CN112067964B - 半导体器件的阈值电压提取方法及装置 - Google Patents

半导体器件的阈值电压提取方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半导体器件的阈值电压提取方法及装置，应用于半导体建模领域，包括：测量获得目标SOI器件的Id‑Vg曲线；在Id‑Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线；确定第一切线与第二切线的交点位置电压值，并根据交点位置电压值确定出目标SOI器件的正栅阈值电压。通过本发明能提取到更接近真实值的正栅阈值电压。

Description

半导体器件的阈值电压提取方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体建模领域，尤其涉及一种半导体器件的阈值电压提取方法及装置。
背景技术
对于全耗尽型SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)等器件，当在辐照环境下埋氧层积累正电荷或者是人为在衬底施加正电压，该器件的背栅沟道可能会开启，当背栅开启的电流计入漏电流以后将会干扰对正栅阈值电压的计算，导致提取的正栅阈值电压与真实值差异较大。
发明内容
鉴于现有技术存在上述问题，本发明实施例提供了一种半导体器件的阈值电压提取方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供一种半导体器件的阈值电压提取方法，其特征在于，包括：
测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；
在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线；
确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
可选地，所述测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线，包括：
测量获得在栅电压扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件的Id-Vg曲线。
可选地，所述在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线，包括：
计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线；
在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点；
根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；
在所述第一极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第一切线；
在所述第二极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第二切线。
可选地，所述在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点，包括：
在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，所述第一曲线段是在所述目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，所述第二曲线段是在所述目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段；
在所述第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点；
在所述第二曲线段上得到所述第二跨导极大值点。
可选地，所述根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压，包括：
将所述交点位置电压值与特定漏极电压值之差，作为所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
可选地，所述确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，包括：
确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置；
获得所述交点位置对应的栅电压值，作为所述交点位置电压值。
第二方面，本发明实施例提供一种半导体器件的阈值电压提取装置，包括：
曲线测量单元，用于测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；
切线确定单元，用于在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线；
阈值电压确定单元，用于确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
可选地，所述曲线测量单元，具体用于：获取在栅电压扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件的Id-Vg曲线。
可选地，所述切线确定单元，包括：
跨导曲线计算子单元，用于计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线；
极大值点确定子单元，用于在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点；
电压位置确定子单元，用于根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；
作切线子单元，用于在所述第一极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第一切线，以及在所述第二极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第二切线。
可选地，所述极大值点确定子单元，具体用于：
在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，所述第一曲线段是在所述目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，所述第二曲线段是在所述目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段；
在所述第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点；
在所述第二曲线段上得到所述第二跨导极大值点。
可选地，所述阈值电压确定单元，包括：
差值计算子单元，用于将所述交点位置电压值与特定漏极电压值之差，作为所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
可选地，所述阈值电压确定单元，包括：
切线交点确定子单元，用于确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置；
交点位置电压确定子单元，用于获得所述交点位置对应的栅电压值，作为所述交点位置电压值。
第三方面、本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面任一实施方式。
本发明实施例提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果或者优点：
