本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域,具體地,本發(fā)明涉及一種FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量結(jié)構(gòu)及測(cè)量方法、電子裝置。
背景技術(shù):
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,為了提高器件的性能,需要不斷縮小集成電路器件的尺寸,隨著CMOS器件尺寸的不斷縮小,促進(jìn)了三維設(shè)計(jì)如鰭片場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)的發(fā)展。
相對(duì)于現(xiàn)有的平面晶體管,所述FinFET器件在溝道控制以及降低短溝道效應(yīng)等方面具有更加優(yōu)越的性能;平面柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述溝道上方,而在FinFET中所述柵極環(huán)繞所述鰭片設(shè)置,因此能從三個(gè)面來控制靜電,在靜電控制方面的性能也更突出。
隨著FinFET器件的不斷縮小,由于所述鰭片側(cè)邊的晶體定向(crystal orientation),相對(duì)于平面器件所述FinFET器件和柵極介電質(zhì)之間的界面可能包含更多的界面態(tài),因此必須對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下的這些界面態(tài)和影響進(jìn)行表征,由于與平面器件相比具有更弱的襯底接觸,現(xiàn)有技術(shù)中界面態(tài)表征的電荷泵方法(method-Charge pumping)并不適用于所述FinFET器件。
此外,還可以選用C-V方法對(duì)界面態(tài)進(jìn)行表征,但是所述測(cè)試方法的精確度比電容方法CP更低,同時(shí)需要更大面積的電容測(cè)試結(jié)構(gòu),并不適用于所述半導(dǎo)體器件。
因此需要對(duì)目前FinFET器件界面態(tài)的測(cè)試結(jié)構(gòu)以及測(cè)試方法做進(jìn)一步的改進(jìn),以便消除上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念,這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征,更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供了一種FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量結(jié)構(gòu),包括:
阱區(qū),位于半導(dǎo)體襯底中;
鰭片,位于所述阱區(qū)的上方;
柵極結(jié)構(gòu),位于部分所述鰭片上方并且環(huán)繞所述鰭片;
脈沖源,與所述柵極結(jié)構(gòu)相連;
第一類型摻雜區(qū)域,位于所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)露出的所述鰭片中;
第二類型摻雜區(qū)域,位于所述柵極結(jié)構(gòu)另一側(cè)露出的所述鰭片中;
電流表,連接于所述第一類型摻雜區(qū)域和所述第二類型摻雜區(qū)域之間。
可選地,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)還進(jìn)一步包括可變電容器,所述可變電容器與所述電流表相串聯(lián)。
可選地,所述可變電容器與所述電流表串聯(lián)后接地。
可選地,所述第一類型摻雜區(qū)域?yàn)镹+摻雜區(qū)域,所述第二類型摻雜區(qū)域?yàn)镻+摻雜區(qū)域。
可選地,所述阱區(qū)為P型阱區(qū)。
可選地,所述阱區(qū)為N型阱區(qū)。
可選地,在所述N型阱區(qū)的下方還進(jìn)一步形成有深N型阱區(qū)。
可選地,在所述半導(dǎo)體襯底上還形成有隔離材料層,所述隔離材料層覆蓋所述鰭片的底部。
本發(fā)明還提供了一種基于上述測(cè)量結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法,包括:
步驟S1:在所述柵極結(jié)構(gòu)上施加脈沖電源,使所述柵極結(jié)構(gòu)的溝道區(qū)從積累到反型不斷切換,以產(chǎn)生飽和泵電流;
步驟S2:通過所述電流表測(cè)量所述步驟S1中的所述飽和泵電流;
步驟S3:通過所述步驟S2中的所述飽和泵電流計(jì)算平均界面態(tài)密度,以得到的所述FinFET器件界面態(tài)數(shù)目。
本發(fā)明還提供了一種電子裝置,包括上述的FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供了一種檢測(cè)FinFET器件的界面態(tài)的柵控二極管測(cè)試結(jié)構(gòu),所述測(cè)試結(jié)構(gòu)通過電荷泵的方法來測(cè)定界面態(tài)。所述測(cè)試結(jié)構(gòu)可以為基于NMOS結(jié)構(gòu),其中所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的N+摻雜區(qū)域P+摻雜區(qū)域代替,即所述測(cè)試結(jié)構(gòu)為所述NMOS中的P-襯底,以及位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的N+和P+摻雜區(qū)域,或者所述測(cè)試結(jié)構(gòu)為所述PMOS結(jié)構(gòu),包括N-襯底,以及位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的N+和P+摻雜區(qū)域,還進(jìn)一步包 括位于阱區(qū)和襯底之間的深N阱(DNW IMP)。
本發(fā)明所述測(cè)試結(jié)構(gòu)可以規(guī)避(circumvent)所述FinFET器件與半導(dǎo)體襯底接觸弱的問題,還可以通過電荷泵的方法來測(cè)定界面態(tài)。
附圖說明
本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述,用來解釋本發(fā)明的裝置及原理。在附圖中,
圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式中所述FinFET器件的界面態(tài)檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明的實(shí)施方式中所述FinFET器件的界面態(tài)檢測(cè)結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施方式
在下文的描述中,給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而,對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是,本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中,為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆,對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
應(yīng)當(dāng)理解的是,本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施,而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地,提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全,并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中,為了清楚,層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
應(yīng)當(dāng)明白,當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí),其可以直接地在其它元件或?qū)由稀⑴c之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?,或者可以存在居間的元件或?qū)?。相反,?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí),則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白,盡管可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分,這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此,在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下,下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等,在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白,除了圖中所示的取向以外,空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例 如,如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn),然后,描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀薄R虼?,示例性術(shù)語(yǔ)“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語(yǔ)相應(yīng)地被解釋。
在此使用的術(shù)語(yǔ)的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí),單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式,除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語(yǔ)“組成”和/或“包括”,當(dāng)在該說明書中使用時(shí),確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí),術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。
實(shí)施例1
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供了一種FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量結(jié)構(gòu),所述測(cè)量結(jié)構(gòu)解決現(xiàn)有測(cè)量結(jié)構(gòu)不能通過電荷泵測(cè)量的弊端,可以通過測(cè)量電荷泵的方法來測(cè)量所述FinFET器件界面態(tài),可以提高測(cè)量精度,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖1和2所示,其中圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式中所述FinFET器件的界面態(tài)檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明的實(shí)施方式中所述FinFET器件的界面態(tài)檢測(cè)結(jié)構(gòu)剖面圖。
如圖1和2所示,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)包括:
半導(dǎo)體襯底;
阱區(qū)101,位于所述半導(dǎo)體襯底中;
鰭片103,位于所述阱區(qū)上方;
柵極結(jié)構(gòu)104,位于所述鰭片103上方并且環(huán)繞所述鰭片設(shè)置;
脈沖源,與所述柵極結(jié)構(gòu)相連接;
第一類型摻雜區(qū)域1031,位于所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的鰭片中;
第二類型摻雜區(qū)域1032,位于所述柵極結(jié)構(gòu)另一側(cè)的鰭片中;
