CN104764932B - 一种mos管阱电阻的测量装置及测量方法 - Google Patents

一种mos管阱电阻的测量装置及测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种MOS管阱电阻的测量装置及测量方法，应用于MOS管制造工艺技术领域，其中，该装置包括RC振荡器、频率测量单元和计算单元；所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率；所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子，用于连接所述MOS管的阱电阻的两端；所述RC振荡器的输出端子与所述频率测量单元的输入端子连接；所述频率测量单元用于测量所述RC振荡器的振荡频率；所述计算单元用于根据所述频率测量单元测量的振荡频率计算所述MOS管的阱电阻。本发明的方案通过对MOS管阱电阻阻值进行测量，来监测阱电阻的阻值波动对MOS管的影响。

Description

一种MOS管阱电阻的测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及半导体MOS管制造工艺技术领域，特别是涉及一种MOS管阱电阻的测量装置及测量方法。
背景技术
半导体低压铝栅MOS工艺通常由四种电阻，分别为P+电阻，N+电阻，Nsub电阻及P阱电阻，后两种一般定义为N-、P-。
其中，P+、N+这两种电阻多为形成MOS管的源漏结构及欧姆接触位置的浓度要求，两电阻的阻值较小，掺杂浓度较高，一般N+浓度高于P+浓度，这主要考虑到MOS管的导通电阻及PN结击穿电压及驱动电流的要求。
N-、P-这两种电阻阻值相对较高，属于淡掺杂，这主要考虑到产品的应用电压，阈值电压，产品频率等要求而选择不同的N-、P-电阻。
在MOS管制造过程中，N+杂质浓度为2.0E20/cm3，P+杂质的浓度为8.5E18/cm3,P阱杂质的浓度为1.2E16/cm3,Nsub杂质的浓度为8.0E14/cm3,依次递减。
P阱方块电阻值多为5000-6000ohm/sq，P+方块电阻值多为500-700ohm/sq，N+方块电阻值多为30-40ohm/sq，而Nsub为衬底材料，其电阻率多为2.0-7.0ohm.cm。可见P阱的方块电阻值相对较高，设计上一般喜欢用P阱做电阻，因为可用很小的面积就能得到较高的电阻值，这样可以节省资源，降低成本。
然而工艺生产上最容易变化的是P阱电阻值，因其是淡掺杂，容易离散，当客户要求高阻P阱的时候，情况将变得更糟。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MOS管阱电阻的测量装置及测量方法，能够解决现有MOS管制造时，P阱电阻阻值的波动对MOS管的影响监测不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种MOS管阱电阻的测量装置，其中，该装置包括：
RC振荡器、频率测量单元和计算单元；
所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率；所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子，用于连接所述MOS管的阱电阻的两端；
所述RC振荡器的输出端子与所述频率测量单元的输入端子连接；
所述频率测量单元用于测量所述RC振荡器的振荡频率；
所述计算单元用于根据所述频率测量单元测量的振荡频率计算所述MOS管的阱电阻。
进一步地，所述RC电路还包括第一电容接入端子和第二电容接入端子，用于连接所述MOS管的栅极氧化层电容的两端。
进一步地，所述第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点；
所述装置还包括一延时模块；
所述延时模块连接在所述连接点和第一电容接入端子之间，用于将所述连接点的信号延迟传输至所述第一电容接入端子；
所述第一电容接入端子通过奇数个反相器连接所述第二电阻接入端子，用于将所述第一电容接入端子的信号反相传输至所述第二电阻接入端子。
进一步地，所述延时模块包括一具有第一输入端、第二输入端与第一输出端的RS触发器；所述第一输入端通过奇数个反相器与所述连接点连接，所述第二输入端通过偶数个反相器与所述连接点连接；所述第一输出端通过若干个反相器与所述第一电容接入端子连接。
进一步地，所述第二电阻接入端子连接若干个反相器。
