JP2008544482A - 電界効果トランジスタのゲート・トンネル漏れのパラメータを測定するための方法及び構造体 - Google Patents
電界効果トランジスタのゲート・トンネル漏れのパラメータを測定するための方法及び構造体 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 漏れ電流を測定するための構造体(100)及び方法である。この構造体は、半導体基板(175)内に形成されたボディ(105)と、シリコン・ボディ(105)の上面にある電体層(125/130)と、誘電体層(125/130)の上面の導電体層(110)とを含み、誘電体層(125/130)の第1領域は、第1の厚さ(T1)を有し、導電体層(110)とボディの上面(105)との間の誘電体層(125/130)の第2領域は、第2の厚さ(T2)を有し、第2の厚さ(T2)は第1の厚さ(T1)とは異なる。この方法は、異なる第1の誘電体領域(125/130)の面積及び同じ第2の誘電体領域(125/130)の面積を有する、又は、異なる第2の誘電体領域(125/130)の面積及び同じ第1の誘電体領域(125/130)の面積を有する、2つの上記構造体(100)を準備するステップと、各々の構造体(100)について、導電性層(110)とボディ(105)との間の電流を測定するステップと、電流測定値及び2つのデバイスの誘電体(125/130)面積に基づいて、ゲート・トンネル漏れ電流を算出するステップとを含む。
【選択図】 図2
Description
IGB=J1・L(W−D)+J2・L・D+J2・A・B (1)
によって与えられる。
IGBA=I1A+I2A+I3Aとして表すことができ、ここで、I1A=J1・L(WA−D)、I2A=J2・L・D、及びI3A=J2・A・Bであり、
IGBA=J1・L(WA−D)+J2・L・D+J2・A・B (2)
となり、
SOI FET220の総ゲート・トンネル漏れ電流は、
IGBB=I1B+I2B+I3Bとして表すことができ、ここで、I1B=J1・L(WB−D)、I2A=J2・L・D、及びI3A=J2・A・Bであり、
IGBB=J1・L(WB−D)+J2・L・D+J2・A・B (3)
となり、
IGBBからIGBAを減算し、並べ替えると、
IGBA−IGBB=J1・L(WA−WB) (4)
となる。
IGBA=I1A+I2A+I3Aとして表すことができ、ここで、I1A=J1・L(W−DA)、I2A=J2・L・DA、及びI3A=J2・A・Bであり、
IGBA=J1・L(W−DA)+J2・L・DA+J2・A・B (5)
となり、
SOI FET235の総ゲート・トンネル漏れ電流は、
IGBB=I1B+I2B+I3Bとして表すことができ、ここで、I1B=J1・L(W−DB)、I2B=J2・L・DB、及びI3B=J2・A・Bであり、
IGBB=J1・L(W−DB)+J2・L・DB+J2・A・B (6)
となる。
IGBA=J1・L(W−DA)+2・J2・L・DA+2・J2・A・B (7)
IGBB=J1・L(W−DB)+2・J2・L・DB+2・J2・A・B (8)
Claims (33)
- 半導体基板内に形成されたシリコン・ボディと、
前記シリコン・ボディの上面上の誘電体層と、
前記誘電体層の上面上の導電体層であって、前記導電体層と前記シリコン・ボディの前記上面との間の前記誘電体層の第1領域は第1の厚さを有し、前記導電体層と前記シリコン・ボディの前記上面との間の前記誘電体層の第2領域は第2の厚さを有し、前記第1の厚さは前記第2の厚さとは異なる、導電体層と
を備える構造体。 - 前記シリコン・ボディのあらゆる側面上に前記半導体基板の上面から前記半導体基板内に延びている誘電体分離をさらに含む、請求項1に記載の構造体。
- 前記シリコン・ボディの下にある前記半導体基板内の埋込み誘電体層をさらに含み、前記誘電体分離は前記埋込み誘電体層に接触している、請求項2に記載の構造体。
- 前記導電性層の第1領域は第1の方向に延び、前記導電性層の第2領域は第2の方向に延び、前記第2の方向は前記第1の方向に対して垂直であり、
前記導電性層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第1領域及び隣接する前記誘電体層の前記第2領域の第1部分の上に配置され、前記導電性層の前記第2領域は、前記誘電体層の前記第2領域の第2部分の上に配置され、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分に隣接している、請求項1に記載の構造体。 - 前記第1の厚さは、前記第2の厚さより薄く、
前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きい、請求項4に記載の構造体。 - 前記導電性層の前記第2領域に隣接した前記シリコン・ボディの端部内にボディ・コンタクト領域をさらに含む、請求項4に記載の構造体。
- 前記シリコン・ボディ内にあり、かつ、前記導電性層の前記第1領域の両側上に前記第1の方向に延びているソース/ドレイン領域をさらに含む、請求項4に記載の構造体。
- 前記誘電体層は、前記第2の厚さを有する第3領域を含み、前記誘電体層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第2領域と前記第3領域との間に配置され、
前記導電性層は第3領域を含み、前記第3領域は前記第2の方向に延び、前記誘電体層の前記第2領域は、前記導電性層の前記第1領域と前記第3領域との間に配置され、
前記導電性層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第3領域の第1部分の上にさらに配置され、前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分は、前記誘電体層の前記第1領域に隣接し、前記導電性層の前記第3領域は、前記誘電体層の前記第3領域の第2部分の上に配置され、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分に隣接している、請求項4に記載の構造体。 - 前記導電性層の前記第3領域に隣接した、前記シリコン・ボディの第1の端部内の第1ボディ・コンタクト領域と、
前記導電性層の前記第3領域に隣接した、前記シリコン・ボディの第2の端部内の第2ボディ・コンタクト領域と、
をさらに含む、請求項8に記載の構造体。 - 前記第1の厚さは、前記第2の厚さより薄く、
前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分の面積より大きい、請求項8に記載の構造体。 - 前記シリコン・ボディ内にあり、かつ、前記導電性層の前記第1領域の両側上に前記第1の方向に延びているソース/ドレイン領域をさらに含む、請求項8に記載の構造体。
- 前記誘電体層の前記第1領域及び前記第2領域は、二酸化シリコン、窒化シリコン、金属酸化物、Ta2O5、BaTiO3、HfO2、ZrO2、Al2O3、金属シリケート、HfSixOy、HfSixOyNz、10より大きい比誘電率を有する高K誘電体材料及びこれらの組み合わせを含む群から選択される材料を含む、請求項1に記載の構造体。
