PCM SPC控制--VT shift的分析方法！

前面大体介绍了一下WAT/PCM shift时的一般的分析方法，但到了实际情况的时候，很多朋友可能会希望有更具体一点的方法，或者说将非常可能导致某种失效的工艺列一下，然后大家可以按照列的条目一个一个的去排除，我觉得这种需求也是应该的，毕竟有些朋友可能接触时间不久，让他能短时间内想到绝大部分的可能性会有一定难度，那么我们这里就介绍一下：

今天我们介绍对于CMOS工艺最重要的参数：VT--开启电压

前面我们提到过影响VT的步骤，我们再列一下：

对于MOS器件，看见的结构就是影响VT的所有步骤了：

1. 栅极材料：由其功函数影响VT；

对于栅材料，一般只要不是用错菜单，不太会导致VT shift，但是，如果对于某些要求比较高的工艺来说，如果栅掺杂不够充分，可能会导致局部区域栅耗尽，从而影响到截面特性，可能小面积的MOS结构的VT变化不是很大，但是对于power管，其漏电会明显变大，对于注入工艺来说，这种情况发生的概率是非常低的，但对于比较老的POCL3工艺，由于是炉管掺杂，其均匀性，以及饱和掺杂能力不如注入，会有可能出现这种情况的，经验里面遇到过边缘不饱和掺杂时导致的漏电，变更为注入后得到明显改进，圆片周边不再漏电；但是，对于45nm以下工艺，由于SiO2/SiON基的栅已经不能满足器件gate尺寸的进一步缩小，此时要求栅氧厚度小于1.5nm，在这么薄的栅氧时，栅氧漏电流，以及源漏漏电流急剧增加，所以如果你在做从65nm到45nm工艺的过渡工艺，高K栅极材料的选择以及实际菜单的优化是非常重要的，大量实验钟鸣Hf-SI-O基介质最适合45nm以下的工艺，我放一张相图给大家参考。

2. 栅氧厚度： 栅氧厚度决定了其电容值，越厚电容越小，对VT是趋大作用；

对于普通工艺，VT shift的时候，一个需要考虑的情况就是栅氧厚度，查一下工艺的时候栅氧厚度是否在正常水平，以判断是否对VT有影响，有的时候，不同之间栅氧厚度有个小台阶差，也可能会时而出现VT波动，这个就需要对栅氧化工艺机台进行相关性分析，来判断机台之间的差异；另外，有些工艺的VT注入是隔着预栅氧注入的，那么这层预栅氧的厚度就会影响到VT注入实际注入的计量，厚了就注入的离子少，薄了就注入的离子多。从而导致VT向两种方向变化，实际经验证明，预栅氧后的VT调节注入由于计量偏低，一般用中束流机台工艺，容易出现飘动，从而会导致VT的波动的概率很高，如果你的片子出现非整个lot，或者整个lot的shift，这步注入是没办法排除的；还有一种可能的情况就是预栅氧没有漂干净就去工艺栅氧化工艺了，结果可想而知，最终氧化层是剩余预栅氧厚度与栅氧化厚度的叠加，总的厚度变厚，NMOS和PMOS的VT一般会一起变大。

3. 衬底浓度：衬底越浓，越难于反型，VT越高；

这个一般体现在阱浓度上，然而实际情况是你会发现阱电阻波动非常小，但是VT还是变了，还有一种情况是VT几乎不变，阱也几乎不变，但是饱和电流变了，对于阱剂量波动比较大的情况，VT变的会比较明显，这种真的是注入波动造成，可是实际情况是注入机台出概率的机会比较低，更多的可能是阱注入前的pad oxide厚度，有的工艺这层氧化层厚度比较厚，虽然阱的注入能量比较大，但是这层氧化层厚度还是会影响实际阱注入的浓度分布，尤其是有时候表面浓度会有差异，在这个氧化层厚度SPEC范围内，VT如果不失效的情况下，你做厚度分组会发现，当氧化层薄的时候，阱浓度会更靠下一些，表面浓度范围偏淡，VT会低一些，相反，氧化层略厚一些，阱浓度更靠表面一些，VT反而大一些；对于分几次注入的阱来说，最深的注入形成阱的基体，第二步防穿通注入为了调节击穿电压及控制漏电流，第三步是VT注入，调节表面浓度，对VT影响最敏感，如果这层pad oxide厚度做的不稳定，很可能会三步注入计量一起变化，如果工艺调的不是很好，VT可能变化不大，但是饱和电流会差比较大。

4. 衬底电压：衬底偏置效应，衬底电压越大，VT越高；

这个是应用方面的考量，只能尽量降低衬底片偏置效应，这方面涉及的不多，以后多看些资料再补充。

5. 源漏电压：会影响到耗尽区宽度，DIBL效应会导致VT降低；

防穿通注入的一部分作用就是提高沟道附近的浓度，使源漏电压增大的时候，耗尽层不会扩散的过远，造成源漏穿通，或者使漏端的耗尽层影响到源端的耗尽区电场，耗尽注入的计量，能量选择也是根据工艺模拟和实际流片获得的最佳条件，如果剂量发生了变化，或者下面的阱浓度梯度发生了变化，同样会造成源漏漏电，VT降低。

