专利名称：一种提取mos管沿沟道电荷分布的方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件测试领域，具体是针对MOS管中界面态与栅介质电荷分布的测试提取方法。
背景技术：
近几十年来，随着电路的集成度的提高，器件尺寸也逐渐缩小到深亚微米以至纳米量级。同时，随着器件特征尺寸缩小，器件性能也在不断变化发展。但是，器件特征尺寸的减小也带来了各种可靠性问题，其中主要包括热载流子效应、NBTI以及氧化层随时间的击穿(TDDB)等。可靠性问题主要是由于外加应力导致器件内Si/Si02界面以及栅介质层中产生一些陷阱，严重影响着小尺寸器件的各种特性。所以，能够准确地测量界面态与栅介质层中陷阱电荷密度对于器件可靠性的研究尤为重要。由于在外界应力下产生的界面陷阱和栅介质层电荷具有非均勻分布的特点，因此靠传统的中带阈值电压方法、电容(C-V)方法，导纳(Conductance)方法，深能级瞬态谱 (DLTS)和随机电报噪声(Random Telegraph Noise)很难可靠、准确地测量器件在外界应力下产生的缺陷。而目前比较广泛应用的测量界面态电荷密度的方法主要是电荷泵技术 (Charge Pumping)。电荷泵技术于1969年由J. M^hen. Brugler提出，主要的原理如
图1所示，器件的源漏同时加一反偏电压，栅极加一脉冲电压。当给NMOS器件栅极加一正脉冲电压高于阈值电压Vth，使表面被深耗尽而进入反型状态时，电子将从源漏区流入沟道，其中一部分会被界面态俘获。当栅脉冲电压值低于平带电压Vfb，使器件表面返回积累状态时，沟道中的可动电子由于反偏作用又回到源和漏区。陷落在界面态中的电子由于具有较长的退陷时间常数，在沟道消失之后仍然陷落在界面态中，将与来自衬底的多数载流子复合，产生衬底电流 I。p。由于I。p电流大小对界面陷阱非常敏感，它直接正比于界面态密度、器件栅面积和栅脉冲频率，所以界面陷阱的变化会直接反映在I。p上。其中公式1反映了他们之间的关系
权利要求
1.一种提取MOS管沿沟道电荷分布的方法，应用于MOS管中界面态与栅介质电荷分布的提取，其特征在于，包括如下步骤a)构造测试电路，采用固定脉冲幅度、改变基准电压的电荷泵电流测试法测得应力前后MOS管漏端开路和源端开路的四条电荷泵电流曲线；b)寻找原始曲线上任意一点A对应到应力后曲线上一点B，通过局部点A的电荷泵电流变化量和电压的变化估算局部产生界面态电荷和栅介质层电荷量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)的实现步骤为1)根据原始曲线得到关于局部对应点阈值电压Vth和平带电压Vfb沿沟道的分布；2)任意选取Originl曲线在区域I上的一点A；3)枚举Post-stressl曲线在区域I上的点Bi,得到电荷泵电流变化量ΔΙ。ρ(χ)和局部阈值电压漂移量AVth(X),计算出A点到B点处界面态电荷变化量ANit(X)和栅介质电荷变化量ΔΝο (χ)；4)从局部阈值电压和平带电压分布图找到Originl曲线上点A在区域II上对应的点 C，根据阈值电压和平带电压偏移关系式，在Post-stressl曲线区域II上找到对应的D点；5)从局部阈值电压或平带电压分布图找到0rigin2曲线上点Α’对应Originl曲线上点A，重复步骤4找到0rigin2曲线上点A’在区域II上对应的点C’ ；6)记B和A两点之间的电荷泵电流差为ΔΙ。ρ1，D和C两点之间的电荷泵电流差为 AIcp2 ；D'和C’两点之间的电荷泵电流差为ΔΙ。ρ2’，根据关系式ΔΙ。ρ2，= ΔΙ。ρ2在曲线 Post-stress2区域II上找到对应的D，点；7)根据阈值电压和平带电压偏移关系式，在Post-stresd区域I上找到与点A’对应的点B’ ；8)记B和A两点之间的电荷泵电流差为ΔΙ。ρ1’，应力前后所测得的电荷泵电流最大值之差为八1。1),_，在？0计-计仪％1曲线区域I上枚举点B，直到ΔΙ。ρ1+ΔΙ。ρ1，+ Δ Iep2 (或 Δ T M = AT .丄Z丄 cp，max ，9)当找到对应点B时，也得到了局部ANit(X)和AN。t(x)，即在应力后新增界面态电荷和栅介质层电荷沿沟道的分布。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述测试电路为源端开路， MOS管的源端悬空，漏端和衬底短接，栅端外接频率和幅度固定、基准电压Vbase变化的脉冲电压。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述测试电路为漏端开路，MOS 管的漏端是悬空，源端和衬底短接，栅端外接频率和幅度固定、基准电压Vbase变化的脉冲电压。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，固定脉冲幅值大于平带电压Vfb和阈值电压Vth之差。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，固定脉冲频率大于500Hz。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，所述应力为热电子注入应力。
全文摘要
本发明公布了一种提取MOS管沿沟道电荷分布的方法，应用于MOS管中界面态与栅介质电荷分布的提取。包括把一个MOS管加入到测试电路中，用电荷泵电流测试法测得应力前后MOS管两条漏端开路或源端开路的电荷泵电流曲线，一条为原始曲线，一条为应力后曲线；寻找原始曲线上任意一点A对应到应力后曲线上一点B，通过局部点的电荷泵电流变化量和电压的变化估算局部产生界面态电荷和栅介质层电荷量。与现有的提取分布方法相比，这种方法在能够计算机的辅助下能简单快捷提取出从漏或源端到沟道中电荷的分布，省去了大量的繁琐的反复测试，可以为器件可靠性的改进提供有效的依据。
文档编号H01L21/66GK102163568SQ20111005377
公开日2011年8月24日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者安霞, 张兴, 杨东, 谭斐, 黄如 申请人:北京大学