專利名稱：有效薄層電荷密度獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體可靠性評估，且特別涉及有效薄層電荷密度獲取方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS工藝尺寸的縮小，總劑量輻射效應(yīng)由于柵氧厚度的減小而得以改善?？倓┝枯椛湫?yīng)是器件在輻射環(huán)境中所產(chǎn)生一種效應(yīng)，具體來說，器件在輻射環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生退化。比如在太空應(yīng)用中，器件在太空中可能要工作數(shù)10年，太空高能粒子的長時(shí)間輻照會(huì)在器件中產(chǎn)生累積，形成總劑量輻射效應(yīng)；此外，不止是太空應(yīng)用，地鐵安檢、飛機(jī)安檢或生產(chǎn)工藝中的離子注入等情況下，X射線，Y射線等也都會(huì)形成總劑量輻射效應(yīng)，從而造成器件的退化。盡管CMOS工藝尺寸有所縮小，但是由于淺溝道隔離(STI)氧化層并不相應(yīng)的減小，仍具有幾百納米的厚度，因此，輻射仍會(huì)在STI氧化層中引入電荷，即有效薄層電荷，使得STI氧化層對總劑量輻射效應(yīng)相當(dāng)敏感。為了有效的評估器件的可靠性，有必要較為準(zhǔn)確的評估有效薄層電荷密度。離子輻射在隔離絕緣層，尤其是位于靠近STI溝道側(cè)墻的位置，所感生的正向氧化層陷阱電荷，在溝道邊緣形成反型層并產(chǎn)生漏電流通路，并成為η溝道MOSFET關(guān)態(tài)漏-源漏電流的主要來源。圖1中虛線Α-Α’和Β-Β’顯示了溝道邊緣的漏-源漏電流通路。 其中，MOS晶體管可視作為兩個(gè)寄生晶體管和一個(gè)主晶體管并聯(lián)，STI中的氧化層陷阱電荷反型了兩個(gè)寄生晶體管的溝道，因而產(chǎn)生了后續(xù)的漏電流通路。為了更好的研究漏電流所引起的邊緣效應(yīng)，需要對由離子輻射所引起的寄生晶體管效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究和分析。尤其在窄溝道MOSFET中，不僅應(yīng)考慮寄生晶體管的退化，并且還應(yīng)考慮到主晶體管閾值電壓的偏移。由于離子輻射導(dǎo)致的閾值電壓偏移在窄溝道MOS晶體管中較寬溝道MOS晶體管更為明顯。這一效應(yīng)被稱作為輻射感生窄溝道效應(yīng) (RINCE)。在這些研究和分析中，通常需要對沿STI側(cè)墻處的有效薄層電荷密度進(jìn)行估計(jì)。 目前業(yè)界常用的方法較為繁瑣復(fù)雜，例如參考圖2，其采用了沿溝道側(cè)墻四分之一周期路徑的電荷采集，其中，路徑長度隨距溝道拐角的距離增大而增大，依次增加了能潛在收集的的電荷數(shù)量。但是，距離較大時(shí)電場強(qiáng)度又較弱，使得電荷產(chǎn)額變低。上述方法不僅計(jì)算繁復(fù)，而且在劃分和計(jì)算過程中多次采用近似、等同等處理方式，并不能準(zhǔn)確地對STI氧化層中的有效薄層電荷進(jìn)行描述。在生產(chǎn)和常規(guī)研究中，為了簡便，可認(rèn)為沿STI側(cè)墻處具有恒定的有效薄層電荷密度。目前業(yè)界尚未有方法能夠準(zhǔn)確地對有效薄層電荷密度進(jìn)行獲取，這對器件在輻射環(huán)境下的研究與進(jìn)一步改善以及對器件可靠性的評估都帶來了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種有效薄層電荷密度獲取方法，能夠用簡單有效的方法準(zhǔn)確地獲取由于輻射所產(chǎn)生的STI層中的有效薄層電荷密度。為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出一種有效薄層電荷密度獲取方法，包括使所述晶體管承受相同的輻射，并在不同的襯底偏置條件下，分別測量每一次在輻射前后的閾值電壓值；獲取所述晶體管在輻射前后的閾值電壓偏移值；根據(jù)所述閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI側(cè)墻的有效薄層電荷密度?？蛇x的，所述施加不同的襯底偏置條件包括使得所述晶體管具有不同的耗盡層最大寬度?？蛇x的，所述施加不同的襯底偏置條件包括施加不同的基源電壓?？蛇x的，所述根據(jù)閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI 側(cè)墻的有效薄層電荷密度包括所述有效薄層電荷密度與所述晶體管的不同耗盡層最大寬度的差值成反比，并且所述有效薄層電荷密度與所述晶體管的閾值電壓偏移值之差成正比?？蛇x的，所述有效薄層電荷密度為柵氧化層單位電容、所述晶體管的閾值電壓偏移值之差和溝道寬度的乘積與電子電量和耗盡層最大寬度之差的乘積的兩倍的比值。本發(fā)明的有益效果為有效地利用了具有不同襯底偏置條件的晶體管的閾值電壓偏移值之間的差值，對由于輻射所產(chǎn)生的STI氧化層中的有效薄層電荷密度進(jìn)行估算，大大簡化了計(jì)算復(fù)雜程度，并且能夠準(zhǔn)確有效地獲取所需要的有效薄層電荷密度，從而提高了器件可靠性評估的精確度。


