專利名稱：用于測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極隧穿泄漏參數(shù)的方法和結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶體管領(lǐng)域；更具體而言，其涉及一種絕緣體上硅 場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及一種用于測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極隧道泄漏參數(shù)的方法 和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
絕緣體上硅(SOI)技術(shù)采用覆蓋支撐硅體晶片上的絕緣層的單晶硅
層。在硅層中制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 。 SOI技術(shù)使某些性能優(yōu)點(diǎn)例如 寄生結(jié)電容的減小成為可能，其在半導(dǎo)體工業(yè)中是有用的。
為精確建模SOI FET的行為，必須精確確定在溝道區(qū)域中從FET的 柵極到體的隧穿電流。因?yàn)轶w接觸的SOIFET的結(jié)構(gòu)利用了相對(duì)大的面積 的非溝道區(qū)域介質(zhì)，其增加了從FET的柵極到非溝道區(qū)域的寄生泄漏電 流，所以該電流難以測(cè)量。寄生泄漏電流可超過(guò)溝道區(qū)域泄漏電流，4吏得 不可能精確建模。
因此，需要具有減小的非溝道柵極到體的泄漏的絕緣體上硅場(chǎng)效應(yīng)晶 體管和用于測(cè)量絕緣體上硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管的隧道泄漏電流的結(jié)構(gòu)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明利用了在同一個(gè)柵極電極之下具有薄和厚的介質(zhì)區(qū)域的SOI FET作為隧穿泄漏電流測(cè)量器件，其中在所述柵極電極之下設(shè)置所述厚介 質(zhì)層鄰近所述SOI FET體接觸的上方。所述厚^h質(zhì)層最小化了寄生隧穿泄 漏電流，否則所述隧穿泄漏電流將干擾從所述柵極電極在所述SOI FET的 所述溝道區(qū)域中的薄介質(zhì)隧穿泄漏電流的測(cè)量。本發(fā)明的第一方面是一種結(jié)構(gòu)，包括在半導(dǎo)體村底中形成的硅體； 在所述硅體的頂表面上的介質(zhì)層；以及在所述介質(zhì)層的頂表面上的導(dǎo)電層， 在所述導(dǎo)電層與所述硅體的所述頂表面之間的所述介質(zhì)層的第一區(qū)域具有 第一厚度，以及在所述導(dǎo)電層與所述硅體的所述頂表面之間的所述介質(zhì)層 的第二區(qū)域具有第二厚度，所述第二厚度與所述第一厚度不同。
本發(fā)明的第二方面是一種測(cè)量泄漏電流的方法，包括提供第一和第 二器件，其中每一個(gè)器件包括:在半導(dǎo)體襯底中形成的硅體；在所述硅體的
頂表面上的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層的第一區(qū)域具有第一厚度和所述介質(zhì)層的 第二區(qū)域具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度；在所述介質(zhì)層 的頂表面上的導(dǎo)電層；從所述半導(dǎo)體襯底的頂表面在所述硅體的所有側(cè)面 上延伸到所述半導(dǎo)體襯底中的介質(zhì)隔離；在所述半導(dǎo)體襯底中在所述硅體 之下的掩埋介質(zhì)層，所述介質(zhì)隔離接觸所述掩埋介質(zhì)層；所述導(dǎo)電層的第 一區(qū)域沿第一方向延伸以及所述導(dǎo)電層的第二區(qū)域沿第二方向延伸，所述 第二方向與所述第一方向垂直；以及所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域被設(shè)置在
所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域和所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的鄰近的第一部 分之上，所述導(dǎo)電層的所述第二區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域 的第二部分之上，所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分鄰近所述介
質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分；以及對(duì)于所述第一和第二器件中的 每一個(gè)進(jìn)行在所述導(dǎo)電層與所述硅體之間的電流流動(dòng)的測(cè)量。


在附加的權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的特性。然而，通過(guò)參考示例的實(shí) 施例的以下詳細(xì)的說(shuō)明并結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將最好地理解本發(fā)明本身，其 中
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例的SOIFET的頂視圖； 圖1B是通過(guò)圖1A的線1B-1B的截面圖； 圖1C是通過(guò)圖1A的線1C-1C的截面圖； 圖1D是通過(guò)圖1A的線1D-1D的截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖4A是根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的SOIFET的頂視圖； 圖4B是通過(guò)圖4A的線4B-4B的截面圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 一見(jiàn)圖；以及
