一种半导体器件中漏源电阻的提取方法

1.本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及到一种半导体器件中漏源电阻的提取方法。


背景技术：

2.如图1所示，场效应晶体管包括源区102、漏区103、沟道区和栅极结构104。源区102和漏区103形成在栅极结构104两侧的半导体衬底101中，沟道区为位于源区102和漏区103之间且被栅极结构104所覆盖的区域。源区102通过顶部对应的接触孔连接到由正面金属层组成的源极。漏区103通过顶部对应的接触孔连接到由正面金属层组成的漏极。
3.器件导通时，会存在寄生电阻，图1中，总电阻用rtotal表示，源电阻用rs表示，沟道电阻用rch表示，漏电阻用rd表示，源漏电阻用rsd表示；总电阻的串联关系如标记107对应的电阻所示；总电阻的公式如标记108对应的公式所示，即rtotal＝rch+rs+rd，rsd为rs+rd。
4.源电阻为源区102到源极之间形成的寄生电阻。
5.沟道电阻为沟道区形成的寄生电阻。
6.漏电阻为漏区103到漏极之间形成的寄生电阻。
7.通常，器件的源漏区的掺杂结构确定后，源电阻和漏电阻保持不变。
8.随着半导体技术节点的推进，晶体管的特征尺寸逐渐缩小，器件的沟道电阻减小，源漏电阻增大。图2是场效应晶体管电阻随工艺技术节点变化的曲线图；其中曲线201为国际半导体技术蓝图(itrs)路线图，可以看出，技术节点会不断缩小。
9.曲线202为沟道电阻随技术节点缩小的变化曲线；曲线203则为源漏电阻随技术节点缩小的曲线。可以看出，到了20nm节点以下如虚线圈204所示的技术节点时，源漏电阻已在总电阻中占主导因素，严重制约器件的性能。所以，准确提取晶体管的源漏电阻对于制造工艺的改善起到指导作用。然而源漏电阻无法通过测试直接获得，只能通过其他参数提取，故建立一种准确提取场效应晶体管源漏电阻的方法变得至关重要。
10.现有的漏源接触电阻的提取方法主要分为以下两类：
11.第一类需要具备一组不同沟道长度的mos器件进行电学测试，对各沟长器件的测试结果，线性拟合并作外推来得到漏源接触电阻的大小。
12.第二类技术只需单一mos器件，核心原理是基于mos器件的线性区电流公式：
[0013][0014][0015]
其中，v
ds
是内部节点d，s的电压，施加在漏源两端的电压为v
ds
，v
ds
＝v
ds-idr
access
；根据公式(1)和(2)，经过数学形式上的变换后对iv数据进行全局拟合，或是在两个(v
gs
，v
ds
)电压偏置条件下进行测量，通过联立方程的方式解出源漏电阻大小。
[0016]
第一类技术为了提取串联电阻大小，需要有一组不同沟道长度的器件，若待测器
件沟道长度单一或较少，则不能使用。并且用该类方法，仅能得到串联电阻的均值信息，无法得到分布信息，然而分布信息在纳米尺度的集成电路中是很重要的。
[0017]
第二类技术的主要问题是，迁移率μ
eff
会随v
gs
，v
ds
变化，迁移率大小和串联电阻大小共同会影响iv特性，提取漏源串联电阻时会受到迁移率变化的影响。该类技术中的各个不同方法，对迁移率变化采用了不同的近似假设，但难以完全避免这一影响。另一方面，随着沟道长度的减小，输运性质由漂移扩散转变为弹道输运，迁移率的物理意义和大小将变得更为复杂，提高了提取漏源串联电阻的难度。
[0018]
因此，有必要对现有技术进行改善，以克服上述缺陷。


