專利名稱：：一種測量柵氧化層厚度的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種測量柵氧化層厚度的方法，特別涉及一種將所測數(shù)據(jù)取倒數(shù)作圖的測量方法。
背景技術：
：柵氧化層的物理厚度是CMOS工藝制作中最重要的一個參數(shù)，傳統(tǒng)的測試柵氧化層厚度的方法有HRTEM或者光學方法以及C-V方法，其中HRTEM的成本非常高而且由于具體厚度是由測量人員判斷，會引入人為誤差，而光學方法一般只測量控片而不直接測量待測的硅片，同時測試速度慢而且只能在長完柵氧化層后立即測量，相比之下C-V測試方法測試由于簡單，速度快，測量成本低等特點成為一種最常用的測量柵氧化層厚度的方法，但是該方法也有明顯的缺點造成精度不夠或者得到錯誤的測試結果。傳統(tǒng)的C-V測試方法如圖1所示，一4殳在4冊氧化層的兩才及加一掃描電壓Vg,然后測量該柵氧化層在某一特定電壓下的電容值C，然后使用該電容C計算柵氧化層的厚度，從圖l可以看到該電容值一直在變化，所以選擇不同的電壓Vg會得到不同的電容從而計算得到的柵氧化層也不同，在測試過程中，一般加盡量大的Vg,理論上當Vg無窮大時所得到柵氧化層厚度嚴格等于物理厚度，但是當Vg過大后該電容會被擊穿或者產(chǎn)生漏電而4吏得所測量的電容值不準確。在Fab測試中一般使用Vg=Vdd。其中Vdd為對應節(jié)點的工作電壓，例如對0.18um節(jié)點，所取電壓為Vdd=1.8V,如圖1中所示。使用該標準解決了不能確定測量電壓的疑惑，但是同時也具有幾個明顯的缺點1.該方法會嚴重受柵氧化層平帶電壓的影響，當平帶電壓變化時候，等效效果為Vg變化，這將會引起誤判實際柵氧化層厚度沒有改變，但是測試結果卻顯示該厚度改變；2.該方法測試出來的柵氧化層厚度與物理厚度有一定的差別，對于某一固定的節(jié)點，由于柵氧化層厚度基本固定，該差別可以通過大量的擬合測試物理厚度和c-v測試的柵氧化層厚度來得到兩者的關系，但是當柵氧化層是由幾步氧化過程共同得到的時候，將會非常難得到該物理厚度，因此無法得到兩者之間的偏差，從而無法得到物理厚度，同時顯而易見，對于一任意的樣品，不知道物理厚度，不知道節(jié)點，將會無法確定測量所應該加的工作電壓而導致很難給出一個唯一的測試結果。
發(fā)明內容本發(fā)明提供了一種測量柵氧化層厚度的方法，該方法基于傳統(tǒng)c-v測試，但克服了傳統(tǒng)C-V測試中當Vg過大后電容被擊穿或者產(chǎn)生漏電而使得所測量的電容不準確的不足。本發(fā)明提供了一種測量柵氧化層厚度的方法，包括將測量儀器連接到待測樣品的兩測試端；在上迷兩測試端加掃描電壓Vg;記錄多組上述掃描電壓Vg以及其對應的電容值C;取上述掃描電壓倒數(shù)Vg的倒數(shù)1/Vg，形成多個點(1/Vg,C);作出C-1/Vg圖；以及從上述多個點(1/Vg，C)中選取多個擬合點擬合出直線，并延長上述直線與縱軸交于一點，此交點的坐標為(1/Vg=0,Cmax);以及計算上述柵氧化層厚度Tox=A*s/Cmax。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述做出C-1/Vg圖的步驟包括以上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg為橫坐標，以上述電容值C為縱坐標，在二維坐標系中描出多個點(1/Vg,C);以及用直線擬合上述對個點(1/Vg,C)形成上述C-1/Vg圖。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述從上述多個點(1/Vg,C)中選取多個擬合點擬合出直線的步驟還包括利用上述多個擬合點計算平均斜率并以上述平均斜率列出上述直線方程。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，在上述C-1/Vg圖中近似直線的那一段圖形中選取多個點作為上述多個擬合點。