一种沟槽MOS结构的侧壁电容的提取方法

一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法
技术领域
1.本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法。


背景技术：

2.沟槽mos结构中包含三个分支mos结构，分别为沟槽顶部台面、沟槽侧壁以及沟槽底部对应的mos结构。传统的量化沟槽mos结构中的侧壁电容-电压特性的方法主要是选取特定外延片，其晶向与沟槽侧壁对应晶向保持相同，在该外延片上制作与沟槽mos结构中侧壁所在晶向相对应的平面mos电容结构，然后测量得到所制平面mos结构的电容-电压特性曲线。然而，这一传统方法存在以下弊端。
3.由于沟槽mos结构通常是建立在干法刻蚀工艺基础之上的，而刻蚀工艺对沟槽底部与沟槽侧壁都不可避免的造成刻蚀损伤，该刻蚀损伤会对通过后续工艺在沟槽底部以及沟槽侧壁处形成的氧化层的质量以及电学特性产生额外影响。但是传统方法仅仅是在外延片上制作平面mos电容结构，并未经过沟槽刻蚀工艺，因此无法考虑到在实际的沟槽状mos结构的制造中，刻蚀工艺对侧壁处mos结构电学特性的影响，导致利用传统的方法，无法精确地提取出沟槽mos结构中的侧壁电容-电压特性。因此，如何提高沟槽mos结构的侧壁电容的提取精度，成为本领域一项亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法，从而提高沟槽mos结构的侧壁电容的提取精度。
5.为达到上述目的，本发明实施例提供一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法，包括：
6.步骤1：确定待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，所述总电容包括沟槽底部，沟槽顶部台面及沟槽侧壁对应的分支电容；其中，所述两组沟槽mos结构的每组包括多个沟槽mos结构，一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同，另一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同；
7.步骤2：根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压曲线，确定在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容；
8.步骤3：调整指定偏置电压并重复步骤2，得到不同偏置电压下所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，以生成侧壁电容-电压特性曲线。
9.在一实施例中，所述步骤2包括以下子步骤：
10.根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，确定在指定偏置电压下，沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度变化的第一曲线，以及随沟槽底部宽度变化的第二曲线；
11.根据所述第一曲线，确定沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，以及根据所述第二曲线，确定沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容；
12.根据所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容、沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容、以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，确定所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容。
13.在一实施例中，指定偏置电压与所述不同偏置电压都在积累区偏置电压范围内。
14.在一实施例中，所述总电容与沟槽底部，沟槽顶部台面以及沟槽侧壁对应的分支电容存在以下关系：
15.c
total
＝c
top
c
side
c
bottom
16.其中，c
total
为总电容，c
top
为沟槽顶部台面对应的分支电容，c
side
为沟槽侧壁对应的分支电容，c
bottom
为沟槽底部对应的分支电容。
17.在一实施例中，所述沟槽底部，沟槽顶部台面以及沟槽侧壁对应的分支电容通过以下公式计算：
[0018][0019][0020][0021]
其中，
[0022][0023][0024][0025]ctop(ox)
、c
side(ox)
以及c
bottom(ox)
分别为沟槽mos结构中所包含的三部分分支mos结构的氧化层电容，ε0为真空介电常数，ε
oxide
为氧化层相对介电常数，l为沟槽mos电极长度，t
ox-top
、t
ox-side
以及t
ox-bottom
分别为沟槽mos结构中包含的三部分分支mos结构中氧化层的厚度，w
top
、w
side
以及w
bottom
分别为沟槽mos结构中的沟槽顶部台面宽度、沟槽侧壁宽度以及沟槽底部宽度，n表示在单个测试图形区域内所包含的沟槽数目。
[0026]
在一实施例中，在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容通过以下公式计算得到：
[0027][0028]
其中，
[0029]
[0030][0031][0032]
为所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，为沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，为沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，为所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容，bx1ty1表示所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度为x1，沟槽顶部台面宽度为y1。
[0033]
本发明实施例还提供一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取系统，包括：
[0034]
总电容-电压特性曲线生成模块，用于确定待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，所述总电容包括沟槽底部，沟槽顶部台面及沟槽侧壁对应的分支电容；其中，所述两组沟槽mos结构的每组包括多个沟槽mos结构，一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同，另一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同；
[0035]
分支电容确定模块，用于根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压曲线，确定在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容；以及
[0036]
侧壁电容-电压特性曲线生成模块，用于通过调整指定偏置电压，得到不同偏置电压下所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，以生成侧壁电容-电压特性曲线。
[0037]
在一实施例中，所述分支电容确定模块包括：
[0038]
第一确定子模块，用于根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，确定在指定偏置电压下，沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度变化的第一曲线，以及随沟槽底部宽度变化的第二曲线；