- 前記第1の厚さは、0.8nmから1.5nmまでの間であり、前記第2の厚さは、2nmから3nmまでの間である、請求項1に記載の構造体。
- 前記半導体基板は、シリコン・オン・インシュレータ基板を含む、請求項1に記載の構造体。
- 漏れ電流を測定する方法であって、
第1デバイス及び第2デバイスを準備するステップであって、各々のデバイスは、
半導体基板内に形成されたシリコン・ボディと、
前記シリコン・ボディの上面上の誘電体層であって、前記誘電体層の第1領域は第1の厚さを有し、前記誘電体層の第2領域は第2の厚さを有し、前記第1の厚さは前記第2の厚さより薄い、誘電体層と、
前記誘電体層の上面上の導電性層と、
前記シリコン・ボディの全ての側面上に前記半導体基板の上面から前記半導体基板内に延びている誘電体分離と、
前記シリコン・ボディの下にある前記半導体基板内の埋込み誘電体層であって、前記誘電体分離が前記埋込み誘電体層と接触している、埋込み誘電体層と
を含み、
前記導電性層の第1領域は第1の方向に延び、前記導電性層の第2領域は第2の方向に延び、前記第2の方向は前記第1の方向に対して垂直であり、
前記導電性層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第1領域及び隣接する前記誘電体層の前記第2領域の第1部分の上に配置され、前記導電性層の前記第2領域は、前記誘電体層の前記第2領域の第2部分の上に配置され、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分に隣接している、ステップと、
前記第1デバイス及び前記第2デバイスの各々について、前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間の電流フローの測定を行うステップと
を含む方法。 - 前記第1デバイス及び前記第2デバイスの両方について、
前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きい、請求項15に記載の方法。 - 前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積とは異なり、
前記第1デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積は、前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積とほぼ等しい、請求項15に記載の方法。 - IGBAは、前記第1デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、IGBBは、前記第2デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、Lは、前記第1デバイス又は前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域のどちらかの長さであり、WAは、前記第1デバイスの前記導電性層の前記第1領域の幅であり、WBは、前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の幅であるとして、式:
J1=(IGBA−IGBB)/L(WA−WB)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの各々の前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流密度J1を求めるステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。 - Dは、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の幅である場合の、式:
I1A=J1・L(WA−D)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流I1Aを求めるステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積とほぼ同じであり、
前記第1デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積は、前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積とは異なる、請求項15に記載の方法。 - IGBAは、前記第1デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、IGBBは、前記第2デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、Lは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の各々の長さであり、Wは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の各々の幅であり、DAは、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の幅であり、DBは、前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の幅であり、J2は、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の各々のトンネル漏れ電流密度であるとして、式:
IGBA=J1・L(W−DA)+J2・L・DA+J2・A・B、及び、
IGBB=J1・L(W−DB)+J2・L・DB+J2・A・B
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの各々の前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流密度J1を求めるステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。 - 式:
I1A=J1・L(W−DA)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流I1Aを求めるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。 - 前記第1デバイス及び前記第2デバイスの両方について、
前記誘電体層は、前記第2の厚さを有する第3領域を含み、前記誘電体層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第2領域と前記第3領域との間に配置され、
前記導電性層は第3領域を含み、前記第3領域は、前記第2の方向に延びており、前記誘電体層の前記第1領域は、前記導電性層の前記第1領域と前記第3領域との間に配置され、
前記導電性層の前記第1領域は、前記誘電体層の前記第3領域の第1部分の上にさらに配置され、前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分は、前記誘電体層の前記第1領域に隣接し、前記導電性層の前記第3領域は、前記誘電体層の前記第3領域の第2部分の上に配置され、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分に隣接している、請求項15に記載の方法。 - 前記第1デバイス及び前記第2デバイスの両方について、
