专利名称：有效薄层电荷密度获取方法
技术领域：
本发明涉及半导体可靠性评估，且特别涉及有效薄层电荷密度获取方法。
背景技术：
随着CMOS工艺尺寸的缩小，总剂量辐射效应由于栅氧厚度的减小而得以改善。总剂量辐射效应是器件在辐射环境中所产生一种效应，具体来说，器件在辐射环境下会产生退化。比如在太空应用中，器件在太空中可能要工作数10年，太空高能粒子的长时间辐照会在器件中产生累积，形成总剂量辐射效应；此外，不止是太空应用，地铁安检、飞机安检或生产工艺中的离子注入等情况下，X射线，Y射线等也都会形成总剂量辐射效应，从而造成器件的退化。尽管CMOS工艺尺寸有所缩小，但是由于浅沟道隔离(STI)氧化层并不相应的减小，仍具有几百纳米的厚度，因此，辐射仍会在STI氧化层中引入电荷，即有效薄层电荷，使得STI氧化层对总剂量辐射效应相当敏感。为了有效的评估器件的可靠性，有必要较为准确的评估有效薄层电荷密度。离子辐射在隔离绝缘层，尤其是位于靠近STI沟道侧墙的位置，所感生的正向氧化层陷阱电荷，在沟道边缘形成反型层并产生漏电流通路，并成为η沟道MOSFET关态漏-源漏电流的主要来源。图1中虚线Α-Α’和Β-Β’显示了沟道边缘的漏-源漏电流通路。 其中，MOS晶体管可视作为两个寄生晶体管和一个主晶体管并联，STI中的氧化层陷阱电荷反型了两个寄生晶体管的沟道，因而产生了后续的漏电流通路。为了更好的研究漏电流所引起的边缘效应，需要对由离子辐射所引起的寄生晶体管效应进行进一步研究和分析。尤其在窄沟道MOSFET中，不仅应考虑寄生晶体管的退化，并且还应考虑到主晶体管阈值电压的偏移。由于离子辐射导致的阈值电压偏移在窄沟道MOS晶体管中较宽沟道MOS晶体管更为明显。这一效应被称作为辐射感生窄沟道效应 (RINCE)。在这些研究和分析中，通常需要对沿STI侧墙处的有效薄层电荷密度进行估计。 目前业界常用的方法较为繁琐复杂，例如参考图2，其采用了沿沟道侧墙四分之一周期路径的电荷采集，其中，路径长度随距沟道拐角的距离增大而增大，依次增加了能潜在收集的的电荷数量。但是，距离较大时电场强度又较弱，使得电荷产额变低。上述方法不仅计算繁复，而且在划分和计算过程中多次采用近似、等同等处理方式，并不能准确地对STI氧化层中的有效薄层电荷进行描述。在生产和常规研究中，为了简便，可认为沿STI侧墙处具有恒定的有效薄层电荷密度。目前业界尚未有方法能够准确地对有效薄层电荷密度进行获取，这对器件在辐射环境下的研究与进一步改善以及对器件可靠性的评估都带来了困难。
发明内容
本发明提出一种有效薄层电荷密度获取方法，能够用简单有效的方法准确地获取由于辐射所产生的STI层中的有效薄层电荷密度。为了实现上述技术目的，本发明提出一种有效薄层电荷密度获取方法，包括使所述晶体管承受相同的辐射，并在不同的衬底偏置条件下，分别测量每一次在辐射前后的阈值电压值；获取所述晶体管在辐射前后的阈值电压偏移值；根据所述阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI侧墙的有效薄层电荷密度。可选的，所述施加不同的衬底偏置条件包括使得所述晶体管具有不同的耗尽层最大宽度。可选的，所述施加不同的衬底偏置条件包括施加不同的基源电压。可选的，所述根据阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI 侧墙的有效薄层电荷密度包括所述有效薄层电荷密度与所述晶体管的不同耗尽层最大宽度的差值成反比，并且所述有效薄层电荷密度与所述晶体管的阈值电压偏移值之差成正比。可选的，所述有效薄层电荷密度为栅氧化层单位电容、所述晶体管的阈值电压偏移值之差和沟道宽度的乘积与电子电量和耗尽层最大宽度之差的乘积的两倍的比值。本发明的有益效果为有效地利用了具有不同衬底偏置条件的晶体管的阈值电压偏移值之间的差值，对由于辐射所产生的STI氧化层中的有效薄层电荷密度进行估算，大大简化了计算复杂程度，并且能够准确有效地获取所需要的有效薄层电荷密度，从而提高了器件可靠性评估的精确度。
图1为常规NMOS晶体管漏电流的结构示意图；图2为目前业界常用于估算有效薄层电荷密度的结构剖面示意图；图3为本发明有效薄层电荷密度获取方法一种实施方式的流程示意图；图4为晶体管中电荷分布示意图。
