用于测试沟槽型场效应管参数的方法及设备、元胞结构

本申请涉及半导体，特别是涉及用于测试沟槽型场效应管参数的方法及设备、元胞结构。

背景技术：

1、金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）的核心部分是氧化物半导体界面，位于沟道处的氧化物半导体界面的特性直接影响了器件的沟道迁移率，影响了mosfet器件的沟道通态特征电阻，进而影响了mosfet器件的通态特征电阻。因此期望能够对器件的沟道迁移率进行准确评估。

2、目前，mosfet器件主要分为平面栅mosfet与沟槽栅mosfet两种，其中，沟槽栅mosfet具有较高的沟道密度，同时消除了jfet区电阻，显著降低器件的通态特征电阻。

3、对于mosfet等半导体器件而言，器件可靠性是一个评估器件性能的重要指标，以mosfet为例，mosfet栅介质在电热应力作用下的寿命以及mosfet在电热应力作用下导致的阈值漂移量等是评估mosfet器件性能的重要的参数。

4、一般的平面栅mosfet的栅介质层及栅介质层与半导体表面都在一个平面内，材料特性整体一致。而一般沟槽栅mosfet的沟道以及栅介质位于沟槽内部，栅介质以及栅介质与半导体表面在空间上存在三个面上，为准确评估栅介质的可靠性等需要进行将各面进行分离。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对沟槽栅mosfet的参数难以准确评估的问题，提供用于测试沟槽型场效应管参数的方法及设备、元胞结构。

2、本申请提供用于测试沟槽型场效应管参数的方法，该方法包括：针对多个元胞结构中的每一个，施加不同水平的栅源电压 v gs，得到漏源电流及漏源电压的关系曲线，以计算不同水平的栅源电压对应的导通电阻 r t；其中，元胞结构包括沟道层、栅电极、栅介质层、第一接触区及第二接触区，沟道层包括第一台阶和沿第一方向凸出于第一台阶的第二台阶，栅电极包括层叠于第一台阶的沟槽栅和层叠于第二台阶的平面栅，第一接触区延伸入第一台阶并沿垂直于第一方向的第二方向延伸入第二台阶，第二接触区延伸入第二台阶并与第二台阶的侧壁具有间隔，栅介质层的对应平面栅的平面介质部与第一接触区之间具有侧壁长度，栅介质层的对应沟槽栅的沟槽介质部与第二接触区之间具有表面长度。

3、本申请的用于测试沟槽型场效应管参数的方法能够有效地分析沟槽型场效应管的使用性能。基于该元胞结构的两段沟道，后续能够分离出侧壁沟槽迁移率和平面沟槽迁移率。

4、本申请提供用于测试沟槽型场效应管参数的方法，该方法包括：在同一测试环境温度下，对多组元胞结构中的每个元胞结构施加栅源电压，并设定失效标准漏电流，其中，不同组的栅源电压不同；元胞结构包括沟道层、栅电极、栅介质层、第一接触区及第二接触区，沟道层包括第一台阶和沿第一方向凸出于第一台阶的第二台阶，栅电极包括层叠于第一台阶的沟槽栅和层叠于第二台阶的平面栅，第一接触区延伸入第一台阶并沿垂直于第一方向的第二方向延伸入第二台阶，第二接触区延伸入第二台阶并与第二台阶的侧壁具有间隔，栅介质层的对应平面栅的平面介质部与第一接触区之间具有侧壁长度，栅介质层的对应沟槽栅的沟槽介质部与第二接触区之间具有表面长度，每组中多个元胞结构的多个表面长度相互不同；根据元胞结构在对应的栅源电压情况下的失效时间，得到元胞结构的特征寿命；根据经时击穿缺陷产生模型，提取栅介质层的特征参数；以及获得栅介质层的工作寿命。

5、本申请的用于测试沟槽型场效应管参数的方法能够获得栅介质层的工作寿命，继而有利于更准确地分析沟槽型场效应管的使用性能。

6、本申请提供用于测试沟槽型场效应管参数的方法，该方法包括：对元胞结构依据时间序列施加第一栅源电压；其中，元胞结构包括沟道层、栅电极、栅介质层、第一接触区及第二接触区，沟道层包括第一台阶和沿第一方向凸出于第一台阶的第二台阶，栅电极包括层叠于第一台阶的沟槽栅和层叠于第二台阶的平面栅，第一接触区延伸入第一台阶并沿垂直于第一方向的第二方向延伸入第二台阶，第二接触区延伸入第二台阶并与第二台阶的侧壁具有间隔；响应于时间序列中一段施压时间结束，施加漏源电压及第二栅源电压，以测试元胞结构的转移曲线，获得基于时间的阈值电压曲线；以及得到元胞结构的沟道的阈值稳定性。

7、本申请的用于测试沟槽型场效应管参数的方法能够获得沟道的阈值稳定性，继而有利于更准确地分析沟槽型场效应管的使用性能。

8、本申请提供用于测试沟槽型场效应管参数的设备，该设备包括：存储器，存储有计算机程序；及处理器，处理器执行计算机程序时实现前述的方法的步骤。

9、通过将元胞结构的栅电极、第一接触区及第二接触区等接入电路，能够测试元胞结构，继而测试沟槽型场效应管参数。

10、本申请提供计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的方法的步骤。

11、本申请提供元胞结构，该元胞结构包括：沟道层，包括第一台阶和沿第一方向凸出于第一台阶的第二台阶；第一接触区，延伸入第一台阶并延伸入第二台阶；第二接触区，延伸入第二台阶，并与第二台阶的侧壁具有间隔；栅电极，包括层叠于第一台阶的沟槽栅和层叠于第二台阶的平面栅；以及栅介质层，用于将栅电极与沟道层绝缘间隔。