6. 栅氧中电荷：栅氧中电荷会影响到VT，正负值对VT也有相应的影响；

我们知道栅氧中有很多种电荷，固定氧化物电荷，可动离子电荷，界面陷阱电荷，氧化物陷阱电荷，对于一个受控的栅氧化工艺，固定氧化物电荷数量是一定的，截面陷阱电荷也可控，容易出问题的时候可动离子沾污，这个发生的可能性多种多样，不能一以概之，总之任何沾污都有可能引入可动离子，从而造成栅氧中可动离子超标，可动离子在器件工作过程中会引起器件VT的飘动，所以，FAB厂对待栅氧化控制都是尽可能严格的，还有就是如果你的清洗工艺污染了，那么你的栅氧化工艺即使做的再好也是白搭，所以，栅氧化工艺前的清洗同样一同监控的。

7. Si/SiO2界面电荷浓度：一般对应于VT注入，与衬底同质注入VT增大，与衬底异质注入，VT降低；

这个前面提到过了，除了注入引入的界面电荷浓度，还有一种是离子沾污，然后停留在界面，也会引起VT明显shift，一般的FA又很难去评估它，更多的要去通过相关性分析，通过“帮凶“来分析到底是哪一步出了问题。

8. 其实还有一个线宽的影响：短沟道效应和窄沟效应。

9. Lefft（有效沟道长度）：当源漏向沟道扩散尺寸变大的时候，会影响VT值，一般发生在异常情况下；

12. Spacer影响：侧墙尺寸偏大会造成Lefft变大，也会造成VT偏高。

我们把这3个放到一起来讲，这3个共同的效果是Lefft变化，你可以先确认一下是否POLY CD发生明显shift来判断VT变化是否相关，如果POLY CD变化，NMOS/PMOS变化趋势会相同；如果是spacer尺寸发生变化，Lefft也会同时变大、变小，对应VT也是同向变化，这两种情况都可以通过FA切截面确认是否对应的线宽发生明显变化；对于双层多晶工艺，一般POLY-1做栅，poly-2做电容或者电阻用，这个时候POLY2有时候就会对VT有影响了，想不明白吧！我们详细说一下，当POLY-2爬过POLY-1的时候，在POLY-1两边的位置，类似于spacer刻蚀前的情况，那里的POLY-2厚度比实际POLY-2淀积的厚度要厚很多，实际刻蚀POLY-2的时候，为了尽量控制POLY-2形貌，同时不影响到POLY-1形貌，很可能POLY-2刻蚀的菜单不够充分，也就是如果刻蚀速率偏慢的时候，在poly-1边缘的底角处有时会出现POLY-2轻微残留，这个轻微残留如果很轻微是不会影响到VT的，但是如果这个残留变成比较大的时候，它就相当于把POLY-1线宽加大的效果，自然VT会变大，这种情况一般会出现在POLY-2刻蚀的前几片的情况，对于CMOS工艺其实敏感度很低，很少出现VT shift现象，但是换成高压功率器件，即使看不到残留，VT也有可能没有变化，但是Igs电流很可能会出现明显变化，这个时候你看POLY的刻蚀EOP曲线是看不出明显问题的，这种因为机台本身的特性造成的“第一圆片效应”（严重的时候会影响几片）一般没有什么特别好的解决办法，一般的做法是工艺正式片前先工艺一片dummy wafer，让机台内的气氛达到稳定再工艺正式片，会大大降低出现low yield的概率，只是这种方式会影响一定的产能，但是相对于低良报废，牺牲一点点产能也是值得的。

10. charge效应：类似天线效应，一般发生在等离子体步骤，会造成VT一高一低，如PAD刻蚀；

charge对VT的影响，一般也很难通过FA分析出来，也需要通过相关性做出分析，来判断出造成charge的机台，然后来改善之，一种改善charge作用的方法是多做两次alloy，但是有的工艺比较margin，alloy做多了会引起其它器件WAT/PCM参数的fail，这个要酌情考量，尽量不要多做alloy，alloy只是一种帮助判断是否是charge造成VT shift的方法。

11. LDD影响：一般LDD会对VT有一定影响。

LDD注入计量本身对VT有一定的影响，同时，spacer的大小也会影响到源漏距离，从而影响到Lefft，造成VT的变化，有些工艺还有HALO注入，同样会影响VT大小，但是看清注入的离子种类再来判断对VT的影响方向。

13. 如果再加上降低接触电阻的salicide影响，影响VT的参数的工艺步骤就差不多了。

Salicide发生异常的时候，一般会造成接触发生问题，如果只是轻微影响接触的好坏，VT一般不会shift，但是如果影响到接触电阻的线性度的时候，VT也会受到影响，如果Salicide形成后的腐蚀工艺做的不好，salicide与栅短路缺陷发生了，那么VT等参数都会发生明显变化，这个通过EMMI来确定失效位置，然后FIB切截面一般可以发现缺陷位置；当然，salicide异常的情况也多种多样，总之你如果发现salicide异常了，然后再去分析对VT的影响就好了。

好了，说了很多了，实际工艺可能多种多样，上面不可能全部涵盖，不过通常的情况应该都讲到了，至于如果你的工艺为了省版子，少了很多步骤，而是通过其它方式达到了VT调节功能，那么你就需要针对这种工艺去分析了，也有专门加一块版调节其中一个管子的情况；上面讲的是标准CMOS工艺的情况，特殊情况需要特殊对待的；此外，如果STI做的不好，有损伤，也会引起器件异常，这个也需要考虑进去，总之各种可能性都需要考虑全面，你才可能很快找到问题的根源，需要大家慢慢体会的。

好了，今天的内容就是这些，谢谢支持！