专利名称：数字坐标轴及栅氧化膜可靠性测试方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种数字坐标轴；本发明还涉及一种栅氧化膜可靠性测试方法。
背景技术：
栅氧化膜可靠性测试(gate oxide reliability evaluation)是半导体工艺中常用的栅氧化膜质量监控方法，它可以用于测量半导体中的栅氧化膜的本征缺陷如固定电荷和工艺中所产生的表征缺陷如表面陷阱缺陷。栅氧化膜可靠性测试必须在一种特定设计的测试结构上实施，测试结构在设计时模拟了栅氧化膜在真实电路中的三种结构，即为块状结构(Bulk)，栅边缘结构(Gate Edge)，沟渠隔绝边缘结构(STI Edge)。栅氧化膜可靠性测试时在连接栅端的焊盘一(PADl)加电压、在连接到衬底的焊盘二(PAD》接地，由于栅氧化膜本征缺陷和表征缺陷的作用，栅氧化膜会在一定的电压下击穿，击穿时的电压即为击穿电压(break down voltage) 0对击穿后的栅氧化膜能通过微光显微镜(Emission Microscope, EMMI)的分析手段找出电压击穿点，即电压击穿时，在电压击穿点处形成一发光点，通过侦测所述发光点来确定所述电压击穿点。其中，EMMI是当前半导体器件失效分析的一种常用手段，其基本原理是利用电学激励的方式，使半导体材料发光(源于电子空穴复合等机理)，随后通过专用的相机，如CCD相机，将发光捕捉，并重叠在相应的半导体芯片的图片上，从而确认芯片的发光位置，而发光位置往往就是存在缺陷及漏电流的位置。但是现有栅氧化膜可靠性测试只能模糊记录击穿位置即不能准确定位，对随后的聚焦粒子束电子显微镜(Focused Ion Beam，FIB)的定位切割产生很大不便之处，因为缺少可以作为记录的参照物或者坐标，使得在FIB中准确定位到这个电压击穿点变得非常困难。其中，FIB 是利用聚焦后的镓正离子束作为入射粒子(或叫一次离子)撞击样品表面，通过收集二次电子成像，又由于镓离子的原子量大，加速后动能大，所以有很好的溅射刻蚀功能，FIB常见用途有断面精细切割、成像(包括电压衬度像)、透射电镜制样、线路修复等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种数字坐标轴，能为栅氧化膜可靠性测试中的测试结构的所有位置提供精确的坐标位置，能对测试过程中电压击穿点进行准确定位、 能提高失效分析的成功率。本发明还要提供一种栅氧化膜可靠性测试方法。为解决上述技术问题，本发明提供的数字坐标轴，在硅衬底上形成有测试结构，所述测试结构由依次形成于所述硅衬底上的栅氧化膜和多晶硅栅组成；所述数字坐标轴由形成于所述硅衬底上的栅氧化膜上的多晶硅图案组成；所述数字坐标轴位于所述测试结构的周围，所述数字坐标轴包括互相垂直的水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴，所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的长度分别大于所述测试结构的长度和宽带、满足能够对所述测试结构的所有点进行定位。进一步的改进是，形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的所述多晶硅图案由多个多晶硅条形组成，各多晶硅条形沿着短边方向呈直线排列，每一个所述多晶硅条形都标记一个坐标位置，各所述多晶硅条形的短边宽度都相等、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距相等，各所述多晶硅条形的长边长度分为第一尺寸和第二尺寸且第一尺寸大于第二尺寸，在每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着数量相同多个所述第二尺寸的多晶硅条形，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间的间距比每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距大一个数量级；在各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成有多晶硅数字标示图案，所述多晶硅数字标示图案标示对应的所述第一尺寸的多晶硅条形的位置坐标，通过所述多晶硅数字标示图案、各所述多晶硅条形形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的坐标刻度。进一步的改进是，各所述多晶硅条形的短边宽度都为2. 5微米、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距都为5微米，所述第一尺寸的值为10微米、所述第二尺寸的值为7 微米，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着19个所述第二尺寸的多晶硅条形、每两个所述第一尺寸的多晶硅条形的间距为100微米，各多晶硅数字标示图案为0或100的倍数。