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的第一和笫二實(shí)施例的SOIFET的頂視圖。在圖 1A中，F(xiàn)ET 100包括硅體105、具有第一區(qū)域115和垂直于第一區(qū)域115 的一體的第二區(qū)域120的"T"形導(dǎo)電層IIO、以及介質(zhì)層(例如柵極介質(zhì) 層)、薄介質(zhì)區(qū)域125 (例如薄柵介質(zhì)區(qū)域)和厚介質(zhì)區(qū)域130 (例如厚柵 極介質(zhì)區(qū)域)。通過(guò)短劃線示出了厚介質(zhì)區(qū)域130。薄和厚介質(zhì)區(qū)域125 和130可以由單個(gè)一體的介質(zhì)層形成、由兩個(gè)分離但鄰接的介質(zhì)層形成或 者厚區(qū)域130包括在下伏的第一介質(zhì)層之上的第二介質(zhì)層而薄區(qū)域125僅 僅包括笫二介質(zhì)層。在導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115的相對(duì)的各側(cè)上在體105 中形成第一和第二源極/漏極135和140。在體105中離開(kāi)柵極110的第一 區(qū)域115鄰近柵極110的第二區(qū)域120的側(cè)面150形成體接觸區(qū)域145。 溝槽隔離(TI) 155圍繞體105。第一柱接觸160接觸柵極110并且第二 柱接觸165接觸體105的體接觸區(qū)域145。
對(duì)于N溝道FET (NFET)器件，P-摻雜體105除了 N+摻雜的第一 和第二源極/漏極區(qū)域135和140以及P+摻雜的體接觸區(qū)域145之外。對(duì) 于P溝道FET (PFET)器件，N-摻雜體105除了 P+摻雜的第一和第二源 極/漏極區(qū)域135和140以及N+摻雜的體接觸區(qū)域145之外。導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115具有寬度W和長(zhǎng)度L。厚介質(zhì)區(qū)域130在 導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115之下從導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120延伸了距離 D (例如具有寬度D)。
圖1B是通過(guò)圖1A的線1B-1B的截面圖。在圖1B中，溝槽隔離155 物理接觸掩埋氧化物層(BOX) 170。 BOX170依次物理接觸珪襯底175。 因而體105與硅襯底175或任何鄰近的器件電隔離。在圖1B中，在導(dǎo)電 層110之上形成層間(interlevel)介質(zhì)層180以及柱第一和第二接觸160 和165延伸通過(guò)層間介質(zhì)層180。在笫一柱接觸160與導(dǎo)電層110之間形 成可選的金屬硅化物接觸185同時(shí)在第二柱接觸165與體接觸區(qū)域145之 間形成可選的金屬硅化物接觸l卯。金屬硅化物的實(shí)例包括硅化鈦、硅化 鉭、硅化鴒、硅化鉑以及硅化鈷。
薄介質(zhì)區(qū)域125具有厚度Tl并且厚介質(zhì)區(qū)域130具有厚度T2。在一 個(gè)實(shí)例中，Tl是在約0.8nm與約1.5nm之間。在一個(gè)實(shí)例中T2是在約 2nm與約3nm之間。薄介質(zhì)區(qū)域125包括二氧化硅、氮化硅、高K材料、 金屬氧化物、Ta205、 BaTi03、 Hf02、 Zr02、 A1203、金屬石圭酸鹽、HfSixOy、 HfSixOyNz及其組合。厚介質(zhì)材料130也可包括二氧化硅、氮化硅、高K 材料、金屬氧化物、Ta2Os、 BaTi03、 Hf02、 Zr02、 A1203、金屬硅酸鹽、 HfSixOy、 HfSixOyNz及其組合。薄和厚介質(zhì)材料125和130包括相同或不 同的材料。高K介質(zhì)材料具有大于IO的相對(duì)介電常數(shù)。
從導(dǎo)電層110到體105中存在三條隧穿電流泄漏路徑。第一泄漏路徑 (對(duì)應(yīng)隧穿泄漏電流L )從導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115通過(guò)薄介質(zhì)區(qū)域125 到體105。第二泄漏路徑(對(duì)應(yīng)隧穿泄漏電流12)從導(dǎo)電層110的第一區(qū) 域115通過(guò)厚介質(zhì)區(qū)域130到體105。第三泄漏路徑(對(duì)應(yīng)隧穿泄漏電流 I3)從導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120通過(guò)厚介質(zhì)區(qū)域130到體105和體接觸 區(qū)域145。
圖1C是通過(guò)圖1A的線1C-1C的截面圖。在圖1C中，將第一和第二 源才及/漏極135和140分別對(duì)準(zhǔn)到導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115的相對(duì)的側(cè)壁 195和200。清楚起見(jiàn)，圖1C(或圖1A、 1B或1D)中未例出間隔物，然而，本發(fā)明可應(yīng)用于被制造為具有間隔物的器件。如本領(lǐng)域所公知，間隔 物是在柵極電極的側(cè)壁上形成的薄層并且將源極/漏極對(duì)準(zhǔn)到間隔物的暴 露的側(cè)壁而不是柵極電極的側(cè)壁。
圖1D是通過(guò)圖1A的線1D-1D的截面圖。在圖1D中，應(yīng)該注意的是 厚介質(zhì)區(qū)域130沒(méi)有在導(dǎo)電層110的全部的第二區(qū)域120之下延伸。
回到圖1A和1B，柵極隧穿泄漏電流密度J是介質(zhì)層材料、介質(zhì)層材 料和跨過(guò)介質(zhì)層的電壓(對(duì)于FET為VT)的函數(shù)。在下列討論中參考圖 1A和1B將是有益的。如圖1B所示，F(xiàn)ET 100的總的柵極到體的隧穿泄 漏電流IGB (此后的柵極隧穿泄漏)等于I卄l2+l3。薄介質(zhì)區(qū)域125的隧穿 泄漏電流密度為Ji并且厚介質(zhì)區(qū)域130的隧穿泄漏電流密度為J2。通常， 柵極隧穿泄漏電流I等于J乘以特定區(qū)域的介質(zhì)的面積。因此，柵極隧穿 泄漏電流I！等于JrL ( W-D )。柵極隧穿泄漏電流12等于J2.L.D。柵極隧 穿泄漏電流13等于J2'A.B (在圖1A中示出了 A) 。 SOI FET 100的總的 柵極隧穿泄漏由下式給出
IGB= JrL ( W-D ) +J2LD+J2AB (1)
