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1、10申请公布号CN102042799A43申请公布日20110504CN102042799ACN102042799A21申请号200910236142722申请日20091020G01B7/06200601G01N27/0020060171申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号72发明人马晨月何进张兴74专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245代理人关畅54发明名称提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法57摘要本发明提供了一种提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法。该方法是将器件源漏接地，衬底接较小的正偏压，使漏体二极管正偏但不导通。从负到正的扫描。
2、栅电压，测量衬底的产生复合电流与栅电压的关系曲线，利用正偏二极管的产生复合电流峰值位置的移动，准确的提取场效应晶体管的栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度。本发明所需的测试结构简单，灵敏度高，能够准确的反映栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的依赖关系。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图5页CN102042802A1/1页21一种提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法，包括如下步骤1将场效应晶体管的源端接地，设置衬底电压使漏衬底二极管正偏但不导通；2设置栅电压从负电压扫描到正电压，测量产生复合电流，得到产生复合电流与栅电压的关系曲线；其中，扫描的栅。
3、电压范围包含产生复合电流出现峰值时所对应的栅电压；3按照公式I计算得到衬底掺杂浓度NA和/或栅氧化层厚度TOX；所述公式I中，TOX是场效应晶体管的栅氧化层厚度，NA是衬底掺杂浓度，VPEAK是所述产生复合电流的峰值所对应的栅电压，Q是电子电量，VD是漏端偏置电压，0是真空介电常数，SIO2是二氧化硅的相对介电常数，SI是硅的相对介电常数，F是衬底硅能带图中禁带中线和费米能级的能量差；若已知栅氧化层厚度TOX，根据公式I得到衬底掺杂浓度NA；若已知衬底掺杂浓度NA，根据公式I得到栅氧化层厚度TOX；若栅氧化层厚度TOX和衬底掺杂浓度NA均未知，则在不同的漏端偏置下测量相应的产生复合电流出现峰值。
4、时所对应的栅电压，根据公式I得到栅氧化层厚度TOX和衬底掺杂浓度NA。权利要求书CN102042799ACN102042802A1/5页3提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法技术领域0001本发明属于集成电路技术领域，涉及一种提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法。背景技术0002集成电路越来越高的集成密度和复杂程度要求对电路设计提出了精度高，周期短，成本低，设计差错尽量少等一系列要求。半导体器件的关键参数作为工艺和设计之间的接口，对保证集成电路设计的成功具有决定性意义。由于传统的电流电压或者电容电压特性提取场效应晶体管的关键参数时易受到非理想因素影响而降低参数提取的准确。
5、性。发明内容0003本发明的目的是提供一种提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法。0004本发明提供的提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法，包括如下步骤00051将场效应晶体管的源端接地，设置衬底电压使漏衬底二极管正偏但不导通；00062设置栅电压从负电压扫描到正电压，测量产生复合电流，得到产生复合电流与栅电压的关系曲线；其中，扫描的栅电压范围包含产生复合电流出现峰值时所对应的栅电压；00073若已知栅氧化层厚度TOX，根据公式I得到衬底掺杂浓度NA；0008若已知衬底掺杂浓度NA，根据公式I得到栅氧化层厚度TOX；00090010所述公式I中，TOX是场效应晶体管的栅氧。
6、化层厚度，NA是衬底掺杂浓度，VPEAK是所述产生复合电流的峰值所应对应的栅电压，Q是电子电量，VD是漏端偏置电压，0是真空介电常数，SIO2是二氧化硅的相对介电常数，SI是硅的相对介电常数，F是衬底硅能带图中禁带中线和费米能级的能量差；0011若栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度均未知，则在不同的漏端偏置下测量相应的产生复合电流出现峰值时所对应的栅电压，根据公式I得到栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度。0012上述方法中，在栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度均未知的情况下，根据公式I得到栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度后，可按照下述方法对栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的数据进行验证0013使用SYNOPSYS公司提供的ISE。
7、SENTAURUS器件模拟工具，设置不同的栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度，重复前述方法的步骤2，得到不同栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度对应的产生复合电流；利用步骤2所得产生复合电流峰值对应的栅电压和漏端偏置电压，根据公式I得到栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度，与使用ISESENTAURUS器件模拟工具设说明书CN102042799ACN102042802A2/5页4置的栅氧化层厚度和掺杂浓度进行对比，完成所述栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的数据验证。0014本发明提供的提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的方法，是一种基于SRH产生复合理论的提取方法。该方法利用正向栅控二极管的产生复合电流峰值位置的移动，。
8、能够灵敏准确的提取场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度。该方法准确度高，结构简单，适用于提取各种场效应晶体管的结构参数，尤其适宜于工程上提取场效应晶体管的结构参数。附图说明0015图1为正向栅控二极管测试偏执结构图。0016图2为不同衬底电压下的产生复合电流。0017图3同一衬底掺杂浓度下不同栅氧化层厚度和对应的产生复合电流。0018图4为已知衬底掺杂浓度条件下栅氧化层厚度的模型和模拟结果的比较。0019图5为栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度均未知的情况下模型的提取结果与模拟结果的相对计算误差。具体实施方式0020下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。0021实施例1。
9、、0022下面给出使用正向栅控二极管产生复合电流提取SOI场效应晶体管栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的具体过程00231将SOI场效应晶体管的源漏接地，衬底偏置电压分别设置为035V、04V、045V和05V，使漏衬二极管正偏但不导通，测试结构图如图1所示；其中，1为栅电压，2为栅极，3为源极，4为漏极，5为氧化层，6为衬底，7为衬底电压。00242栅电压从05V扫描到05V，电压范围包含使产生复合电流出现峰值对应的栅电压。在漏端测量产生复合电流，得到产生复合电流与栅电压的关系曲线，如图2所示；00253假设已知衬底掺杂浓度，根据公式I，可以提取栅氧化层厚度。将栅氧化层厚度的模型提取结果与软件模拟。
10、结果进行比较，从表1可以看出二者吻合的较好，栅氧化层厚度的模型和模拟结果的相对误差如图4所示；0026假设栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度均未知，则在漏端偏置为01V和04V的条件下测量相应的产生复合电流峰值对应的栅电压，根据公式I即可同时提取栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度，提取结果见表2。0027按照如下数据设置四种衬底掺杂浓度1E17CM3，5E16CM3，1E16CM3，5E15CM3，利用SYNOPSYS公司提供的ISESENTAURUS器件模拟软件进行模拟，对每种衬底掺杂浓度按照如下数据设置不同的栅氧化层厚度100NM，150NM，200NM，250NM。重复步骤2，得到不同栅氧化层厚度和衬底。
11、掺杂浓度对应的产生复合电流。固定衬底掺杂浓度时，产生复合电流峰值随栅氧化层厚度的漂移如图3所示。0028图5为栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度均未知的情况下模型的提取结果与模拟结说明书CN102042799ACN102042802A3/5页5果的相对计算误差。由图5所示，栅氧化层厚度和衬底掺杂浓度的相对误差都小于20。0029表1、衬底掺杂浓度已知时栅氧化层厚度的提取结果00300031说明书CN102042799ACN102042802A4/5页60032表2、衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度均未知时，二参数的提取结果0033说明书CN102042799ACN102042802A5/5页7说明书CN102042799ACN102042802A1/5页8图1图2说明书附图CN102042799ACN102042802A2/5页9图3说明书附图CN102042799ACN102042802A3/5页10说明书附图CN102042799ACN102042802A4/5页11图4说明书附图CN102042799ACN102042802A5/5页12图5说明书附图CN102042799A。