进一步的改进是，所述测试结构和所述数字坐标轴制作在同一层光罩中。为解决上述技术问题，本发明提供的栅氧化膜可靠性测试方法，包括如下步骤步骤一、在硅衬底上形成测试结构和数字坐标轴；所述测试结构由依次形成于所述硅衬底上的栅氧化膜和多晶硅栅组成；所述数字坐标轴由形成于所述硅衬底上的栅氧化膜上的多晶硅图案组成；所述数字坐标轴位于所述测试结构的周围，所述数字坐标轴包括互相垂直的水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴，所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的长度分别大于所述测试结构的长度和宽带、满足能够对所述测试结构的所有点进行定位；步骤二、对所述测试结构进行微光显微镜测试；当所述栅氧化膜中存在电压击穿点时，所述微光显微镜会在所述电压击穿点处测试到发光点，通过所述数字坐标轴记录所述发光点位置；步骤三、按照所记录的所述发光点位置进行聚焦粒子束电子显微镜测试。进一步的改进是，形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的所述多晶硅图案由多个多晶硅条形组成，各多晶硅条形沿着短边方向呈直线排列，每一个所述多晶硅条形都标记一个坐标位置，各所述多晶硅条形的短边宽度都相等、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距相等，各所述多晶硅条形的长边长度分为第一尺寸和第二尺寸且第一尺寸大于第二尺寸，在每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着数量相同多个所述第二尺寸的多晶硅条形，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间的间距比每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距大一个数量级；在各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成有多晶硅数字标示图案，所述多晶硅数字标示图案标示对应的所述第一尺寸的多晶硅条形的位置坐标，通过所述多晶硅数字标示图案、各所述多晶硅条形形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的坐标刻度。进一步的改进是，各所述多晶硅条形的短边宽度都为2. 5微米、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距都为5微米，所述第一尺寸的值为10微米、所述第二尺寸的值为7 微米，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着19个所述第二尺寸的多晶硅条形、每两个所述第一尺寸的多晶硅条形的间距为100微米，各多晶硅数字标示图案为0或100的倍数。进一步的改进是，所述测试结构和所述数字坐标轴制作在同一层光罩中。本发明数字坐标轴能为栅氧化膜可靠性测试中的测试结构的所有位置提供精确的坐标位置，能为栅氧化膜可靠性测试方法的EMMI测试中的发光点进行精确的定位并数字化记录下栅氧化膜的电压击穿点即发光点的坐标，为随后的FIB切割定位提供了准确的位置，从而能大大提高失效分析的成功率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图IA是本发明实施例一数字坐标轴的结构俯视示意图；图IB是本发明实施例一数字坐标轴的结构剖面示意图；图2A是本发明实施例二数字坐标轴的结构俯视示意图；图2B是本发明实施例二数字坐标轴的结构剖面示意图；图3A是本发明实施例三数字坐标轴的结构俯视示意图；图;3B是本发明实施例三数字坐标轴的结构剖面示意图；图4是本发明实施例数字坐标轴的数字坐标图案示意图；图5A是现有栅氧化膜可靠性测试方法中微光显微镜测试结果示意图；图5B是本发明实施例栅氧化膜可靠性测试方法中微光显微镜测试结果示意图。
具体实施例方式如图1A、图IB所示，分别是本发明实施例一数字坐标轴的结构俯视示意图和结构剖面示意图，图IB的示意图是沿图IA中的虚线位置处的剖面示意图。本发明实施例一数字坐标轴，在硅衬底1的有源区2由浅沟槽场氧3 (STI)进行隔离，在所述硅衬底1的有源区2上形成有测试结构。所述测试结构由依次形成于所述硅衬底1上的栅氧化膜6和多晶硅栅4组成，且所述测试结构为块状氧化膜结构，即形成于所述有源区2上的所述栅氧化膜 6为一整块结构，在所述多晶硅栅4的周侧还形成有侧墙。所述数字坐标轴由形成于所述硅衬底1的浅槽场氧3上的栅氧化膜6上的多晶硅图案组成；所述数字坐标轴位于所述测试结构的周围，且所述测试结构和所述数字坐标轴制作在同一层光罩中。所述数字坐标轴包括互相垂直的水平数字坐标轴fe和垂直数字坐标轴恥，所述水平数字坐标轴fe和所述垂直数字坐标轴恥的长度分别大于所述测试结构的长度和宽带、满足能够对所述测试结构的所有点进行定位。如图4所示，是本发明实施例数字坐标轴的多晶硅图案示意图。