[0039]
第二确定子模块，用于根据所述第一曲线，确定沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，以及根据所述第二曲线，确定沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容；以及
[0040]
分支电容确定子模块，用于根据所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容、沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容、以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，确定所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容。
[0041]
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
[0042]
一个或多个处理器；
[0043]
存储装置，用于存储一个或多个程序，
[0044]
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述任一实施例所述的提取方法。
[0045]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述任一实施例所述的提取方法。
[0046]
由以上本发明提供的技术方案可见，本发明提供的方法通过将电容理论与工艺结构参数相结合，分析了沟槽mos结构中的沟槽底部宽度以及沟槽顶部台面宽度对沟槽mos结
构总电容的影响，从而无需通过添加额外的外延片制作与沟槽mos侧壁所在晶向相对应的平面mos结构，同时可以在不破坏沟槽mos结构并保持侧壁氧化层所有特性不变的情况下精确提取沟槽mos结构中的侧壁电容-电压曲线，不仅适用于高频电容-电压测试，而且也适用于准静态电容-电压测试。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1是本发明实施例提供的沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法流程图；
[0049]
图2中(a)是沟槽mos元胞的简化模型，(b)是沟槽mos元胞的等效电路图；
[0050]
图3是本发明实施例提供的沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法模块图；
[0051]
图4中(a)是待测的沟槽mos结构，(b)和(c)是与待测的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同的一组沟槽mos结构，(d)和(e)是与待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同的一组沟槽mos结构；
[0052]
图5中(a)和(b)为各个沟槽mos结构的总电容值随偏置电压变化的曲线；
[0053]
图6中(a)为第一曲线，(b)为第二曲线；
[0054]
图7是沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线；
[0055]
图8是待测的沟槽mos结构的侧壁电容-电压特性曲线。
具体实施方式
[0056]
下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求限定的范围内。
[0057]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
[0058]
参考图1所示，为本发明实施例提供的一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取方法，可以包括如下步骤：
[0059]
步骤1：确定待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，所述总电容包括沟槽底部，沟槽顶部台面及沟槽侧壁对应的分支电容；其中，所述两组沟槽mos结构的每组包括多个沟槽mos结构，一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同，另一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同。
[0060]
具体的，“沟槽”也可以称为“沟道”，两组沟槽mos结构与待测的沟槽mos结构具有相同的沟槽刻蚀深度。待测的沟槽mos结构可以标记为bx1ty1，与待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同的一组沟槽mos结构可以标记为bx2ty1、bx3ty1，与待测的沟槽mos结构的沟槽
顶部台面宽度不同的一组沟槽mos结构可以标记为bx1ty2、bx1ty3。其中，字母“b”代表沟槽底部，字母“t”代表沟槽顶部台面，“x
1”代表以微米为单位的沟槽底部宽度，“y1、y2、y
3”代表以微米为单位的沟槽顶部台面宽度。
[0061]
具体的，参考图2所示，总电容与沟槽底部，沟槽顶部台面以及沟槽侧壁对应的分支电容存在以下关系：
[0062]ctotal
＝c
top
c
side
c
bottom
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0063]
其中，c
total
为总电容，c
top
为沟槽顶部台面对应的分支电容，c
side
为沟槽侧壁对应的分支电容，c
bottom
为沟槽底部对应的分支电容。
[0064]
具体的，沟槽底部、沟槽顶部台面以及沟槽侧壁对应的分支电容可以通过以下公式计算：
[0065][0066][0067][0068]
其中，
[0069][0070][0071][0072]ctop(ox)
、c
side(ox)
以及c
bottom(ox)
分别为沟槽mos结构中所包含的三部分分支mos结构的氧化层电容，ε0为真空介电常数，ε
oxide
为氧化层相对介电常数，l为沟槽mos电极长度，t
ox-top
、t
ox-side
以及t
ox-bottom
分别为沟槽mos结构中包含的三部分分支mos结构中氧化层的厚度，w
top
、w
side
以及w
bottom
分别为沟槽mos结构中的沟槽顶部台面宽度、沟槽侧壁宽度以及沟槽底部宽度，n表示在单个测试图形区域内所包含的沟槽数目。
[0073]
根据上面的公式(1)至公式(4)，可以得出，沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度、沟槽侧壁宽度以及沟槽底部宽度的变化关系如下：
[0074]ctotal
＝b
top
·wtop
b
top
·wside
b
top
·wbottom
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0075]
利用公式(8)，不同规格的沟槽mos结构的总电容可分别表示如下：
[0076][0077][0078][0079]
[0080][0081]
还需要说明的是，考虑到沟槽mos结构处于耗尽区工作模式时，半导体内靠近氧化层一侧会产生宽的空间电荷区，在沟槽上下拐角的位置处，不同分支电容的空间电荷区会产生相互影响，此时就不能将mos总电容理解为沟槽顶部台面、沟槽侧壁以及沟槽底部三部分分支电容并联之和。因此，需要使沟槽mos结构工作在积累区模式，所以指定偏置电压以及不同偏置电压都需要在积累区偏置电压范围内。
[0082]
步骤2：根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压曲线，确定在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容。
[0083]
具体的，参考图3所示，步骤2可以包括以下子步骤201～子步骤203：
[0084]