技术实现要素：

[0019]
本发明的目的是提供一种半导体器件中漏源电阻的提取方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0020]
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0021]
一种半导体器件中漏源电阻的提取方法，包括如下步骤：
[0022]
1)输入电压，测得半导体器件的闪烁噪声；
[0023]
2)在保持输入电压大于阈值电压的前提下，改变输入电压并进行噪声测试，以测得的半导体器件在不同输入电压下的闪烁噪声；
[0024]
3)将所述步骤1)和步骤2)中测得的闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声，得到剩余的闪烁噪声；
[0025]
4)剩余的闪烁噪声包括沟道区散射噪声和漏源电阻噪声；根据剩余的闪烁噪声的强度随vg的变化关系，对数据进行拟合，获得要提取的漏源电阻大小。
[0026]
进一步的，所述输入电压vd≤50mv，输入电压用于确保半导体器件在噪声测试时处于线性区。
[0027]
进一步的，所述由rtn缺陷造成的噪声频谱可描述为的形式，闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声后，得到剩余的闪烁噪声频谱符合1/f形式。
[0028]
进一步的，所述沟道区散射噪声由hooge model描述为公式(3)；
[0029][0030]
其中，αh为hooge系数，n为反型自由电子数目，可表示为公式(4)；
[0031][0032]
由公式(3)，(4)，沟道区噪声可表示为公式(5)；
[0033][0034]
进一步的，所述漏源电阻可描述为公式(6)；
[0035][0036]
进一步的，所述半导体器件在线性区总体噪声的表达为公式(7)；
[0037][0038]
其中总电阻r
tot
＝v
ds
/id，由沟道电阻和源漏接触电阻构成，在vg变化时，沟道电阻的大小会变化；
[0039]
由公式(7)，对数据进行拟合，得到kc，kr，r
access
；r
access
即是要提取的漏源电阻大小。
[0040]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0041]
1.本发明是一种全新的mos器件漏源接触电阻提取方法，基于的原理与现有技术不同，提供了一种新的方案参考和比较。
[0042]
2.测试方案简单易操作，不需要多个沟道长度的器件，由单一器件就可完成电阻提取，可获得电阻分布。
[0043]
3.本发明基于的原理公式不包含迁移率，不会受到迁移率变化的影响，可适用于未来沟道长度更短的器件
[0044]
4.本发明的噪声测试流程和拟合提取方法易于在测试仪器中集成，可实现自动提取流程。
附图说明
[0045]
图1是本发明所述的场效应晶体管的结构示意图。
[0046]
图2是本发明所述的场效应晶体管电阻随工艺技术节点变化的曲线图。
[0047]
图3本发明所述的从总噪声中分离出rtn缺陷造成的噪声示意图。
[0048]
图4本发明所述对数据进行拟合的拟合结果示意图。
具体实施方式
[0049]
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
[0050]
如图3和图4所示，本发明提出的一种半导体器件中漏源电阻的提取方法，包括如下步骤：
[0051]
1)输入电压，测得半导体器件的闪烁噪声；
[0052]
所述输入电压vd≤50mv，输入电压用于确保半导体器件在噪声测试时处于线性区。
[0053]
2)在保持输入电压大于阈值电压的前提下，改变输入电压并进行噪声测试，以测得的半导体器件在不同输入电压下的闪烁噪声；
[0054]
3)将所述步骤1)和步骤2)中测得的闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声，得到剩余的闪烁噪声；
[0055]
所述由rtn缺陷造成的噪声频谱可描述为的形式，闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声后，得到剩余的闪烁噪声频谱符合1/f形式。
[0056]
4)剩余的闪烁噪声包括沟道区散射噪声和漏源电阻噪声；根据剩余的闪烁噪声的强度随vg的变化关系，对数据进行拟合，获得要提取的漏源电阻大小。
[0057]
所述沟道区散射噪声由hooge model描述为公式(3)；
[0058][0059]
其中，αh为hooge系数，n为反型自由电子数目，可表示为公式(4)；
[0060][0061]
由公式(3)，(4)，沟道区噪声可表示为公式(5)；
[0062][0063]
进一步的，所述漏源电阻可描述为公式(6)；
[0064][0065]
进一步的，所述半导体器件在线性区总体噪声的表达为公式(7)；
[0066][0067]
其中总电阻r
tot
＝v
ds
/id，由沟道电阻和源漏接触电阻构成，在vg变化时，沟道电阻的大小会变化；
[0068]
由公式(7)，对数据进行拟合，得到kc，kr，r
access
；r
access
即是要提取的漏源电阻大小。
[0069]
本发明通过闪烁噪声测量来提取电阻。
[0070]
核心原理是：沟道区和漏源串联电阻的闪烁噪声大小及变化形式不同，两者通过一定的电阻大小比例组合为总体噪声。本发明利用不同电压下测得的总体噪声变化情况，提取漏源串联电阻大小。
[0071]
在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。
[0072]
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
[0073]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变
化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

技术特征：
1.一种半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：1)输入电压，测得半导体器件的闪烁噪声；2)在保持输入电压大于阈值电压的前提下，改变输入电压并进行噪声测试，以测得的半导体器件在不同输入电压下的闪烁噪声；3)将所述步骤1)和步骤2)中测得的闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声，得到剩余的闪烁噪声；4)剩余的闪烁噪声包括沟道区散射噪声和漏源电阻噪声；根据剩余的闪烁噪声的强度随vg的变化关系，对数据进行拟合，获得要提取的漏源电阻大小。2.根据权利要求1所述的半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，所述输入电压vd≤50mv，输入电压用于确保半导体器件在噪声测试时处于线性区。3.根据权利要求1所述的半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，所述由rtn缺陷造成的噪声频谱可描述为的形式，闪烁噪声减去其包含的由rtn缺陷造成的噪声后，得到剩余的闪烁噪声频谱符合1/f形式。4.根据权利要求1所述的半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，所述沟道区散射噪声由hooge model描述为公式(3)；其中，α
h
为hooge系数，n为反型自由电子数目，可表示为公式(4)；由公式(3),(4),沟道区噪声可表示为公式(5)；5.根据权利要求4所述的半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，所述漏源电阻可描述为公式(6)；6.根据权利要求5所述的半导体器件中漏源电阻的提取方法，其特征在于，所述半导体器件在线性区总体噪声的表达为公式(7)；其中总电阻r
tot
＝v
ds
/i
d
，由沟道电阻和源漏接触电阻构成，在vg变化时，沟道电阻的大小会变化；由公式(7),对数据进行拟合，得到k
c
,k
r
,r
access
；r
access
即是要提取的漏源电阻大小。

技术总结
本发明公开了一种半导体器件中漏源电阻的提取方法，包括如下步骤1)输入电压，测得半导体器件的闪烁噪声；2)在保持输入电压大于阈值电压的前提下，改变输入电压并进行噪声测试，以测得的半导体器件在不同输入电压下的闪烁噪声；3)将所述步骤1)和步骤2)中测得的闪烁噪声减去其包含的由RTN缺陷造成的噪声，得到剩余的闪烁噪声；4)剩余的闪烁噪声包括沟道区散射噪声和漏源电阻噪声；根据剩余的闪烁噪声的强度随Vg的变化关系，对数据进行拟合，获得要提取的漏源电阻大小。本发明利用的原理是沟道区和源漏接触电阻噪声形式不同，并且由于Vg变化导致的沟道电阻变化会改变两部分电阻占总电阻的比例，从而能从测量得到的噪声强度变化中提取漏源电阻大小。化中提取漏源电阻大小。化中提取漏源电阻大小。


技术研发人员：任鹏鹏 纪志罡 吴俊杰
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/20