測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及柵介質(zhì)層厚度測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及測(cè)量柵介質(zhì)層厚度方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體襯底包括核心區(qū)和外圍區(qū)。核心區(qū)具有核心平面晶體管，外圍區(qū)包括測(cè)量區(qū)，在測(cè)量區(qū)具有測(cè)量平面晶體管。測(cè)量平面晶體管用于測(cè)量核心平面晶體管的各電性參數(shù)。因此，測(cè)量平面晶體管和核心平面晶體管需要在相同的工藝步驟中形成，且各自形成的尺寸相同。其中，電性參數(shù)包括柵介質(zhì)層的電性厚度。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在測(cè)量區(qū)，通過測(cè)量測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的電容值、測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的面積值S代入電容公式來獲得測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值。電容公式d= es/4nkc。d為測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值，C為測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的電容值，S為測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的面積值，ε /4 π k為常數(shù)。
[0004]由于測(cè)量晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度等于核心平面晶體管的電性厚度。這樣，核心平面晶體管的柵介質(zhì)的電性厚度也就知曉了。
[0005]但是，采用上述現(xiàn)有技術(shù)的方法測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值時(shí)，測(cè)量誤差非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是采用現(xiàn)有技術(shù)的方法測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值時(shí)，測(cè)量誤差非常大。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種柵介質(zhì)層厚度的測(cè)量方法，包括:
[0008]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包括兩個(gè)相鄰的第一測(cè)量區(qū)和第二測(cè)量區(qū)；
[0009]在所述第一測(cè)量區(qū)形成第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第一柵介質(zhì)層，在所述第二測(cè)量區(qū)形成第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第二柵介質(zhì)層，所述第一柵介質(zhì)層的面積與所述第二柵介質(zhì)層的面積不相等，所述第一柵介質(zhì)層的厚度等于所述第二柵介質(zhì)層的厚度；
[0010]測(cè)量第一柵介質(zhì)層的第一總電容，測(cè)量第二柵介質(zhì)層的第二總電容；
[0011]根據(jù)第一柵介質(zhì)層與第二柵介質(zhì)層的面積差值除以第一總電容與第二總電容的差值來獲取所述第一柵介質(zhì)層厚度值。
[0012]可選的，所述第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括第一鰭部，所述第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括第二鰭部。
[0013]可選的，所述第一柵介質(zhì)層的寬度方向與所述第一鰭部的延伸方向垂直，所述第一柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度方向與所述第一鰭部的延伸方向平行，第一柵介質(zhì)層的面積為第一柵介質(zhì)層寬度與第一柵介質(zhì)層長(zhǎng)度的乘積，所述第二柵介質(zhì)層的寬度方向與所述第二鰭部的延伸方向垂直，所述第二柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度方向與所述第二鰭部的延伸方向平行，第二柵介質(zhì)層的面積為第二柵介質(zhì)層寬度與第二柵介質(zhì)層長(zhǎng)度的乘積。
[0014]可選的，所述第一柵介質(zhì)層寬度等于所述第二柵介質(zhì)層寬度，或者，所述第一柵介質(zhì)層長(zhǎng)度等于所述第二柵介質(zhì)層長(zhǎng)度。
[0015]可選的，所述第一測(cè)量區(qū)的器件分布與所述第二測(cè)量區(qū)的器件分布相同。
[0016]本發(fā)明還提供一種測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:
[0017]半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包括兩個(gè)相鄰的第一測(cè)量區(qū)和第二測(cè)量區(qū)；
[0018]位于所述第一測(cè)量區(qū)的第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第一柵介質(zhì)層；
[0019]位于所述第二測(cè)量區(qū)的第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括第二柵介質(zhì)層；
[0020]所述第一柵介質(zhì)層面積與所述第二柵介質(zhì)層面積不相等，第一柵介質(zhì)層厚度等于所述第二柵介質(zhì)層厚度。
[0021]可選的，所述第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括第一鰭部，所述第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括第二鰭部。
[0022]可選的，所述第一柵介質(zhì)層的寬度方向與所述第一鰭部的延伸方向垂直，所述第一柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度方向與所述第一鰭部的延伸方向平行，第一柵介質(zhì)層的面積為第一柵介質(zhì)層寬度與第一柵介質(zhì)層長(zhǎng)度的乘積，所述第二柵介質(zhì)層的寬度方向與所述第二鰭部的延伸方向垂直，所述第二柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度方向與所述第二鰭部的延伸方向平行，第二柵介質(zhì)層的面積為第二柵介質(zhì)層寬度與第二柵介質(zhì)層長(zhǎng)度的乘積。
[0023]可選的，所述第一柵介質(zhì)層寬度等于所述第二柵介質(zhì)層寬度，或者，所述第一柵介質(zhì)層長(zhǎng)度等于所述第二柵介質(zhì)層長(zhǎng)度。
