CN113253089B - 一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其可避免漏电流严重的问题出现，可提高源漏寄生电阻提取准确性，该方法包括：将源漏寄生电阻分解为若干分解寄生电阻，根据分解寄生电阻的分布情况，划分不同测试区间，基于开尔文测试结构测量不同测试区间的源漏寄生电阻，测量不同测试区间的鳍长度，基于直线方程、不同测试区间的源漏寄生电阻、鳍长度，计算获取分解寄生电阻。

Description

一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法
技术领域
本发明涉及场效应晶体管技术领域，具体为一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法。
背景技术
鳍式场效应晶体管（FinFET）是一种互补式金属半导体晶体管，其与平面型MOSFET结构的主要区别在于其沟道由绝缘衬底上凸起的鳍构成，源漏两极分布在其两端，栅极紧贴其侧壁和顶部，用于辅助电流控制，鳍形结构增大了栅围绕沟道的面，加强了栅对沟道的控制，从而可以有效缓解平面器件中出现的短沟道效应，大幅改善电路控制并减少漏电流，同时可以大幅缩短晶体管的栅长。
随着CMOS技术进入16nm、14nm技术结点，三维鳍型场效应晶体管（FinFET）源漏寄生电阻的提取随结构改变而变得更加复杂，场效应晶体管尺寸缩小有利于满足集成电路芯片高集成度要求，晶体管越小，同样体积芯片上就能集成更多，芯片集成度提高有助于处理器性能和功耗的改善，但晶体管尺寸的缩小，给其设计、加工、测试等带来了极大困难，因此，在晶体管加工过程中，需对其加工制程进行优化，改善其电学特性。
通过测量源漏寄生电阻，并通过源漏寄生电阻判断鳍式场效应晶体管的加工制成中是否存在工艺问题，进而对加工工艺进行改善，是目前常用的制成优化方法之一，因此，在源漏寄生电阻测量中，提高寄生电阻提取的精度，对半导体器件及电路性能的提升至关重要。现有文献上已有相关研究，但大都使用建模模拟方式来仿真制程和组件电特性的变异，模拟时需萃取源漏寄生电阻，但现有技术中鳍形场效应晶体管源漏寄生电阻的萃取较为困难，用于实现寄生电阻分开萃取的方式较少，且存在源漏寄生电阻提取精度低等问题。例如现有技术中提供了一种场效应晶体管源漏寄生电阻常规测试结构，其通过改变相邻两个栅极区的间隔距离，来测量获取不同源漏寄生电阻，但随着相邻两个栅极区间距的增加，两个栅极区之间的鳍长度随之增大，漏电流也随之增大，严重影响了源漏寄生电阻的提取精度。
发明内容
针对现有技术中存在的通过改变相邻两个栅极区的间隔距离，测量获取源漏寄生电阻的方式，易导致漏电流严重，影响源漏寄生电阻提取准确性的问题，本发明提供了一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其可避免漏电流严重的问题出现，可提高源漏寄生电阻提取准确性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、将所述源漏寄生电阻分解为若干分解寄生电阻；
S2、根据所述分解寄生电阻的分布情况，划分不同测试区间；
S3、基于开尔文测试结构测量不同测试区间的源漏寄生电阻；
S4、测量不同测试区间的鳍长度；
S5、基于直线方程、不同测试区间的源漏寄生电阻、鳍长度，计算获取所述分解寄生电阻。
其进一步特征在于，
所述鳍式场效应晶体管包括鳍、分布于鳍的栅极区、源漏极区、接触层、分布于源漏极区两侧的延伸层，相邻两个所述栅极区之间设置有所述接触层；步骤S1中，所述分解寄生电阻包括串联的源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻，所述源漏接触电阻分布于所述接触层、所述外延生长电阻分布于所述源漏极区、所述延伸电阻分布于所述延伸层、所述栅极驱动信道电阻分布于两个所述延伸电阻之间；
步骤S2中，所述测试区间包括三个，分别为第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间，所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度沿所述鳍方向依次递增；选取九个所述接触层之间的区域作为总测试区，九个所述接触层分别为第一接触层~第九接触层，所述第二接触层与所述第三接触层之间的区域为所述第一测试区间，所述第三接触层和所述第五接触层之间的区域为所述第二测试区间，所述第五接触层和所述第八接触层之间的区域为所述第三测试区间；