當(dāng)用作測(cè)量結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)SOIFET100以便13保持恒定，同時(shí)選擇關(guān) 系L' ( WD ) >L.D和T2>T1以便I戶L。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖。在圖2中，測(cè)試結(jié)構(gòu)210包括第一SOI FET 215和第二S01 FET 220。 第一 SOI FET 215與圖1A中的SOI FET 100相似，除了導(dǎo)電層110的第 一區(qū)域115具有對(duì)應(yīng)圖1A中的寬度W的寬度WA以外。第二 SOI FET 220 與第一 SOI FET 215相似，除了導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115具有對(duì)應(yīng)寬度 WA的寬度WB以外。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中WA不可以等于WB，目 的是形成具有不同的薄介質(zhì)面積而其它相同的兩個(gè)SOI FET。
SOIFET215的總的柵極隧穿泄漏電流(參考圖1A和IB如前面所討 論的，假定通過(guò)導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120的電流是可忽略的)可表示為 IGBA=I1A+I2A+I3A，其中Iia= JrL ( WAD) ， I2A=J2.LD以及I3^J2'AB以 給出Igba= JiL ( WA-D ) +J2LD+J2.A.B ( 2 )
以及SOI FET 220的總的柵極隧穿泄漏電流可表示為 Igbb=Iib+I2b+I3b，其中IiB=JrL (WB-D) , I2A=J2LD以及I3A=J2AB以 給出
Igbb= JrL ( WB國(guó)D ) +J2.L.D+J2.A.B ( 3 )
以及從IGBB中減去IGBA，重新排列得到 IGBA-IGBB= JrL (WA畫WB ) (4 )
由于可以通過(guò)施加跨過(guò)柱接觸160和165的電壓然后測(cè)量流動(dòng)通過(guò)柱 接觸160和165的電流來(lái)測(cè)量lGBA和lGBB，并使用WA、 WB、 A、 B作為 已知值(設(shè)計(jì)值加制造偏差)，可以求解^。已知J1，可計(jì)算得到具有與 薄介質(zhì)區(qū)域125相同的薄介質(zhì)層的任何SOIFET的IlD然后同樣可以計(jì)算
J2和l2。在相同電壓下測(cè)量lGBA和lGBB。在一個(gè)實(shí)例中，在常規(guī)(單厚度
柵極介質(zhì))SOIFET的閾值電壓(VT)下測(cè)量Igba和Igbb。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖。在圖3中，測(cè)試結(jié)構(gòu)225包括第一SOI FET 230和第二SO1 FET 235。 第一 SOI FET 230與圖1A中的SOI FET 100相似，除了厚介質(zhì)區(qū)域130 在導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115之下從導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120延伸了對(duì) 應(yīng)圖1A中的距離D的距離DA (例如在導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120之下 的厚介質(zhì)區(qū)域130的區(qū)域具有寬度DA)。第二SOIFET 235與第一S01 FET 230相似，除了厚介質(zhì)區(qū)域130從導(dǎo)電層110的第二區(qū)域120在導(dǎo)電 層110的第一區(qū)域115之下延伸了對(duì)應(yīng)距離DA的距離DB (例如在導(dǎo)電 層110的第二區(qū)域120之下的厚介質(zhì)區(qū)域130的區(qū)域具有寬度DA )之夕卜。 在本發(fā)明的第二實(shí)施例中DA不可以等于DB,目的是形成具有不同的薄 介質(zhì)面積而其它相同的兩個(gè)SOI FET。
SOI FET 230的總的柵極隧穿泄漏電流可表示為IGBA=I1A+I2A+I3A， I1A= JrL ( W-DA) , I2A=J2L.DA以及I3A=J2AB以給出 Igba= Ji.L ( W國(guó)DA ) +J2.L.DA+J2AB ( 5 )
以及SOIFET 235的總的4冊(cè)極隧穿泄漏電流可表示為lCBB=I1B+I2B，其中I1B= JrL (W-DB) ， I2B=J2.L.DB以及I3A=J2AB以給出 Igbb= JiL ( W國(guó)DB ) +J2.L.DB+J2.A.B ( 6 )
由于可以通過(guò)施加跨過(guò)柱接觸160和165的電壓測(cè)量然后測(cè)量流動(dòng)通 過(guò)柱接觸160和165的電流來(lái)測(cè)量IGBA和IGBB,并且使用L、 W、 DA 和DB、 A、 B為已知值(設(shè)計(jì)值加制造偏差)，并且公式(5)和(6)提 供了具有兩個(gè)未知數(shù)的兩個(gè)等式，可求解J1和J2。已知J1和J2，可計(jì)算 得到具有與薄介質(zhì)區(qū)域125相同的薄介質(zhì)層的任何SOI FET的L和I2。
圖4A才艮據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例的SOIFET的頂視圖。在圖4A 中，SOIFET240與圖1A中的SOIFET相似，有以下例外
SOI FET 240基本上關(guān)于通過(guò)并垂直于體105的中心軸245對(duì)稱以及 導(dǎo)電層110A是"H"形的。導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115位于垂直于第一 區(qū)域115的一體的笫二和第三區(qū)域120之間。薄介質(zhì)區(qū)域125位于(短劃 線限定的)第一與第二厚介質(zhì)層130之間。在體105中鄰近柵極110A的 第一和第二區(qū)域120的側(cè)面150形成第一和第二體接觸區(qū)域145。第一柱 接觸160接觸柵極110并且第一和第二柱接觸165接觸體接觸區(qū)域145。 導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115具有寬度W以及長(zhǎng)度L。厚介質(zhì)區(qū)域130從 導(dǎo)電層110A的第一和第二區(qū)域120在導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115下延伸 了距離D。