为了解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种MOS管阱电阻的测量方法，其中，该方法包括：
提供一RC振荡器，所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率，所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子；
将MOS管的阱电阻通过所述第一电阻接入端子和第二电阻接入端子接入所述RC电路中；
测量所述RC振荡器的振荡频率；
根据所述振荡频率计算MOS管的阱电阻。
进一步地，所述RC电路还包括第一电容接入端子和第二电容接入端子；
所述测量方法还包括：
将MOS管的栅氧化层电容通过所述第一电容接入端子和第二电容接入端子接入所述RC电路中。
进一步地，所述第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点；
所述测量方法还包括：
将所述连接点的信号通过一延时模块延时传输至所述第一电容接入端子；将所述第一电容接入端子通过奇数个反相器与所述第二电阻接入端子连接，用于将所述第一电容接入端子的信号反相传输至所述第二电阻接入端子。
本发明的有益效果是：
本发明的方案通过对MOS管阱电阻进行测量，来监测阱电阻的阻值波动对MOS管的影响。
附图说明
图1表示本发明实施例的MOS管阱电阻的测量装置的组成框图；
图2表示本发明实施例的MOS管阱电阻的测量装置中RC振荡器的电路示意图；
图3表示本发明实施例的MOS管阱电阻测量装置中RC振荡器的输出端子信号的时序图；
图4表示本发明实施例的MOS管阱电阻测量方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本发明针对现有MOS管制造时，P阱电阻阻值的波动对MOS管的影响监测不足的问题，提供一种MOS管阱电阻的测量装置，其中，该装置包括RC振荡器、频率测量单元和计算单元；所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率；所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子，用于连接所述MOS管的阱电阻的两端；所述RC振荡器的输出端子与所述频率测量单元的输入端子连接；所述频率测量单元用于测量所述RC振荡器的振荡频率；所述计算单元用于根据所述频率测量单元测量的振荡频率计算所述MOS管的阱电阻。本发明的方案通过对MOS管阱电阻进行测量，来监测阱电阻的阻值波动对MOS管的影响。
下面将结合具体实施例对本发明作详细说明：
如图1所述，本发明实施例的一种MOS管阱电阻测量装置，包括RC振荡器1、频率测量单元2、计算单元3。具体的，如图2所示，该RC振荡器包括RC电路，其中该RC振荡电路用于控制该RC振荡器的振荡频率，包括：第一电阻接入端子以及第二电阻接入端子，用于连接MOS管的P阱电阻R1；第一电容接入端子以及第二电容接入端子，用于连接MOS管的栅极氧化层电容C。
其中，该装置内部各器件之间具体的连接关系描述如下：
该第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点e；该延时模块连接在该连接点e以及第一电容接入端子之间，用于将该连接点e的信号延时传输至该第一电容接入端子；该第一电容接入端子可通过奇数个反相器连接该第二电阻接入端子，目的是为了将第一电容端子的信号反相传输至该RC振荡器的输出端子，从而实现振荡。
具体来讲，其中的延时模块则包括RS触发器，该RS触发器由两个与非门构成，其中第一与非门的输出端端与第二与非门的其中一输入端连接，该第二与非门的第二输入端为S，该第二与非门的输出端为Q端与第一与非门的其中一输入端连接，该第一与非门的第二输入端为R端。此两个与非门通过如上输入端、输出端交叉连接构成RS触发器。在本发明实施例中，为了将连接点e点信号延时传输至第一电容接入端子，即将在该振荡器充电完成以后连接点e点处的高电平信号延迟传输至第一电容接入端子以及将该振荡器在放电完成后该连接点e处的低电平信号延迟传输至第一电容接入端子，为了实现此目的，R、S两端输入信号需为反相信号，即若R端输入的是高电平信号，则S端输入的则是低电平信号，反之亦然。以其中一种接法为例，该RS触发器的R端通过奇数个（优选为1个）反相器与连接点e连接，用于将该连接点e的信号反相输入至该R端，该RS触发器的S端则通过偶数个（优选为2个）反相器与该连接点e连接，用于将该连接点e点信号正相传输至该S端，从而使得R、S两输入端信号反相，此时端输出连接点e点得信号，将此端通过偶数个（优选为2个）反相器与第一电容接入端子连接，从而实现将连接点e点信号延迟传输至该第一电容接入端子。当然此时Q端输出连接点e点得反相信号，若将此Q端通过奇数个反相器与第一电容接入端子连接，也可实现将连接点e点信号延迟传输至该第一电容接入端子的目的。