12、通过设置第一接触区在第一台阶处而第二接触区在第二台阶处，并设置栅电极，使沟道分为能够被设计为所需尺寸的两段。该元胞结构接入测试设备后能够用于测试沟槽型场效应管的参数，基于两段沟道，能够分离出侧壁沟槽迁移率和平面沟槽迁移率；另外，该元胞结构能可控地设计参数以实现不同的性能。

13、本申请提供用于测试沟槽型场效应管参数的器件，该器件包括多个前述的元胞结构；栅介质层包括对应沟槽栅的沟槽介质部及对应平面栅的平面介质部，沟槽介质部与第二接触区之间具有表面长度，平面介质部与第一接触区之间具有侧壁长度；多个元胞结构的多个表面长度相互不同。

14、通过设置多个元胞结构的多个表面长度相互不同，能够利用表面长度的区别测试沟槽型场效应管参数，尤其是有助于将侧壁沟道迁移率和平面沟道迁移率解耦。

15、本申请提供用于制造元胞结构的方法，该制造方法包括：形成沟道层；形成沿第一方向延伸入沟道层的沟槽；形成从沟槽的底壁延伸入沟道层、并延伸入沟槽的侧壁的第一接触区，形成延伸入沟道层并与沟槽具有间隔的第二接触区；形成覆盖沟道层的栅介质层；以及形成栅电极，栅电极包括延伸入沟槽的沟槽栅和层叠于第二接触区的平面栅。

16、本申请的用于制造元胞结构的方法能够制造出同时具有平面沟道和侧壁沟道的元胞结构。

17、本申请提供光刻版组件，该光刻版组件用在前述的用于制造元胞结构的方法的步骤，光刻版组件包括沟槽板和栅电极板，沟槽板包括沟槽图案，栅电极板的栅电极图案包括对应于沟槽图案的沟槽栅区及延伸出沟槽图案的平面栅区。

技术特征：

1.用于测试沟槽型场效应管参数的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于测试沟槽型场效应管参数的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的用于测试沟槽型场效应管参数的方法，其特征在于，

4.用于测试沟槽型场效应管参数的方法，其特征在于，包括：

5.用于测试沟槽型场效应管参数的方法，其特征在于，包括：

6.用于测试沟槽型场效应管参数的设备，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的用于测试沟槽型场效应管参数的设备，其特征在于，还包括电路，所述电路包括第一电压源、第二电压源及开关，所述第一电压源的高电位端电连接于所述栅电极，所述第一电压源的低电位端电连接于所述第一接触区，所述第二电压源的高电位端电连接于所述第二接触区，所述第二电压源的低电位端通过所述开关连接于所述第一接触区。

8.计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法的步骤。

9.元胞结构，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的元胞结构，其特征在于，所述沟道层的掺杂类型为电子型掺杂和空穴型掺杂中的一种，所述第一接触区的掺杂类型和所述第二接触区的掺杂类型均为另一种。

11.根据权利要求9所述的元胞结构，其特征在于，还包括第一电极、第二电极及源极接触区，所述第一电极接触于所述第一接触区并与所述沟槽栅具有间隔，所述第二电极接触于所述第二接触区并与所述平面栅具有间隔，所述源极接触区的掺杂类型与所述沟道层的掺杂类型相同；

12.用于测试沟槽型场效应管参数的器件，其特征在于，包括多个如权利要求9至权利要求11中任一项所述的元胞结构；

13.根据权利要求12所述的用于测试沟槽型场效应管参数的器件，其特征在于，所述表面长度的范围为0.5μm至10000μm，所述第一接触区的掺杂浓度的范围为1e19cm-3至1e21cm-3，所述第一接触区处的欧姆接触电阻率小于或等于0.001ωcm2，所述第二接触区处的欧姆接触电阻率小于或等于0.001ωcm2。

14.根据权利要求12所述的用于测试沟槽型场效应管参数的器件，其特征在于，所述多个元胞结构中包括至少一对元胞结构，每对所述元胞结构以两个所述沟槽栅相互面对且具有间隔的方式设置。

15.用于制造元胞结构的方法，其特征在于，包括：

16.根据权利要求15所述的用于制造元胞结构的方法，其特征在于，还包括：形成层叠于衬底的外延层；

17.光刻版组件，其特征在于，所述光刻版组件用在如权利要求15或权利要求16所述的用于制造元胞结构的方法的步骤，

18.根据权利要求17所述的光刻版组件，其特征在于，所述光刻版组件还包括：用于形成所述第一接触区和所述第二接触区的接触区板、用于形成所述栅介质层的栅介质板、用于形成贯穿所述第一接触区或者贯穿所述第二接触区的源极接触区的源极接触板以及用于形成覆盖所述栅电极的绝缘介质层的绝缘介质板。

技术总结本申请涉及用于测试沟槽型场效应管参数的方法及设备、元胞结构。该方法包括：针对多个元胞结构中的每一个，施加不同水平的栅源电压，得到漏源电流及漏源电压的关系曲线，以计算不同水平的栅源电压对应的导通电阻。该用于测试沟槽型场效应管参数的方法能够有效地地分析沟槽型场效应管的使用性能。技术研发人员：胡子健,盛况,任娜,徐弘毅受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2025/1/13