當(dāng)用作測(cè)量結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)SOI FET 240使13保持恒定，同時(shí)L. ( W-D ) >L.D和T2>T1以使I戶l2。
圖4B是通過(guò)圖4A的線4B-4B的截面圖。在圖4B中，從導(dǎo)電層110A 到體105中存在五條隧穿電流泄漏路徑。第一泄露路徑(對(duì)應(yīng)隧穿泄漏電 流I。從導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115通過(guò)薄介質(zhì)區(qū)域125到體105。第二 和第三泄漏路徑(對(duì)應(yīng)隧穿泄漏電流12)從導(dǎo)電層110的第一區(qū)域115通 過(guò)第一和笫二厚介質(zhì)層130到體105。第四和第五泄漏路徑(對(duì)應(yīng)隧穿泄 漏電流13)從導(dǎo)電層110的第二和第三區(qū)域120通過(guò)分別的第一和第二厚 介質(zhì)層130到分別的體105和體接觸區(qū)域145。
圖5是才艮據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的實(shí)例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂視圖。在圖5中，測(cè)試結(jié)構(gòu)250包括第一SOIFET 255和第二S01 FET 260。 第一SOIFET255與圖4A的SOIFET240相似，除了導(dǎo)電層110的第一 區(qū)域115具有對(duì)應(yīng)圖4A中的寬度W的寬度WA之外。第二SOIFET260 與第一 SOI FET 255相似，除了導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115具有對(duì)應(yīng)寬 度WA的寬度WB之外。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中WA不可以等于WB， 目的是形成具有不同的薄介質(zhì)面積而其它相同的兩個(gè)SOIFET。
源自本發(fā)明的第一實(shí)施例的公式(1) IGBA-IGBB= Ji.L (WA-WB)可 應(yīng)用于本發(fā)明的第三實(shí)施例。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中通過(guò)消除邊緣消除 了圖2中柵極110之下的體105的邊緣處引入的柵極隧穿泄漏電流的誤差。
再一次，通過(guò)施加跨過(guò)柱接觸160和165的電壓然后測(cè)量流動(dòng)通過(guò)柱 接觸160和165的電流來(lái)測(cè)量Igba和IGBB，并且在一個(gè)實(shí)例中，在常規(guī)(單 厚度柵極介質(zhì))SOIFET的閾值電壓(Vt)下測(cè)量Igba和Igbb。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的示例性隧穿柵極電流測(cè)量結(jié)構(gòu)的頂 視圖。在圖6中，測(cè)試結(jié)構(gòu)265包括笫一SOIFET 270和第二SOIFET 275。 笫一 SOIFET270與圖4A中的SOIFET240相似，除了厚介質(zhì)層130從 導(dǎo)電層110A的第二和第三區(qū)域120在導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115的每 一側(cè)之下延伸了對(duì)應(yīng)圖4A中的距離D的距離DA之夕卜。第二SOIFET 275 與第一 SOI FET 270相似，除了厚介質(zhì)區(qū)域130從導(dǎo)電層110A的第二和 第三區(qū)域120在導(dǎo)電層110A的第一區(qū)域115的每一側(cè)之下延伸了對(duì)應(yīng)距 離DA的距離DB。在本發(fā)明的第四實(shí)施例中DA不可以等于DB，目的是 形成具有不同的薄介質(zhì)面積的而其它相同的兩個(gè)SOI FET。
下列兩個(gè)公式中的兩個(gè)未知數(shù)Ji和J2可以以相似于前述/^式(5)和
(6)的方式得到
Igba= JiL ( W陽(yáng)DA ) +2J2.L.DA+2.J2AB ( 7 )
Igbb= JiL ( W畫DB ) +2.J2L.DB+2J2.AB ( 8 )
再一次，通過(guò)施加跨過(guò)柱接觸160和165的電壓然后測(cè)量流動(dòng)通過(guò)柱 接觸160和165的電流來(lái)測(cè)量IGBA和IGBB，并且在一個(gè)實(shí)例中，在常規(guī)(單 厚度柵極介質(zhì))SOIFET的閾值電壓(VT)下測(cè)量Igba和Igbb。
18本發(fā)明的第四實(shí)施例通過(guò)消除邊緣消除了圖3的柵極110之下的體 105的邊緣處引入的柵極隧穿泄漏電流的誤差。
因此，本發(fā)明提供了 一種具有減小的非溝道柵極到體泄漏的絕緣體上 硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管和一種用于測(cè)量絕緣體上硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管的隧道泄漏電流 的結(jié)構(gòu)和方法。
為了理解本發(fā)明，以上給出的本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明。應(yīng)該理解本發(fā)
明不局限于在其中說(shuō)明的具體實(shí)施例，而是能使各種修改，重新組合和替 換對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得顯而易見(jiàn)而不背離本發(fā)明的范圍。因此，旨
