[发明专利]一种提取MOS管沿沟道电荷分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，具体是针对MOS管中界面态与栅介质电荷分布的测试提取方法。

背景技术

近几十年来，随着电路的集成度的提高，器件尺寸也逐渐缩小到深亚微米以至纳米量级。同时，随着器件特征尺寸缩小，器件性能也在不断变化发展。但是，器件特征尺寸的减小也带来了各种可靠性问题，其中主要包括热载流子效应、NBTI以及氧化层随时间的击穿(TDDB)等。可靠性问题主要是由于外加应力导致器件内Si/SiO₂界面以及栅介质层中产生一些陷阱，严重影响着小尺寸器件的各种特性。所以，能够准确地测量界面态与栅介质层中陷阱电荷密度对于器件可靠性的研究尤为重要。

由于在外界应力下产生的界面陷阱和栅介质层电荷具有非均匀分布的特点，因此靠传统的中带阈值电压方法、电容(C-V)方法，导纳(Conductance)方法，深能级瞬态谱(DLTS)和随机电报噪声(Random Telegraph Noise)很难可靠、准确地测量器件在外界应力下产生的缺陷。而目前比较广泛应用的测量界面态电荷密度的方法主要是电荷泵技术(Charge Pumping)。

电荷泵技术于1969年由J.Stephen.Brugler提出，主要的原理如图1所示，器件的源漏同时加一反偏电压，栅极加一脉冲电压。当给NMOS器件栅极加一正脉冲电压高于阈值电压V_th，使表面被深耗尽而进入反型状态时，电子将从源漏区流入沟道，其中一部分会被界面态俘获。当栅脉冲电压值低于平带电压V_fb，使器件表面返回积累状态时，沟道中的可动电子由于反偏作用又回到源和漏区。陷落在界面态中的电子由于具有较长的退陷时间常数，在沟道消失之后仍然陷落在界面态中，将与来自衬底的多数载流子复合，产生衬底电流I_cp。由于I_cp电流大小对界面陷阱非常敏感，它直接正比于界面态密度、器件栅面积和栅脉冲频率，所以界面陷阱的变化会直接反映在I_cp上。其中公式1反映了他们之间的关系

Dit‾=Icpq×Area×f×ΔE]]>(公式1)

为平均界面态密度，q是基本电荷量，Area是栅面积，f是脉冲频率，ΔE是硅表面反型与积累时费米能级之间的能量差。

VLSI制造技术正向纳米尺度迅速发展，在器件的沟道长度、结深和栅氧厚度等尺寸等比缩小和衬底掺杂浓度增加的同时，电源电压并未能随之等比例缩小，这就导致沟道区的局部横向和纵向电场显著增加。在局部强电场作用下，MOS器件的可靠性受到了严峻的挑战，同时在界面处和栅介质层中产生的局部电荷对器件的性能影响也很关键。由于传统的电荷泵方法大多只能计算出整个界面处产生的平均电荷密度，尽管有人通过改变测试条件与结构能粗略地计算出由于应力产生的界面态和介质层电荷沿沟道方向的分布，但都需要进行十分复杂的计算过程，需要通过不断地改变栅脉冲幅度或改变漏端与衬底的偏压，测出一系列不同栅脉冲基准电压下的电荷泵曲线，根据获得的最大值电流获得各新电荷沿沟道方向的分布。因此传统的基于电荷泵法提取器件沿沟道方向的界面态和栅介质层电荷分布需要进行大量的测试与计算，过程相当繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电荷泵法提取MOS管因应力产生沿沟道界面态与栅介质电荷分布的方法。

本发明提供的技术方案如下：

方案1：一种提取MOS管沿沟道电荷分布的方法，应用于MOS管中界面态与栅介质电荷分布的提取，其特征在于，包括如下步骤：