当然延时模块并不局限于上述中RS触发器和反相器的组合，也可以为其他电路结构，只要能延时信号的传输即可，在此不一一说明。当然此延时模块除了有上述作用以外还具有滤波的作用，可以滤掉延时模块本身因物理开关抖动的无规律的波。
之后，第一电容接入端子通过奇数个反相器将第一电容接入端子信号反相传输至第二电阻接入端子，从而使振荡器振荡，此外，为了进一步提高RC振荡器输出信号的稳定性，第二电阻接入端子可以通过若干反相器与RC振荡器的输出端子连接，频率测量单元用于测量RC振荡器输出信号的振荡频率，而计算单元则用于根据，对应关系，计算出该MOS管的P阱电阻R1。
下面将结合具体实施例对本发明的工作原理做详细说明：
在此实施例中，RC振荡器的第二电阻接入端子通过奇数个反相器与RC振荡器的输出端子连接。
RS触发器，因R端前接入奇数个反相器，S端前接入偶数个反相器，必然决定到达R、S的信号为相反的电平，当R输入端电位为1（高电平），S输入端电位为0（低电平）时，其中输出端电位为0；当R输入端电位为0，S输入端电位为1时，输出端电位为1。
当延时模块输入点in为低电位“0”时，得到RS触发器R输入端电位为1，S输入端电位为0，输出电位为0，继而与延时模块输出端相连接的第一反相器的输出点b点电位为1，继而与第一反相器输出端连接的第二反相器的输出点c点电位为0，因电容耦合，使得第一电阻接入端子与第二电容接入端子连接点e点电位为0，又因延时模块的信号输入点in和第一电阻接入端子与第二电容接入端子连接点e电位相同且为0，所以此时延时模块的信号输入点in保持“0”电位状态不变，称为第一稳态，此时，RC振荡器的输出端子out输出为0电位。
因为c点电位为0，必然d点电位为1，此时电容有一充电过程，经过一段时间，栅极氧化层电容的其中一极板的电位CB拉到高电位，即CB=1，从而导致e点电位为1，进而in点电位改为高电平，即in=1，继而RS触发器的R输入端电位为0，S输入端电位为1，输出端电位为1，继而b点电位为0，c点电位为1，d点电位为0，RC振荡器的输出端子out输出为1电位，输出完成第一次翻转，即由低电平翻转为高电平，且第一稳态持续时间为该电容器充电时间。
当上述in点为高电位“1”时，得到RS触发器R输入端电位为0，S输入端电位为1，输出端电位为1，继而b点电位为0，c点电位为1，因电容耦合，使得e点电位为1，又因In点与e点电位相同且为1，所以此时输入保持“1”高电位状态不变，称为第二稳态，此时out输出为高电位1。
因c点电位为1，必然d点电位为0，此时对电容有一个反向充电过程，经过一段时间，栅极氧化层电容的极板CB电位拉到低电位，相当于电容放电，即CB电位为0，导致e点电位为0，进而in点改为低电平，即in=0，继而RS触发器R输入端电位为1，S输入端电位为0，输出端电位为0，继而b点电位为1，c点电位为0，d点电位为1，RC振荡器out输出端输出低电位0，输出完成第二次翻转，即由高电平翻转为低电平，且第二稳态持续时间为该电容器反向充电时间。
经过如上过程，体现出了该延时模块的延时作用，且很容易看出RC振荡器out输出端输出先稳定在0，然后翻转为1，继续稳定在1，然后又翻转为0，再稳定在0，这样就完成了一个周期，并周而复始的重复此过程。若将一示波器与该RC振荡器的输出端子连接，则可以得到该RC振荡器的输出端子的信号时序图，如图3所示。而频率测量单元的输入端与该振荡器输出端连接，即可根据该振荡波形进而测量得到振荡频率，而计算单元则可根据Frequency 对应关系，进而计算得到该MOS管的P阱电阻阻值。
本发明通过生成新型的逻辑测试结构，并测量结构的输出频率，本结构内包含了P阱电阻，栅极氧化层电容及反相器，与非门，RS触发器。根据公式：方块电阻Rs表达式为：其中，ρ表示电阻率，xj表示结深。
其中e表示电子电量为：1.6E-19C。
un、up表示迁移率（低掺杂时典型un=1350cm2）/Vs，up=480cm2/Vs），P阱电阻主要由杂质掺杂浓度n、p以及结深xj决定。工艺上可以通过调整P阱注入剂量来改变P阱电阻阻值，进而可以确认P阱电阻阻值改变对MOS管频率的影响。
如图4所示，本发明的实施例还提供一种MOS管阱电阻的测量方法，其中，该方法包括：