電流表,所述電流表兩端連接于所述第一類型摻雜區(qū)域和所述第二類型摻雜區(qū)域。
在本發(fā)明的一具體實(shí)施方式中,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)基于NMOS結(jié)構(gòu),其中,所述半導(dǎo)體襯底101可以是以下所提到的材料中的至少一種:硅、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體上鍺(GeOI)等。
可選地,所述半導(dǎo)體襯底為N型半導(dǎo)體襯底,并在所述N型半導(dǎo)體襯底中形成P阱,例如在所述半導(dǎo)體襯底中輕摻雜P型雜質(zhì),例如B、Ga,以在N型襯底上擴(kuò)散P型區(qū),形成所述P阱區(qū)。其中,所述離子注入方法、能量、劑量可以選用本領(lǐng)域常用的方法,在此不再贅述。
其中,所述鰭片103位于所述P阱中,具體的形成方法包括:在P阱上形成硬掩膜層(圖中未示出),形成所述硬掩膜層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟習(xí)的各種適宜的工藝,例如化學(xué)氣相沉積工藝,所述硬掩膜層可以為自下而上層疊的氧化物層和氮化硅層;圖案化所述硬掩膜層,形成用于蝕刻半導(dǎo)體襯底101以在其上形成鰭片的多個(gè)彼此隔離的掩膜,在一個(gè)實(shí)施例中,采用自對(duì)準(zhǔn)雙圖案(SADP)工藝實(shí)施所述圖案化過程;蝕刻P阱以在其上形成鰭片結(jié)構(gòu)。
可選地,在所述P阱上還形成有隔離材料層102,所述隔離材料層填充所述鰭片周圍的間隙并且部分覆蓋所述鰭片103的底部,以形成目標(biāo)高度的鰭片。
具體地,所述沉積隔離材料層102的形成方法可以包括:沉積隔離材料層102,以完全填充鰭片結(jié)構(gòu)之間的間隙。在一個(gè)實(shí)施例中,采用具有可流動(dòng)性的化學(xué)氣相沉積工藝實(shí)施所述沉積。隔離材料層102的材料可以選擇氧化物,例如HARP。然后回蝕刻所述隔離材料層102,至所述鰭片的目標(biāo)高度。具體地,回蝕刻所述隔離材料層102,以露出部分所述鰭片,進(jìn)而形成具有特定高度的鰭片。
其中,所述柵極結(jié)構(gòu)104為環(huán)繞柵極,環(huán)繞所述鰭片設(shè)置,如圖1所示,在縱向上所述柵極結(jié)構(gòu)104環(huán)繞并完全覆蓋所述鰭片,在橫向上,所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)仍露出鰭片的兩端。
其中,所述柵極結(jié)構(gòu)可以選用本領(lǐng)域常用的半導(dǎo)體材料,例如可以選用多晶硅等,并不局限于某一種,在此不再一一列舉。
在所述柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)還形成有第一類型摻雜區(qū)域1031和第二類型摻雜區(qū)域1032。其中,所述第一類型摻雜區(qū)域1031為N+摻雜區(qū)域,所述第二類型摻雜區(qū)域1032為P+摻雜區(qū)域。
其中,為了適于測(cè)量FinFET器件的界面態(tài),提高測(cè)量結(jié)果的精確度,本申請(qǐng)中將所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的N型的源漏區(qū)進(jìn)行改變,將其中所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的離子摻雜類型該變?yōu)镻型,以用來代替半導(dǎo)體襯底(體區(qū)),如圖2所示。
此外,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)還進(jìn)一步包括可變電容器,所述可變電容器與所述 電流表相串聯(lián),串聯(lián)之后連接于所述第一類型摻雜區(qū)域和所述第二類型摻雜區(qū)域。
進(jìn)一步,所述可變電容器與所述電流表串聯(lián)后的另外一端接地。
所述測(cè)量結(jié)構(gòu)的工作原理為:在所述測(cè)量結(jié)構(gòu)中,在所述MOSFET的柵極結(jié)構(gòu)104上施加脈沖,其高電平Vgh大于MOSFET的閾值電壓Vth,低電平Vgl低于其平帶電壓Vfb。脈沖的上升時(shí)間tr、下降時(shí)間tf均小于界面態(tài)發(fā)射的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)柵壓位于脈沖高電平期間溝道表面處于反型狀態(tài),電子從源漏流向溝道,其中一部分為界面態(tài)所俘獲。當(dāng)柵壓變?yōu)榈碗娖綍r(shí),溝道將變?yōu)榉e累狀態(tài),溝道可動(dòng)電子流回第一類型摻雜區(qū)域1031,但是,由于tr、tf均小于界面態(tài)發(fā)射時(shí)間常數(shù),那些被界面態(tài)俘獲的電子,尤其是那些位于較深能級(jí)界面態(tài)上的電子,將來不及發(fā)射回導(dǎo)帶,而和第二類型摻雜區(qū)域1032來的空穴復(fù)合。同理,在柵壓由低電平向高電平瞬變時(shí),界面態(tài)上來不及發(fā)射回價(jià)帶的空穴將與第一類型摻雜區(qū)域1031來的電子復(fù)合。因此從整個(gè)周期來看,相當(dāng)于產(chǎn)生了一股由第二類型摻雜區(qū)域1032流向第一類型摻雜區(qū)域1031的電流(對(duì)PMOS則電流方向相反)。這個(gè)電流稱為飽和電荷泵電流Icp。
其中,Icp=qAGfDit,其中,所述q為電子電荷,所述AG為柵極結(jié)構(gòu)面積,f為脈沖頻率,Dit為平均界面態(tài)密度,由該公式可以看出所述Icp和Dit成正比關(guān)系,因此電荷泵電流直接反映了溝道界面態(tài)的數(shù)量。
