CN101183134A - 电荷泵电流测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种电荷泵电流测试方法，包括：对NMOS管取一个大于或等于0.5MHz的频率作为次高频h1，或对PMOS管取一个大于或等于0.9MHz的频率作为次高频h2，并测得此时MOS管的衬底电流Isub1；取一个大于所述次高频的频率h+h1或h+h2作为高频，并测得此时MOS管的衬底电流Isub2；将所得的衬底电流Isub2减去衬底电流Isub1，即为在目标频率h时的电荷泵电流；随着栅极的基准电压Vbase的变化，电荷泵的电流曲线呈成钟罩型或峰形分布，电荷泵电流绝对值的最大值与目标频率h成正比。本发明能获得较为理想的电荷泵电流曲线，进而得到准确的器件界面态信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流测试方法，尤其涉及一种电荷泵电流测试方法。
背景技术
MOS管是由金属(也是栅极)、栅氧化层以及半导体衬底组成的，当栅极所加的电压大于其阈值电压时，MOS管导通，栅氧化层和半导体衬底之间的界面(隧道氧化层)有电流流过，并且平行于隧道氧化层。但是长期工作时，会产生一定的界面缺陷，是由于原子之间的距离变化而引起的。由于这些原因是一般的电学特性所测试不出来的，所以我们经常采用交流的方法来测量电荷泵的电流来测量界面缺陷。
理想电荷泵的电流曲线的形状是一种“钟罩型”或者“峰型”，其曲线上的最高点的电流(Icp)的绝对值和陷阱缺陷(It)成正比，即：
|Icp|＝F*S*It (1)
其中|Icp|是电荷泵电流最大值的绝对值，即钟罩型电荷泵电流曲线的顶点；F是电荷泵电流形成时所用的频率，S是器件的有效作用面积，It是陷阱缺陷。所以只要测得电荷泵的最大电流即可得知该MOS管的陷阱缺陷，同时，该电荷泵电流曲线上的其他点，也反映了其他的界面态信息，如漏极的界面陷阱等，所以整个曲线对我们研究MOS器件都有着重要的帮助，因此需要获得最接近于理想状态的电荷泵电流曲线。
传统上我们多采用高频减低频的方法，来获得电荷泵的电流曲线，即
ICOCP(h)＝ISUB(h)-ISUB(l) (2)
其中Icocp(h)表示的是在目标频率h处的纯电荷泵电流，Isub表示的是衬底电流，h代表的是高于100KHZ的频率，l表示的是低于100KHZ的频率。
此时，当外界的干扰信号(也称噪声，一般是漏电流)不随频率变化时，利用该方法测得的电荷泵电流波形是比较理想的，并没有发生任何的失真，但是随着栅氧化层的不断变薄，当栅氧化层的厚度在15埃(A)以下时，在栅极加电压，隧道氧化层内的电流会击穿隧道，从衬底上留走，同时也会有电流通过隧道流入隧道氧化层内，但这些电流所形成的噪音也不会随着频率的变化而变化，此时，还能得到理想的电荷泵电流曲线。
但是氧化层的厚度在15A以下时，不但会发生电流击穿隧道氧化层，而且会产生次级效应(主要有栅极引起的)，在栅极加电压时，金属内的电荷会通过氧化层向隧道中移动，形成电流，进而影响电荷泵的电流，产生噪声。而此时的噪音是随着频率的变化而变化的，如果再采用高频减低频的方法来获得电荷泵的电流曲线，则会产生比较大的失真。
如图1所示，对NMOS管来说，当频率变化时，其漏电流(也就是噪声)的变化并不剧烈，如图1中曲线1所示，电荷泵电流曲线的上升沿和下降沿受的影响最大，此时由于受噪声的影响，上升沿和下降沿没有按照曲线的趋势下降，而是有一定幅度的上升，但是噪声的影响的曲线的最高点并没有电荷泵电流的最大值，所以还能应用该方法求得平均陷阱缺陷，但是电流的曲线已经完全失真变形，其下降沿或者上升沿的部分已经失真变形，而此时漏极的界面陷阱就不能测得，以及其他的器件界面态信息就无法从曲线上获得。
对PMOS来说，当频率变化时，其漏电流(也就是噪声)的变化非常剧烈，电荷泵的电流曲线则完全失真，噪声曲线的最大值大于电荷泵电流的最大值，我们在计算机内主要是取最大值来计算平均陷阱曲线，所以在此种情况下，就不能获得平均陷阱以及其他的器件界面态信息。