步骤40，提供一RC振荡器，所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率，所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子；
步骤41，将MOS管的阱电阻通过所述第一电阻接入端子和第二电阻接入端子接入所述RC电路中；
步骤42，测量所述RC振荡器的振荡频率；
步骤43，根据所述振荡频率计算MOS管的阱电阻。
其中，所述RC电路还包括第一电容接入端子和第二电容接入端子；该方法，还包括：
将MOS管的栅氧化层电容通过所述第一电容接入端子和第二电容接入端子接入所述RC电路中。
其中，该第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点；
该测量方法还包括：
将所述连接点的信号通过一延时模块延时传输至所述第一电容接入端子；
将所述第一电容接入端子通过奇数个反相器与所述第二电阻接入端子连接用于将该第一电容接入端子的信号反相传输至所述第二电阻接入端子。
工艺上可以通过调整P阱注入杂质的剂量来改变P阱电阻值，进而可以确认P阱电阻阻值改变对频率的影响。同时根据公式，氧化层电容表达式为：其中，Tox为氧化层厚度，εox为氧化层介电常数为：0.345E-12F/cm。电容主要由氧化层厚度决定，本方法也可应用到在线的出货监控，生产上无论是P阱掺杂浓度的波动，还是氧化层厚度的改变，都可以用最终的频率值来综合评价工艺波动对产品的影响，本方法尤其适合淡掺杂、易离散的高阻P阱产品。
需要说明的是，该MOS管阱电阻的测量方法是与上述MOS管阱电阻测量装置对应的测量方法，上述MOS管阱电阻测量装置实施例中所有实现方式均适用于该MOS管阱电阻的测量方法的实施例中，也能达到相同的技术效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种MOS管阱电阻的测量装置，其特征在于，包括RC振荡器、频率测量单元和计算单元；
所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率；
所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子，用于连接所述MOS管的阱电阻的两端；
所述RC振荡器的输出端子与所述频率测量单元的输入端子连接；
所述频率测量单元用于测量所述RC振荡器的振荡频率；
所述计算单元用于根据所述频率测量单元测量的振荡频率计算所述MOS管的阱电阻；
所述RC电路还包括第一电容接入端子和第二电容接入端子，用于连接所述MOS管的栅极氧化层电容的两端；其中，
所述第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点；
所述装置还包括一延时模块；
所述延时模块连接在所述连接点和第一电容接入端子之间，用于将所述连接点的信号延时传输至所述第一电容接入端子；
所述第一电容接入端子通过奇数个反相器连接所述第二电阻接入端子，用于将所述第一电容接入端子的信号反相传输至所述第二电阻接入端子。
2.根据权利要求1所述的MOS管阱电阻的测量装置，其特征在于，所述延时模块包括一具有第一输入端、第二输入端与第一输出端的RS触发器；所述第一输入端通过奇数个反相器与所述连接点连接，所述第二输入端通过偶数个反相器与所述连接点连接；所述第一输出端通过若干个反相器与所述第一电容接入端子连接。
3.根据权利要求1所述的MOS管阱电阻的测量装置，其特征在于，所述第二电阻接入端子通过若干个反相器与所述RC振荡器的输出端子连接。
4.一种MOS管阱电阻的测量方法，其特征在于，包括：
提供一RC振荡器，所述RC振荡器包括RC电路，用于控制RC振荡器的振荡频率，所述RC电路包括第一电阻接入端子和第二电阻接入端子；
将MOS管的阱电阻通过所述第一电阻接入端子和第二电阻接入端子接入所述RC电路中；
测量所述RC振荡器的振荡频率；
根据所述振荡频率计算MOS管的阱电阻；
所述RC电路还包括第一电容接入端子和第二电容接入端子；
所述测量方法还包括：
将MOS管的栅氧化层电容通过所述第一电容接入端子和第二电容接入端子接入所述RC电路中；
所述第一电阻接入端子和第二电容接入端子连接，形成一连接点；
所述测量方法还包括：
将所述连接点的信号通过一延时模块延时传输至所述第一电容接入端子；
将所述第一电容接入端子通过奇数个反相器与所述第二电阻接入端子连接，用于将所述第一电容接入端子的信号反相传输至所述第二电阻接入端子。
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