一种半导体器件热载流子寿命的测量方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体器件热载流子寿命的测量方法，所述方法包括：1）测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：1-1）分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，或者，1-2）在所述半导体器件上栅极两侧设置两个虚拟栅极，所述两个虚拟栅极的一端相连接，电连接所述两个虚拟栅极的另一端来测试所述两个虚拟栅极的电阻；2）根据步骤1）中所述测得的电阻，结合栅极电阻和温度之间的线性关系，得到所述栅极的温度，通过测量所述栅极的温度来监控所述器件的实际温度。本发明专利技术中通过在待测器件栅极两端或者通过在栅极两侧设置虚拟栅极来测量栅极上的热阻，得到待测器件的实际温度，在实际温度下预测所述热载流子的寿命，结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件热载流子寿命的测量方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，本专利技术涉及一种半导体器件热载流子寿命的测量方法。
技术介绍
对超大规模集成电路制造产业而言，随着MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置尺寸的不断减小，半导体制作工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展，此时，半导体器件可靠性越来越直接影响着制作的IC芯片的性能和使用寿命。但是，由于MOS器件尺寸等比例缩小时，器件工作电压并没有相应等比例减少，所以，相应的器件内部的电场强度随器件尺寸的减小反而增强。因此，在小尺寸器件中，电路的横向尺寸越来越小，导致沟道长度减小，即使是较小的源漏电压也会在漏端附近形成很高的电场强度，由于该横向电场作用，在漏端的强场区，沟道电子获很大的漂移速度和能量，成为热载流子。在深亚微米工艺中，随着MOS器件尺寸的日益缩小，MOS器件的热载流子注入(HCI)效应越来越严重，其引起的器件性能的退化是影响MOS器件可靠性的重要因素之一。因此，HCI测试已成为MOS器件可靠性测试的主要测试项目之一。由于MOS器件热载流子的注入是按照JEDEC标准，因此MOS器件HCI测试也按照JEDEC(JointElectronDeviceEngineeringCouncil)标准进行。JEDEC标准中提供的热载流子测试的寿命模型有3种，即漏源电压加速Vds模型、衬底电流Isub模型和衬底与漏电流比例Isub/Id模型，实际应用时可以根据需要选择一种即可，一般公认的选用衬底与漏电流比例Isub/Id模型。但不管对于衬底与漏电流比例Isub/Id模型还是衬底电流Isub模型，通用的HCI测试MOS器件的做法均需要加载至少3个不同的应力电压条件，并需要取得在每一应力电压条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值，以及推算寿命所需工作条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值，如图1a-b所示。目前，在HCI的注入造成器件的自加热现象（self-heating，SH），引起驱动电流的下降，成为MOS和绝缘体上硅器件（silicon-on-insulator，SOI）的一个重要问题，此外，在HCI注入时其中通道的温度会上升，即在高电压进行HCI注入时其中通道温度比预先设定的温度高很多，而由于HCI的检测跟温度密切相关，受温度影响较大，在计算热载流子寿命时由于自加热引起的温度效应应当加以考虑，不然对载流子寿命的确定将会带来误差。由于自加热带来的温度上升一般会在360秒后降到室温，因此，现有技术中为了消除自加热带来的影响，通常采用在HCI的注入和测量之间引入延迟时间来消除温度的影响，没有经过时间延迟的通道温度比室温高很多，加入延迟时间后再进行测量会更加准确，但是该方法仍然存在很多不足，例如有些器件中虽然加入延迟时间，但是有些器件并不能在所述时间内自动回复降温到室温或存在反复效应。因此，如何消除HCI注入时自加热引起的温度上升对HCI寿命的检测带来的影响，得到更加准确的结果，成为目前需要解决的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术提供了一种更加准确的半导体器件热载流子寿命的测量方法，所述方法消除了在热载流子注入时自加热带来的影响，所述方法包括以下步骤：1）测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：1-1）分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，或者，1-2）在所述半导体器件上栅极两侧设置两个虚拟栅极，所述两个虚拟栅极的一端相连接，电连接所述两个虚拟栅极的另一端来测试所述两个虚拟栅极的电阻；2）根据步骤1）中所述测得的电阻，结合栅极电阻和温度之间的线性关系，得到所述栅极的温度，通过测量所述栅极的温度来监控所述器件的实际温度。