测量栅介质层厚度的半导体结构及栅介质层厚度测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，尤其涉及测量栅介质层厚度的半导体结构及测量栅介质层厚度方法。
【背景技术】
[0002]半导体衬底包括核心区和外围区。核心区具有核心平面晶体管，外围区包括测量区，在测量区具有测量平面晶体管。测量平面晶体管用于测量核心平面晶体管的各电性参数。因此，测量平面晶体管和核心平面晶体管需要在相同的工艺步骤中形成，且各自形成的尺寸相同。其中，电性参数包括栅介质层的电性厚度。
[0003]现有技术中，在测量区，通过测量测量晶体管的栅介质层的电容值、测量晶体管的栅介质层的面积值S代入电容公式来获得测量晶体管的栅介质层的电性厚度值。电容公式d= es/4nkc。d为测量晶体管的栅介质层的电性厚度值，C为测量晶体管的栅介质层的电容值，S为测量晶体管的栅介质层的面积值，ε /4 π k为常数。
[0004]由于测量晶体管的栅介质层的电性厚度等于核心平面晶体管的电性厚度。这样，核心平面晶体管的栅介质的电性厚度也就知晓了。
[0005]但是，采用上述现有技术的方法测量鳍式场效应晶体管的栅介质层的电性厚度值时，测量误差非常大。
【发明内容】
[0006]本发明解决的问题是采用现有技术的方法测量鳍式场效应晶体管的栅介质层的电性厚度值时，测量误差非常大。
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种栅介质层厚度的测量方法，包括:
[0008]提供半导体衬底，所述半导体衬底包括外围区，所述外围区包括两个相邻的第一测量区和第二测量区；
[0009]在所述第一测量区形成第一测量鳍式场效应晶体管，所述第一测量鳍式场效应晶体管包括第一栅介质层，在所述第二测量区形成第二测量鳍式场效应晶体管，所述第二测量鳍式场效应晶体管包括第二栅介质层，所述第一栅介质层的面积与所述第二栅介质层的面积不相等，所述第一栅介质层的厚度等于所述第二栅介质层的厚度；
[0010]测量第一栅介质层的第一总电容，测量第二栅介质层的第二总电容；
[0011]根据第一栅介质层与第二栅介质层的面积差值除以第一总电容与第二总电容的差值来获取所述第一栅介质层厚度值。
[0012]可选的，所述第一测量鳍式场效应晶体管还包括第一鳍部，所述第二测量鳍式场效应晶体管还包括第二鳍部。
[0013]可选的，所述第一栅介质层的宽度方向与所述第一鳍部的延伸方向垂直，所述第一栅介质层的长度方向与所述第一鳍部的延伸方向平行，第一栅介质层的面积为第一栅介质层宽度与第一栅介质层长度的乘积，所述第二栅介质层的宽度方向与所述第二鳍部的延伸方向垂直，所述第二栅介质层的长度方向与所述第二鳍部的延伸方向平行，第二栅介质层的面积为第二栅介质层宽度与第二栅介质层长度的乘积。
[0014]可选的，所述第一栅介质层宽度等于所述第二栅介质层宽度，或者，所述第一栅介质层长度等于所述第二栅介质层长度。
[0015]可选的，所述第一测量区的器件分布与所述第二测量区的器件分布相同。
[0016]本发明还提供一种测量栅介质层厚度的半导体结构，包括:
[0017]半导体衬底，所述半导体衬底包括外围区，所述外围区包括两个相邻的第一测量区和第二测量区；
[0018]位于所述第一测量区的第一测量鳍式场效应晶体管，所述第一测量鳍式场效应晶体管包括第一栅介质层；
[0019]位于所述第二测量区的第二测量鳍式场效应晶体管，所述第二测量鳍式场效应晶体管包括第二栅介质层；
[0020]所述第一栅介质层面积与所述第二栅介质层面积不相等，第一栅介质层厚度等于所述第二栅介质层厚度。
[0021]可选的，所述第一测量鳍式场效应晶体管还包括第一鳍部，所述第二测量鳍式场效应晶体管还包括第二鳍部。
[0022]可选的，所述第一栅介质层的宽度方向与所述第一鳍部的延伸方向垂直，所述第一栅介质层的长度方向与所述第一鳍部的延伸方向平行，第一栅介质层的面积为第一栅介质层宽度与第一栅介质层长度的乘积，所述第二栅介质层的宽度方向与所述第二鳍部的延伸方向垂直，所述第二栅介质层的长度方向与所述第二鳍部的延伸方向平行，第二栅介质层的面积为第二栅介质层宽度与第二栅介质层长度的乘积。
[0023]可选的，所述第一栅介质层宽度等于所述第二栅介质层宽度，或者，所述第一栅介质层长度等于所述第二栅介质层长度。
[0024]可选的，所述第一测量区的器件分布与所述第二测量区的器件分布相同。
