专利名称：沟槽式mos器件的工艺监控方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种沟槽式MOS器件的工艺监控方法及装置。
背景技术：
随着半导体技术的不断发展，功率器件(Power Device)作为一种新型器件，被广泛应用于如磁盘驱动、汽车电子等领域。功率器件需要能够承受较大的电压、电流以及功率负载，例如输出整流器要求能够在输入20V电压而输出大约3. 3V电压和输入IOV电压而输出大约1. 5V电压；并且要求能够具有IOV至50V范围的衰竭电压。而现有的MOS晶体管等器件无法满足上述需求，例如肖特基二极管(Schottky diodes)的衰竭电压范围大约在 0. 5V，因此，为了满足应用的需要，各种功率器件成为关注的焦点。功率器件具有输入阻抗高、低损耗、开关速度快、无二次击穿、安全工作区宽、动态性能好、易与前极耦合实现大电流化、转换效率高等优点。常用的功率器件有沟槽式MOS器件(Trench M0S)、平面扩散式MOS器件等，图1示出了现有技术的一种沟槽式MOS器件的剖面示意图。如图1所示，该结构包括N+掺杂的半导体基底10 ；形成在半导体基底10上的外延层11，所述外延层11为N—掺杂；形成在所述外延层11表面的掺杂阱12，所述掺杂阱12 为P型掺杂；贯穿所述掺杂阱12的沟槽；栅介质层13，覆盖所述沟槽的底部和侧壁；栅电极14，形成在所述栅介质层13上，填满所述沟槽；源区15和源区17，形成在所述沟槽两侧的掺杂阱12内，与所述栅介质层13相邻，为N+掺杂；体区16和体区18，形成在所述掺杂阱 12内，为P+掺杂。图1中包括了 2个对称的沟槽式MOS器件，具体的，半导体基底10、外延层11、掺杂阱12、源区15、栅介质层13和栅电极14构成了其中一个沟槽式MOS器件，其中半导体基底10作为漏极，源区15作为源极，外延层11和源区15之间与栅介质层13相邻的掺杂阱 12的部分作为沟道区，体区16与掺杂阱12的掺杂类型相同，用作体电极；半导体基底10、 掺杂阱12、源区17、栅介质层13和栅电极14构成了另一个沟槽式M0S，其中半导体基底10 作为漏极，源区17作为源极，外延层11和源区17之间与栅介质层13相邻的掺杂阱12的部分作为沟道区，体区18与掺杂阱12的掺杂类型相同，用作体电极。由于外延层11以及栅介质层13的形状呈“U”形，因而该类沟槽式MOS器件又称为UMOS晶体管。图2示出了图1所示的沟槽式MOS器件的栅极漏电流-栅极电压曲线，随着栅极电压的不断增大，在软击穿点(soft breakdowrOA之前，栅极漏电流较小，不随栅极电压的增大而改变；在软击穿点A和硬击穿点(hard breakdown)B之间，栅极漏电流随着栅极电压的增大而缓慢增大；在硬击穿点B之后，栅电容被击穿，栅极漏电流迅速增大。理论上而言，对于同一批次下生产，即在特定工艺条件下生产的多个沟槽式MOS 器件，其期望的栅极漏电流-栅极电压曲线应该是比较稳定的，各个器件之间的偏差较小，但是在实际生产中，沟槽的刻蚀过程、栅介质层的形成过程都会造成器件的栅极漏电
3流-栅极电压曲线的波动和改变，因此，现有技术通常利用栅极漏电流-栅极电压曲线来进行工艺监控(process monitor)。仍然参考图2，现有技术的工艺监控过程中并不会对每个器件都绘制出栅极漏电流-栅极电压曲线，而是在确定期望曲线之后在其中仅选取一个或两个点进行监控。例如 选取软击穿点A之前的监控点C，在待监控的器件的栅极施加监控点C对应的栅极电压(图 2中约为15V)，检测其相应的栅极漏电流，监控各个器件在该栅极电压下的栅极漏电流是否稳定；或者选取硬击穿点B之后的监控点D，在待监控的器件的栅极施加监控点D对应的栅极漏电流(图2中约为ImA)，检测其相应的栅极电压，监控各个器件在该栅极漏电流下对应的栅极电压是否稳定。但是，现有技术在工艺监控过程中，选取的监控点往往是在软击穿点A之前，即施加在栅极上的检测电压小于软击穿点A对应的栅极电压，其对应的栅极漏电流的变化范围本身就很小，因而无法检测出个别器件的工艺偏移导致的栅极漏电流-栅极电压曲线的偏移问题，工艺监控的效果较差；另外，现有技术还往往将监控点选取在硬击穿点B之后，即施加在栅极上的检测电流大于硬击穿点B对应的栅极漏电流，其对应的栅极电压的变化范围也很小，也无法检测出器件的工艺偏移导致的栅极漏电流-栅极电压曲线的偏移问题。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术的沟槽式MOS器件的工艺监控方法的监控效果较差，无法检测出器件的工艺漂移问题。为解决上述问题，本发明提供了一种沟槽式MOS器件的监控方法，包括确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。可选的，所述检测电压为正电压或负电压。可选的，所述确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿电点和硬击穿点的栅极电压和 /或栅极漏电流包括从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。为解决上述问题，本发明还提供了一种沟槽式MOS器件的工艺监控装置，包括软/硬击穿点确定单元，适于确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；检测单元，适于对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。