具体实施例方式经过长期的实验和生产实践，发明人提出了一种有效薄层电荷密度获取方法，其中，发明人基于电荷守恒原则，将晶体管阈值电压偏移值根据造成阈值电压偏移的原因进行区分，并有效地利用了具有不同衬底偏置条件的晶体管的阈值电压偏移值之间的差值， 避免了传统方法中需要对由栅氧中的电荷改变量所引起的阈值电压偏移值进行计算，从而能够用简单有效的方法准确地获取由于辐射所产生的STI氧化层中的有效薄层电荷密度。下面将结合具体实施例和附图，对本发明有效薄层电荷密度获取方法进行详细阐述。参考图3，本发明有效薄层电荷密度获取方法的一种具体实施方式
可包括以下步骤步骤Si，使所述晶体管承受相同的辐射，并在不同的衬底偏置条件下，分别测量每一次在辐射前后的阈值电压值；步骤S2，获取所述晶体管在辐射前后的阈值电压偏移值；步骤S3，根据所述阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI
4侧墙的有效薄层电荷密度。其中，步骤Sl中，所述施加不同的衬底偏置条件具体可包括施加不同的基源电压，使得所述晶体管具有不同的耗尽层最大宽度。其中，在具体实施过程中，步骤Sl中的所述辐射，可包括由于太空高能粒子的长时间辐照，或者是地铁/飞机安检，或者是生产工艺中的离子注入，或者是其它情况下的X 射线或Y射线等所产生的辐射。其中，在一种具体实施方式
中，步骤S3可进一步包括所述有效薄层电荷密度与上述晶体管的不同耗尽层最大宽度的差值成反比，并且所述有效薄层电荷密度与上述晶体管的阈值电压偏移值之差成正比。具体地，参考图4，在图示晶体管中，根据电荷守恒原则，整个器件对外电荷为零， 也就是说，QSTI+QM+Qg0X+ Δ Qg0X+Qn+QB = 0，其中，Qsn为耗尽层101以上的浅沟槽(STI) 105中总的有效电荷；%为栅极104中的电荷；Qgox为辐射之前栅氧化层103中总的有效电荷；Δ Qgox为栅氧化层103中由于辐射所导致的总的有效电荷；Qn为反型层102中的总电荷；Qb为耗尽层101中的总电荷。并且，在n-MOSFET 中，Qsti > 0, Qm > 0，Qgox > 0，AQgox > 0, Qn < 0，Qb < 0。在辐射之前，由于不存在离子辐射影响，Qsn = AQgox = 0，此时，晶体管的阈值电压Vth为
权利要求
1.一种有效薄层电荷密度获取方法，其特征在于，包括使所述晶体管承受相同的辐射，并在不同的衬底偏置条件下，分别测量每一次在辐射前后的阈值电压值；获取所述晶体管在辐射前后的阈值电压偏移值；根据所述阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI侧墙的有效薄层电荷密度。
2.如权利要求1所述的有效薄层电荷密度获取方法，其特征在于，所述施加不同的衬底偏置条件包括使得所述晶体管具有不同的耗尽层最大宽度。
3.如权利要求2所述的有效薄层电荷密度获取方法，其特征在于，所述施加不同的衬底偏置条件包括施加不同的基源电压。
4.如权利要求2所述的有效薄层电荷密度获取方法，其特征在于，所述根据阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI侧墙的有效薄层电荷密度包括所述有效薄层电荷密度与所述晶体管的不同耗尽层最大宽度的差值成反比，并且所述有效薄层电荷密度与所述晶体管的阈值电压偏移值之差成正比。
5.如权利要求4所述的有效薄层电荷密度获取方法，其特征在于，所述有效薄层电荷密度为栅氧化层单位电容、所述晶体管的阈值电压偏移值之差和沟道宽度的乘积与电子电量和耗尽层最大宽度之差的乘积的两倍的比值。
全文摘要
一种有效薄层电荷密度获取方法，包括使所述晶体管承受相同的辐射，并在不同的衬底偏置条件下，分别测量每一次在辐射前后的阈值电压值；获取所述晶体管在辐射前后的阈值电压偏移值；根据所述阈值电压偏移值之差以及其对应的衬底偏置条件，获取沿STI侧墙的有效薄层电荷密度。本发明有效地利用了具有不同沟道宽度的晶体管的阈值电压偏移值之间的差值，对由于辐射所产生的STI氧化层中的有效薄层电荷密度进行准确的估算，简化了计算复杂程度，提高了器件可靠性评估的精确度。
文档编号G01R31/26GK102313867SQ20111029632
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者胡志远 申请人:上海宏力半导体制造有限公司