[發明專利]一種半導體器件熱載流子壽命的測量方法

有效

• 申請號: 201210262027.9
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103576066A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 甘正浩;馮軍宏
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體地，本發明涉及一種半導體器件熱載流子壽命的測量方法。

背景技術

對超大規模集成電路制造產業而言，隨著MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)裝置尺寸的不斷減小，半導體制作工藝已經進入深亞微米時代，且向超深亞微米發展，此時，半導體器件可靠性越來越直接影響著制作的IC芯片的性能和使用壽命。但是，由于MOS器件尺寸等比例縮小時，器件工作電壓并沒有相應等比例減少，所以，相應的器件內部的電場強度隨器件尺寸的減小反而增強。因此，在小尺寸器件中，電路的橫向尺寸越來越小，導致溝道長度減小，即使是較小的源漏電壓也會在漏端附近形成很高的電場強度，由于該橫向電場作用，在漏端的強場區，溝道電子獲很大的漂移速度和能量，成為熱載流子。在深亞微米工藝中，隨著MOS器件尺寸的日益縮小，MOS器件的熱載流子注入(HCI)效應越來越嚴重，其引起的器件性能的退化是影響MOS器件可靠性的重要因素之一。因此，HCI測試已成為MOS器件可靠性測試的主要測試項目之一。

由于MOS器件熱載流子的注入是按照JEDEC標準，因此MOS器件HCI測試也按照JEDEC(Joint?Electron?Device?Engineering?Council)標準進行。JEDEC標準中提供的熱載流子測試的壽命模型有3種，即漏源電壓加速Vds模型、襯底電流Isub模型和襯底與漏電流比例Isub/Id模型，實際應用時可以根據需要選擇一種即可，一般公認的選用襯底與漏電流比例Isub/Id模型。但不管對于襯底與漏電流比例Isub/Id模型還是襯底電流Isub模型，通用的HCI測試MOS器件的做法均需要加載至少3個不同的應力電壓條件，并需要取得在每一應力電壓條件下的襯底電流Isub值和漏極電流Id值，以及推算壽命所需工作條件下的襯底電流Isub值和漏極電流Id值，如圖1a-b所示。

目前，在HCI的注入造成器件的自加熱現象（self-heating，SH），引起驅動電流的下降，成為MOS和絕緣體上硅器件（silicon-on-insulator，SOI）的一個重要問題，此外，在HCI注入時其中通道的溫度會上升，即在高電壓進行HCI注入時其中通道溫度比預先設定的溫度高很多，而由于HCI的檢測跟溫度密切相關，受溫度影響較大，在計算熱載流子壽命時由于自加熱引起的溫度效應應當加以考慮，不然對載流子壽命的確定將會帶來誤差。

由于自加熱帶來的溫度上升一般會在360秒后降到室溫，因此，現有技術中為了消除自加熱帶來的影響，通常采用在HCI的注入和測量之間引入延遲時間來消除溫度的影響，沒有經過時間延遲的通道溫度比室溫高很多，加入延遲時間后再進行測量會更加準確，但是該方法仍然存在很多不足，例如有些器件中雖然加入延遲時間，但是有些器件并不能在所述時間內自動回復降溫到室溫或存在反復效應。

因此，如何消除HCI注入時自加熱引起的溫度上升對HCI壽命的檢測帶來的影響，得到更加準確的結果，成為目前需要解決的問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本發明提供了一種更加準確的半導體器件熱載流子壽命的測量方法，所述方法消除了在熱載流子注入時自加熱帶來的影響，所述方法包括以下步驟：

1）測量所述器件柵極上的電阻，所述測量方法為：

1-1）分別電連接所述器件柵極的兩端，測量所述柵極的電阻，

或者，

1-2）在所述半導體器件上柵極兩側設置兩個虛擬柵極，所述兩個虛擬柵極的一端相連接，電連接所述兩個虛擬柵極的另一端來測試所述兩個虛擬柵極的電阻；

2）根據步驟1）中所述測得的電阻，結合柵極電阻和溫度之間的線性關系，得到所述柵極的溫度，通過測量所述柵極的溫度來監控所述器件的實際溫度。

作為優選，所述方法還包括步驟3）：

計算在步驟2）中所述實際溫度下熱載流子的壽命，建立所述器件的實際溫度和熱載流子壽命之間的一一對應的關系。

作為優選，所述方法還包括步驟4）：

在應力電壓下注入熱載流子，測量所述半導體器件柵極的電阻，測量所述熱載流子壽命。

作為優選，所述步驟3）包括以下步驟：