可选的，所述检测电压为正电压或负电压。可选的，所述软/硬击穿点确定单元包括取样单元，适于从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；扫描检测单元，适于对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。与现有技术相比，本发明的技术方案有如下优点本技术方案对待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式 MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。本技术方案将监控点选择在栅极漏电流-栅极电压曲线中软击穿点和硬击穿点之间的部分，由于该部分中栅极漏电流随栅极电压缓慢的近线性变化，使得检测结果对器件的工艺偏移更为敏感，改善了监控效果。
图1是现有技术的一种沟槽式MOS器件的剖面示意图；图2是现有技术的一种沟槽式MOS器件的工艺监控方法对应的栅极漏电流-栅极电压曲线；图3是本发明实施例的沟槽式MOS器件的工艺监控方法的流程示意图；图4是本发明实施例的沟槽式MOS器件的工艺监控方法对应的栅极漏电流-栅极电压曲线； 图5是本发明实施例的沟槽式MOS器件的工艺监控装置的结构示意图。
具体实施例方式现有技术中在进行沟槽式MOS器件的工艺监控时，监控点往往选择在软击穿点之前或硬击穿点之后，栅极电压和栅极漏电流之间的变化关系不是很明显，可能无法检测出器件的工艺偏移，监控效果较差。本技术方案对待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式 MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。本技术方案将监控点选择在栅极漏电流-栅极电压曲线中软击穿点和硬击穿点之间的部分，由于该部分中栅极漏电流随栅极电压缓慢的近线性变化，使得检测结果对器件的工艺偏移更为敏感，改善了监控效果。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。图3示出了本发明实施例的沟槽式MOS器件的工艺监控方法的流程示意图，如图3所示，包括步骤S21，确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；步骤S22，对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。步骤S21中所述的本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和栅极漏电流指的是在实际生产中，在特定工艺条件下生产的一个批次的沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和栅极漏电流的期望值，在加工工艺的各个生产参数调节确定后，生产所得的沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和栅极漏电流的期望值是确定的，也就是说各个器件的软击穿点的栅极电压和栅极电流以及硬击穿点的栅极电压和栅极漏电流是落在一个确定的范围内的，而个别出现工艺偏差的器件除外。本实施例中，本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和栅极漏电流的确定方法包括从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线， 确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。优选的，选入样本中的器件为标准器件，即参数合乎设计规格，没有受到工艺漂移等因素的影响，之后对样本中的器件的栅极电压进行扫描(从低到高或从高到低)，并检测相应的栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，如图4所示，其中所述栅极电压施加在沟槽式MOS器件的栅极和体电极上，可以是正电压，也可以是负电压，所述正电压指的是栅极的电压高于体电极的电压，所述负电压指的是栅极的电压低于体电极的电压；之后，在所述栅极漏电流-栅极电压曲线上确定软击穿点A和硬击穿点B，并相应的确定软击穿点A和硬击穿点B的栅极电压和/或栅极漏电流，这里栅极电压和栅极漏电流指的是栅极电压和栅极漏电流的绝对值。本实施例中，软击穿点A的栅极电压约为20V，栅极漏电流约为1. 0E-10A，硬击穿点B的栅极电压约为40V， 栅极漏电流约为1. 0E-5A。在确定所述软击穿点A和硬击穿点B之后，对待监控的本批次中的各个沟槽式MOS 器件进行检测，选择的检测点介于软击穿点A和硬击穿点B，如检测点E、检测点F等。检测方法可以是在待监控的沟槽式MOS器件的栅极和体电极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点A和硬击穿点B的栅极电压之间，可以是正电压也可以是负电压，图4中示出的电压值为绝对值，类似的，所述正电压指的是栅极的电压高于体电极的电压，所述负电压指的是栅极的电压低于体电极的电压；或者也可以是在待测的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点A和硬击穿点B的栅极漏电流之间。所述“介于”指的是检测电压的电压值大于等于软击穿点A的栅极电压，小于等于硬击穿点B的栅极电压，检测电流的电流值大于等于软击穿点A的栅极漏电流，小于等于硬击穿点B的栅极漏电流，类似的，上述检测电压的电压值和检测电流的电流值都指的是绝对值。