專利名稱：一種提取mos管沿溝道電荷分布的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件測試領域，具體是針對MOS管中界面態(tài)與柵介質電荷分布的測試提取方法。
背景技術：
近幾十年來，隨著電路的集成度的提高，器件尺寸也逐漸縮小到深亞微米以至納米量級。同時，隨著器件特征尺寸縮小，器件性能也在不斷變化發(fā)展。但是，器件特征尺寸的減小也帶來了各種可靠性問題，其中主要包括熱載流子效應、NBTI以及氧化層隨時間的擊穿(TDDB)等?？煽啃詥栴}主要是由于外加應力導致器件內Si/Si02界面以及柵介質層中產生一些陷阱，嚴重影響著小尺寸器件的各種特性。所以，能夠準確地測量界面態(tài)與柵介質層中陷阱電荷密度對于器件可靠性的研究尤為重要。由于在外界應力下產生的界面陷阱和柵介質層電荷具有非均勻分布的特點，因此靠傳統(tǒng)的中帶閾值電壓方法、電容(C-V)方法，導納(Conductance)方法，深能級瞬態(tài)譜 (DLTS)和隨機電報噪聲(Random Telegraph Noise)很難可靠、準確地測量器件在外界應力下產生的缺陷。而目前比較廣泛應用的測量界面態(tài)電荷密度的方法主要是電荷泵技術 (Charge Pumping)。電荷泵技術于1969年由J. M^hen. Brugler提出，主要的原理如

圖1所示，器件的源漏同時加一反偏電壓，柵極加一脈沖電壓。當給NMOS器件柵極加一正脈沖電壓高于閾值電壓Vth，使表面被深耗盡而進入反型狀態(tài)時，電子將從源漏區(qū)流入溝道，其中一部分會被界面態(tài)俘獲。當柵脈沖電壓值低于平帶電壓Vfb，使器件表面返回積累狀態(tài)時，溝道中的可動電子由于反偏作用又回到源和漏區(qū)。陷落在界面態(tài)中的電子由于具有較長的退陷時間常數，在溝道消失之后仍然陷落在界面態(tài)中，將與來自襯底的多數載流子復合，產生襯底電流 I。p。由于I。p電流大小對界面陷阱非常敏感，它直接正比于界面態(tài)密度、器件柵面積和柵脈沖頻率，所以界面陷阱的變化會直接反映在I。p上。其中公式1反映了他們之間的關系
權利要求
1.一種提取MOS管沿溝道電荷分布的方法，應用于MOS管中界面態(tài)與柵介質電荷分布的提取，其特征在于，包括如下步驟a)構造測試電路，采用固定脈沖幅度、改變基準電壓的電荷泵電流測試法測得應力前后MOS管漏端開路和源端開路的四條電荷泵電流曲線；b)尋找原始曲線上任意一點A對應到應力后曲線上一點B，通過局部點A的電荷泵電流變化量和電壓的變化估算局部產生界面態(tài)電荷和柵介質層電荷量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟b)的實現步驟為1)根據原始曲線得到關于局部對應點閾值電壓Vth和平帶電壓Vfb沿溝道的分布；2)任意選取Originl曲線在區(qū)域I上的一點A；3)枚舉Post-stressl曲線在區(qū)域I上的點Bi,得到電荷泵電流變化量ΔΙ。ρ(χ)和局部閾值電壓漂移量AVth(X),計算出A點到B點處界面態(tài)電荷變化量ANit(X)和柵介質電荷變化量ΔΝο (χ)；4)從局部閾值電壓和平帶電壓分布圖找到Originl曲線上點A在區(qū)域II上對應的點 C，根據閾值電壓和平帶電壓偏移關系式，在Post-stressl曲線區(qū)域II上找到對應的D點；5)從局部閾值電壓或平帶電壓分布圖找到0rigin2曲線上點Α’對應Originl曲線上點A，重復步驟4找到0rigin2曲線上點A’在區(qū)域II上對應的點C’ ；6)記B和A兩點之間的電荷泵電流差為ΔΙ。ρ1，D和C兩點之間的電荷泵電流差為 AIcp2 ；D'和C’兩點之間的電荷泵電流差為ΔΙ。ρ2’，根據關系式ΔΙ。ρ2，= ΔΙ。ρ2在曲線 Post-stress2區(qū)域II上找到對應的D，點；7)根據閾值電壓和平帶電壓偏移關系式，在Post-stresd區(qū)域I上找到與點A’對應的點B’ ；8)記B和A兩點之間的電荷泵電流差為ΔΙ。ρ1’，應力前后所測得的電荷泵電流最大值之差為八1。1),_，在？0計-計儀％1曲線區(qū)域I上枚舉點B，直到ΔΙ。ρ1+ΔΙ。ρ1，+ Δ Iep2 (或 Δ T M = AT .丄Z丄 cp，max ，9)當找到對應點B時，也得到了局部ANit(X)和AN。t(x)，即在應力后新增界面態(tài)電荷和柵介質層電荷沿溝道的分布。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述測試電路為源端開路， MOS管的源端懸空，漏端和襯底短接，柵端外接頻率和幅度固定、基準電壓Vbase變化的脈沖電壓。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述測試電路為漏端開路，MOS 管的漏端是懸空，源端和襯底短接，柵端外接頻率和幅度固定、基準電壓Vbase變化的脈沖電壓。
5.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于，固定脈沖幅值大于平帶電壓Vfb和閾值電壓Vth之差。
6.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于，固定脈沖頻率大于500Hz。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中，所述應力為熱電子注入應力。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種提取MOS管沿溝道電荷分布的方法，應用于MOS管中界面態(tài)與柵介質電荷分布的提取。包括把一個MOS管加入到測試電路中，用電荷泵電流測試法測得應力前后MOS管兩條漏端開路或源端開路的電荷泵電流曲線，一條為原始曲線，一條為應力后曲線；尋找原始曲線上任意一點A對應到應力后曲線上一點B，通過局部點的電荷泵電流變化量和電壓的變化估算局部產生界面態(tài)電荷和柵介質層電荷量。與現有的提取分布方法相比，這種方法在能夠計算機的輔助下能簡單快捷提取出從漏或源端到溝道中電荷的分布，省去了大量的繁瑣的反復測試，可以為器件可靠性的改進提供有效的依據。
文檔編號H01L21/66GK102163568SQ20111005377
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權日2011年3月7日
發(fā)明者安霞, 張興, 楊東, 譚斐, 黃如 申請人:北京大學