步骤S3中，不同所述测试区间的寄生电阻的测量方法包括：S31、基于开尔文测试结构测量所述第一测试区间的源漏寄生电阻；
S32、基于开尔文测试结构测量所述第二测试区间的源漏寄生电阻；
S33、基于开尔文测试结构测量所述第三测试区间的源漏寄生电阻；
步骤S3中，所述开尔文测试结构指：通过所述第一接触层、第九接触层向所述总测试区通入驱动电流I，将所述第二接触层、第三接触层、第五接触层、第八接触层分别作为第一电压测试点、第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点，基于电阻计算公式：R=U/I，分别计算所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的源漏寄生电阻，分别为第一寄生电阻、第二寄生电阻、第三寄生电阻；
步骤S31中，测试第一电压测试点、第二电压测试点的电压V1、V2，计算所述第一测试区间的电压U1= V2-V1，第一寄生电阻R1=U1/I；
步骤S32中，测试第二电压测试点、第三电压测试点的电压V2、V3，计算所述第二测试区间的电压U2=V3-V2，所述第二寄生电阻为R2=U2/I；
步骤S33中，测试第三电压测试点、第四电压测试点的电压V3、V4，计算所述第三测试区间的电压U3=V4-V3，所述第二寄生电阻为R3=U3/I；
步骤S4中，所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度分别为X1、X2、X3；
步骤S5中所述直线方程为：Y=a1X1+a2X2+a3X3+b，其中Y表示所述第一测试区间、第二测试区间或第三测试区间的寄生电阻，b、a1、a2、a3分别表示所述源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻，X1、X2、X3分别表示所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度；
步骤S5包括：S51、计算所述源漏接触电阻：将所述第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点的电压钳位于固定值，相当于a1X1=f1、a2X2=f2、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为分布于所述第二接触层的源漏接触电阻，根据公式：Y=f1+f2+f3+b，Y=V1/I，计算获得所述源漏接触电阻b= V1/I-(f1+f2+f3)；
S52、计算所述外延生长电阻：将所述第三电压测试点、第四电压测试点的电压分别钳位于固定值，a2X2、a3X3分别为f2、f3，此时测得的寄生电阻为所述外延生长电阻，根据公式：Y=a1X1+f2+f3+b，Y=(V2-V1)/I，则所述外延生长电阻a1=[(V2-V1)/I-(f2+f3+b)]/X1；
S53、计算所述延伸电阻：将所述第二电压测试点、第四电压测试点的电压钳位于固定值，a1X1=f1、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为所述延伸电阻，根据公式：Y= f1+a2X2+f3+b，Y=(V3-V2)/I，则所述延伸电阻a2=[(V3-V2)/I–b-f3-f1]/X1；
S54、计算所述栅极驱动信道电阻，将所述第二电压测试点、第三电压测试点的电压钳位于固定值，a1X1=f1、a2X2=f2，此时测得的寄生电阻为所述延伸电阻，根据公式：Y=f1+ f2+a3X3+b，Y=(V4-V3)/I，则所述栅极驱动信道电阻a3=[(V4-V3)/I-b-f2-f1]/X1；
所述第一测试区间包括一个所述栅极区，所述第二测试区间包括两个所述栅极区，所述第三测试区间包括三个所述栅极区；
进一步的，基于开尔文测试结构，测量不同鳍位置的所述接触层/栅极间距的寄生电阻。
采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：将鳍式场效应晶体管中的源漏寄生电阻分解为若干分解寄生电阻，根据分解寄生电阻的分布情况，划分不同测试区间，以便于对各分解寄生电阻进行测试，方便了源漏寄生电阻的萃取。该测试方法中，通过将该鳍式场效应晶体管划分为不同测试区间，基于直线方程、不同测试区间的源漏寄生电阻、鳍长度，计算获取分解寄生电阻，实现了各分解寄生电阻的测量，其无需改变栅极区之间的间隔距离，因此，避免了因相邻两个栅极区之间鳍长度增大而导致漏电流严重的问题出现，从而提高了源漏寄生电阻提取准确性。