在下列權(quán)利要求覆蓋落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的所有這樣的修改和改變。
權(quán)利要求
1. 一種結(jié)構(gòu)包括硅體，形成在半導(dǎo)體襯底中；介質(zhì)層，在所述硅體的頂表面上；以及導(dǎo)電層，在所述介質(zhì)層的頂表面上，在所述導(dǎo)電層與所述硅體的所述頂表面之間的所述介質(zhì)層的第一區(qū)域具有第一厚度以及在所述導(dǎo)電層與所述硅體的所述頂表面之間的所述介質(zhì)層的第二區(qū)域具有第二厚度，所述第一厚度與所述第二厚度不同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，還包括在所述珪體的所有側(cè)面上從所述半 導(dǎo)體襯底的頂表面延伸到所述半導(dǎo)體襯底中的介質(zhì)隔離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，還包括在所述半導(dǎo)體襯底中在所述硅體之 下的掩埋介質(zhì)層，所述介質(zhì)隔離接觸所述掩埋介質(zhì)層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中所述導(dǎo)電層的第一區(qū)域沿第一方向延伸并且所述導(dǎo)電層的第二區(qū)域沿 第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；以及所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述笫一區(qū)域和所 述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的鄰近的第一部分之上，所述導(dǎo)電層的所述第二 區(qū)域祐 沒(méi)置在所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的第二部分之上，所述介質(zhì)層的 所述第二區(qū)域的所述第二部分鄰近所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一 部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，其中 所述第 一厚度小于所述第二厚度；所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積大于所述介質(zhì)層的 所述笫二區(qū)域的所述第二部分的面積；以及所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的 面積大于所述介質(zhì)層的所述笫二區(qū)域的所述第二部分的面積。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，還包括體接觸區(qū)域，在鄰近所述導(dǎo)電層的所述第二區(qū)域的所述硅體的端中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，還包括在所述硅體中并沿所述第一方向在 所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的相對(duì)的側(cè)上延伸的源極/漏極區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4的結(jié)構(gòu)，其中所述介質(zhì)層包括具有所述第二厚度的第三區(qū)域，所述介質(zhì)層的所述第 一區(qū)域祐i殳置在所述介質(zhì)層的所述第二與第三區(qū)域之間；所述導(dǎo)電層包括第三區(qū)域，所述第三區(qū)域沿所述笫二方向延伸，所述 介質(zhì)的所述第二區(qū)域被設(shè)置在所述導(dǎo)電層的所述第 一與第三區(qū)域之間；以 及所述導(dǎo)電層的所述笫 一 區(qū)域還被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的 第一部分之上，所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第一部分鄰近所述介質(zhì) 層的所述笫 一區(qū)域，所述導(dǎo)電層的所述第三區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所 述第三區(qū)域的第二部分之上，所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述笫二部分 鄰近所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第一部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)構(gòu)，還包括第一體接觸區(qū)域，在所述硅體的第一端中鄰近所述導(dǎo)電層的所述第二 區(qū)&戈；以及第二體接觸區(qū)域，在所述硅體的第二端中鄰近所述導(dǎo)電層的所述第三 區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)構(gòu)，其中 所述第 一厚度小于所述第二厚度；所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積大于所述介質(zhì)層的 所述第二區(qū)域的所述笫二部分的面積；所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的面積 大于所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分的面積；所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第一部分的面積大于所述介質(zhì)層的 所述第三區(qū)域的所述笫二部分的面積；以及所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的 面積大于所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第二部分的面積。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的結(jié)構(gòu)，還包括在所述硅體中并沿所述第一方向 在所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的相對(duì)的側(cè)上延伸的源極/漏極區(qū)域。