專利名稱：柵結構上金屬層的監控方法
技術領域：
本發明涉及半導體晶圓驗收測試(Wafer acceptance test: WAT)領域，尤其涉及在晶圓驗收測試中對柵結構上金屬層的監控方法。
背景技術：
WAT是測試晶圓上制作好的基本元件(例如，NMOS管、PMOS、雙極晶體管等有源元件)是否擁有正常工作能力的一項測試，它的測試對象是單一的基本元件，通常在基本元件制造完成后進行，在WAT測試之后通常還存在進一步的金屬互連工序、芯片問題(chipproblem: CP)測試、切片、封裝等工序。通常，晶圓的切割道上也制作有基本元件，切割道上的基本元件稱作測試元件(Test key)或測試結構(Test structure )。而WAT所測試的基本元件通常就是切割道(Scribe line)上面的元件，這樣不但可以有效利用晶圓上切割道的空間，還可以經由測試切割道上的測試元件推測測試元件附近芯片元件的電性是否合格。
柵結構是位于晶圓離子摻雜區，即N型離子注入區、P型離子注入區上，由柵氧層和柵極層組成的堆棧結構。請參閱
圖1所示一種柵結構橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的版圖示意圖。在實際的制作工藝中，首克是在晶圓上制作圖l所示的柵結構l;若要進行N型離子注入形成晶圓上N型離子注入區，需將圖1右邊預形成或已形成的P型離子注入區用阻擋層覆蓋上，以柵結構為掩模進行N型離子注入；同理，若要進行P型離子注入形成晶圓上P型離子注入區，需將圖1左邊預形成或已形成的N型離子注入區用阻擋層覆蓋上，以柵結構為掩模進行P型離子注入。
目前，阻擋層通常是采用光阻，以晶圓上未形成離子注入區的情況為例，當形成N型離子注入區時，在預形成P型離子注入區表面覆蓋光阻，之后以所述光阻為掩膜進行N型離子注入，N型離子注入完畢后，去除覆蓋在預形成P型離子注入區表面的光阻；然后，在已形成的N型離子注入區表面覆蓋光阻，并進行P型離子的注入，P型離子注入完畢后，去除覆蓋在N型離子注入區表面的光阻。在N型離子注入區和P型離子注入區制作完成后，會在柵結構表面形成用于制作金屬硅化物的金屬層(圖中未示出)。P型離子注入區和N型離子注入區交界處2在反復涂敷和去除光阻的過程中易出現光阻殘余的現象，該光阻的殘余，會導致后續在柵結構上形成金屬層時，交界處的4冊結構表面難形成金屬層，使得制作在柵結構表面的金屬層出現缺口的問題。
如圖2透射電子顯微(TEM)圖中圈出的部分所示，N型離子注入區與P型離子注入區交界處柵結構表面未形成金屬層，出現了斷開現象。金屬層的斷開現象會引起后期制作的金屬硅化物存在缺陷，導致柵結構方塊電阻不符合要求，降低制作的器件的良率。
目前WAT測試階段中所包括的柵結構測試元件中柵結構并非橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構，通常是在單一的摻雜區，N型離子注入區或P型離子注入區。由于傳統WAT不存在該類型的^fr結構測試元件，因此無法在WAT階段對該類型柵結構表面金屬層進行監控。在保證整個生產工藝產能條件下，該柵結構表面金屬層存在的缺陷通常只會在后期整個晶圓上芯片制作完成后或封裝后的測試中才被檢測出，例如CP/封裝測試檢測出。由于柵結構表面金屬層早期不能檢測出，這也會導致整個后期制作過程資源的浪費，增加了晶圓上芯片的制作成本。
發明內容
本發明要解決的問題是在WAT測試階段，橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構表面金屬層質量無法監控。
為達到上述目的，本發明提供了一種柵結構上金屬層的監控方法，它包括以下步驟
提供一種測試元件，所述測試元件包括N型離子注入區、P型離子注入區和橫跨所述N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構，其中柵結構表面覆蓋有金屬層。該測試元件制作在晶圓的切割道上。
測試覆蓋有金屬層的柵結構電性參數。
4監控測試的柵結構電性參數是否符合標準柵結構電性參數，其中標準柵結構電性參數為覆蓋的金屬層完整時所測出的柵結構電性參數。
本發明提供的監控方法，通過在晶圓切割道上制作橫^爭N型離子注入區和P型離子注入區的4冊結構測試元件，并在WAT測試時，通過測試該4冊結構測試元件的電性參數，檢測待檢測柵結構表面的金屬層是否完整，從而在WAT測試階段就可檢測出橫跨兩類離子注入區的柵結構表面金屬層是否存在缺陷，避免有缺陷的晶圓進入后期制作過程，節約了后期制作過程中資源和制作成本。
以下結合附圖和具體實施例對本發明柵結構上金屬層的監控方法作進一步詳細的i兌明。
圖l是橫跨兩類離子注入區柵結構示意圖。
圖2是橫跨兩類離子注入區柵結構表面金屬層缺陷的TEM圖。.