附图说明
图1为鳍式场效应晶体管的主视结构示意图；
图2为现有的源漏寄生电阻测试结构的俯视结构示意图；
图3为本发明源漏寄生电阻的分解结构示意图；
图4为本发明鳍式场效应晶体管测试结构的俯视结构示意图；
图5为本发明鳍式场效应晶体管接触层跨接四根鳍（实施例三）的立体结构示意图；
图6为本发明萃取方法流程图。
具体实施方式
见图6，一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，该方法包括：
S1、将源漏寄生电阻分解为若干分解寄生电阻，鳍式场效应晶体管包括鳍1、分布于鳍1的栅极区2、源漏极区3、接触层4、分布于源漏极区两侧的延伸层5，相邻两个栅极区2之间设置有接触层4；分解寄生电阻包括串联的源漏接触电阻101、外延生长电阻102、延伸电阻103、栅极驱动信道电阻104，源漏接触电阻分布于接触层4、外延生长电阻102分布于源漏极区3、延伸电阻103分布于延伸层5、栅极驱动信道电阻104分布于两个延伸电阻103之间。
S2、根据分解寄生电阻的分布情况，划分不同测试区间；测试区间包括三个，分别为第一测试区间（1 Poly Pitch）、第二测试区间（2 Poly Pitch）、第三测试区间（3 PolyPitch），第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度沿鳍方向依次递增；选取九个接触层之间的区域作为总测试区，九个接触层分别为第一接触层41~第九接触层49，第二接触层42与第三接触层43之间的区域为第一测试区间，第三接触层43和第五接触层45之间的区域为第二测试区间，第五接触层45和第八接触层48之间的区域为第三测试区间，第一测试区间包括一个栅极区，第二测试区间包括两个栅极区，第三测试区间包括三个栅极区。
S3、基于开尔文测试结构测量不同测试区间的源漏寄生电阻；不同测试区间的寄生电阻的测量方法包括：S31、基于开尔文测试结构测量第一测试区间的源漏寄生电阻，具体包括：测试第一电压测试点、第二电压测试点的电压V1、V2，计算第一测试区间的电压U1=V2-V1，第一寄生电阻R1=U1/I；
S32、基于开尔文测试结构测量第二测试区间的源漏寄生电阻，具体包括：测试第二电压测试点、第三电压测试点的电压V2、V3，计算第二测试区间的电压U2=V3-V2，第二寄生电阻为R2=U2/I；
S33、基于开尔文测试结构测量第三测试区间的源漏寄生电阻，具体包括：测试第三电压测试点、第四电压测试点的电压V3、V4，计算第三测试区间的电压U3=V4-V3，第二寄生电阻为R3=U3/I。
开尔文测试结构指：通过第一接触层41、第九接触层49向总测试区通入驱动电流I（Force current），将第二接触层42、第三接触层43、第五接触层45、第八接触层48分别作为第一电压测试点、第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点，基于电阻计算公式：R=U/I，分别计算第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的源漏寄生电阻，分别为第一寄生电阻、第二寄生电阻、第三寄生电阻。
S4、测量不同测试区间的鳍长度，第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度分别为X1、X2、X3，设第一测试区间的鳍长度X1为栅极区间距L，则第二测试区间的鳍长度X2为2*L，第三测试区间的鳍长度为3*L。
S5、基于直线方程、不同测试区间的源漏寄生电阻、鳍长度，计算获取分解寄生电阻。直线方程为：Y=a1X1+a2X2+a3X3+b，其中Y表示第一测试区间、第二测试区间或第三测试区间的寄生电阻，b、a1、a2、a3分别表示源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻，X1、X2、X3分别表示第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度；步骤S5包括：S51、计算源漏接触电阻：将第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点的电压设置为零，或将第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点的电位限制在固定电位，相当于a1X1、a2X2、a3X3的数值固定，a1X1=f1、a2X2=f2、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为分布于第二接触层的源漏接触电阻，根据公式：Y=f1+f2+f3+b，Y=V1/I，计算获得源漏接触电阻b= V1/I-(f1+f2+f3），若f1、f2、f3分别为零，则b=V1/I；