测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；在Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线；确定第一切线与第二切线的交点位置电压值，并根据交点位置电压值确定出目标SOI器件的正栅阈值电压，以消除背栅电流对提取正栅阈值电压的干扰，从而提取到更接近真实值的正栅阈值电压，进而，能够为半导体的电路设计提供更高精度的仿真模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中半导体器件的阈值电压提取方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中第一跨导极大值点和第二跨导极大值点在跨导曲线上的示意图；
图3为本发明实施例中第一切线与第二切线的交点位置电压值的示意图；
图4为本发明实施例中半导体器件的阈值电压提取装置的模块示意图；
图5为本发明实施例中电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一方面，本发明实施例提供一种半导体器件的阈值电压提取方法，应用于针对SOI器件的阈值电压提取，以提取到更接近真实值的正栅阈值电压。参考图1所示，包括如下步骤：
S10、测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线。
在本发明实施例中，目标SOI器件具体是指在对其栅电压进行扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件，当在辐照环境下埋氧层积累正电荷或者是人为在衬底施加正电压，目标SOI器件的背栅沟道可能会开启。比如，目标SOI器件可以是FDSOI(Fully Depleted-Silicon-On-Insulator，全耗尽型SOI)器件等。
按照本领域标准方法测量出目标SOI器件的Id-Vg曲线，其中，Id-Vg曲线是指横坐标为栅电压(V)，纵坐标为直流的漏极电流(A)的曲线。使用两个SMU(Source MeasureUnit，源测量单元)测量得到目标SOI器件的Id-Vg曲线，一个SMU扫描目标SOI器件的栅电压，另一个SMU对应测量目标SOI器件的漏极电流。
S11、在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线。
在步骤S11中，先计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线。在计算出的跨导曲线上会出现两次跨导(S)极大值。因此，在计算出跨导曲线之后，在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点；根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；在所述第一极大值点电压位置处作所述Id-Vg曲线的第一切线；在所述第二极大值点电压位置处作所述Id-Vg曲线的第二切线。
具体来讲，在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点，具体是：在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，第一曲线段是指在目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，第二曲线段是指目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段。
具体来讲，根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，具体是：以跨导曲线上第一跨导极大值点处的栅电压V1，在所述Id-Vg曲线上匹配出栅电压V1对应的位置点，即：第一极大值点电压位置。
具体来讲，根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第而极大值点电压位置，具体是：以跨导曲线上第二跨导极大值点处的栅电压V2，在所述Id-Vg曲线上匹配出栅电压V2对应的位置点，即：第二极大值点电压位置。
S12、确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
具体的，确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置，获得所述交点位置对应的栅电压，将所述交点位置对应的栅电压值作为所述交点位置电压值。更具体来讲，Id-Vg曲线上所述交点位置对应的横坐标值为该交点位置对应的栅电压值。
将交点位置电压值与特定漏极电压值之差，作为目标SOI器件的正栅阈值电压。
具体的，不同类型的SOI器件，所对应的特定漏级电压的具体数值会有所差异，故而，本发明实施例不对特定漏级电压值的具体数值进行限定。其中，仅以FDSOI器件为例，特定漏级电压对应为0.5个漏极电压。
基于提取的正栅阈值电压和建模所需的其他模型参数可以进行目标SOI器件的建模，以得到SOI器件模型。
上述技术手段，是通过对背栅单独开启部分的极大值点电压位置处的切线与双栅共同开启部分的极大值点电压位置处的切线相交，以消除了背栅电流对正栅阈值电压提取的干扰，从而能够提取到更接近真实的正栅阈值电压。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图2和附图3对本发明实施例进一步详细说明：本实施例以提取FDSOI器件的正栅阈值电压为例(其中，背栅电压为12V，漏极电压0.1V)：
步骤1：获取FDSOI器件的背栅在栅电压扫描过程中会开启的Id-Vg曲线(如图3所示)。
步骤2：针对步骤1所得到的Id-Vg曲线计算跨导曲线(如图2所示)，在跨导曲线上获取两个跨导极大值点，并且根据作两个跨导极大值点在Id-Vg曲线上作切线，得到：位于第一跨导极大值点电压位置的第一切线，以及位于第二跨导极大值点电压位置的第二切线。
具体来讲，参考图2所示，通过执行步骤2获取跨导曲线上的两个跨导极大值点：跨导极值跨导极大值点a(0.44,1.775e-4)、跨导极值跨导极大值点b(1.06，3.175e-4)；参考图3所示，根据跨导极大值点a在Id-Vg曲线上确定出跨导极大值点电压位置a’，在Id-Vg曲线的跨导极大值点电压位置a’第一切线La；根据跨导极大值点b在Id-Vg曲线上确定出跨导极大值点电压位置b’，在Id-Vg曲线上的跨导极大值点电压位置b’作第二切线Lb。
结合图2和图3具体来讲，根据跨导曲线上跨导极大值点a的栅电压值0.44V确定在Id-Vg曲线上栅电压为0.44V的位置为跨导极大值点电压位置a’，根据跨导曲线上跨导极大值点b的栅电压值1.06V确定在Id-Vg曲线上栅电压值为1.06V的位置为跨导极大值点电压位置b’。
步骤3、获取第一切线La与第二切线Lb的切线交点(即图3箭头所指的c点)，获取切线交点c(0.85，1.47e-4)处的横坐标值，即：0.85V。切线交点c的横坐标值0.85V减去0.5个漏极电压，即可以得到正栅阈值电压：0.85-0.05＝0.8V。
对背栅施加10V电压并且背栅沟道达到开启状态下的全耗尽型SOI器件的仿真数据进行了检验。在全耗尽型SOI器件的双栅同时开启时候，通过现有方法(取跨导曲线极大值点，在该点位置作Id-Vg曲线的切线，取切线与横坐标轴的交点处电压减去0.5个漏极电压得到)提取的正栅阈值电压为0.462V，相比之下，基于本发明实施例提供的阈值电压提取方法提的正栅阈值电压为0.676V，而正栅的真实阈值电压为0.617V。显然，基于本发明实施例能够提取到的阈值电压更接近真实值。
基于同一发明构思，本发明实施例提供一种半导体器件的阈值电压提取装置，参考图4所示，包括：
曲线测量单元401，用于测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；
切线确定单元402，用于在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线；
阈值电压确定单元403，用于确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
在一可选的实施方式下，所述曲线测量单元401具体用于：获取在栅电压扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件的Id-Vg曲线。
