專利名稱：納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容測試方法，特別是涉及一種納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試方法。
背景技術(shù)：
從90nm CMOS集成電路技術(shù)節(jié)點(diǎn)起，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，多項(xiàng)集成電路新技術(shù)、新材料與新工藝被不斷引入到器件結(jié)構(gòu)以不斷提高器件與電路性能。這些新技術(shù)包括溝道應(yīng)變、高遷移率溝道(Ge，111-V)異質(zhì)集成等。如圖IA所示為傳統(tǒng)的常規(guī)MOS器件結(jié)構(gòu)，其包括襯底I、襯底中的淺溝槽隔離 (STI) 2、被STI2包圍的有源區(qū)中的具有輕摻雜源漏結(jié)構(gòu)(LDD)的重?fù)诫s源漏區(qū)3、柵極介質(zhì)層4、柵極材料層5以及柵極隔離側(cè)墻6。源漏區(qū)3之間的溝道區(qū)距離隨著器件柵長持續(xù)縮小，各種寄生效應(yīng)越來越突出，導(dǎo)致器件性能大幅度下降。為了提高器件性能，業(yè)界提出了如圖IB所示的新型納米MOS器件結(jié)構(gòu)，其包括硅襯底I、襯底中的STI2、刻蝕襯底I形成溝槽后在溝槽中外延生長的SiGe (或者Si :C等其它材料)源漏區(qū)3、超薄的高介電常數(shù)(高k)材質(zhì)的柵極介質(zhì)層4、金屬柵極5、柵極隔離側(cè)墻6。其中，源漏區(qū)3之間的溝道區(qū)7可采用載流子遷移率大于襯底硅的材料例如應(yīng)變硅、Ge或III-V族化合物制成，例如可以在襯底I上沉積溝道區(qū)材料然后刻蝕源漏區(qū)溝槽再外延填充。源漏區(qū)3除了分布在柵極隔離側(cè)墻6兩側(cè)外，還有部分深入到溝道區(qū)中，這種源漏延伸區(qū)3’接近柵電極控制區(qū)域可以降低溝道區(qū)的串聯(lián)電阻。源漏區(qū)3上形成有例如鎳基金屬硅化物的硅化物8，用于降低源漏接觸電阻，然后硅化物7通過接觸孔內(nèi)的金屬接觸9與外界互連。整個(gè)器件結(jié)構(gòu)上還可形成包含氮化硅的應(yīng)力層10，以便改善器件應(yīng)力。最后，形成層間介質(zhì)層(IDL)Il以隔離絕緣。這種新型的納米MOS器件結(jié)構(gòu)能有效克服器件短溝道效應(yīng)、寄生效應(yīng)、提高導(dǎo)電性能等等，但是器件結(jié)構(gòu)各部分的尺寸大小、材料組成均能影響最終器件性能，因此如何精確測定新技術(shù)對納米溝道傳輸特性(例如有效遷移率的變化)的實(shí)際影響成為重要的課題，如此才能優(yōu)選器件參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)器件性能最大化，同時(shí)為電路設(shè)計(jì)提供真實(shí)有效的器件導(dǎo)電參數(shù)。現(xiàn)有的測量溝道有效遷移率的方法為Split CV法，其測量原理如圖2A所示將MOS器件的源漏短接并連接至恒流源I1, MOS器件的襯底連接至恒流源I2，柵源電壓Ves保持恒定；由MOS器件電流特性(也即源漏區(qū)電流與柵壓之間的關(guān)系)可得知，納米溝道有效遷移率μ eff = gdL/WQn，其中，W、L分別為柵極寬度和長度。此時(shí)源漏電導(dǎo)gd為源漏電流Id
^GS
對源漏電壓Vds的偏導(dǎo)，溝道中反型電荷2. = \CGC(VGS)dVGS，
νβCee為器件溝道電容，Vt為閾值電壓；由柵電容CeB確定器件閾值與平帶電壓，同時(shí)
^GS
確定耗盡電容= \^Gb(^CS GS ;
νβQ j +/7-0聯(lián)合Qn與Qdep共同導(dǎo)出對應(yīng)的有效電場，、由此可以得出有效遷
8 Si
移率與有效電場的具體關(guān)系。具體的MOS器件C-V特性曲線可參見圖2B，其中可由溝道電容0^和柵電容Cgb確定溝道反型電荷、耗盡電荷與有效電場。以上數(shù)學(xué)式可參見以下所示的式⑴至式(5)。
權(quán)利要求
1.一種納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試方法，包括 向測試端口施加第一頻率的交流測試信號，確定器件在第一頻率下的第一阻抗矢量Zl幅值Zl與相角Φ1 ； 向測試端口施加第二頻率的交流測試信號，確定器件在第二頻率下的第二阻抗矢量Z2幅值Z2與相角Φ2； 通過第一頻率、第二頻率、第一阻抗矢量以及第二阻抗矢量確定器件的電容。
2.如權(quán)利要求I的方法，其中，測試端口為柵極與襯底，用于測量柵電容。
3.如權(quán)利要求I的方法，其中，測試端口為柵極與源漏極，用于測試溝道電容。
4.其中，第一頻率與第二頻率為射頻和超高頻兩者之一。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中，射頻信號頻率大于等于1GHz，超高頻信號頻率為2至200MHz ο
6.如權(quán)利要求I的方法，其中，器件的電容通過下述關(guān)系式計(jì)算所得，
7.如權(quán)利要求I的方法，其中，器件柵介質(zhì)等效柵氧厚度小于1.4nm，器件柵泄漏電流大于O. IpA,柵電容與溝道電容小于lpF。
8.如權(quán)利要求I的方法，其中，器件柵介質(zhì)等效柵氧厚度大于1.4nm，器件柵泄漏電流小于O. IpA,柵電容與溝道電容大于lpF。
9.一種納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試結(jié)構(gòu)，包括 待測器件，包括襯底、源極、漏極、柵極； 測試儀，具有四個(gè)端子，分別與待測器件的襯底、源極、漏極、柵極相連； 其中，測試儀與待測器件源極、漏極相連的端子被短接，測試儀向待測器件的測試端口施加兩種頻率不同的交流測試信號。
10.如權(quán)利要求9的測試結(jié)構(gòu)，其中，測試端口為柵極與襯底，用于測量柵電容。
11.如權(quán)利要求9的測試結(jié)構(gòu)，其中，測試端口為柵極與源漏極，用于測試溝道電容。
12.如權(quán)利要求9的測試結(jié)構(gòu)，其中，兩種頻率為射頻和超高頻。
13.如權(quán)利要求12的測試結(jié)構(gòu)，其中，射頻信號頻率大于等于1GHz，超高頻信號頻率為2至 200MHz。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試方法，包括向器件施加第一頻率的交流測試信號，確定器件在第一頻率下的第一阻抗矢量包括幅值與相角；向器件施加第二頻率的交流測試信號，確定器件在第二頻率下的第二阻抗矢量包括幅值與相角；通過第一頻率、第二頻率、第一阻抗以及第二阻抗確定器件的電容。本發(fā)明的納米器件溝道超薄柵介質(zhì)電容測試方法，利用射頻-超高頻雙頻阻抗測試方法直接測定納米溝道超薄柵介質(zhì)的微小電容，能以較小誤差測定納米器件溝道與柵電容，抑制超薄柵介質(zhì)高漏電的寄生影響，提高納米器件溝道的微小電容測試量程，且對納米器件溝道電容的直接在片測試無需特殊測試結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01R27/26GK102866303SQ20111018878
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者殷華湘, 梁擎擎, 鐘匯才 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所