电荷泵电流曲线对我们来分析器件的界面态信息有着重要的作用，所以我们要获得完全没有形变的电流曲线，而目前的MOS器件的栅氧化层越来越薄(小于15A)，所受的噪声影响越来越明显，所以目前高频减低频的测试方法显然不能满足我们的要求。
发明内容
为解决现有的电荷泵电流测试方法测得的电流曲线失真严重的缺点，提供了一种高频减次高频的电荷泵电流测试方法。
一种电荷泵电流测试方法，包括，
(1)、对NMOS管取一个大于或等于0.5MHz的频率作为次高频h1，或对PMOS管取一个大于或等于0.9MHz的频率作为次高频h2，并测得此时MOS管的衬底电流Isub1；
(2)、取一个大于所述次高频的频率h+h1或h+h2作为高频，并测得此时MOS管的衬底电流Isub2；
(3)、将所得的衬底电流Isub2减去衬底电流Isub1，即为在目标频率h时的电荷泵电流；
(4)、随着栅极的基准电压Vbase的变化，电荷泵的电流曲线呈成钟罩型或峰形分布，电荷泵电流绝对值的最大值与目标频率h成正比。
其中所述的NMOS管在测试时，其次高频的取值范围为大于或者等于0.5MHz，所述的NMOS管在测试时，其次高频为0.9MHz；所述的PMOS管在测试时，其次高频的取值为大于或者等于0.9MHz。
其中所述的MOS管的栅氧化物的厚度在小于或者等于15A。
其中所述的NMOS管的目标频率h与次高频h1的差值小于或者等于0.5MHz；所述的PMOS管的目标频率h与次高频h2的差值小于或者等于0.2MHz；所述的PMOS管的目标频率h与次高频h2的差值小于0.1MHz。
本发明由于采用了高频减次高频的测试方法，并且对NMOS管来说，次高频大于或者等于0.5MHz，对PMOS来说次高频大于或者等于0.9MHz，因此本发明获得的电荷泵电流曲线更接近于理想曲线，能得到器件的界面态信息。
附图说明
图1为MOS管漏电流随频率的变化而变化；
图2为高频减次高频的测试方法下NMOS管电荷泵的电流曲线；
图3为高频减次高频的测试方法下PMOS管电荷泵的电流曲线。
具体实施方式
本发明采用的是高频减次高频的测量方法，即：
ICOCP(h)＝ISUB(h+hl)-ISUB(hl) (3)
其中Icocp(h)表示的是在高频h处的电荷泵电流，h表示的是高频，h1表示的是次高频；Isub(h+h1)表示的是高频加次高频时的衬底电流，Isub(h1)代表的是在次高频h1处的衬底电流。
其中高频比次高频的频率要大，次高频在不同类型的MOS管中的数值是不同的，下面结合具体事例来求得NMOS管和PMOS管的次高频数值。
对N型场效应管来说，如图2所示，在高频减次高频的测试方法中，当高频恒为1MHz时，利用多个不同的次高频值来获得电荷泵电流曲线，当次高频为0.01MHz所得的电荷泵曲线101受的噪声影响较大，此高频为0.1MHz所得的电荷泵曲线102受的噪声也比较大，次高频为0.5MHz所得的电荷泵电流曲线103所受的噪声影响比较小，可以获得良好的电流曲线，次高频为0.7MHz时，电流曲线104受的噪声最小，所以在N型场效应管来说，当次高频的频率大于0.5MHz时，所得到电荷泵电流曲线最接近理想状态，可以获得各种理想参数。
对P型场效应管来说，如图3所示，在高频减次高频的测试方法中，当次高频的频率为0.01MHz时，电荷泵电流曲线为205，钟罩型电荷泵电流曲线完全被漏电流淹没，当次高频的频率为0.3MHz时，曲线如206所示，当次高频的频率为0.7MHz时，曲线如204所示，当次高频的频率为0.8MHz时，曲线如203所示，当次高频的频率为0.9MHz时，曲线如202所示，当次高频的频率为1MHz时，曲线如201所示。通过曲线我们可以明显地看出，当次高频的频率大于或者等于0.9MHz时，电荷泵的电流强曲线接近于理想状态，所受噪声的干扰可以忽略不计，从曲线上我们可以得出各种曲线陷阱参数。
通过上述的试验分析可知，获得理想的电荷泵电流曲线，其具体方法为：
(1)对NMOS管取一个大于或等于0.5MHz的频率作为次高频h1，或对PMOS管取一个大于或等于0.9MHz的频率作为次高频h2，并测得此时MOS管的衬底电流Isub1；
(2)、取一个大于所述次高频的频率h+h1或者h+h2作为高频，并测得此时时MOS管的衬底电流Isub2；