S52、计算外延生长电阻：将第三电压测试点、第四电压测试点的电压分别钳位于固定值，即将第三电压测试点、第四电压测试点的电位钳制在固定电位，a2X2、a3X3的数值固定，分别为f2、f3，此时测得的寄生电阻为外延生长电阻，根据公式：Y=a1X1+f2+f3+b，Y=(V2-V1)/I，则外延生长电阻a1=[ (V2-V1)/I-(f2+f3+b)]/X1，若f2、f3分别为零，则a1=[U1/I-b]/X1；
S53、计算延伸电阻：将第二电压测试点、第四电压测试点的电压钳位于固定值，即将第二电压测试点、第四电压测试点的电位钳制在固定电位，相当于a1X1、a3X3的数值固定，a1X1=f1、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为延伸电阻，根据公式：Y=f1+a2X2+f3+b，Y=(V3-V2)/I，则延伸电阻a2=[(V3-V2)/I–b-f3-f1]/X1，若f1、f3分别为零，则a2=[(U2/I-b]/X2；
S54、计算栅极驱动信道电阻，将第二电压测试点、第三电压测试点的电压钳位于固定值，即将第二电压测试点、第三电压测试点的电位钳制在固定电位，相当于a1X1、a2X2的数值固定，a1X1=f1、a2X2=f2，此时测得的寄生电阻为延伸电阻，根据公式：Y=f1+f2+a3X3+b，Y=(V4-V3)/I，则栅极驱动信道电阻a3=[(V4-V3)/I-b-f2-f1]/X1，若f1、f2为零，则a3=[U3/I-b]/X1。
作为上述鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻测量方法的另一实施例，当需要测量鳍式场效应晶体管中不同鳍位置的源漏寄生电阻时，可将接触层分布于待测量鳍的相应位置，再通过上述步骤S1~步骤S5，计算获取接触层/栅极间距的寄生电阻。
本申请萃取方法根据源漏寄生电阻各分解电阻的分布区域，将鳍式场效应晶体管分解为不同的测试区间，通过对不同测试区间电压、电流的测试，并基于线性方程计算，实现了源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻的提取，从而实现了鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻的萃取。
以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、将所述源漏寄生电阻分解为若干分解寄生电阻；
S2、根据所述分解寄生电阻的分布情况，划分不同测试区间；
S3、基于开尔文测试结构测量不同测试区间的源漏寄生电阻；
S4、测量不同测试区间的鳍长度；
S5、基于直线方程、不同测试区间的源漏寄生电阻、鳍长度，计算获取所述分解寄生电阻，所述直线方程为：Y=a1X1+a2X2+a3X3+b，其中，Y表示第一测试区间、第二测试区间或第三测试区间的寄生电阻，b、a1、a2、a3分别表示源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻，X1、X2、X3分别表示所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度。
2.根据权利要求1所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，所述鳍式场效应晶体管包括鳍、分布于鳍的栅极区、源漏极区、接触层、分布于源漏极区两侧的延伸层，相邻两个所述栅极区之间设置有所述接触层；步骤S1中，所述分解寄生电阻包括串联的所述源漏接触电阻、外延生长电阻、延伸电阻、栅极驱动信道电阻，所述源漏接触电阻分布于所述接触层、所述外延生长电阻分布于所述源漏极区、所述延伸电阻分布于所述延伸层、所述栅极驱动信道电阻分布于两个所述延伸电阻之间。
