晶圆测试结构的制作方法

本实用新型涉及半导体领域，尤其是涉及一种晶圆测试结构。

背景技术：

集成电路近些年蓬勃发展，其具有体积小、重量轻、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高，随着科技的发展，集成电路具有越来越重要的地位。其采用氧化、光刻、扩散、外延等半导体制造工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶圆或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。

集成电路的制造过程中，工艺条件对产品的质量与性能有着至关重要的影响，因此，在制造中，在各阶段工艺中，会引入各种测试结构，以保证产品的性能稳定。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是提供一种晶圆测试结构，能够监控晶圆生产过程中离子注入工艺的温度条件。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种晶圆测试结构，包括：衬底，掺杂有第一类型的离子；第一栅极，掺杂有所述第一类型的离子；离子注入层，掺杂有第二类型的离子，所述第二类型的离子与所述第一类型的离子掺杂类型相反，所述离子注入层位于所述衬底和所述第一栅极之间；源极、漏极，位于所述离子注入层中。所述衬底、所述源极和所述第一栅极连接低电平，所述漏极连接高电平。

可选的，所述衬底和所述第一栅极具有相同的电位，所述衬底是第二栅极。

可选的，所述源极、所述衬底、所述第一栅极相互电连接。

可选的，所述衬底与所述离子注入层之间形成有第一耗尽区，所述离子注入层与所述第一栅极之间形成有第二耗尽区。

可选的，所述第一类型是P型，所述第二类型是N型。

可选的，所述离子注入层包含重离子注入层和轻离子注入层。

可选的，源极、漏极位于所述轻离子注入层。

可选的，所述漏极上施加有第一电压，第一电压为固定值，所述源极和漏极之间有漏极电流。

可选的，所述漏极电流值为小于等于0.5μA。

可选的，所述源极上施加有第二电压，所述第二电压是逐步变换的。

可选的，所述第二电压为0～-10V，改变量为-0.1V～-0.3V。

可选的，所述离子注入层中注入的离子是锑离子。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下有益效果：本实用新型的测试结构能够有效监控离子注入，尤其是离子高温扩散过程中的温度变化，从而控制离子扩散程度。本实用新型的晶圆测试结构不需要额外增加测试设备，相比于其他测量温度的方法，方便且成本低。

附图说明

图1是本实用新型一实施例一种晶圆测试电路示意图；

图2是本实用新型一实施例一种晶圆测试结构示意图；

图3-图6是本实用新型一实施例晶圆制造工艺步骤示意图。

图7是本实用新型测试数据图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的晶圆测试结构进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

如前文所述，在外延单晶硅层(EIP)制造工艺中，一般会伴随有离子注入工艺，例如掩埋层离子注入，掩埋层离子注入后需经过高温扩散(drive in)，为了测量离子注入或离子扩散工艺中的温度，本申请发明人提出以下晶圆测试结构。

请参照图1和图2，图1是晶圆测试结构电路示意图，图2是晶圆测试结构示意图，包括：衬底101，掺杂有第一类型的离子；第一栅极103，也掺杂有第一类型的离子；衬底101和第一栅极103之间设置有离子注入层102，离子注入层102掺杂有第二类型的离子，第二类型的离子与第一类型的离子掺杂类型相反，例如，第一类型的离子掺杂类型是P型，第二类型的离子掺杂类型是N型，P型掺杂可以是掺杂硼、铝等离子，N型掺杂可以是掺杂磷、砷等离子；衬底101与离子注入层102之间形成有第一耗尽区105，第一栅极103与离子注入层102之间形成有第二耗尽区104。可选地，离子注入层102包含重掺杂离子注入层和轻离子注入层，重掺杂离子注入层的掺杂浓度小于轻掺杂离子注入层，重掺杂离子注入层形成后，需要高温扩散，其中温度对离子扩散程度有重要影响。离子注入层102中设置有源极106、漏极107，源极106和漏极107分别位于第一栅极103的两侧，可选地，源极106和漏极107设置在轻掺杂离子注入层。所述衬底101、所述源极106和所述第一栅极103连接低电平，所述漏极107连接高电平。可选地，所述衬底101和所述第一栅极103具有相同的电位，此时，实际上衬底101同样相当于栅极的作用，作为本结构中的第二栅极。可选地，源极106、衬底101、第一栅极103相互电连接，具有相同的电位。此时晶体管处于反接状态，具有反偏电压。可选地，在漏极107上施加第一电压，第一电压为固定值；此时源极106和漏极107之间具有电压差，从而被导通，可以侦测到漏极电流。第一栅极103、源极106上施加一第二电压，第二电压是逐步变换的电压，使得漏极电流达到一基准电流值，以达到晶体管截止状态，具体的，在漏极电流小于等于0.5μA时，我们认为晶体管处于截止状态，此时源极106和漏极107之间的电压即为为截止电压。当然，也可以通过其他方式向源极106和漏极107之间施加电压，只要能达到源极106和漏极107之间具有电压差，都在本实用新型的思想之内。