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供了一種檢測(cè)FinFET器件的界面態(tài)柵控二極管測(cè)試結(jié)構(gòu),所述測(cè)試結(jié)構(gòu)通過電荷泵的方法來測(cè)定界面態(tài)。所述測(cè)試結(jié)構(gòu)可以為基于NMOS結(jié)構(gòu),其中所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的N+摻雜區(qū)域P+摻雜區(qū)域代替,即所述測(cè)試結(jié)構(gòu)為所述NMOS中的P-襯底,以及位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的N+和P+摻雜區(qū)域,或者所述測(cè)試結(jié)構(gòu)為所述PMOS結(jié)構(gòu),包括中的N-襯底,以及位于柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的N+和P+摻雜區(qū)域,還進(jìn)一步包括位于阱區(qū)和襯底之間的深N阱(DNW IMP)。
本發(fā)明所述測(cè)試結(jié)構(gòu)可以規(guī)避(circumvent)所述FinFET器件與半導(dǎo)體襯底接觸弱的問題,還可以通過電荷泵的方法來測(cè)定界面態(tài)。
實(shí)施例2
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,提供了一種FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量結(jié)構(gòu),所述測(cè)量結(jié)構(gòu)解決現(xiàn)有測(cè)量結(jié)構(gòu)不能通過電荷泵測(cè)量的弊端,可以通過測(cè)量電荷泵的方法來測(cè)量所述FinFET器件界面態(tài),可以提高測(cè)量精度。
所述測(cè)量結(jié)構(gòu)包括:
半導(dǎo)體襯底;
阱區(qū),位于所述半導(dǎo)體襯底中;
鰭片,位于所述阱區(qū)上方;
柵極結(jié)構(gòu),位于所述鰭片上方并且環(huán)繞所述鰭片設(shè)置;
脈沖源,與所述柵極結(jié)構(gòu)相連接;
第一類型摻雜區(qū)域,位于所述柵極結(jié)構(gòu)一側(cè)的鰭片中;
第二類型摻雜區(qū)域,位于所述柵極結(jié)構(gòu)另一側(cè)的鰭片中;
電流表,所述電流表兩端連接于所述第一類型摻雜區(qū)域和所述第二類型摻雜區(qū)域。
在本發(fā)明的具體實(shí)施方式中,所述測(cè)量結(jié)構(gòu)基于PMOS結(jié)構(gòu),所述半導(dǎo)體襯底為P型半導(dǎo)體襯底,并在所述P型半導(dǎo)體襯底中形成N阱,例如在所述半導(dǎo)體襯底中輕摻雜N型雜質(zhì),例如P、As,以在P型襯底上擴(kuò)散N型區(qū),形成所述N阱區(qū)。
其中,所述離子注入方法、能量、劑量可以選用本領(lǐng)域常用的方法,在此不再贅述。
其中,所述柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源漏為P+摻雜,為了適用于所述FinFET器件,將其中一個(gè)源漏區(qū)被N+摻雜代替,以以用來代替半導(dǎo)體襯底(體區(qū))。
和實(shí)施例1不同的是,在所述半導(dǎo)體襯底中在所述N阱區(qū)下方還進(jìn)一步形成有深N阱區(qū),除此之外其他設(shè)置和實(shí)施1相同,在此不再重復(fù)描述。
在該實(shí)施例中所述測(cè)量結(jié)構(gòu)的工作原理同實(shí)施例1相同,除了飽和電荷泵電流Icp的電流方向,對(duì)PMOS電流方向與實(shí)施例1中的電流方向相反。但是仍滿足下述公式:Icp=qAGfDit,其中,所述q為電子電荷,所述AG為柵極結(jié)構(gòu)面積,f為脈沖頻率,Dit為平均界面態(tài)密度,由該公式可以看出所述Icp和Dit成正比關(guān)系,因此電荷泵電流直接反映了溝道界面態(tài)的數(shù)量。
實(shí)施例3
本發(fā)明還提供了一種FinFET器件界面態(tài)的測(cè)量方法,所述測(cè)量方法選用實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述的測(cè)量結(jié)構(gòu),所述測(cè)量方法包括:
步驟S1:在所述柵極結(jié)構(gòu)上施加一個(gè)脈沖,使所述柵極結(jié)構(gòu)的溝道區(qū)從積累到反型不斷變化;
步驟S2:通過所述電流表測(cè)量步驟S1中產(chǎn)生的飽和泵電流Icp;其中,Icp=qAGfDit,其中,所述q為電子電荷,所述AG為柵極結(jié)構(gòu)面積,f為脈沖 頻率,Dit為平均界面態(tài)密度,由該公式可以看出所述Icp和Dit成正比關(guān)系,因此電荷泵電流直接反映了溝道界面態(tài)的數(shù)量。
步驟S3:通過步驟S2中的所述飽和泵電流計(jì)算平均界面態(tài)密度,以得到的所述FinFET器件界面態(tài)數(shù)目。
實(shí)施例4
本發(fā)明還提供了一種電子裝置,包括實(shí)施例1或2所述的測(cè)試結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的電子裝置,可以是手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機(jī)、電視機(jī)、VCD、DVD、導(dǎo)航儀、照相機(jī)、攝像機(jī)、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備,也可為任何包括所述測(cè)試結(jié)構(gòu)的中間產(chǎn)品。本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置,由于使用了上述的測(cè)試結(jié)構(gòu),因而具有更好的性能。
本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明,但應(yīng)當(dāng)理解的是,上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的,而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例,根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改,這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。