在一可选的实施方式下，所述切线确定单元402，包括：
跨导曲线计算子单元，用于计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线；
极大值点确定子单元，用于在所述跨导曲线上确定出第一跨导极大值点和第二跨导极大值点；
电压位置确定子单元，用于根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；
作切线子单元，用于在所述第一极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第一切线，以及在所述第二极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第二切线。
在一可选的实施方式下，所述极大值点确定子单元，具体用于：
在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，所述第一曲线段是在所述目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，所述第二曲线段是在所述目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段；
在所述第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点；
在所述第二曲线段上得到所述第二跨导极大值点。
在一可选的实施方式下，所述阈值电压确定单元403，包括：
差值计算子单元，用于将所述交点位置电压值与特定漏极电压值之差，作为所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
在一可选的实施方式下，所述阈值电压确定单元403，包括：
切线交点确定子单元，用于确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置；
交点位置电压确定子单元，用于获得所述交点位置对应的栅电压值，作为所述交点位置电压值。
第三方面，基于与前述实施例中半导体器件的阈值电压提取方法同样的发明构思，本说明书还提供一种电子设备，如图5所示，包括存储器505、处理器502及存储在存储器505上并可在处理器502上运行的计算机程序，处理器502执行程序时实现前文半导体器件的阈值电压提取方法的任一方法的步骤。
其中，在图5中，总线架构(用总线500来代表)，总线500可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线500将包括由处理器502代表的一个或多个处理器和存储器505代表的存储器的各种电路链接在一起。总线500还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口506在总线500和接收器501和发送器503之间提供接口。接收器501和发送器503可以是同一个元件，即收发机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。处理器502负责管理总线500和通常的处理，而存储器505可以被用于存储处理器502在执行操作时所使用的数据。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种半导体器件的阈值电压提取方法，其特征在于，包括：
测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；
在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线，包括：计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线；在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，所述第一曲线段是在所述目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，所述第二曲线段是在所述目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段；
在所述第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点；在所述第二曲线段上得到所述第二跨导极大值点；根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；在所述第一极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第一切线；在所述第二极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第二切线；
确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
2.如权利要求1所述的阈值电压提取方法，其特征在于，所述测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线，包括：
测量获得在栅电压扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件的Id-Vg曲线。
3.如权利要求1所述的阈值电压提取方法，其特征在于，所述根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压，包括：
将所述交点位置电压值与特定漏极电压值之差，作为所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
4.如权利要求1所述的阈值电压提取方法，其特征在于，所述确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，包括：
确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置；
获得所述交点位置对应的栅电压值，作为所述交点位置电压值。
5.一种半导体器件的阈值电压提取装置，其特征在于，包括：
曲线测量单元，用于测量获得目标SOI器件的Id-Vg曲线；
切线确定单元，用于在所述Id-Vg曲线上确定出第一跨导极大值电压位置的第一切线，以及第二跨导极大值电压位置的第二切线，包括：计算所述Id-Vg曲线对应的跨导曲线；在所述跨导曲线的第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点，在所述跨导曲线的第二曲线段上得到第二跨导极大值点，其中，所述第一曲线段是在所述目标SOI器件的背栅开启而正栅未开启状态下所对应的曲线段，所述第二曲线段是在所述目标SOI器件的背栅和正栅均处于开启状态下所对应的曲线段；在所述第一曲线段上得到所述第一跨导极大值点；在所述第二曲线段上得到所述第二跨导极大值点；根据所述第一跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第一极大值点电压位置，以及根据所述第二跨导极大值点在所述Id-Vg曲线上确定出第二极大值点电压位置；在所述第一极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第一切线；在所述第二极大值点电压位置作所述Id-Vg曲线的第二切线；
阈值电压确定单元，用于确定所述第一切线与所述第二切线的交点位置电压值，并根据所述交点位置电压值确定出所述目标SOI器件的正栅阈值电压。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述曲线测量单元，具体用于：获取在栅电压扫描过程中会开启背栅沟道的SOI器件的Id-Vg曲线。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4中任一所述方法。
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