圖3是本發明實施例監控方法的流程示意圖。
圖4~圖6是本發明實施例中制作的測試元件示意圖。
具體實施例方式
如背景技術中所述，若芯片的內部存在橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構，就需要在WAT測試階段能對芯片內部這樣柵結構表面的金屬層進行監控，以避免金屬層的缺陷在芯片制作完成后或封裝后的測試才^皮檢測出，導致后期制作過程資源浪費的問題，節約制作成本。
本發明實施例提供一種在WAT測試階段對柵結構上金屬層的監控方法。該方法包括以下步驟，請參閱圖3。
步驟S1，提供一種測試元件，該測試元件包括N型離子注入區和P型離子注入區，以及橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構。以下將該測試元件稱作柵結構測試元件。該柵結構測試元件中柵結構由柵氧化層和柵極層組成的堆棧結構，柵極層覆蓋柵氧化層，金屬層覆蓋在柵極層表面。柵極層常用多晶硅導體材料制作。而柵結構表面，即柵極層表面，導體金屬層缺陷的存在會影響柵結構的電性參數。步驟S1制作的測試結構在柵結構兩端分別制作一金屬焊盤。該金屬焊盤位于柵結構兩端的金屬層上。
在晶圓切割道上制作其他用于WAT的測試元件同時可完成步驟Sl提供的柵結構測試元件的制作。在實際制作中，在預投影在晶圓上光罩上的圖案中增加本發明實施例提供的測試元件圖案即可，無需增加其他的工藝步驟就可完成本發明實施例提供的柵結構測試元件的制作。
步驟S2，測試本發明實施例提供的覆蓋有金屬層的柵結構的電性參數。為監測測試元件柵結構上的金屬層是否存在斷開的缺陷，可通過測試測試元件柵結構的電性參數進行監測。
在兩金屬焊盤上加載測試信號，例如電壓信號，對步驟S1測試結構中柵結構的電學參數進行測試。本發明實施例監控方法中提供測試的柵結構電性參數為柵結構的方塊電阻。在兩金屬焊盤上加栽電壓測試信號，依據柵結構中電流就可測試出柵結構的方塊電阻。若出現如圖2所示的金屬層斷開缺陷，直接就會影響到測試元件柵結構的方塊電阻值。因此，柵結構方塊電阻這一電學參數可直接反應柵結構表面金屬層是否出現斷開缺陷，同時方塊電阻這一電學參數測量起來相對其他電學參數的測量更為方便。
當然，測量柵結構方塊電阻并非唯一監控柵結構表面金屬層質量的電學參數，也可測量其他與方塊電阻關聯的電學參數進行監控，例如在柵結構上加載相同的電流，測量電壓參數。類似于測量其他參數對柵結構表面金屬層質量的監控，在這不再多進行例舉。
步驟S3，監控測試的柵結構電性參數是否符合標準柵結構電性參數，其中標準柵結構電性參數為覆蓋的金屬層完整時所測出的柵結構電性參數。
若步驟S2測試出的電性參數符合金屬層覆蓋完整的柵結構測試出電性參數，則可判斷測試元件柵結構表面金屬層完整。據此，可推斷測試元件周圍晶圓芯片上橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構表面制作的金屬層完整。
若步驟S2測試出的電性參數不符合金屬層覆蓋完整的柵結構測試出電性參數，則可判斷測試元件柵結構表面金屬層出現斷開缺陷。據此，可推斷測試元件周圍晶圓芯片上橫跨N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構表面制作的金屬層出現斷開缺陷。本實施例中所測試的柵結構電性參數為柵結構的方塊電阻。若柵結構表面金屬層出現斷開缺陷，所測試出的4冊結構方塊電阻阻值必定 大于表面金屬層完整的柵結構方塊電阻。因此，當監測出步驟柵結構方塊電阻 大于標準柵結構方塊電阻時，應挑選出該晶圓，避免其進入后期制作過程，節 約后期制作過程中資源和制作成本。
柵結構金屬層質量受柵結構橫跨的N型離子注入區和P型離子注入區的交
界處影響很大。如圖4所示的測試元件，也可監測對黃;夸N型離子注入區和p型 離子注入區柵結構表面金屬層質量。測試元件中柵結構1兩端連接有兩個金屬
焊盤31和32。但圖4所示的柵結構1與兩類離子注入區的交界處2僅相交一次， 這樣即使在交界處柵結構表面的金屬層出現斷開缺陷，也會由于金屬層下柵極 層是導體材料，而導致步驟S2測試出來柵結構電性參數值，相對金屬層完整時 所測試出的柵結構電性參數值偏差幅度小，不利于步驟S3進行監控。步驟Sl 若制作如圖4所示的測試元件雖也能實現本發明的技術方案，但并非最優化的 測試元件。
