CN101136347A

CN101136347A - 一种mos管界面态的测试方法

Info

Publication number: CN101136347A
Application number: CN 200710046681
Authority: CN
Inventors: 唐逸
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2008-03-05

Abstract

本发明提供了一种MOS管界面态的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：步骤1.采用电荷泵测试法测得一条电荷泵电流曲线，通过漏端开路和源端开路分别获得另外两条电荷泵电流曲线；步骤2.将这三条曲线相同部分和不同部分进行分离可分别得到源、漏和沟道处电荷泵电流；步骤3.通过源、漏和沟道处电荷泵电流可获得这三处界面态密度。采用此发明方法可以简单快速的分离MOS管的源、漏及沟道界面态，无需繁琐复杂的计算过程就可为器件制造工艺评价以及器件失效分析提供良好的判定依据和分析途径。

Description

一种MOS管界面态的测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件测试领域，尤其涉及MOS管中界面态的测试方法。

背景技术

随着集成芯片特征尺寸的不断缩小和栅介质的不断减薄，介质与衬底之间对器件性能的影响也日益严重。

传统的对MOS管界面态的研究主要是针对栅介质与衬底的界面态的研究。为适应集成芯片不断提升的集成度，各种取代二氧化硅新的高k(介电常数)栅介质的不断涌现，栅介质也逐渐变薄。然而栅介电常数的提高或栅介质层的减薄而引起的寄生电容以及高栅氧漏电流的问题使得传统研究氧化膜界面态的电容电压法(C-V法)无法准确测得MOS管的界面态。

电荷泵方法现今已被证明为可靠的测量界面态密度的方法，采用这种方法可以准确获得界面态的分布，这是C-V法无法比拟的。

电荷泵测试方法的主要原理如图1所示，在MOSFET的栅电极施加一特定频率、特定幅度的脉冲，将MOSFET的源极和漏极短接到衬底电极上，中间接入一源衬反向偏置的电压。当脉冲横跨阈值电压V_th和平带电压V_fb时，如图2所示，在衬底电极上可测到电流，此电流就为电荷泵电流I_cp。

当脉冲电压值高于阈值电压V_th时，使得硅表面处于反型状态，界面缺陷能级俘获电子，当脉冲电压值低于平带电压V_fb时，硅表面处能级于近乎积累状态，界面缺陷能级释放电子。因而，连续这样的脉冲就会形成界面缺陷能级电子的反复填充-释放，因而形成了电荷泵电流I_cp。由于I_cp电流大小对界面缺陷非常敏感，所以界面缺陷的变化会直接反映在I_cp上。通过公式1就可计算MOS管界面态密度。

D_{it} = \frac{I_{cp}}{q \times Ag \times f \times ΔE} - - - 1

D_it为界面态密度，q是基本电荷，f是脉冲频率，Ag是栅电极的面积，ΔE是硅表面在反型与积累时费米能级之间的能量差。

随着半导体器件特征尺寸的缩小，器件性能更易受界面态影响。然而在对器件制作工艺评价或对器件失效进行分析时，不只需要知道整个器件的界面态状况，更需了解漏、源以及沟道中间的界面态，才可以做出判定。由于传统的电荷泵方法需要进行十分复杂的计算过程，需要通过不断的改变漏端与衬底的偏压，测出一系列不同偏压下的电荷泵曲线，根据获得的电荷泵电流，计算出俘获界面态的有效沟道长度，随后对有效沟道长度求导才能算出不同位置处的界面态密度，所以传统的电荷泵测试法在提取器件不同位置处的界面态时，需要进行大量测试和计算，过程复杂，且耗费时间较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOS管界面态的测试方法，可快速提取源、漏以及沟道中间的界面态。

为了达到上述的目的，本发明的MOS管界面态的测试方法，它包括以下步骤：

步骤1：采用电荷泵测试法测得一条电荷泵电流曲线，通过漏端开路和源端开路分别获得另外两条电荷泵电流曲线；

步骤2：将这三条曲线相同部分和不同部分进行分离可分别得到源、漏和沟道处电荷泵电流；

步骤3：通过源、漏和沟道处电荷泵电流可获得这三处的界面态密度。

由源、漏和沟道处电荷泵电流通过公式1即可获得这三处的界面态密度。

在步骤1中，采用电荷泵法测试电荷泵电流曲线时，漏端和源端是和衬底短接的。

在步骤1中，在测试漏端开路的电荷泵电流曲线时，MOS管的漏端是悬空的，源端是和衬底短接的。

在步骤1中，在测试源端开路的电荷泵电流曲线时，MOS管的源端是悬空的，漏端是和衬底短接的。

进一步地，所述的MOS管衬底和与之短接端之间接一反向偏置电压，栅极外接加载电压。所述的加载电压为一电压频率和幅度固定，基准电压V_base变化，幅值大于平带电压V_fb和阈值电压V_th压差的脉冲电压。