[0024]可選的，所述第一測(cè)量區(qū)的器件分布與所述第二測(cè)量區(qū)的器件分布相同。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0026]第一總電容包括第一柵介質(zhì)層的第一有效電容和第一寄生電容。第二總電容包括第二柵介質(zhì)層的第二有效電容和第二寄生電容。只有將第一有效電容代入電容公式才能獲得精確的第一柵介質(zhì)層厚度。當(dāng)然，也只有將第二有效電容代入電容公式才能獲得精確的第二柵介質(zhì)層厚度。將第一總電容與第二總電容相減，可以將第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中對(duì)第一有效電容有影響的第一寄生電容和將第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中對(duì)第二有效電容有影響的第二寄生電容相互抵消，從而可以減小第一寄生電容對(duì)第一有效電容的影響，減小第二寄生電容對(duì)第二有效電容的影響。然后將第一總電容與第二總電容相減得到的差值、第一柵介質(zhì)層和第二柵介質(zhì)層的面積差值代入電容公式，可以精確的獲得第一柵介質(zhì)層的電性厚度值。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例中的具有第一鰭部的第一測(cè)量區(qū)與具有第二鰭部的第二測(cè)量區(qū)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是圖1沿AA方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是形成橫跨第一鰭部的第一偽柵極結(jié)構(gòu)和橫跨第二鰭部的第二偽柵極結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0030]圖4是繼圖3步驟之后的形成測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5是圖4沿DD方向和沿EE方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]采用現(xiàn)有技術(shù)的方法測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值時(shí)，測(cè)量誤差非常大的原因如下:
[0033]不管是平面晶體管還是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量各自的柵介質(zhì)層的電容值時(shí)，都會(huì)受到各自的柵極層的影響，柵極結(jié)構(gòu)兩側(cè)的源極和漏極的影響，還會(huì)受到各自的柵極結(jié)構(gòu)周圍的側(cè)墻的影響，上述影響為寄生電容。因此，測(cè)量各自柵介質(zhì)層獲得的電容值為各自柵介質(zhì)層的總電容值，分別包括各自柵介質(zhì)層的有效電容值與寄生電容值。
[0034]寄生電容在平面晶體管中對(duì)柵介質(zhì)層的有效電容影響較小，可以忽略不計(jì)。但是，寄生電容在鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中對(duì)柵介質(zhì)層的有效電容影響較大。采用現(xiàn)有技術(shù)的方法獲得鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的總電容值中，寄生電容值所占比例太大，而無法忽略不計(jì)。因此，得到的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的電性厚度值的誤差很大，精準(zhǔn)度差。
[0035]相對(duì)于平面晶體管來說，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的寄生電容對(duì)柵介質(zhì)層的有效電容影響很大，不能忽略不計(jì)的原因?yàn)?
[0036](1)平面晶體管的體積遠(yuǎn)大于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因此，平面晶體管中源極、漏極與柵極結(jié)構(gòu)之間的距離遠(yuǎn)大于鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中源極、漏極與柵極結(jié)構(gòu)之間的距離。這樣，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，與柵極結(jié)構(gòu)距離較近的源極和漏極對(duì)柵介質(zhì)層的電容影響較大。而平面晶體管中，與柵極結(jié)構(gòu)距離較遠(yuǎn)的源極和漏極對(duì)柵介質(zhì)層的電容的影響較小。
[0037](2)平面晶體管的柵介質(zhì)層只是覆蓋部分半導(dǎo)體襯底，為平面結(jié)構(gòu)。而鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的柵介質(zhì)層覆蓋鰭部的頂部和側(cè)壁，為三維立體結(jié)構(gòu)。這樣，與平面晶體管中的柵介質(zhì)層不同，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的有效電容會(huì)從四周各個(gè)角度受對(duì)應(yīng)的源極和漏極的影響，從而使鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的有效電容受影響面積大幅度增加。
[0038](3)相對(duì)于平面晶體管的柵介質(zhì)層的厚度，鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)層的厚度非常小。再加上上述(1)和(2)中的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的寄生電容對(duì)厚度如此小的柵介質(zhì)層的影響明顯大于平面晶體管的寄生電容對(duì)其柵介質(zhì)層的影響。因此，測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電性厚度值時(shí)，寄生電容對(duì)鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的影響根本無法忽略不計(jì)，已經(jīng)嚴(yán)重影響測(cè)量精度。
[0039]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及柵介質(zhì)層厚度測(cè)量方法。采用本發(fā)明提供的柵介質(zhì)層厚度測(cè)量方法和測(cè)量柵介質(zhì)層厚度的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，能夠排除鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的對(duì)柵介質(zhì)層有效電容值影響較大的寄生電容值，從而可以獲得精度高的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的柵介質(zhì)層的電性厚度。
[0040]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0041]實(shí)施例一
[0042]本實(shí)施例提供一種鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵介質(zhì)厚度的測(cè)量方法，具體步驟如下:
[0043]結(jié)合參考圖1和圖2，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括外圍區(qū)，所述外圍區(qū)包括兩個(gè)相鄰的第一測(cè)量區(qū)A和第二測(cè)量區(qū)B。
[0044]本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底是硅襯底。其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底也可以為鍺硅襯底、II1- V族元素化合物襯底、碳化硅襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或金剛石襯底，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導(dǎo)體材料襯底。
[0045]本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底包括外圍區(qū)和核心區(qū)。核心區(qū)用于形成核心鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。外圍區(qū)包括第一測(cè)量區(qū)A和第二測(cè)量區(qū)B。第一測(cè)量區(qū)A用于形成第一測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，第二測(cè)量區(qū)B用于形成第二測(cè)量鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第一測(cè)量區(qū)A與第二測(cè)量區(qū)B相鄰是