測量柵介質層厚度的半導體結構及柵介質層厚度測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體領域，尤其涉及測量柵介質層厚度的半導體結構及測量柵介質層厚度方法。
【背景技術】
[0002]半導體襯底包括核心區和外圍區。核心區具有核心平面晶體管，外圍區包括測量區，在測量區具有測量平面晶體管。測量平面晶體管用于測量核心平面晶體管的各電性參數。因此，測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，電性參數包括柵介質層的電性厚度。
[0003]現有技術中，在測量區，通過測量測量晶體管的柵介質層的電容值、測量晶體管的柵介質層的面積值S代入電容公式來獲得測量晶體管的柵介質層的電性厚度值。電容公式d= es/4nkc。d為測量晶體管的柵介質層的電性厚度值，C為測量晶體管的柵介質層的電容值，S為測量晶體管的柵介質層的面積值，ε /4 π k為常數。
[0004]由于測量晶體管的柵介質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的電性厚度也就知曉了。
[0005]但是，采用上述現有技術的方法測量鰭式場效應晶體管的柵介質層的電性厚度值時，測量誤差非常大。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是采用現有技術的方法測量鰭式場效應晶體管的柵介質層的電性厚度值時，測量誤差非常大。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種柵介質層厚度的測量方法，包括:
[0008]提供半導體襯底，所述半導體襯底包括外圍區，所述外圍區包括兩個相鄰的第一測量區和第二測量區；
[0009]在所述第一測量區形成第一測量鰭式場效應晶體管，所述第一測量鰭式場效應晶體管包括第一柵介質層，在所述第二測量區形成第二測量鰭式場效應晶體管，所述第二測量鰭式場效應晶體管包括第二柵介質層，所述第一柵介質層的面積與所述第二柵介質層的面積不相等，所述第一柵介質層的厚度等于所述第二柵介質層的厚度；
[0010]測量第一柵介質層的第一總電容，測量第二柵介質層的第二總電容；
[0011]根據第一柵介質層與第二柵介質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層厚度值。
[0012]可選的，所述第一測量鰭式場效應晶體管還包括第一鰭部，所述第二測量鰭式場效應晶體管還包括第二鰭部。
[0013]可選的，所述第一柵介質層的寬度方向與所述第一鰭部的延伸方向垂直，所述第一柵介質層的長度方向與所述第一鰭部的延伸方向平行，第一柵介質層的面積為第一柵介質層寬度與第一柵介質層長度的乘積，所述第二柵介質層的寬度方向與所述第二鰭部的延伸方向垂直，所述第二柵介質層的長度方向與所述第二鰭部的延伸方向平行，第二柵介質層的面積為第二柵介質層寬度與第二柵介質層長度的乘積。
[0014]可選的，所述第一柵介質層寬度等于所述第二柵介質層寬度，或者，所述第一柵介質層長度等于所述第二柵介質層長度。
[0015]可選的，所述第一測量區的器件分布與所述第二測量區的器件分布相同。
[0016]本發明還提供一種測量柵介質層厚度的半導體結構，包括:
[0017]半導體襯底，所述半導體襯底包括外圍區，所述外圍區包括兩個相鄰的第一測量區和第二測量區；
[0018]位于所述第一測量區的第一測量鰭式場效應晶體管，所述第一測量鰭式場效應晶體管包括第一柵介質層；
[0019]位于所述第二測量區的第二測量鰭式場效應晶體管，所述第二測量鰭式場效應晶體管包括第二柵介質層；
[0020]所述第一柵介質層面積與所述第二柵介質層面積不相等，第一柵介質層厚度等于所述第二柵介質層厚度。
[0021]可選的，所述第一測量鰭式場效應晶體管還包括第一鰭部，所述第二測量鰭式場效應晶體管還包括第二鰭部。
[0022]可選的，所述第一柵介質層的寬度方向與所述第一鰭部的延伸方向垂直，所述第一柵介質層的長度方向與所述第一鰭部的延伸方向平行，第一柵介質層的面積為第一柵介質層寬度與第一柵介質層長度的乘積，所述第二柵介質層的寬度方向與所述第二鰭部的延伸方向垂直，所述第二柵介質層的長度方向與所述第二鰭部的延伸方向平行，第二柵介質層的面積為第二柵介質層寬度與第二柵介質層長度的乘積。
[0023]可選的，所述第一柵介質層寬度等于所述第二柵介質層寬度，或者，所述第一柵介質層長度等于所述第二柵介質層長度。
[0024]可選的，所述第一測量區的器件分布與所述第二測量區的器件分布相同。