作为优选，所述方法还包括步骤3）：计算在步骤2）中所述实际温度下热载流子的寿命，建立所述器件的实际温度和热载流子寿命之间的一一对应的关系。作为优选，所述方法还包括步骤4）：在应力电压下注入热载流子，测量所述半导体器件栅极的电阻，测量所述热载流子寿命。作为优选，所述步骤3）包括以下步骤：在一定应力漏极电压和栅极电压下，改变器件的实际温度，利用衬底/漏极电流比率模型得到不同实际温度下热载流子寿命，建立所述器件的实际温度和热载流子寿命的一一对应的关系。作为优选，所述步骤3）和步骤4）之间包含以下步骤：根据步骤2）中栅极电阻和器件的实际温度的线性关系，以及所述步骤3）中所述器件的实际温度和热载流子寿命之间的一一对应的关系，建立所述栅极电阻和热载流子寿命之间的一一对应的关系。作为优选，通过导线连接所述栅极或虚拟栅极上的接触孔来测量所述栅极电阻。作为优选，所述半导体器件栅极两端与测量仪的连接件不接触时，所述半导体器件为常规尺寸。作为优选，所述两个虚拟栅极之间不通过器件中的接触孔和金属层相连通时，所述半导体器件为常规尺寸。作为优选，所述热载流子漏极电流和自加热测量均在同一器件上进行。在本专利技术中通过在待测器件栅极两端或者通过在栅极两侧设置虚拟栅极来测量栅极上的热阻，并通过测得的热阻得到待测器件的实际温度，在实际温度下预测所述热载流子的寿命，所述方法同时考虑了应力条件以及栅极热阻等影响因素，不仅消除了热载流子注入时引起的自加热问题，而且热载流子寿命的预测更加准确。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的装置及原理。在附图中，图1a-b为现有技术中热载流子寿命计算方法示意图；图2a-b为本专利技术中在半导体器件栅极的电阻测量方法。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。现在，将参照附图更详细地描述根据本专利技术的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本专利技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。本专利技术提供了一种更加准确的测量热载流子寿命的方法，所述方法消除了在热载流子注入时自加热带来的影响，所述方法包括以下步骤：1）测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：1-1）分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，或者，1-2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件热载流子寿命的测量方法，所述方法包括：1）测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：1?1）分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，或者，1?2）在所述半导体器件上栅极两侧设置两个虚拟栅极，所述两个虚拟栅极的一端相连接，电连接所述两个虚拟栅极的另一端来测试所述两个虚拟栅极的电阻；2）根据步骤1）中所述测得的电阻，结合栅极电阻和温度之间的线性关系，得到所述栅极的温度，通过测量所述栅极的温度来监控所述器件的实际温度。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件热载流子寿命的测量方法，所述方法包括：1)测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：1-1)分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，或者，1-2)在所述半导体器件上栅极两侧设置两个虚拟栅极，所述两个虚拟栅极的一端相连接，电连接所述两个虚拟栅极的另一端来测试所述两个虚拟栅极的电阻；2)根据步骤1)中测得的所述电阻，结合栅极电阻和温度之间的线性关系，得到所述栅极的温度，通过测量所述栅极的温度来监控所述器件的实际温度，以消除栅极热阻的影响。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤3)：计算在步骤2)中所述实际温度下热载流子的寿命，建立所述器件的实际温度和热载流子寿命之间的一一对应的关系3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤4)：在应力电压下注入热载流子，测量所述半导体器件栅极的电阻，测量所述热载流子寿命。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下步骤：在一定应力漏极电压和栅极电压下，改变器件的实际温...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘正浩，冯军宏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：