CN102692543B - 一种基于栅控漏极产生电流提取mosfet平带电压和阈值电压的方法 - Google Patents
一种基于栅控漏极产生电流提取mosfet平带电压和阈值电压的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，它涉及微电子技术领域。它根据MOSFET沟道从积累区、耗尽区到反型区引起的栅控产生电流变化来提取VFB和VTH，包括下列步骤：悬空MOSFET源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V；扫描栅电压VG，使沟道从积累区到反型区变化，测量小漏偏压VD下的栅控产生电流；对得到的栅控产生电流曲线IGD进行二次偏导运算得到二次导数和VG的关系曲线。该曲线会形成三个峰值点，得到对应于上升沿的峰值点和对应于下降沿峰值点；从对应于上升沿的峰值点做垂线交于栅压轴得到平带电压VFB。从对应于下降沿峰值点做垂线交于栅压轴得到阈值电压VTH。
Description
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体涉及MOSFET中利用栅控产生电流来提取出器件平带电压和阈值电压的方法。
背景技术：
MOSFET中的平带电压(VIB)压、阈值电压(VTH)是两个非常重要的电学参数。平带电压反映出栅氧化层中的电荷情况，一般测试VFB是用电容电压(CV)等非直流方法测试。其测试方法为在栅上加上一定频率的脉冲电压，然后测量栅衬之间的电容C。根据实际CV曲线与理想CV曲线比较，得出VFB。这种方法测试需要频率发生器，因此实验设备复杂。而且得出理想CV曲线需要众多工艺参数，而普通测试情形下器件使用人员很少能获取器件的这些参数。而阈值电压方法是直流测试，因此很难通过一种方法同时测量出VFB和VTH。
MOSFET的栅控漏极产生电流IGD具有特殊的性质，其随着栅电压VG从积累区到耗尽区到反型区而呈现出驼峰状，即：当VG小于VFB时，产生电流IGD很小。当VG大于VFB时，IGD开始变。当VG继续增大超过VTH时，IGD消失。因此IGD曲线的上升点和下降点即为VFB和VTH，利用这种方法则可以同时测试出平带电压和阈值电压。但是这种直接根据产生电流上升点和下降点测试的传统方法在实际中存在一些问题，这些问题影响到测试的精确度。这些问题为：一般实际器件的上升沿上升比较平缓，因此很难直接通过观察确定上升点，即VFB。同时下降点确定VTH也有相同的问题。总之，直接通过栅控产生电流观察确定VFB和VTH的传统方法在实际测试中往往不能消除人为造成的不精确性。
发明内容：
本发明的目的是提供基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，它对原始的IGD-VG数据有较高的抗扰性，避免了人为引入的观察误差；同时可精确获得VFB、VTH以及沟道表面到达本征点时的VG。最后提取方法十分快捷，在IGD-VG测试结束后即同步得出上述参量。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：基于栅控产生电流获取MOSFET平带电压VFB的方法步骤为：
(1)悬空MOSFET源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V；
(2)扫描栅电压VG，使沟道从积累区到反型区变化，测量漏极电流即得到栅控漏极产生电流IGD；
(3)对得到的栅控产生电流曲线IGD进行二次偏导运算得到二次导数和栅电压VG的关系曲线，其二次导数曲线会形成对应于IGD-VG曲线的上升沿的峰值点Pu；
(4)从Pu点做垂线交于栅电压轴得到一个电压，此电压即为平带电压VTB。
基于栅控产生电流获取MOSFET阈值电压VTH的方法步骤为：
(1)悬空MOSFET源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V；
(2)扫描栅电压VG，使沟道从积累区到反型区变化，测量漏极电流即得到栅控漏极产生电流IGD；
(3)对得到的栅控产生电流曲线IGD进行二次偏导运算得到二次导数和栅电压VG的关系曲线，其二次导数曲线会形成对应于IGD-VG曲线的下降沿峰值点Pd；
(4)从Pd点做垂线交于栅电压轴得到一个电压，此电压即为阈值电压VTH。
以上两种方法步骤中所述的MOSFET为N型，VD＞0V，且VD＜＝0.2V；MOSFET也可以为P型，VD＜0V，且VD＞＝-0.2V。
所述的扫描栅电压VG使得沟道从积累区、耗尽区到反型区变化。
本发明IGD在栅电压控制下沟道积累区、耗尽区和反型区中间的分界点发生突变的这一特殊的物理机制，使用二次求导方法非常灵敏的将这些突变点准确的提取出来。同时可根据IGD-VG特性的分析，精确的确定MOSFET中的VFB和VTH，能消除传统栅控漏极产生电流方法中存在的人为观察带来的不精确性来源。