(3)、将所得的衬底电流Isub2减去衬底电流Isub1，即为在目标频率h时的电荷泵电流；
(4)、随着栅极的基准电压Vbase的变化，电荷泵的电流曲线呈成钟罩型或峰形分布，电荷泵电流绝对值的最大值与目标频率h成正比。
其中所述的NMOS管的目标频率h与次高频h1的差值小于或者等于0.5MHz；所述的PMOS管的目标频率h与次高频h2的差值小于或者等于0.2MHz；当所述PMOS管的目标频率h与次高频h2的差值小于0.1MHz时，其获得的电荷泵电流曲线最理想。
其中高频减低频和高频减次高频测试方法有两点主要的区别：一是漏电流(噪声)，在高频减低频的测试方法中，漏电流主要是在低频(low)处采集到的，而在高频减次高频的测试方法中，主要是在高频(h+h1或者h+h2)处采集到的；二是衬底电流，在高频减低频中，是在高频(h)处获得的，而在高频减次高频的测试方法中，是在高频(h+h1或者h+h2)的频率处获得的，而此时获得的电荷泵电流接近于理想的电荷泵电流，在高频减次高频的测量方法中，漏电流就能完成被减掉，得到理想的电荷泵电流曲线。
在次高频的频率为1MHz以上时，所得的电荷泵电流曲线的上升和下降时间均为20ns，并且振幅幅度是一致的。当氧化层的厚度小于15埃(A)时，场效应管的栅氧化层的厚度为10um。
在得到的电荷泵电流曲线时，我们可以求得电荷泵的最大电流，以及在漏极附近的电流，利用公式(1)就可以得到陷阱缺陷，以及其他的一些器件界面态信息。
另外，在测量电荷泵电流Icp曲线时，对于栅极基准电压Vbase相同的波动范围，当频率越高时，测量使用的时间越短，因此用高频测量漏电流的时间要少于用低频测量漏电流的时间，因此，本发明可以减少测量漏电流所占用的时间。
在本发明中，场效应管电荷泵的漏电流在测量过程中随着频率的增加而增加，在高频减次高频的测量方法中，能更准确快速的测量到超薄栅极氧化物CMOS器件的特性。
Claims (8)
1.一种电荷泵电流测试方法，其特征在于，
(1)、对NMOS管取一个大于或等于0.5MHz的频率作为次高频h1，或对PMOS管取一个大于或等于0.9MHz的频率作为次高频h2，并测得此时MOS管的衬底电流Isub1；
(2)、取一个大于所述次高频的频率h+h1或h+h2作为高频，并测得此时MOS管的衬底电流Isub2；
(3)、将所得的衬底电流Isub2减去衬底电流Isub1，即为在目标频率h时的电荷泵电流；
(4)、随着栅极的基准电压Vbase的变化，电荷泵的电流曲线呈成钟罩型或峰形分布，电荷泵电流绝对值的最大值与目标频率h成正比。
2.如权利要求1所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的NMOS管在测试时，其次高频的取值为大于或者等于0.5MHz。
3.如权利要求1或2所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的NMOS管在测试时，其次高频为0.9MHz。
4.如权利要求1所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的PMOS管在测试时，其次高频的取值为大于或者等于0.9MHz。
5.如权利要求1所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的MOS管的栅氧化物的厚度在小于或者等于15A。
6.如权利要求1所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的NMOS管的目标频率h与次高频h1的差值小于或者等于0.5MHz。
7.如权利要求1所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的PMOS管的目标频率h与次高频h2的差值小于或者等于0.2MHz。
8.如权利要求7所述的电荷泵电流测试方法，其特征在于，所述的PMOS管的目标频率h与次高频h1的差值小于0.1MHz。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080521 |