[0025]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0026]第一總電容包括第一柵介質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層厚度。當然，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層厚度。將第一總電容與第二總電容相減，可以將第一測量鰭式場效應晶體管中對第一有效電容有影響的第一寄生電容和將第二測量鰭式場效應晶體管中對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第一有效電容的影響，減小第二寄生電容對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、第一柵介質層和第二柵介質層的面積差值代入電容公式，可以精確的獲得第一柵介質層的電性厚度值。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明具體實施例中的具有第一鰭部的第一測量區與具有第二鰭部的第二測量區的立體結構示意圖；
[0028]圖2是圖1沿AA方向的剖面結構示意圖；
[0029]圖3是形成橫跨第一鰭部的第一偽柵極結構和橫跨第二鰭部的第二偽柵極結構的剖面示意圖；
[0030]圖4是繼圖3步驟之后的形成測量柵介質層厚度的半導體結構的俯視結構示意圖；
[0031]圖5是圖4沿DD方向和沿EE方向的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]采用現有技術的方法測量鰭式場效應晶體管的柵介質層的電性厚度值時，測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效應晶體管，測量各自的柵介質層的電容值時，都會受到各自的柵極層的影響，柵極結構兩側的源極和漏極的影響，還會受到各自的柵極結構周圍的側墻的影響，上述影響為寄生電容。因此，測量各自柵介質層獲得的電容值為各自柵介質層的總電容值，分別包括各自柵介質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柵介質層的有效電容影響較小，可以忽略不計。但是，寄生電容在鰭式場效應晶體管中對柵介質層的有效電容影響較大。采用現有技術的方法獲得鰭式場效應晶體管的柵介質層的總電容值中，寄生電容值所占比例太大，而無法忽略不計。因此，得到的鰭式場效應晶體管的柵介質層的電性厚度值的誤差很大，精準度差。
[0035]相對于平面晶體管來說，鰭式場效應晶體管的寄生電容對柵介質層的有效電容影響很大，不能忽略不計的原因為:
[0036](1)平面晶體管的體積遠大于鰭式場效應晶體管。因此，平面晶體管中源極、漏極與柵極結構之間的距離遠大于鰭式場效應晶體管中源極、漏極與柵極結構之間的距離。這樣，鰭式場效應晶體管中，與柵極結構距離較近的源極和漏極對柵介質層的電容影響較大。而平面晶體管中，與柵極結構距離較遠的源極和漏極對柵介質層的電容的影響較小。
[0037](2)平面晶體管的柵介質層只是覆蓋部分半導體襯底，為平面結構。而鰭式場效應晶體管中的柵介質層覆蓋鰭部的頂部和側壁，為三維立體結構。這樣，與平面晶體管中的柵介質層不同，鰭式場效應晶體管的柵介質層的有效電容會從四周各個角度受對應的源極和漏極的影響，從而使鰭式場效應晶體管的柵介質層的有效電容受影響面積大幅度增加。
[0038](3)相對于平面晶體管的柵介質層的厚度，鰭式場效應晶體管的柵介質層的厚度非常小。再加上上述(1)和(2)中的鰭式場效應晶體管的寄生電容對厚度如此小的柵介質層的影響明顯大于平面晶體管的寄生電容對其柵介質層的影響。因此，測量鰭式場效應晶體管的電性厚度值時，寄生電容對鰭式場效應晶體管的影響根本無法忽略不計，已經嚴重影響測量精度。
[0039]為解決上述技術問題，本發明提供了測量柵介質層厚度的半導體結構及柵介質層厚度測量方法。采用本發明提供的柵介質層厚度測量方法和測量柵介質層厚度的半導體結構，能夠排除鰭式場效應晶體管中的對柵介質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效應晶體管中的柵介質層的電性厚度。
[0040]下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
[0041]實施例一
[0042]本實施例提供一種鰭式場效應晶體管的柵介質厚度的測量方法，具體步驟如下:
[0043]結合參考圖1和圖2，提供半導體襯底，所述半導體襯底包括外圍區，所述外圍區包括兩個相鄰的第一測量區A和第二測量區B。
[0044]本實施例中，半導體襯底是硅襯底。其他實施例中，半導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構，或金剛石襯底，或本領域技術人員公知的其他半導體材料襯底。
[0045]本實施例中，半導體襯底包括外圍區和核心區。核心區用于形成核心鰭式場效應晶體管。外圍區包括第一測量區A和第二測量區B。第一測量區A用于形成第一測量鰭式場效應晶體管，第二測量區B用于形成第二測量鰭式場效應晶體管。第一測量區A與第二測量區B相鄰是