[发明专利]一种半导体器件热载流子寿命的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件热载流子寿命的测量方法。

背景技术

对超大规模集成电路制造产业而言，随着MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置尺寸的不断减小，半导体制作工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展，此时，半导体器件可靠性越来越直接影响着制作的IC芯片的性能和使用寿命。但是，由于MOS器件尺寸等比例缩小时，器件工作电压并没有相应等比例减少，所以，相应的器件内部的电场强度随器件尺寸的减小反而增强。因此，在小尺寸器件中，电路的横向尺寸越来越小，导致沟道长度减小，即使是较小的源漏电压也会在漏端附近形成很高的电场强度，由于该横向电场作用，在漏端的强场区，沟道电子获很大的漂移速度和能量，成为热载流子。在深亚微米工艺中，随着MOS器件尺寸的日益缩小，MOS器件的热载流子注入(HCI)效应越来越严重，其引起的器件性能的退化是影响MOS器件可靠性的重要因素之一。因此，HCI测试已成为MOS器件可靠性测试的主要测试项目之一。

由于MOS器件热载流子的注入是按照JEDEC标准，因此MOS器件HCI测试也按照JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)标准进行。JEDEC标准中提供的热载流子测试的寿命模型有3种，即漏源电压加速Vds模型、衬底电流Isub模型和衬底与漏电流比例Isub/Id模型，实际应用时可以根据需要选择一种即可，一般公认的选用衬底与漏电流比例Isub/Id模型。但不管对于衬底与漏电流比例Isub/Id模型还是衬底电流Isub模型，通用的HCI测试MOS器件的做法均需要加载至少3个不同的应力电压条件，并需要取得在每一应力电压条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值，以及推算寿命所需工作条件下的衬底电流Isub值和漏极电流Id值，如图1a-b所示。

目前，在HCI的注入造成器件的自加热现象（self-heating，SH），引起驱动电流的下降，成为MOS和绝缘体上硅器件（silicon-on-insulator，SOI）的一个重要问题，此外，在HCI注入时其中通道的温度会上升，即在高电压进行HCI注入时其中通道温度比预先设定的温度高很多，而由于HCI的检测跟温度密切相关，受温度影响较大，在计算热载流子寿命时由于自加热引起的温度效应应当加以考虑，不然对载流子寿命的确定将会带来误差。

由于自加热带来的温度上升一般会在360秒后降到室温，因此，现有技术中为了消除自加热带来的影响，通常采用在HCI的注入和测量之间引入延迟时间来消除温度的影响，没有经过时间延迟的通道温度比室温高很多，加入延迟时间后再进行测量会更加准确，但是该方法仍然存在很多不足，例如有些器件中虽然加入延迟时间，但是有些器件并不能在所述时间内自动回复降温到室温或存在反复效应。

因此，如何消除HCI注入时自加热引起的温度上升对HCI寿命的检测带来的影响，得到更加准确的结果，成为目前需要解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供了一种更加准确的半导体器件热载流子寿命的测量方法，所述方法消除了在热载流子注入时自加热带来的影响，所述方法包括以下步骤：

1）测量所述器件栅极上的电阻，所述测量方法为：

1-1）分别电连接所述器件栅极的两端，测量所述栅极的电阻，

或者，

1-2）在所述半导体器件上栅极两侧设置两个虚拟栅极，所述两个虚拟栅极的一端相连接，电连接所述两个虚拟栅极的另一端来测试所述两个虚拟栅极的电阻；

2）根据步骤1）中所述测得的电阻，结合栅极电阻和温度之间的线性关系，得到所述栅极的温度，通过测量所述栅极的温度来监控所述器件的实际温度。

作为优选，所述方法还包括步骤3）：

计算在步骤2）中所述实际温度下热载流子的寿命，建立所述器件的实际温度和热载流子寿命之间的一一对应的关系。

作为优选，所述方法还包括步骤4）：

在应力电压下注入热载流子，测量所述半导体器件栅极的电阻，测量所述热载流子寿命。

作为优选，所述步骤3）包括以下步骤：