為提高步驟S2測試的柵結構電性參數對柵結構表面金屬層的靈敏度，柵結 構與兩類離子注入區交界處相交的次數越多是越好的。本發明實施例步驟S1所 制作的柵結構測試元件如圖5所示。圖5所示的柵結構測試元件中柵結構l'呈 "方波"，以N型離子注入區和P型離子注入區兩者界面2為柵結構方波的X 軸，對稱分布于N型離子注入區和P型離子注入區。從圖5可看出該測試元件 中，柵結構l'與兩類離子注入區交界處相交多次，因此，4企測制作在柵結構1' 上金屬層因交界處導致的缺陷更為顯著。這樣，在測試時，若在兩類離子注入 區交界處柵結構表面金屬層存在斷開缺陷，則圖5所示的柵結構l'上金屬層斷 開缺陷存在多處。在本實施例中，測試出的4冊結構l'的方塊電阻將于標準柵結 構方塊電阻，即柵結構表面金屬層完整時的方塊電阻，相差幅度大，易于步驟 S3依據測試的方塊電阻值判斷測試元件柵結構表面金屬層是否存在缺陷。圖5
所示的柵結構r可依據晶圓切割道的空間設計柵結構r可制作的長度，即和兩類 離子注入區交界處相交的次數。
當然為提高步驟S2測試的柵結構電性參數對柵結構表面金屬層的靈敏度，
發明實施例步驟si所制作的柵結構測試元件也可如圖6所示。柵結構r所橫跨
的兩類離子注入區包括若干N型離子注入區5和若千P型離子注入區6。柵結
7構r'呈"方波"，以中間兩離子注入的界面2'為柵結構r方波的x軸，對稱分布 于N型離子注入區和p型離子注入區。圖6所示的柵結構r與兩類離子注入區 界面相交次數與圖5所示的柵結構r與兩離子注入區界面相交的次數相比會更
多。如上所述步驟Sl若制作如圖6所示的柵結構測試元件，那么步驟S2測試 的柵結構電性參數對柵結構表面金屬層的靈敏度會越高。然而在WAT測試時， 圖5所示的柵結構測試元件滿足對柵結構表面金屬層的監測靈敏度要求下，圖5 所示的柵結構測試元件相對圖6所示的柵結構測試元件更為簡單。在權衡WAT 測試時測試元件具有的柵結構表面金屬層監測靈敏度及柵結構測試元件的復雜 程度之后，本實施例步驟Sl制作圖5所示的柵結構測試元件。
柵結構表面覆蓋的金屬層通常為鈷、鎳或鈦，用于形成后期柵結構表面的 金屬硅化物。考慮制作成本及與持有的晶圓芯片制作工藝的兼容性，本實施例 中柵結構表面覆蓋的金屬層選用鈷制作鈷金屬層。同樣，結合自有工藝的特點 及制作設備也可選用鎳或鈦制作相應材料的金屬層。對于橫跨兩類離子注入區 柵結構表面金屬層的監控采用本實施例提供的監控方法并不局限于金屬層的材 料。
權利要求
1、一種柵結構上金屬層的監控方法，該監控方法包括以下步驟提供一種測試元件，所述測試元件包括N型離子注入區、P型離子注入區和橫跨所述N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構，其中柵結構表面覆蓋有金屬層；測試覆蓋有金屬層的柵結構電性參數；監控測試的柵結構電性參數是否符合標準柵結構電性參數，其中標準柵結構電性參數為覆蓋的金屬層完整時所測出的柵結構電性參數。
2、 如權利要求1所述的監控方法，其特征在于，所述測試元件制作在晶圓的切 割道上。
3、 如權利要求1所述的監控方法，其特征在于，所述柵結構兩端分別具有一用 于測試柵結構電性參數的金屬焊盤。
4、 如權利要求1所述的監控方法，其特征在于，所述測試的柵結構電性參數為 方塊電阻。
5、 如權利要求1所述的監控方法，其特征在于，所述制作的柵結構測試元件柵 結構呈"方波"，以N型離子注入區和P型離子注入區界面為方波X軸，對稱 分布于N型離子注入區和P型離子注入區。
6、 如權利要求1所述的監控方法，其特征在于，所述柵結構表面覆羞的金屬層 為鈷、鎳或鈦。
全文摘要
本發明提供了一種柵結構上金屬層的方法，它包括以下步驟提供一種測試元件，所述測試元件包括N型離子注入區、P型離子注入區和橫跨所述N型離子注入區和P型離子注入區的柵結構，其中柵結構表面覆蓋有金屬層；測試覆蓋有金屬層的柵結構電性參數；監控測試的柵結構電性參數是否符合標準柵結構電性參數，其中標準柵結構電性參數為覆蓋的金屬層完整時所測出的柵結構電性參數。本發明通過制作應用于WAT測試的柵結構測試元件，測試該種柵結構測試元件電性參數實現此種柵結構表面金屬層的監控。該方法可在晶圓制作早期WAT測試階段發現缺陷金屬層，從而節約后段制程中的資源和制作成本。
文檔編號H01L21/66GK101667550SQ200810042588
公開日2010年3月10日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者王吉星 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司