[0025]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0026]第一总电容包括第一栅介质层的第一有效电容和第一寄生电容。第二总电容包括第二栅介质层的第二有效电容和第二寄生电容。只有将第一有效电容代入电容公式才能获得精确的第一栅介质层厚度。当然，也只有将第二有效电容代入电容公式才能获得精确的第二栅介质层厚度。将第一总电容与第二总电容相减，可以将第一测量鳍式场效应晶体管中对第一有效电容有影响的第一寄生电容和将第二测量鳍式场效应晶体管中对第二有效电容有影响的第二寄生电容相互抵消，从而可以减小第一寄生电容对第一有效电容的影响，减小第二寄生电容对第二有效电容的影响。然后将第一总电容与第二总电容相减得到的差值、第一栅介质层和第二栅介质层的面积差值代入电容公式，可以精确的获得第一栅介质层的电性厚度值。
【附图说明】
[0027]图1是本发明具体实施例中的具有第一鳍部的第一测量区与具有第二鳍部的第二测量区的立体结构示意图；
[0028]图2是图1沿AA方向的剖面结构示意图；
[0029]图3是形成横跨第一鳍部的第一伪栅极结构和横跨第二鳍部的第二伪栅极结构的剖面示意图；
[0030]图4是继图3步骤之后的形成测量栅介质层厚度的半导体结构的俯视结构示意图；
[0031]图5是图4沿DD方向和沿EE方向的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]采用现有技术的方法测量鳍式场效应晶体管的栅介质层的电性厚度值时，测量误差非常大的原因如下:
[0033]不管是平面晶体管还是鳍式场效应晶体管，测量各自的栅介质层的电容值时，都会受到各自的栅极层的影响，栅极结构两侧的源极和漏极的影响，还会受到各自的栅极结构周围的侧墙的影响，上述影响为寄生电容。因此，测量各自栅介质层获得的电容值为各自栅介质层的总电容值，分别包括各自栅介质层的有效电容值与寄生电容值。
[0034]寄生电容在平面晶体管中对栅介质层的有效电容影响较小，可以忽略不计。但是，寄生电容在鳍式场效应晶体管中对栅介质层的有效电容影响较大。采用现有技术的方法获得鳍式场效应晶体管的栅介质层的总电容值中，寄生电容值所占比例太大，而无法忽略不计。因此，得到的鳍式场效应晶体管的栅介质层的电性厚度值的误差很大，精准度差。
[0035]相对于平面晶体管来说，鳍式场效应晶体管的寄生电容对栅介质层的有效电容影响很大，不能忽略不计的原因为:
[0036](1)平面晶体管的体积远大于鳍式场效应晶体管。因此，平面晶体管中源极、漏极与栅极结构之间的距离远大于鳍式场效应晶体管中源极、漏极与栅极结构之间的距离。这样，鳍式场效应晶体管中，与栅极结构距离较近的源极和漏极对栅介质层的电容影响较大。而平面晶体管中，与栅极结构距离较远的源极和漏极对栅介质层的电容的影响较小。
[0037](2)平面晶体管的栅介质层只是覆盖部分半导体衬底，为平面结构。而鳍式场效应晶体管中的栅介质层覆盖鳍部的顶部和侧壁，为三维立体结构。这样，与平面晶体管中的栅介质层不同，鳍式场效应晶体管的栅介质层的有效电容会从四周各个角度受对应的源极和漏极的影响，从而使鳍式场效应晶体管的栅介质层的有效电容受影响面积大幅度增加。
[0038](3)相对于平面晶体管的栅介质层的厚度，鳍式场效应晶体管的栅介质层的厚度非常小。再加上上述(1)和(2)中的鳍式场效应晶体管的寄生电容对厚度如此小的栅介质层的影响明显大于平面晶体管的寄生电容对其栅介质层的影响。因此，测量鳍式场效应晶体管的电性厚度值时，寄生电容对鳍式场效应晶体管的影响根本无法忽略不计，已经严重影响测量精度。
[0039]为解决上述技术问题，本发明提供了测量栅介质层厚度的半导体结构及栅介质层厚度测量方法。采用本发明提供的栅介质层厚度测量方法和测量栅介质层厚度的半导体结构，能够排除鳍式场效应晶体管中的对栅介质层有效电容值影响较大的寄生电容值，从而可以获得精度高的鳍式场效应晶体管中的栅介质层的电性厚度。
[0040]下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0041]实施例一
[0042]本实施例提供一种鳍式场效应晶体管的栅介质厚度的测量方法，具体步骤如下:
[0043]结合参考图1和图2，提供半导体衬底，所述半导体衬底包括外围区，所述外围区包括两个相邻的第一测量区A和第二测量区B。
[0044]本实施例中，半导体衬底是硅衬底。其他实施例中，半导体衬底也可以为锗硅衬底、II1- V族元素化合物衬底、碳化硅衬底或其叠层结构，或金刚石衬底，或本领域技术人员公知的其他半导体材料衬底。
[0045]本实施例中，半导体衬底包括外围区和核心区。核心区用于形成核心鳍式场效应晶体管。外围区包括第一测量区A和第二测量区B。第一测量区A用于形成第一测量鳍式场效应晶体管，第二测量区B用于形成第二测量鳍式场效应晶体管。第一测量区A与第二测量区B相邻是