子步骤201：根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，确定在指定偏置电压下，沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度变化的第一曲线，以及随沟槽底部宽度变化的第二曲线。
[0085]
子步骤202：根据所述第一曲线，确定沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容(即第一曲线在纵轴的截距)，以及根据所述第二曲线，确定沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容(即第二曲线在纵轴的截距)。
[0086]
子步骤203：根据所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容、沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容、以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，确定所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容。
[0087]
具体的，在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容通过以下公式计算得到：
[0088][0089]
其中，
[0090][0091][0092]
为所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，为沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，为沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，为所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容，bx1ty1表示所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度为x1，沟槽顶部台面宽度为y1。
[0093]
步骤3：调整指定偏置电压并重复步骤2，得到不同偏置电压下所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，以生成侧壁电容-电压特性曲线。
[0094]
本发明实施例还提供一种沟槽mos结构的侧壁电容的提取系统，包括：
[0095]
总电容-电压特性曲线生成模块，用于确定待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，所述总电容包括沟槽底部，沟槽顶部台面及沟槽侧壁对应的分支电容；其中，所述两组沟槽mos结构的每组包括多个沟槽mos结构，一组沟槽mos结构与所述待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同，另一组沟槽mos结构与所述待测
的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同；
[0096]
分支电容确定模块，用于根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压曲线，确定在指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容；以及
[0097]
侧壁电容-电压特性曲线生成模块，用于通过调整指定偏置电压，得到不同偏置电压下所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容，以生成侧壁电容-电压特性曲线。
[0098]
在一实施例中，所述分支电容确定模块包括：
[0099]
第一确定子模块，用于根据所述待测的沟槽mos结构与预先制备的两组沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，确定在指定偏置电压下，沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度变化的第一曲线，以及随沟槽底部宽度变化的第二曲线；
[0100]
第二确定子模块，用于根据所述第一曲线，确定沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，以及根据所述第二曲线，确定沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容；以及
[0101]
分支电容确定子模块，用于根据所述指定偏置电压下，所述待测的沟槽mos结构的总电容、沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容、以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容，确定所述待测的沟槽mos结构的沟槽侧壁对应的分支电容。
[0102]
本发明实施例还提供一种电子设备，包括：
[0103]
一个或多个处理器；
[0104]
存储装置，用于存储一个或多个程序，
[0105]
其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述任一实施例所述的提取方法。
[0106]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现上述任一实施例所述的提取方法。
[0107]
下面通过一个具体的实施例，进一步说明本发明的技术方案。
[0108]
参考图4所示，图4中(a)是待测的沟槽mos结构，(b)和(c)是与待测的沟槽mos结构的沟槽顶部台面宽度不同的一组沟槽mos结构，(d)和(e)是与待测的沟槽mos结构的沟槽底部宽度不同的一组沟槽mos结构。
[0109]
根据公式(8)，可以得到：
[0110][0111][0112][0113][0114][0115]
选择偏置电压范围，使各个沟槽mos结构处于积累区工作模式，测试得到各个沟槽mos结构的高频(100khz)电容-电压曲线，具体可以参考图5所示。
[0116]
在同一偏置电压下(例如：v
bias
＝10v)，分别绘制沟槽mos结构的总电容随沟槽顶部台面宽度(w
top
)变化的第一曲线，以及随沟槽底部宽度(w
bottom
)变化的第二曲线。具体可参考图6中(a)和(b)所示。
[0117]
根据第一曲线和第二曲线，确定在对应测试电压下(v
bias
＝10v)，当沟槽顶部台面宽度以及沟槽底部宽度分别为零时，沟槽mos结构的高频电容理论值，分别满足如下关系：
[0118][0119][0120]
将公式(22)、(23)代入公式(17)，即可求得在指定偏置电压下(v
bias
＝10v)，所制沟槽底部宽度为3μm，沟槽顶部台面宽度为5μm，沟槽侧壁宽度为6μm(2倍沟槽刻蚀深度)的沟槽mos结构的侧壁电容值，满足如下关系：
[0121][0122]
由于上述过程仅代表某一个指定偏置电压(v
bias
＝10v)下的高频电容值，在沟槽mos结构处于积累区工作模式下的不同偏置电压范围内，重复上述步骤，可以得到沟槽顶部台面宽度为零时的沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，以及沟槽底部宽度为零时的沟槽mos结构的总电容-电压特性曲线，具体可以参考图7所示。
[0123]
最终，可以从待测的沟槽底部宽度为3μm，沟槽顶部台面宽度为5μm，沟槽侧壁宽度为6μm(2倍沟槽刻蚀深度)的沟槽mos结构的总电容-电压曲线，也就是图5中的曲线c
total(b3t5)
分离出侧壁电容-电压曲线，具体可参考图8所示。
[0124]
本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。
[0125]
以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。