形成所述水平数字坐标轴fe和所述垂直数字坐标轴恥的所述多晶硅图案由多个多晶硅条形组成，各多晶硅条形沿着短边方向呈直线排列，每一个所述多晶硅条形都标记一个坐标位置。各所述多晶硅条形的短边宽度都2. 5微米、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距都为5微米。各所述多晶硅条形的长边长度分为第一尺寸和第二尺寸，其中第一尺寸为10微米、第二尺寸为7微米，在每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着19个所述第二尺寸的多晶硅条形，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间的间距为100微米、比每两个相邻的所述多晶硅条形间的5微米间距大一个数量级。在各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成有多晶硅数字标示图案，如图4中的两个第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成的多晶硅数字标示图案分别0和100，其它各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成的多晶硅数字标示图案也分别为100的倍数。所述多晶硅数字标示图案标示对应的所述第一尺寸的多晶硅条形的位置坐标，通过所述多晶硅数字标示图案、各所述多晶硅条形形成所述水平数字坐标轴fe和所述垂直数字坐标轴恥的坐标刻度。如图2A、图2B所示，分别是本发明实施例二数字坐标轴的结构俯视示意图和结构剖面示意图，图2B的示意图是沿图2A中的虚线位置处的剖面示意图。本发明实施例二和实施例一的区别在于，本发明实施例二的所述测试结构为栅边缘氧化膜结构，形成于所述有源区2上的所述栅氧化膜6和多晶硅栅4被分割为多个条形结构。如图3A、图;3B所示，分别是本发明实施例三数字坐标轴的结构俯视示意图和结构剖面示意图，图3B的示意图是沿图3A中的虚线位置处的剖面示意图。其中图3A把形成于所述有源区2上的所述测试结构省略了，用以突出显示形成于所述有源区2中多个浅沟槽场氧3。本发明实施例三和本发明实施例一的区别在于所述测试结构为沟渠隔绝边缘结构， 即形成所述测试结构的有源区2中形成有多个浅沟槽场氧3，再在所述有源区2上形成所述测试结构的所述栅氧化膜6和所述多晶硅栅4。本发明实施例一栅氧化膜可靠性测试方法，包括如下步骤步骤一、形成如图1A、图IB所示的本发明实施例一数字坐标轴。步骤二、对所述测试结构进行微光显微镜测试；当所述栅氧化膜中存在电压击穿点时，所述微光显微镜会在所述电压击穿点处测试到发光点，通过所述数字坐标轴记录所述发光点位置。步骤三、按照所记录的所述发光点位置进行聚焦粒子束电子显微镜测试。如图5A、5B所示，分别是现有栅氧化膜可靠性测试方法和本发明实施例栅氧化膜可靠性测试方法中微光显微镜测试结果示意图，可知现有栅氧化膜可靠性测试方法无法对测试出的发光点进行定位，而本发明实施例栅氧化膜可靠性测试方法能对发光点进行精确定位，图5B中发光点定位为(345，250)，其中345为所述水平数字坐标轴fe的对应坐标； 250为所述垂直数字坐标轴恥的对应坐标。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种数字坐标轴，在硅衬底上形成有测试结构，所述测试结构由依次形成于所述硅衬底上的栅氧化膜和多晶硅栅组成；其特征在于所述数字坐标轴由形成于所述硅衬底上的栅氧化膜上的多晶硅图案组成；所述数字坐标轴位于所述测试结构的周围，所述数字坐标轴包括互相垂直的水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴，所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的长度分别大于所述测试结构的长度和宽带、满足能够对所述测试结构的所有点进行定位。
2.如权利要求1所述数字坐标轴，其特征在于形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的所述多晶硅图案由多个多晶硅条形组成，各多晶硅条形沿着短边方向呈直线排列，每一个所述多晶硅条形都标记一个坐标位置，各所述多晶硅条形的短边宽度都相等、 每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距相等，各所述多晶硅条形的长边长度分为第一尺寸和第二尺寸且第一尺寸大于第二尺寸，在每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着数量相同多个所述第二尺寸的多晶硅条形，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间的间距比每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距大一个数量级；在各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成有多晶硅数字标示图案，所述多晶硅数字标示图案标示对应的所述第一尺寸的多晶硅条形的位置坐标，通过所述多晶硅数字标示图案、各所述多晶硅条形形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的坐标刻度。