在一具体实施例中，步骤S21中可以仅确定软击穿点A和硬击穿点B的栅极电压， 之后在步骤S22中对本批次待监控的器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，其中检测电压介于所述软击穿点A和硬击穿点B的栅极电压之间；在另一具体实施例中，步骤 S21中可以仅确定软击穿点A和硬击穿点B的栅极漏电流，之后在步骤S22中对本批次待监控的器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，其中检测电流介于所述软击穿点A和硬击穿点B的栅极漏电流之间；在另一具体实施例中，步骤S21中可以确定所述软击穿点A 和硬击穿点B的栅极电压和栅极漏电流，之后在步骤S22中检测待监控器件的栅极电压或栅极漏电流，或者既检测待监控器件的栅极电压又检测待监控器件的栅极漏电流。由于本实施例中选取的检测点介于软击穿点和硬击穿点之间，栅极漏电流随栅极电压呈较缓慢的近线性变化，检测结果对工艺偏移较为敏感，若某器件由于工艺偏移导致其栅极漏电流-栅极电压曲线发生偏移，则其检测出的栅极漏电流或栅极电压会和其他未发生工艺偏移的器件有明显的区别，需要将该器件剔除或是检查生产工艺参数的设置，从而显著的改善了工艺监控的效果。本实施例的工艺监控方法适用于如图1所示的沟槽式 MOS器件，或是其他类型的栅极形成于沟槽中的沟槽式MOS器件。对应于上述沟槽式MOS器件的工艺监控方法，本发明还提供一种沟槽式MOS器件的工艺监控装置。图5示出了本实施例的沟槽式MOS器件的工艺监控装置的结构示意图， 如图5所示，包括软/硬击穿点确定单元31，适于确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；检测单元32，适于对本批次待监控的沟槽式MOS 器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。其中，软/硬击穿点确定单元31包括取样单元311，适于从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；扫描检测单元312，适于对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。关于该沟槽式MOS器件的工艺监控装置的工作过程和原理请参见前述实施例中沟槽式MOS器件的工艺监控方法的描述，这里不再赘述。综上，本技术方案对待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。本技术方案将监控点选择在栅极漏电流-栅极电压曲线中软击穿点和硬击穿点之间的部分，由于该部分中栅极漏电流随栅极电压缓慢的近线性变化，使得检测结果对器件的工艺偏移更为敏感，能够准确的检测出器件的工艺漂移问题，改善了监控效果。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种沟槽式MOS器件的工艺监控方法，其特征在于，包括确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。
2.根据权利要求1所述的沟槽式MOS器件的工艺监控方法，其特征在于，所述检测电压为正电压或负电压。
3.根据权利要求1所述的沟槽式MOS器件的工艺监控方法，其特征在于，所述确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿电点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流包括从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。
4.一种沟槽式MOS器件的工艺监控装置，其特征在于，包括软/硬击穿点确定单元，适于确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；检测单元，适于对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。
5.根据权利要求4所述的沟槽式MOS器件的工艺监控装置，其特征在于，所述检测电压为正电压或负电压。
6.根据权利要求4所述的沟槽式MOS器件的工艺监控装置，其特征在于，所述软/硬击穿点确定单元包括取样单元，适于从本批次沟槽式MOS器件中选取一个或多个器件作为样本；扫描检测单元，适于对所述样本中的器件的栅极电压进行扫描并检测栅极漏电流，获得栅极漏电流-栅极电压曲线，确定软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流。
全文摘要
一种沟槽式MOS器件的工艺监控方法及装置，所述方法包括确定本批次沟槽式MOS器件的软击穿点和硬击穿点的栅极电压和/或栅极漏电流；对本批次待监控的沟槽式MOS器件的栅极施加检测电压并检测其栅极漏电流，所述检测电压的电压值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极电压之间，或对各沟槽式MOS器件的栅极施加检测电流并检测其栅极电压，所述检测电流的电流值介于所述软击穿点和硬击穿点的栅极漏电流之间。本发明能够改善工艺监控效果，准确的检测出器件的工艺漂移问题。
文档编号H01L21/336GK102157414SQ20111002970
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者刘宪周 申请人:上海宏力半导体制造有限公司