专利名称：纳米器件沟道超薄栅介质电容测试方法
技术领域：
本发明涉及一种电容测试方法，特别是涉及一种纳米器件沟道超薄栅介质电容测试方法。
背景技术：
从90nm CMOS集成电路技术节点起，随着器件特征尺寸的不断缩小，多项集成电路新技术、新材料与新工艺被不断引入到器件结构以不断提高器件与电路性能。这些新技术包括沟道应变、高迁移率沟道(Ge，111-V)异质集成等。如图IA所示为传统的常规MOS器件结构，其包括衬底I、衬底中的浅沟槽隔离 (STI) 2、被STI2包围的有源区中的具有轻掺杂源漏结构(LDD)的重掺杂源漏区3、栅极介质层4、栅极材料层5以及栅极隔离侧墙6。源漏区3之间的沟道区距离随着器件栅长持续缩小，各种寄生效应越来越突出，导致器件性能大幅度下降。为了提高器件性能，业界提出了如图IB所示的新型纳米MOS器件结构，其包括硅衬底I、衬底中的STI2、刻蚀衬底I形成沟槽后在沟槽中外延生长的SiGe (或者Si :C等其它材料)源漏区3、超薄的高介电常数(高k)材质的栅极介质层4、金属栅极5、栅极隔离侧墙6。其中，源漏区3之间的沟道区7可采用载流子迁移率大于衬底硅的材料例如应变硅、Ge或III-V族化合物制成，例如可以在衬底I上沉积沟道区材料然后刻蚀源漏区沟槽再外延填充。源漏区3除了分布在栅极隔离侧墙6两侧外，还有部分深入到沟道区中，这种源漏延伸区3’接近栅电极控制区域可以降低沟道区的串联电阻。源漏区3上形成有例如镍基金属硅化物的硅化物8，用于降低源漏接触电阻，然后硅化物7通过接触孔内的金属接触9与外界互连。整个器件结构上还可形成包含氮化硅的应力层10，以便改善器件应力。最后，形成层间介质层(IDL)Il以隔离绝缘。这种新型的纳米MOS器件结构能有效克服器件短沟道效应、寄生效应、提高导电性能等等，但是器件结构各部分的尺寸大小、材料组成均能影响最终器件性能，因此如何精确测定新技术对纳米沟道传输特性(例如有效迁移率的变化)的实际影响成为重要的课题，如此才能优选器件参数从而实现器件性能最大化，同时为电路设计提供真实有效的器件导电参数。现有的测量沟道有效迁移率的方法为Split CV法，其测量原理如图2A所示将MOS器件的源漏短接并连接至恒流源I1, MOS器件的衬底连接至恒流源I2，栅源电压Ves保持恒定；由MOS器件电流特性(也即源漏区电流与栅压之间的关系)可得知，纳米沟道有效迁移率μ eff = gdL/WQn，其中，W、L分别为栅极宽度和长度。此时源漏电导gd为源漏电流Id
^GS
对源漏电压Vds的偏导，沟道中反型电荷2. = \CGC(VGS)dVGS，
νβCee为器件沟道电容，Vt为阈值电压；由栅电容CeB确定器件阈值与平带电压，同时
^GS
确定耗尽电容= \^Gb(^CS GS ;
νβQ j +/7-0联合Qn与Qdep共同导出对应的有效电场，、由此可以得出有效迁
8 Si
移率与有效电场的具体关系。具体的MOS器件C-V特性曲线可参见图2B，其中可由沟道电容0^和栅电容Cgb确定沟道反型电荷、耗尽电荷与有效电场。以上数学式可参见以下所示的式⑴至式(5)。
权利要求
1.一种纳米器件沟道超薄栅介质电容测试方法，包括 向测试端口施加第一频率的交流测试信号，确定器件在第一频率下的第一阻抗矢量Zl幅值Zl与相角Φ1 ； 向测试端口施加第二频率的交流测试信号，确定器件在第二频率下的第二阻抗矢量Z2幅值Z2与相角Φ2； 通过第一频率、第二频率、第一阻抗矢量以及第二阻抗矢量确定器件的电容。
2.如权利要求I的方法，其中，测试端口为栅极与衬底，用于测量栅电容。
3.如权利要求I的方法，其中，测试端口为栅极与源漏极，用于测试沟道电容。
4.其中，第一频率与第二频率为射频和超高频两者之一。
5.如权利要求4的方法，其中，射频信号频率大于等于1GHz，超高频信号频率为2至200MHz ο
6.如权利要求I的方法，其中，器件的电容通过下述关系式计算所得，
7.如权利要求I的方法，其中，器件栅介质等效栅氧厚度小于1.4nm，器件栅泄漏电流大于O. IpA,栅电容与沟道电容小于lpF。
8.如权利要求I的方法，其中，器件栅介质等效栅氧厚度大于1.4nm，器件栅泄漏电流小于O. IpA,栅电容与沟道电容大于lpF。
9.一种纳米器件沟道超薄栅介质电容测试结构，包括 待测器件，包括衬底、源极、漏极、栅极； 测试仪，具有四个端子，分别与待测器件的衬底、源极、漏极、栅极相连； 其中，测试仪与待测器件源极、漏极相连的端子被短接，测试仪向待测器件的测试端口施加两种频率不同的交流测试信号。
10.如权利要求9的测试结构，其中，测试端口为栅极与衬底，用于测量栅电容。
11.如权利要求9的测试结构，其中，测试端口为栅极与源漏极，用于测试沟道电容。
12.如权利要求9的测试结构，其中，两种频率为射频和超高频。
13.如权利要求12的测试结构，其中，射频信号频率大于等于1GHz，超高频信号频率为2至 200MHz。
全文摘要
本发明提供了一种纳米器件沟道超薄栅介质电容测试方法，包括向器件施加第一频率的交流测试信号，确定器件在第一频率下的第一阻抗矢量包括幅值与相角；向器件施加第二频率的交流测试信号，确定器件在第二频率下的第二阻抗矢量包括幅值与相角；通过第一频率、第二频率、第一阻抗以及第二阻抗确定器件的电容。本发明的纳米器件沟道超薄栅介质电容测试方法，利用射频-超高频双频阻抗测试方法直接测定纳米沟道超薄栅介质的微小电容，能以较小误差测定纳米器件沟道与栅电容，抑制超薄栅介质高漏电的寄生影响，提高纳米器件沟道的微小电容测试量程，且对纳米器件沟道电容的直接在片测试无需特殊测试结构。
文档编号G01R27/26GK102866303SQ20111018878
公开日2013年1月9日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者殷华湘, 梁擎擎, 钟汇才 申请人:中国科学院微电子研究所