前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第2領域の前記第2部分の面積より大きく、
前記誘電体層の前記第3領域の前記第1部分の面積は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分より大きく、
前記誘電体層の前記第1領域の面積は、前記誘電体層の前記第3領域の前記第2部分の面積より大きい、請求項23に記載の方法。 - 前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域及び前記第3領域の前記第1部分の面積は、前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域及び前記第3領域の前記第1部分の面積とほぼ等しく、
前記第1デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積は、前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の面積とほぼ等しい、請求項23に記載の方法。 - IGBAは、前記第1デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、IGBBは、前記第2デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、Lは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの各々の前記導電性層の前記第1領域の長さであり、WAは、前記第1デバイスの前記導電性層の前記第1領域の幅であり、WBは、前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の幅であるとして、式:
J1=(IGBA−IGBB)/L(WA−WB)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの各々の前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流密度J1を求めるステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。 - Dは、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域及び前記第3領域の前記第1部分の幅であるとして、式:
I1A=J1・L(WA−D)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流I1Aを求めるステップをさらに含む、請求項26に記載の方法。 - 前記誘電体層の前記第2領域及び前記第3領域の前記第1部分の面積は、2つ又はそれ以上のデバイスのいずれか1つにおいては、ほぼ等しいが、前記2つ又はそれ以上のデバイスの各デバイスにおいては異なり、
前記導電性層の前記第1領域の面積は、異なる、請求項18に記載の方法。 - IGBAは、前記第1デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、IGBBは、前記第2デバイスの前記導電性層と前記シリコン・ボディとの間で測定された電流量であり、Lは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の各々の長さであり、Wは、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記導電性層の前記第1領域の各々の幅であり、DAは、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の幅であり、DBは、前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の前記第1部分の幅であり、J2は、前記第1デバイス及び前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第2領域の各々のトンネル漏れ電流密度であるとして、式:
IGBA=J1・L(W−DA)+J2・L・DA+J2・A・B、及び、
IGBB=J1・L(W−DB)+J2・L・DB+J2・A・B
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイス又は前記第2デバイスの前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流密度J1を求めるステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。 - 式:
I1A=J1・L(W−DA)
を用いて、前記電流フロー測定値から、前記第1デバイスの前記誘電体層の前記第1領域のトンネル漏れ電流I1Aを求めるステップをさらに含む、請求項29に記載の方法。 - 漏れ電流を測定する方法であって、
半導体基板内に形成された第1シリコン・ボディと、
前記第1シリコン・ボディの上面上の第1誘電体層と、
前記第1誘電体層の上面上の第1導電性層であって、前記第1導電性層と前記第1シリコン・ボディの前記上面との間の前記第1誘電体層の第1領域は、第1の厚さ及び第1の面積を有し、前記第1導電性層と前記第1シリコン・ボディの前記上面との間の前記誘電体層の第2領域は、第2の厚さ及び第2の面積を有し、前記第1の厚さは前記第2の厚さとは異なる、第1導電性層と
を含む第1デバイスを準備するステップと、
半導体基板内に形成された第2シリコン・ボディと、
前記第2シリコン・ボディの上面上の第2誘電体層と、
前記第2誘電体層の上面上の第2導電性層であって、前記第2導電性層と前記第2シリコン・ボディの前記上面との間の前記第2誘電体層の第2領域は、前記第1の厚さ及び第3の面積を有し、前記第2導電性層と前記第2シリコン・ボディの前記上面との間の前記誘電体層の第2領域は、前記第2の厚さ及び第4の面積を有し、前記第2の厚さは、前記第1の厚さより厚い、第2の導電性層と
を含む第2デバイスを準備するステップと、
前記第1導電性層と前記第1シリコン・ボディとの間に電圧を印加し、これらの間の第1の電流フローを測定するステップと、
前記第2導電性層と前記第2シリコン・ボディとの間に電圧を印加し、これらの間の第2の電流フローを測定するステップと、
前記第1の電流測定値及び前記第2の電流測定値、並びに、前記第1、第2、第3及び第4の面積に基づいて、前記第1誘電体層の前記第1領域、前記第1の誘電体の前記第2領域、前記第2誘電体層の前記第2領域、又はこれらの組み合わせの漏れ電流密度を求めるステップと
を含む方法。 - 前記第1の面積は前記第3の面積とほぼ等しく、前記第2の面積は前記第4の面積とは異なる、請求項31に記載の方法。
- 前記第1の面積は前記第3の面積とは異なり、前記第2の面積は前記第4の面積とほぼ等しい、請求項31に記載の方法。
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