3.根据权利要求2所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，步骤S2中，所述测试区间包括三个，分别为第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间，所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度沿所述鳍方向依次递增；选取九个所述接触层之间的区域作为总测试区，九个所述接触层分别为第一接触层~第九接触层，所述第二接触层与所述第三接触层之间的区域为所述第一测试区间，所述第三接触层和所述第五接触层之间的区域为所述第二测试区间，所述第五接触层和所述第八接触层之间的区域为所述第三测试区间。
4.根据权利要求3所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，步骤S3中，不同所述测试区间的源漏寄生电阻的测量方法包括：S31、基于开尔文测试结构测量所述第一测试区间的源漏寄生电阻；
S32、基于开尔文测试结构测量所述第二测试区间的源漏寄生电阻；
S33、基于开尔文测试结构测量所述第三测试区间的源漏寄生电阻。
5.根据权利要求4所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，步骤S3中，所述开尔文测试结构指：通过所述第一接触层、第九接触层向所述总测试区通入驱动电流I，将所述第二接触层、第三接触层、第五接触层、第八接触层分别作为第一电压测试点、第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点。
6.根据权利要求5所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，基于电阻计算公式：R=U/I，分别计算所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的源漏寄生电阻，分别为第一寄生电阻、第二寄生电阻、第三寄生电阻。
7.根据权利要求6所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，步骤S31中，测试第一电压测试点、第二电压测试点的电压V1、V2，计算所述第一测试区的电压U1=V2-V1，第一寄生电阻R1=U1/I；
步骤S32中，测试第二电压测试点、第三电压测试点的电压V2、V3，计算所述第二测试区间的电压U2=V3-V2，所述第二寄生电阻为R2=U2/I；
步骤S33中，测试第三电压测试点、第四电压测试点的电压V3、V4，计算所述第三测试区间的电压U3=V4-V3，所述第二寄生电阻为R3=U3/I；
步骤S4中，所述第一测试区间、第二测试区间、第三测试区间的鳍长度分别为X1、X2、X3。
8.根据权利要求7所述的一种鳍式场效应晶体管源漏寄生电阻萃取方法，其特征在于，步骤S5包括：S51、计算所述源漏接触电阻：将所述第二电压测试点、第三电压测试点、第四电压测试点的电压钳位于固定值，使得a1X1=f1、a2X2=f2、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为分布于所述第二接触层的源漏接触电阻，根据公式：Y= f1+f2+f3+b，Y=V1/I，计算获得所述源漏接触电阻b= V1/I-（f1+f2+f3）；
S52、计算所述外延生长电阻：将所述第三电压测试点、第四电压测试点的电压分别钳位于固定值，a2X2、a3X3分别为f2、f3，此时测得的寄生电阻为所述外延生长电阻，根据公式：Y= a1X1+f2+f3+b，Y=(V2-V1)/I，则所述外延生长电阻a1=[(V2-V1)/I-(f2+f3+b)]/X1；
S53、计算所述延伸电阻：将所述第二电压测试点、第四电压测试点的电压钳位于固定值，a1X1=f1、a3X3=f3，此时测得的寄生电阻为所述延伸电阻，根据公式：Y= f1+a2X2+f3+b，Y=(V3-V2)/I，则所述延伸电阻a2=[(V3-V2)/I-b-f3-f1]/X1；
S54、计算所述栅极驱动信道电阻，将所述第二电压测试点、第三电压测试点的电压钳位于固定值，a1X1=f1、a2X2=f2，此时测得的寄生电阻为所述延伸电阻，根据公式：Y= f1+f2+ a3X3+b，Y=(V4-V3)/I，则所述栅极驱动信道电阻a3=[(V4-V3)/I-b-f2-f1]/X 1。
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