本发明具有以下有益效果：能确定平带电压(VTB)、阈值电压(VTH)、沟道表面本征时的栅电压点以及具体的耗尽区和弱反型区。同时能对原始的IGD-VG数据有较高的抗扰性，避免了人为引入的观察误差；同时可精确获得VFB、VTH以及沟道表面到达本征点时的VG。最后提取方法十分快捷，在IGD-VG测试结束后即同步得出上述参量。
附图说明：
图1是阐述本发明方法实施方式步骤的流程图；
图2是MOSFET测试IGD-VG曲线时的测试设置图；
图3是MOSFET测试的IGD-VG曲线图；
图4是MOSFET测试的IGD-VG曲线二次导数曲线方法得到VFB和VTH原理图；
图5是本发明基于N型MOSFET得到的VFB、沟道表面本征时的VG以及VFB实例图。
具体实施方式：
参看图2-4，本具体实施方式采用以下技术方案：1)选择电学性能良好的MOSFET；2)参见图2，悬空源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V。若为N型MOSFET，VD＞0V，且VD＜＝0.2V；若为P型MOSFET，VD＜0V，且VD＞＝-0.2V；3)参见图3，扫描栅电压，使沟道从积累区到反型区变化，测量漏极电流即得到栅控漏极产生电流IGD；4)对得到的栅控产生电流曲线IGD进行二次导数得到二次导数和VG的关系曲线。其二次导数曲线会形成三个峰值点，即对应于上升沿的峰值点Pu，对应于IGD曲线峰值点Pp，对应于下降沿峰值点Pd；5)参见图4，从Pu点做垂线交于栅电压轴得到一电压VG，此电压即为平带电压VFB。从Pd点做做垂线交于栅电压轴得到一电压VG，此电压即为阈值电压VTH。而Pp点对应的VG即为沟道本征点。
实施例1：
1)实验样品N型MOSFET为栅长0.13微米，栅氧化层厚度为4nm，
2)悬空源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，VD＝0.1V。
3)扫描栅电压VG从-0.5V到1.2V，测得IGD电流。
4)对对得到的栅控产生电流曲线IGD进行二次导数得到二次导数SD和VG的关系曲线。其二次导数曲线会形成三个峰值点，即对应于上升沿的峰值点SDu，对应于IGD曲线峰值点SDi，对应于下降沿峰值点SDd。
5)参见图5，从SDu点做垂线交于栅电压轴得到一电压VG，此电压即为平带电压VFB，VFB＝-0.1V。从SDd点做做垂线交于栅电压轴得到一电压VG，此电压即为阈值电压VTH，得到VTH＝0.15V。而SDi点对应的VG即为沟道本征点，其为0.04V。
Claims (5)
1.基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，其特征在于基于栅控漏极产生电流获取MOSFET平带电压VFB的方法步骤为：1)悬空MOSFET源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V；2)扫描栅电压VG，使沟道从积累区到反型区变化，测量漏极电流即得到栅控漏极产生电流IGD；3)对得到的栅控漏极产生电流曲线IGD进行二次偏导运算得到二次导数和栅电压VG的关系曲线，其二次导数曲线会形成对应于IGD-VG曲线的上升沿的峰值点Pu；4)从Pu点做垂线交于栅电压轴得到一个电压，此电压即为平带电压VFB。
2.根据权利要求1所述的基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，其特征在于基于栅控漏极产生电流获取MOSFET阈值电压VTH的方法步骤为：1)悬空MOSFET源端电极，漏电电极上施加一小漏电压VD，且|VD|＜＝0.2V；2)扫描栅电压VG，使沟道从积累区到反型区变化，测量漏极电流即得到栅控漏极产生电流IGD；3)对得到的栅控漏极产生电流曲线IGD进行二次偏导运算得到二次导数和栅电压VG的关系曲线，其二次导数曲线会形成对应于IGD-VG曲线的下降沿峰值点Pd；4)从Pd点做垂线交于栅电压轴得到一个电压，此电压即为阈值电压VTH。
3.根据权利要求1所述的基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，所述的MOSFET为N型，VD＞0V，且VD＜＝0.2V。
4.根据权利要求1所述的基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，所述的MOSFET为P型，VD＜0V，且VD＞＝-0.2V。
5.根据权利要求1所述的基于栅控漏极产生电流提取MOSFET平带电压和阈值电压的方法，所述的扫描栅电压VG使得沟道从积累区、耗尽区到反型区变化。
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