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域和所述 第二區(qū)域包括選自二氧化硅、氮化硅、金屬氧化物、Ta2Os、 BaTi03、 Hf02、 Zr02、 A1203、金屬硅酸鹽、HfSixOy、 HfSixOyNz、具有大于10的相對(duì)介 電常數(shù)的高K介質(zhì)材料以及其組合的材料。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述第一厚度在約8nm與約1.5nm 之間以及所述第二厚度在約2nm與約3nm之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l的結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體襯底包括絕緣體上硅襯底。
15. —種測(cè)量泄漏電流的方法，包括以下步驟 提供第一和笫二器件，每個(gè)器件包括硅體，形成在半導(dǎo)體襯底中；介質(zhì)層，在所述硅體的頂表面上，所述介質(zhì)層的第一區(qū)域具有第 一厚度和所述介質(zhì)層的第二區(qū)域具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第 二厚度；導(dǎo)電層，在所述介質(zhì)層的頂表面上；介質(zhì)隔離，在所述硅體的所有側(cè)面上從所述半導(dǎo)體襯底的頂表面 延伸到所述半導(dǎo)體村底中；掩埋介質(zhì)層，在所述半導(dǎo)體襯底中在所述硅體之下，所述介質(zhì)隔 離接觸所述掩埋介質(zhì)層；所述導(dǎo)電層的第一區(qū)域沿第一方向延伸以及所述導(dǎo)電層的第二區(qū) 域沿第二方向延伸，所述第二方向垂直于所述第一方向；以及所述導(dǎo)電層的所述第 一 區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第 一 區(qū)域 和所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的鄰近的第一部分之上，所述導(dǎo)電層的所述 笫二區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的第二部分之上，所述介質(zhì) 層的所述第二區(qū)域的所述第二部分鄰近所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述 第一部分；以及對(duì)于所述第 一和第二器件中的每一個(gè)進(jìn)行在所述導(dǎo)電層與所述硅體之 間的電流流動(dòng)的測(cè)量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中對(duì)于所述第一和所述第二器件 所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積大于所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分的面積；以及所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的 面積大于所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分的面積。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積與 所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積不同； 以及所述第一器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積約等于所述第二器 件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括 由所述電流流動(dòng)測(cè)量并使用7>式J尸(Igba畫Igbb ) /L ( WA畫WB ) 確定所述第一和第二器件中的每一個(gè)的所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的隧穿 泄漏電流密度Jp其中Igba是在所述第一器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的 量，Igbb是在所述第二器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的量， L是所述第一或所述第二器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的長(zhǎng)度，WA 是所述笫一器件的所述導(dǎo)電層的所述笫一區(qū)域的寬度，WB是所述笫二器 件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的寬度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括 由所述電流流動(dòng)測(cè)量使用7>式H.L ( WA-D )確定所述笫 一器件的所述介質(zhì)層的所述第 一 區(qū)域的隧穿泄漏電流I1A，甘士 r 4 6jf楚—突/fetAA 64;士'入洽aa 6fr,、士'楚一 n iJs aa ^o士'夢(mèng) 一血厶^ * 7VI " " '' I W I I" 〃1 "1^ /| H j 〃1 Jit^'--Jii ""K^H'J 〃1 Jti^J p 叩刃w、J見(jiàn)度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積約等于所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的面積； 以及所述第一器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積與所述第二器件的 所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積不同。