复合栅控二极管技术提取热载流子诱生的SOI+NMOS器件界面陷阱横向分布地研究.pdfVIP

复合栅控二极管技术提取热载流子诱生的 SOI NMOS器件界面陷阱横向分布的研究 何进 黄爱华 张兴 黄如 (北京大学微电子所SOl宣100871) 摘要：本文提出了削复台栅控二极管技术提取MOS器件界面陷阱沿淘道横向分布的原理，给出了 具体的测试步骤平I『方法，在此基础上，对具有体接触的SOl NMOS器件进行了具体的测试和分析． 给出了不同的累积戍力时间F的界面陷阱沿沟道方向的横向分布。结果表明：随累积应力时间的增 加，不仅漏端边界的界面陷阱峰值上升，而且沿沟道方向，界面陷阱从漏端不断向源端增生。 1前言 在MOS器什中，测苗热载流子诱生的界面陷阱是一项十分重要的工作，它们严重地影响器什的 ● 稳定性和电路寿命。过去人部使用诸如MOS电容、亚闽电流，电荷泵等方法对界面陷阱进行研究 【1_2]。由于在测量中严重的寄生效应和瞬态效应，这些传统方法存在不精确的缺点。大量的试验结 果表明，在小尺寸MOS器件中，由热载流子诱生的高密度界面陷阱集中在靠近漏端的小范围区域内。 这种情形下，传统表征界面陷阱横向分布的方法是利用电荷泵。然而，在测量过程中，由于界面陷 ● 阱充放电引起的局部平带效应和局部亚闽电压效应，使得电荷泵方法并不能准确而有效的表征界面 l辊阱的横向分布[3-4]。目前，并没有简单而有效的方法可得到界面陷阱的横向分布。 最近，栅控一极管被Ⅲ丁SOI器什中来表征界面陷阱并提取体载流子复合寿命[5】。与传统反向 栅控二极管模式相比，止向栅控-二极管不仅灵敏度高，栅面积较小，沟道长度没有特别要求。而且， 它的静态工作模式很容易被应用在标准半导体测试设备上。然而，目前该法一个主要缺点是它仅仅 能够提供平均界面陷阱密度，而不能表征界面陷阱具体的分布。因此非常有必要解次这个问题使得 这种方法更合适在器件研究中得到运用。在本文中，我们提出一种改进的名叫“复台栅控二极管” 的方法来提取因热载流子效应或者F-N应力诱生的界面陷阱密度。下面的讨论中．给出了该方法的 比-本方法具有简单易行、灵敏度高、应用范围广等诸多优点。我仃]相信此技术在深弧微米器件领 域和在线监测方面将会发抨重要作用。 2潮试原理和步骤 图1所示为试验所川的结构剖面图。复合栅控二极管法基本思路是，MOS管中源端和体之间的 结可以看成是【：作在阅值区域的一个上E向栅控二极管，其最大产生一复合速率由栅电压调制。同时． 由漏端所加电压米调制描沟道方向漏端区域的产生一复合速率。囡此，体区二极管电流大小将随漏 ．251． 电压、以及由此引起的有效耗尽层长度的变化而变化。扶丽体区二极管电流对漏压或者有效沟道长 度的微分变化通过转化可以代表沟道长度方向上界面陷肼的分布。 测试使用HP·4156、r导体分析仪。测试分为四个主 要步骤来完成。步骤一：每次施加应力前和应力结束后， 偏置条件为K=吩=O和K删=吒0．6矿时，测量传统的 R．G电流曲线以确定峰值‘。}；步骤二：每次施加应 力前和应力结束后，偏置条件为H=n略=‰以及 ％，坤=阼0．6}，时，测量复合栅控二极管电流作为巧函数 的曲线；步骤二：由矗．n曲线确定应力前后d厶．％曲线， 以得到界面陷阱对R-G电流的净贡献：步骤四：由步骤 圉1测试结构的截面示意圈． 二推导出沿沟道方向产生的界面陷阱分布。测量按照以 上步骤逐步进行，为了获