3.如权利要求2所述数字坐标轴，其特征在于各所述多晶硅条形的短边宽度都为2.5 微米、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距都为5微米，所述第一尺寸的值为10微米、所述第二尺寸的值为7微米，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着19个所述第二尺寸的多晶硅条形、每两个所述第一尺寸的多晶硅条形的间距为100微米，各多晶硅数字标示图案为0或100的倍数。
4.如权利要求1所述栅氧化膜可靠性测试方法，其特征在于所述测试结构和所述数字坐标轴制作在同一层光罩中。
5.一种栅氧化膜可靠性测试方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一、在硅衬底上形成测试结构和数字坐标轴；所述测试结构由依次形成于所述硅衬底上的栅氧化膜和多晶硅栅组成；所述数字坐标轴由形成于所述硅衬底上的栅氧化膜上的多晶硅图案组成；所述数字坐标轴位于所述测试结构的周围，所述数字坐标轴包括互相垂直的水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴，所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的长度分别大于所述测试结构的长度和宽带、满足能够对所述测试结构的所有点进行定位；步骤二、对所述测试结构进行微光显微镜测试；当所述栅氧化膜中存在电压击穿点时， 所述微光显微镜会在所述电压击穿点处测试到发光点，通过所述数字坐标轴记录所述发光点位置；步骤三、按照所记录的所述发光点位置进行聚焦粒子束电子显微镜测试。
6.如权利要求5所述栅氧化膜可靠性测试方法，其特征在于形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的所述多晶硅图案由多个多晶硅条形组成，各多晶硅条形沿着短边方向呈直线排列，每一个所述多晶硅条形都标记一个坐标位置，各所述多晶硅条形的短边宽度都相等、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距相等，各所述多晶硅条形的长边长度分为第一尺寸和第二尺寸且第一尺寸大于第二尺寸，在每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着数量相同多个所述第二尺寸的多晶硅条形，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间的间距比每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距大一个数量级；在各所述第一尺寸的多晶硅条形的一侧形成有多晶硅数字标示图案，所述多晶硅数字标示图案标示对应的所述第一尺寸的多晶硅条形的位置坐标，通过所述多晶硅数字标示图案、各所述多晶硅条形形成所述水平数字坐标轴和所述垂直数字坐标轴的坐标刻度。
7.如权利要求6所述栅氧化膜可靠性测试方法，其特征在于各所述多晶硅条形的短边宽度都为2. 5微米、每两个相邻的所述多晶硅条形间的间距都为5微米，所述第一尺寸的值为10微米、所述第二尺寸的值为7微米，每两个所述第一尺寸的多晶硅条形间排列着19 个所述第二尺寸的多晶硅条形、每两个所述第一尺寸的多晶硅条形的间距为100微米，各多晶硅数字标示图案为0或100的倍数。
8.如权利要求5所述栅氧化膜可靠性测试方法，其特征在于所述测试结构和所述数字坐标轴制作在同一层光罩中。
全文摘要
本发明公开了一种数字坐标轴，由硅衬底上的栅氧化膜上的多晶硅图案组成且位于测试结构的周围，测试结构和数字坐标轴制作在同一层光罩中。数字坐标轴包括水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴，水平数字坐标轴和垂直数字坐标轴的长度分别大于测试结构的长度和宽带、满足能够对测试结构的所有点进行定位。本发明还公开了一种栅氧化膜可靠性测试方法，包步骤形成数字坐标轴、对测试结构进行EMMI测试并用数字坐标轴记录发光点位置、进行FIB测试。本发明数字坐标轴能够为测试结构提供精确的坐标，能为栅氧化膜可靠性测试方法中的发光点进行精确定位并提供数字化坐标，能为FIB切割定位提供准确位置，能提高失效分析的成功率。
文档编号H01L23/544GK102456666SQ20101051119
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者廖炳隆, 王笃林, 范曾轶, 赖华平 申请人:上海华虹Nec电子有限公司