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述將測量儀器連接到柵氧化層兩極的步驟之5前還包括將上述待測樣品的村底接地。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述掃描電壓Vg從負值連續(xù)變化到正值。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述記錄的多組上述掃描電壓Vg的值均取絕對值。根據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述測量電壓C從上述測量儀器讀出。沖艮據(jù)本發(fā)明一具體實施例，上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg對應得電容值為上述掃描電壓所對應的電容值C。綜上所述，本發(fā)明所采用的測量柵氧化層厚度的方法，由于將4黃坐標變?yōu)?/Vg，且由于記錄的多組掃描電壓Vg的值大于0,所以掃描電壓倒數(shù)1/Vg的值大于0小于1，在這個數(shù)值段中作出的C-1/Vg圖可以直線近似，其延長線與縱坐標的交點坐標為(1/Vg=0,Cmax)(是1/Vg為零，所以Vg趨向于無窮大)，即可讀出當Vg趨向于無窮大時的電容值Cmax,不會由于傳統(tǒng)的C-V測試中因所加電壓Vg過大而導致電容被擊穿或者產(chǎn)生漏電而4吏得所測量的電容值不準確。圖1所示為傳統(tǒng)的C-V測試方法；圖2所示為本發(fā)明一較佳實施例中的待測樣品的示意圖3所示為本發(fā)明一較佳實施例的測量方法的方框圖4所示為本發(fā)明一較佳實施例的C-1/Vg圖5所示為本發(fā)明另一較佳實施例中的待測樣品的示意圖。具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，給出較佳實施例并結合附圖，對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明提供一種測量柵氧化層厚度的方法，該方法在傳統(tǒng)C-V測試的基礎上加以改善，使測量結果更精確。圖2所示為本發(fā)明一較佳實施例中的待測樣品的結構示意圖。如圖2所示待測樣品為一P阱柵氧化層，其包含P阱l,圍設在P阱1底部和兩側的P型村底2，該P型襯底2與P阱直接連在一起，該測樣品的結構還設置有用來測量P阱柵氧化層的電學厚度Tox的村底引出極B端3和柵電極G端。B端3設置在P阱1內，其是P+引出端，G端4分別設置在P阱1上端和P型襯底2上端，通過引線構成一測量端點，設置在P阱1上端的G端4,其上部設置N+多晶硅層5，下部設置待測量電學厚度的柵氧化層6;設置在P型村底2上端的G端，其上部設置金屬襯墊(PAD)7，下部設置中間介質層8。圖3所示為本發(fā)明一較佳實施例的測量方法的方框圖。步驟S10,使用測量儀器連接P阱柵氧化層的柵電極G端4和襯底引出極B端3，需要注意的是，測量時亦要將P阱柵氧化層的襯底2接地。步驟S20,在上述兩測試端之間加掃描電壓Vg,—般在底引出極B端3加掃描電壓Vg,理i侖上也可選擇在斥冊電極G端4加掃描電壓Vg,這里，掃描電壓Vg從負值連續(xù)變化到正值。步驟S30，記錄多組上述掃描電壓Vg以及其對應的電容值C，其中，記錄的多組上述掃描電壓Vg的值均取絕對值，測量電壓C從測量儀器讀出。步驟S40，取上述掃描電壓倒數(shù)Vg的倒數(shù)1/Vg，上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg對應的電容值為上述掃描電壓所對應的電容^LC,形成多個點(1/Vg，C)。步驟S50，作出C-1/Vg圖。其中，步驟S50包括，以上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg為橫坐標，以上述電容值C為縱坐標，在二維坐標系中描出多個點(1/Vg，C)以及用曲線連接上述多個點(1/Vg，C)形成上述C-1/Vg圖。