与现有电荷泵测试法相比，该方法可简单快速提取源、漏和沟道中间界面态，省去了电荷泵测试法在定位沟道特定位置界面态时，繁琐的计算过程，可为器件制作工艺和器件失效分析提供快速的判定依据。

附图说明

通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、特征和优点。其中，附图为：

图1是标准电荷泵测试法原理图。

图2是改进型漏端开路电荷泵测试原理图。

图3是改进型源端开路电荷泵测试原理图。

图4是本发明测试方法中所加载脉冲电压示意图。

图5是所测试出的三条电荷泵电流I_cp-V_base曲线。

具体实施方式

以下对本发明MOS管界面态测试法结合附图作进一步详细描述。

在本实施例中，测试对象MOS管为14V的高压MOS管器件，经过100s的热载流子注入后，对其进行界面态测试。

如图1采用标准电荷泵测试法，将MOS管源极和漏极短接连到衬底电极上，中间接入一个使源衬反向偏置的电压。在栅极加入如图4所示的一固定频率，固定幅度的脉冲电压。脉冲电压的幅度大于阈值电压V_th和平带电压V_fb压差，基准电压V_base从-10V到0V进行扫描，使其电压幅值逐渐跨越阈值电压V_th和平带电压V_fb。这样即可测得一条I_cp-V_base曲线。

将漏端电极悬空，源和衬底短接，如图2所示，栅极所加脉冲电压方式仍如图4所示。这样即可测得第二条I_cp-V_base曲线。

将源端电极悬空，漏和衬底短接，如图3所示，栅极所加脉冲电压方式仍如图4所示。这样即可测得第三条I_cp-V_base曲线。

按上述方法测得的三条曲线如图5所示，可对这三条曲线进行分析。从图5中可以看出三条曲线的右半部分完全重合，左边有很大异同。

通过比较三条曲线左半边的不同部分，可得出源端开路测得的曲线明显高出漏端开路所测得的曲线。取曲线左半部分同样大小的V_base下I_cp值，根据公式1，由界面态密度和I_cp成正比，可知漏端的界面态密度比源端界面态密度要高出许多。

三条曲线的右边部分完全重合，曲线右半部分测得的电荷泵电流等效为沟道处电荷泵电流，取相同V_base下I_cp值，代入公式1即可求得沟道处界面态密度。

通过简单分离这三条曲线的相同部分和不同部分，可分别得到源、漏及沟道中间的电荷泵电流。通过公式1就可得到这三处位置的界面态密度，从而得到这三处位置的界面态。

综上所述，采用本发明的MOS管界面态测试方法，可快速提取源、漏以及沟道中间界面态。

Claims

1.一种MOS管界面态测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤3：通过源、漏和沟道处电荷泵电流可获得这三处界面态密度。

2.如权利要求1所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：步骤3中三处界面态密度是通过如下公式获得的：

D_{it} = \frac{I_{cp}}{q \times Ag \times f \times ΔE}

其中D_it为界面态密度，q是基本电荷f是脉冲频率，Ag是栅电极的面积，ΔE是硅表面在反型与积累时费米能级之间的能量差。

3.如权利要求1所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：在步骤1中，采用电荷泵法测试电荷泵电流曲线时，漏端和源端是和衬底短接的。

4.如权利要求1所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：在步骤1中，在测试漏端开路的电荷泵电流曲线时，MOS管的漏端是悬空的，源端是和衬底短接的。

5.如权利要求1所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：在步骤1中，在测试源端开路的电荷泵电流曲线时，MOS管的源端是悬空的，漏端是和衬底短接的。

6.如权利要求3至5中任一项所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：MOS管衬底和与之短接端之间接一反向偏置电压，栅极外接加载电压。

7.如权利要求6所述的MOS管界面态测试方法，其特征在于：MOS管的栅极外接加载电压为一电压频率和幅度固定，基准电压V_base变化，幅值大于平带电压V_fb和阈值电压V_th压差的脉冲电压。