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括 由所述電流流動(dòng)測(cè)量使用 〃>式<formula>formula see original document page 6</formula>以及<formula>formula see original document page 6</formula> 確定所述第一和第二器件中的每一個(gè)的所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的隧穿 泄漏電流密度J"其中Igba是在所述第一器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的 量，Igbb是在所述第二器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的量， L是所述第一和所述第二器件中的每一個(gè)的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的 長(zhǎng)度，W是所述第一和第二器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域中的每一個(gè) 的寬度，DA是所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部 分的寬度，DB是所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的寬度，以及J2是所述第一和所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域中的每一個(gè)的隧穿泄漏電流密度。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括 從所述電流流動(dòng)測(cè)量使用公式<formula>formula see original document page 6</formula> 確定所述笫一器件的所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的隧穿泄漏電流I^。
23. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中對(duì)于所述第一和所述第二器件 所述介質(zhì)層包括具有所迷第二厚度的第三區(qū)域，所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第二與第三區(qū)域之間；所述導(dǎo)電層包括第三區(qū)域，所述第三區(qū)域沿所述第二方向延伸，所述 介質(zhì)的所述第一區(qū)域被設(shè)置在所述導(dǎo)電層的所述第一與第三區(qū)域之間；以 及所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域還被設(shè)置在所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的 第 一部分之上，所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第 一部分鄰近所述介質(zhì) 層的所述第 一 區(qū)域，所述導(dǎo)電層的所述第三區(qū)域祐j殳置在所述介質(zhì)層的所 述第三區(qū)域的第二部分之上，所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第二部分 鄰近所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第一部分。
24. 才艮據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中對(duì)于所述第一和所述第二器件 所述介質(zhì)層的所述笫二區(qū)域的所述笫一部分的面積大于所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分的面積；所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的面積 大于所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第二部分的面積；所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的所述第一部分的面積大于所述介質(zhì)層的 所述第三區(qū)域的所述第二部分的面積；以及所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的面積大于所述介質(zhì)層的所述第三區(qū)域的 所述第二部分的面積。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述第 一器件的所述介質(zhì)層的所述第二和第三區(qū)域的所述第 一部分的 面積約等于所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二和第三區(qū)域的所述第一 部分的面積；以及所述第一器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積約等于所述第二器 件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括 從所述電流流動(dòng)測(cè)量使用公式Ji= ( Igba謂Igbb )/L ( WA-WB ) 確定所述第一和第二器件中的每一個(gè)所述介質(zhì)層的所述第一區(qū)域的隧穿泄 漏電流密度Jp其中Igba是在所述第一器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的 量，Igbb是在所述笫二器件的所述導(dǎo)電層和所述硅體之間測(cè)量的電流的量， L是所述第一和所述第二器件中的每一個(gè)的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的 長(zhǎng)度，WA是所述第一器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的寬度，WB是所述第二器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的寬度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26的方法，還包括 從所述電流流動(dòng)測(cè)量使用公式KL ( WA-D ) 確定所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述第一 區(qū)域的隧穿泄漏電流I1A, 其中D為所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述第二和第三區(qū)域的所述第一部 分的寬度。
28. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述介質(zhì)層的所述第二和第三區(qū)域的所述第一部分的面積在所述兩個(gè) 或多個(gè)器件中的任何一個(gè)之中是約相等的但在所述兩個(gè)或多個(gè)器件中的每 一個(gè)器件中是不同的；以及所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的面積是不同的。
29. 才艮據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括 從所述電流流動(dòng)測(cè)量4吏用公式Igba=Ji.L (W-DA) +J2.LDA+J2.A'B 以及Igbb=Ji.L (W-DB) +J2.L.DB+J2.AB 確定所述第 一和第二器件中的每一個(gè)的所述介質(zhì)層的所述第 一 區(qū)域的隧穿 泄漏電流密度J15其中Ic;ba是在所述第一器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的量，igbb是在所述第二器件的所述導(dǎo)電層與所述硅體之間測(cè)量的電流的量，L是所述第一和所述笫二器件中的每一個(gè)的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域的 長(zhǎng)度，W是所述第一和第二器件的所述導(dǎo)電層的所述第一區(qū)域中的每一個(gè) 的寬度，DA是所述第一器件的所述介質(zhì)層的所述笫二區(qū)域的所述第一部 分的寬度，DB是所述笫二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域的所述第一部分的寬度，以及j2是所述第一和所述第二器件的所述介質(zhì)層的所述第二區(qū)域中的每一個(gè)的隧穿泄漏電流密度。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的方法，還包括 由所述電流流動(dòng)測(cè)量使用公式I^JrL (W-DA)確定所述第 一器件的所述介質(zhì)層的所述第 一 區(qū)域的隧穿泄漏電流I1A。
31. —種測(cè)量泄漏電流的方法，包括以下步驟提供第一器件包括第一硅體，形成在半導(dǎo)體襯底中；第一介質(zhì)層，在所述第一硅體的頂表面上；以及 第一導(dǎo)電層，在所述第一介質(zhì)層的頂表面上，在所述第一導(dǎo)電層 與所述第 一硅體的所述頂表面之間的所述第 一介質(zhì)層的第 一 區(qū)域具有第一 厚度和第一面積以及在所述第一導(dǎo)電層與所述第一硅體的所述頂表面之間 的所述第一介質(zhì)層的第二區(qū)域具有第二厚度和第二面積，所述第一厚度與 所述第二厚度不同。提供第二器件包括第二硅體，形成在半導(dǎo)體襯底中；第二介質(zhì)層，在所述第二硅體的頂表面上；以及 第二導(dǎo)電層，在所述第二介質(zhì)層的頂表面上，在所述第二導(dǎo)電層 與所述第二硅體的所述頂表面之間的所述第二介質(zhì)層的笫二區(qū)域具有第一 厚度和第三面積以及在所述第二導(dǎo)電層與所述第二珪體的所述頂表面之間 的所述介質(zhì)層的第二區(qū)域具有第二厚度和第四面積，所述第二厚度大于所 述第一厚度；在所述第 一導(dǎo)電層和所述笫 一硅體之間施加電壓并測(cè)量其間的第 一 電 流流動(dòng)；在所述第二導(dǎo)電層和所述第二硅體之間施加電壓并測(cè)量其間的第二電 流流動(dòng)；基于所述第一和第二電流測(cè)量和所述第一、第二、第三以及第四面積， 確定第一介質(zhì)層的所述第一區(qū)域、第一介質(zhì)層的所述第二區(qū)域、第一介質(zhì) 層的所述第二區(qū)域、第二介質(zhì)層的所述第二區(qū)域及其組合的泄漏電流密度。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述第一面積約等于所述第三面積 以及所述第二面積與所述第四面積是不同的。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，其中所述第一面積與所述第三面積是不 同的以及所述第二面積約等于所述第四面積。
全文摘要
一種用于測(cè)量泄漏電流的結(jié)構(gòu)(100)和方法。所述結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體襯底(175)中形成的體(105)；在所述硅體(105)的頂表面上的介質(zhì)層(125/130)；以及在所述介質(zhì)層(125/130)的頂表面上的導(dǎo)電層(110)，所述介質(zhì)層(125/130)的第一區(qū)域具有第一厚度(T1)以及在所述導(dǎo)電層(110)與所述體(105)的所述頂表面之間的所述介質(zhì)層(125/130)的第二區(qū)域具有第二厚度(T2)，所述第二厚度(T2)與所述第一厚度(T1)不同。所述方法包括，提供具有不同的第一介質(zhì)區(qū)域(125/130)的面積和相同的第二介質(zhì)區(qū)域(125/130)的面積或具有相同的第一介質(zhì)區(qū)域(125/130)的面積和不同的第二介質(zhì)區(qū)域(125/130)的面積的兩個(gè)上述結(jié)構(gòu)(100)，對(duì)于每一個(gè)結(jié)構(gòu)(100)測(cè)量在所述導(dǎo)電層(110)與所述體(105)之間的電流并基于所述兩個(gè)器件的所述電流測(cè)量和介質(zhì)層(125/130)面積計(jì)算柵極隧穿泄漏電流。
文檔編號(hào)H01L29/76GK101427378SQ200680015718
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者E·J·諾瓦克, 羅明姬 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司