有源区边界，进一步地，增加第一有源区的个数，同时使这些第一有源区保持并联结构时，可以使得有效的有源区边界成倍数增长，从而实现了在不增加测试面积及测试样品数量的情况下，使测试结果具有较高的可信度。
文档编号H01L23/544GK103094253SQ201110348660
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者张瑜劼, 宋永梁 申请人:无锡华润上华科技有限公司