圖1為常規(guī)NMOS晶體管漏電流的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為目前業(yè)界常用于估算有效薄層電荷密度的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為本發(fā)明有效薄層電荷密度獲取方法一種實(shí)施方式的流程示意圖；圖4為晶體管中電荷分布示意圖。
具體實(shí)施例方式經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)明人提出了一種有效薄層電荷密度獲取方法，其中，發(fā)明人基于電荷守恒原則，將晶體管閾值電壓偏移值根據(jù)造成閾值電壓偏移的原因進(jìn)行區(qū)分，并有效地利用了具有不同襯底偏置條件的晶體管的閾值電壓偏移值之間的差值， 避免了傳統(tǒng)方法中需要對由柵氧中的電荷改變量所引起的閾值電壓偏移值進(jìn)行計(jì)算，從而能夠用簡單有效的方法準(zhǔn)確地獲取由于輻射所產(chǎn)生的STI氧化層中的有效薄層電荷密度。下面將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對本發(fā)明有效薄層電荷密度獲取方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。參考圖3，本發(fā)明有效薄層電荷密度獲取方法的一種具體實(shí)施方式
可包括以下步驟步驟Si，使所述晶體管承受相同的輻射，并在不同的襯底偏置條件下，分別測量每一次在輻射前后的閾值電壓值；步驟S2，獲取所述晶體管在輻射前后的閾值電壓偏移值；步驟S3，根據(jù)所述閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI
4側(cè)墻的有效薄層電荷密度。其中，步驟Sl中，所述施加不同的襯底偏置條件具體可包括施加不同的基源電壓，使得所述晶體管具有不同的耗盡層最大寬度。其中，在具體實(shí)施過程中，步驟Sl中的所述輻射，可包括由于太空高能粒子的長時(shí)間輻照，或者是地鐵/飛機(jī)安檢，或者是生產(chǎn)工藝中的離子注入，或者是其它情況下的X 射線或Y射線等所產(chǎn)生的輻射。其中，在一種具體實(shí)施方式
中，步驟S3可進(jìn)一步包括所述有效薄層電荷密度與上述晶體管的不同耗盡層最大寬度的差值成反比，并且所述有效薄層電荷密度與上述晶體管的閾值電壓偏移值之差成正比。具體地，參考圖4，在圖示晶體管中，根據(jù)電荷守恒原則，整個(gè)器件對外電荷為零， 也就是說，QSTI+QM+Qg0X+ Δ Qg0X+Qn+QB = 0，其中，Qsn為耗盡層101以上的淺溝槽(STI) 105中總的有效電荷；%為柵極104中的電荷；Qgox為輻射之前柵氧化層103中總的有效電荷；Δ Qgox為柵氧化層103中由于輻射所導(dǎo)致的總的有效電荷；Qn為反型層102中的總電荷；Qb為耗盡層101中的總電荷。并且，在n-MOSFET 中，Qsti > 0, Qm > 0，Qgox > 0，AQgox > 0, Qn < 0，Qb < 0。在輻射之前，由于不存在離子輻射影響，Qsn = AQgox = 0，此時(shí)，晶體管的閾值電壓Vth為
權(quán)利要求
1.一種有效薄層電荷密度獲取方法，其特征在于，包括使所述晶體管承受相同的輻射，并在不同的襯底偏置條件下，分別測量每一次在輻射前后的閾值電壓值；獲取所述晶體管在輻射前后的閾值電壓偏移值；根據(jù)所述閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI側(cè)墻的有效薄層電荷密度。
2.如權(quán)利要求1所述的有效薄層電荷密度獲取方法，其特征在于，所述施加不同的襯底偏置條件包括使得所述晶體管具有不同的耗盡層最大寬度。
3.如權(quán)利要求2所述的有效薄層電荷密度獲取方法，其特征在于，所述施加不同的襯底偏置條件包括施加不同的基源電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的有效薄層電荷密度獲取方法，其特征在于，所述根據(jù)閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI側(cè)墻的有效薄層電荷密度包括所述有效薄層電荷密度與所述晶體管的不同耗盡層最大寬度的差值成反比，并且所述有效薄層電荷密度與所述晶體管的閾值電壓偏移值之差成正比。
5.如權(quán)利要求4所述的有效薄層電荷密度獲取方法，其特征在于，所述有效薄層電荷密度為柵氧化層單位電容、所述晶體管的閾值電壓偏移值之差和溝道寬度的乘積與電子電量和耗盡層最大寬度之差的乘積的兩倍的比值。
全文摘要
一種有效薄層電荷密度獲取方法，包括使所述晶體管承受相同的輻射，并在不同的襯底偏置條件下，分別測量每一次在輻射前后的閾值電壓值；獲取所述晶體管在輻射前后的閾值電壓偏移值；根據(jù)所述閾值電壓偏移值之差以及其對應(yīng)的襯底偏置條件，獲取沿STI側(cè)墻的有效薄層電荷密度。本發(fā)明有效地利用了具有不同溝道寬度的晶體管的閾值電壓偏移值之間的差值，對由于輻射所產(chǎn)生的STI氧化層中的有效薄層電荷密度進(jìn)行準(zhǔn)確的估算，簡化了計(jì)算復(fù)雜程度，提高了器件可靠性評估的精確度。
文檔編號G01R31/26GK102313867SQ20111029632
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者胡志遠(yuǎn) 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司