申请人通过研究发现，截止电压值的大小与离子注入温度或离子扩散温度具有正相关的关系，也就是说，温度越高，截止电压值越大；温度越低，截止电压值越小，通过这样的关系，测量截止电压，就能有效推断出离子注入温度，从而控制离子注入时的温度，或者控制离子高温扩散的程度，由于在实际生产中，电压可以通过机器直接读出，不需要额外增加测试设备，相比于其他测量温度的方法，方便且成本低。本实用新型测试结构的原理主要是：在形成离子注入层102时，会在离子注入层102与衬底101相接触处形成第一耗尽区105，并且第一耗尽区105的范围大小与温度有着直接的关联，具体是当温度升高，第一耗尽区105向着衬底101方向扩散，也就是远离晶圆表面的方向扩散。离子注入层102与第一栅极103之间形成有第二耗尽区104，当温度升高时，第一耗尽区105与第二耗尽区104的距离增大，需要更高的电压才能导通晶体管，因此相应的截止电压就更高；同理，当温度降低，第一耗尽区105与第二耗尽区之间的距离变小，对应的截止电压也小。因此，能够获悉，通过对截止电压进行检测，便可判断出离子注入温度、扩散温度是否符合标准，于是也就能够提前判断出制备的晶圆产品是否异常。

能够理解的是，在进行判断截止电压的大小时，可选地，可以设置先测量一个基准值，对于相同或相似的产品，都可以够作为基准(Baseline)。也可以以同一晶体管，多次测量的结果互相为基准相互比较。

图3-图6描述了本实用新型的晶圆结构制造过程，首先在衬底101上方设置外延单晶硅层108，衬底101和外延单晶硅层108都可以是P型掺杂.随后在外延单晶硅层108与衬底101之间进行离子注入，形成重掺杂离子注入层102a，也就是掩埋层离子注入(BLN-IMP)。可选地，注入的离子是N型离子，例如注入锑离子。此时在重掺杂离子注入层102a与衬底101之间形成第一耗尽层105。随后对注入的离子进行高温扩散(drive in)，使得重掺杂离子注入层102a中的离子向两侧扩散(如图5所示)，在此过程中，温度对于离子扩散的程度有重要影响，本实用新型的测试结构能够有效监控该过程中的温度变化，从而控制离子扩散程度。接下来向外延单晶硅层108中注入N型掺杂离子，形成一个轻掺杂离子注入层102b，也就是N阱(N well)，所述轻掺杂离子注入层102b与重掺杂离子注入层102a同样是N型掺杂，其中轻掺杂离子注入层102b的离子掺杂浓度小于重掺杂离子注入层102a。在N阱上方，靠近晶圆表面处注入P型掺杂离子，形成第一栅极。重掺杂离子注入层102a与轻掺杂离子注入层102b统称为离子注入层102。离子注入层102与第一栅极103之间形成第二耗尽区104。在实际工艺中，源极106和漏极107不需要额外的制造工艺，仅将轻掺杂离子注入层(即N阱)的两端通过引线连接出去即可。

进一步的，为了验证本实用新型的结构的有效性，发明人进行了如下检测实验。(a)组设置1150℃的离子扩散温度，(b)组设置1120℃离子扩散温度，分别进行多次器件的形成，之后检测截止电压，如图7所示，每个圆点代表一个采样，对这两种温度下，发现对于离子扩散温度高的产品，截止电压高，即对于温度在1150℃的离子扩散，其所对应的产品的截止电压的均值为15(标准差STD为0.266)，而对于温度在1120℃的离子扩散，其对于的产品的截止电压的均值为14.6(标准差STD为0.321)，并且标准差STD皆较小，表明测得的截止电压的均值可靠。由此证明了本实用新型检测结构和检测方法的真实性和可靠性，也证明了本实用新型的结构测试原理的正确性。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。