[发明专利]用于表征器件自加热的结构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于表征器件自加热的结构和方法，更具体而言，涉及一种用于确定具有不同特性和在不同工作条件下的器件的温度的结构和方法。

背景技术

先进的微电子器件为提高的性能采用绝缘体上硅(SOI)技术，其中器件的有源区在薄硅层中，通过掩埋氧化物(BOX)层与体硅衬底隔离。为有源区中改善的场分布BOX提供与衬底的电隔离，但是BOX也形成了在恶劣的工作或应力条件下热从器件向衬底耗散的主要阻挡层。结果，关注的器件处于比环境或者衬底温度显著更高的温度。

更具体而言，器件例如FET制造在衬底上并且，如所公知的，包括沟道、栅极和氧化物材料。在沟道至栅极结内，归因于源极电压Vs、漏极电压Vd、以及栅极电压Vg而典型产生的自加热是明显的。例如，当将电压施加到器件的源极、栅极和漏极时，典型地分布和程度不均匀的内部加热开始发生。在电路的工作状态期间，还公知遍及电路的拓扑自加热是不均匀的。

在表征和建模器件及其可靠性时，知道在特定条件下精确的器件温度是关键的。在一种方法中，通过与关注的器件处于不同距离的多个监测器件的温度间接计算器件温度。然而，公知器件温度依赖于所关注的器件周围的环境(例如RX区域、STI位置、附近金属接触/线的数目，等)。因此，利用该方法获得的温度仅对于以给定结构和环境测量的特定器件有效。当然，该估计的温度与不同的关注的器件的温度是很不同的。

同样，利用各种模型估计产生的热，例如用于MOS晶体管的Berkeley短沟道IGFET模型(BSIM)。BSIM模型近似处于特定设计阶段的电路的内部工作。使用数学统计模型的这些模型利用电路元件的参数以帮助设计最终的集成电路。虽然BSIM是近似集成电路内部温度的一种好方法，但是使用近似和统计模型仅产生估计的结果，该估计的结果不能准确地说明遍及最终的集成电路产品的截面的温度变化。

因此，在本技术领域中存在克服上述不足和限制的需要。

发明内容

在本发明的第一方面中，一种方法包括确定给定器件的多晶栅极温度和确定监测器件的沟道温度。所述方法还包括外推所述监测器件的沟道温度以获得所述给定器件的沟道温度。基于所述多晶栅极温度和所述沟道温度确定所述给定器件的温度差(ΔT值)。

在本发明的另一方面中，所述方法包括测量加热器件的多晶栅极温度和通过使用亚阈值斜率确定监测器件的沟道温度。所述方法还包括外推所述监测器件的沟道温度至离所述加热器件零距离，以便获得所述加热器件的沟道温度。确定所述加热器件的所述沟道温度与所述多晶栅极温度之间的温度差(ΔT值)。

在本发明的另一方面中，一种器件包括具有在其每一个端处具有至少一个接触的多晶栅极的加热器件和与所述加热器件间隔已知距离的多个监测器件。

附图说明

图1a和1b示出了根据本发明的方面的器件；

图2示出了根据本发明的图1a的器件的分解图；

图3a是示出了相对于栅极电流绘制的栅极电压的图；

图3b是示出了栅极电阻(单位为欧姆)与多晶栅极温度的关系图；

图4a是示出了相对于栅极电流绘制的栅极电压的图；

图4b是示出了器件功率与多晶栅极温度的关系图；

图5示出了根据本发明外推沟道温度至离加热器件零距离的图；

图6a和6b图解地示出了获得监测器件的亚阈值的处理步骤；

图7是示出了根据本发明的处理的流程图；以及

图8示出了执行图7的处理的示例性环境。

具体实施方式

本发明涉及用于表征器件自加热的结构和方法。该结构和方法表征了多晶栅极与沟道之间跨过栅极氧化物的ΔT。ΔT值是栅极氧化物的热特性并且，对于第一级，不依赖器件的结构和环境。更具体而言，ΔT值是在给定条件下的给定器件的栅极温度与沟道温度之间的温度差。

通过执行本发明，无论器件的结构和环境，一旦测量出多晶栅极电阻，可以精确地确定器件沟道温度。在实施例中，用于确定ΔT值的方法包括测量加热器件的多晶栅极温度和“投影”加热器件的沟道温度。这里所描述的方法可以用于可靠性和设计测试目的。

图1a示出了根据本发明的结构。该结构包括在Rx上的自加热器件100和多个监测器件102。自加热器件100的多晶栅极包括在其两端处的接触100a、100b。配置接触100a、100b以允许直接在器件工作期间测量依次用于确定多晶栅极温度的多晶栅极电阻。可以通过使用4点探针结构(Kelvin接触)改善多晶栅极电阻的测量精度，如图1b中所示该4点探针结构在多晶栅极的每一端处需要一个附加的布线衬垫。