步驟S60，從上述多個點(1/Vg，C)中選取多個擬合點擬合出直線，并延長上述直線與縱軸交于一點，該點的坐標為(l/Vg-0,Cmax)，這里縱坐標Cmax的值即是我們所要得到的P阱柵氧化層的最大電容值。為了使所得的直線更精確，可在C-1/Vg圖中近似直線的那一段圖形中選取多個點作為多個擬合點，利用求平均斜率的方法擬合上述直線。即利用相隔的兩點分別求出幾個斜率，再求上述幾個斜率的平均斜率，從而擬合出該直線的方程。步驟S70,從上述方法看出，當1/Vg=0時候Vg趨向于無窮大，因此所測到的Cmax是Vg無窮大的時候P阱柵氧化層的電容，該電容為理想情況下的電容，與測試所加的電壓無關，Cmax需要換算成其厚度值Tox，其換算關系為Tox=A*s/Cmax，其中上述A為上述柵氧化層的面積，上述s為二氧化硅的電介7質常數(shù)。圖4是為本發(fā)明一較佳實施例的C-1/Vg圖。圖中繪出了兩條曲線Sl、S2以及對應的擬合直線L1、L2，分別表示兩個不同厚度的P阱柵氧化層的厚度。選取的兩組擬合點(Xlj,Ylj)、(X2j,Y2j)的數(shù)據(jù)分別如表1所示，其中X表示橫坐標1/Vg的取值，Y表示電容C的取值，單位是F。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由上述求平均斜率的方法可知，對于第一組擬合點(Xlj,Ylj),求得K13=(Y11-Y13)/(X11-X13)=-3.30,K24=(Y12-Y14)/(X12畫X14)=-4.35,K35=(Y13-Y15)/(X13-X15)=-4.30,其平均斜率是Kl=(K13+K24+K35)/3=-3.98,則由第一組擬合點擬合的直線L1的方程是Y1;3.98(Xl-0.40)+8.060,與縱軸的交點為(0，9.652)，即當掃描電壓Vg趨于w時，該p阱柵氧化層的電容值Clmax=9.652E-11。根據(jù)換算公式Tox-A承e/Cmax,得到厚度Toxl-25.36A。同理，對于第二組擬合點亦可用相同的方法算出其平均斜率K2=-6.08，則由第二組擬合點擬合的直線L2的方程是Y2=-6.08(X2-0.40)+9.980,與縱軸的交點為(0,9.652),即當掃描電壓Vg趨于w時，該P阱柵氧化層的電容值C2max=1.241E-10。根據(jù)換算公式Tox=A*e/Cmax，得到Tox2=20.40A。這里要特別注意，傳統(tǒng)的C-V測試所作出的圖形是一條遞增的曲線，本發(fā)明利用當橫坐標取掃描電壓Vg的倒數(shù)1/Vg時，所對應的多個點(1/Vg，C)形成的圖形是近似直線的特點，將這條近似直線擬合成直線并將其延長至與縱坐標相交，從而得到(1/Vg-O,Cmax)的這個點的坐標值。這里由于是利用擬合成直線的延長線與縱坐標的交點來得出點(1/Vg=0,Cmax),因此，所以本發(fā)明中記錄的多個測量點的橫坐標Vg應取其絕對值，即1/Vg大于0。才艮椐C-l/Vg的圖形分布可知，橫坐標1/Vg在0到1的范圍內，隨著橫坐標1/Vg由1逐漸減小至0時，圖形有接近直線的趨勢，所以，在擬合直線時，應選取那些橫坐標l/Vg介于0到l之間的點，由此擬合出來的直線更精確。為使能在圖中獲得更多可供擬合的有效的點，我們在記錄多組測量數(shù)據(jù)的時候應更多地記錄那些1/Vg介于0到1之間的點，即應選取更多地掃描電壓Vg大于0的點作為測量點《表二亦提供一組數(shù)據(jù)，以顯示本發(fā)明提供的測量柵氧化層厚度的方法較先前技術更精確。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2中列出了6種不同厚度的柵氧化層真實厚度、本發(fā)明的方法測試厚度以及傳統(tǒng)C-V方法測試厚度，通過上表中數(shù)據(jù)的對比可明顯地看出用本發(fā)明的方法得出的厚度更接近于其真實厚度。本發(fā)明中的待測樣品雖以P阱柵氧化層結構為例，然不僅限于此，如圖5所示為本發(fā)明另一較佳實施例中的待測樣品的示意圖。待測樣品是N阱柵氧化層。其中1和2分別為N阱和N型襯底，B端3設置在P阱1內，其是N+引出端，5為設置P+的多晶硅層，其余部分結構與圖2中的P阱柵氧化層類似，這里不再贅述。綜上所述，本發(fā)明所采用的測量柵氧化層真實物理厚度的方法，由于將橫坐標變?yōu)?/Vg，且由于記錄的多組掃描電壓Vg的值大于0,所以掃描電壓倒數(shù)1/Vg的值大于0，并選取1/Vg介于0到1之間的多個點作為擬合點作出的C-1/Vg圖形的擬合直線，其延長線與作坐標的交點坐標為(1/Vg=0,Cmax),即可讀出當Vg趨向于無窮大時的電容值Cmax,不會由于傳統(tǒng)的C-V測試中因所加電壓Vg過大而導致電容被擊穿或者產(chǎn)生漏電而使得所測量的電容值不準確。雖然本發(fā)明以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。權利要求1.一種測量柵氧化層厚度的方法，其特征是，上述方法包括將測量儀器連接到待測樣品的兩測試端；在上述兩測試端加掃描電壓Vg；記錄多組上述掃描電壓Vg以及其對應的電容值C；取上述掃描電壓倒數(shù)Vg的倒數(shù)1/Vg，形成多個點(1/Vg，C)；作出C-1/Vg圖；從上述多個點(1/Vg，C)中選取多個擬合點擬合出直線，并延長上述直線與縱軸交于一點，此交點的坐標為(1/Vg＝0，Cmax)；以及計算上述柵氧化層厚度Tox＝A*ε/Cmax。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述作出C-1/Vg圖的步驟包括以上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg為橫坐標，以上述電容值C為縱坐標，在二維坐標系中描出上述多個點(1/Vg,C);以及用直線擬合上述多個點(1/Vg，C)形成上述C-1/Vg圖。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述從上述多個點(1/Vg,C)中選取多個擬合點擬合出直線的步驟還包括利用上述多個擬合點計算平均斜率并以上述平均斜率列出上述直線方程。4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征是，在上述C-1/Vg圖中近似直線的那一段圖形中選取多個點作為上述多個擬合點5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述將測量儀器連接到柵氧化層兩極的步驟之前還包括將上述待測樣品的襯底接地。6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述掃描電壓Vg從負值連續(xù)變化到正值。7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述記錄的多組上述掃描電壓Vg的值均取絕對值。8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述測量電壓C從上述測量儀器讀出。9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征是，上述掃描電壓倒數(shù)1/Vg對應得電容值為上述掃描電壓所對應的電容值C。全文摘要本發(fā)明提供一種測量柵氧化層厚度的方法，包括將測量儀器連接到待測樣品的兩測試端；在上述兩測試端加掃描電壓Vg；記錄多組上述掃描電壓Vg以及其對應的電容值C；取上述掃描電壓倒數(shù)Vg的倒數(shù)1/Vg，形成多個點(1/Vg，C)；作出C-1/Vg圖；從上述多個點(1/Vg，C)中選取多個擬合點擬合出直線，并延長上述直線與縱軸交于一點，此交點的坐標為(1/Vg＝0，Cmax)；以及計算上述柵氧化層厚度Tox＝A*ε/Cmax。文檔編號H01L21/66GK101556929SQ20091005154公開日2009年10月14日申請日期2009年5月19日優(yōu)先權日2009年5月19日發(fā)明者周建華,張擁華,彭樹根,坡黎申請人:上海宏力半導體制造有限公司