一種柵極開啟電壓的測量方法
2023-06-04 04:30:11 1
一種柵極開啟電壓的測量方法
【專利摘要】一種柵極開啟電壓的測量方法，該測量方法通過在執行跨導法測量開啟電壓前，先利用一個比較子程序將小於參考值的漏源電流濾除。籍此，杜絕了因小電流波動引起的跨導返回異常值問題，從而提高了跨導法測量開啟電壓的準確度。同時本發明的方法還具有應用範圍廣、調校簡單、執行效率高等特點。
【專利說明】—種柵極開啟電壓的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體器件參數的測量方法，具體地說，是一種柵極開啟電壓的測量方法。
【背景技術】
[0002]在金屬氧化物半導體(MOS)器件生產過程中，對MOS管器件的參數測量是十分有必要的。尤其是在MOS管被製作完成後，需要測量得到該MOS管器件的柵極開啟電壓(Vt)，以此判斷MOS管的工作性能是否達到廠商要求。
[0003]對於開啟電壓Vt的測量，往往需要通過測量漏源電流ID來得到。請參見圖1，圖1是一種理想的MOS管器件的漏源電流ID與柵極電壓Vg之間的關係曲線圖。如圖1所示，理想器件的漏源電流ID是柵極電壓Vg的單調遞增函數，在Vg小於開啟電壓Vt的區間內，漏源電流ID隨柵極電壓Vg的增加迅速增大；iM0S器件進入飽和區後，及Vg>Vt時，ID隨Vg的增加上升緩慢。根據上述關係，只需知道ID-Vg曲線100上斜率最大的點，就能計算出MOS管器件的柵極開啟電壓VU
[0004]跨導法測量Vt，就是依賴上述原理進行開啟電壓測量的一種常用方法。該方法是在柵極上加上一個掃描電壓使矽表面反型，然後在漏源極間加一定電壓，使源漏之間有電流通過。在測試過程中，在柵極上掃描電壓的同時進行源漏電流的測試，然後逐個比較每一步柵壓變化所對應的源漏電流變化率(即跨導)的大小。沿最大跨導點做一漏源電流曲線的切線，切線與柵電壓的交點記為Vintercept,貝U開啟電壓Vt=Vintercept_l/2Vd,其中Vd為漏極電壓。
[0005]然而現有的跨導法測量Vt的過程中，存在如下的問題:由於原機測試Vt為節省測試時間，對跨導比較方式為後一個跨導與前一個跨導作比較，當跨導值降低則返回此時柵端電壓值做計算，而不是掃整個柵端所有電壓範圍取最大跨導點。這樣會導致原機測跨導法測試，如果在柵端電壓較小時，電流存在波動，會返回異常值。請參見圖2，圖2是現有的跨導法測量Vt時，產生的跨導波動曲線。如圖2所示，對於ID曲線，在柵極電壓Vg較小的區間內，漏源電流存在波動，該電流波動可能由MOS管中的寄生器件等因素引起引起，帶來的影響是，對於該處的跨導而言，其前一個值可能小於後一個值，此時的跨導曲線Vgm中會產生圖示中圈線I所示的跨導異常值，使得跨導法在該點出就返回計算，得到錯誤的Vt值。
[0006]因此，有必要對現有的跨導法測Vt的方法提出改進，以克服上述的問題。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明提出了一種跨導法測量柵極開啟電壓的方法，該測量方法可以避免漏源電流ID處於小電流值時，因波動引起的測量異常，從而改善現有技術中的弊端，實現精準且簡單的跨導法測開啟電壓。
[0008]根據本發明的目的提出的一種柵極開啟電壓測量方法，包括步驟:
[0009]I)提供待測MOS電晶體；[0010]2)對所述MOS電晶體的柵極施加掃描電壓，並測量該MOS電晶體的源漏極電流，得到漏源電流-柵極電壓曲線；
[0011]3)將測量得到的源漏電流與一參考值比較，如果該源漏電流大於所述參考值，執行步驟4)，如果該源漏電流小於所述參考值，返回步驟2)；
[0012]4)利用跨導法，在所述漏源電流-柵極電壓曲線上測量並得到開啟電壓。
[0013]優選的，所述步驟2)中，測量漏源極電流之前，還包括對漏源極施加一工作電壓。
[0014]優選的，所述步驟3)中的參考值為IOnA?20nA。
[0015]優選的，所述步驟4)中的跨導法，包括步驟:
[0016]4.1)對漏源電流-柵極電壓曲線上以選定步長求跨導，並將前一個步長上的跨導值與後一個步長上的跨導值比較；
[0017]4.2)當步驟4.1)中的比較結果為前一個步長上的跨導值大於後一個步長上的跨導值時，將該前一個步長上的跨導值返回為最大跨導點；
[0018]4.3)以該最大跨導點對應的漏源電流-柵極電壓曲線上的點做切線，計算得到開啟電壓。
[0019]優選的，所述步驟2)中的對柵極施加掃描電壓是通過測試探針實現的。
[0020]上述的柵極開啟電壓測量方法，通過在對漏源電流-柵極電壓曲線求跨導之前，先對漏源電流與一參考值做比較，將小於該參考值的所有漏源電流過濾，從而避免小電流情況下因波動產生的跨導異常問題，提高了跨導法求開啟電壓的準確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是一種理想的MOS管器件的漏源電流ID與柵極電壓Vg之間的關係曲線圖；
[0023]圖2是現有的跨導法測量Vt時，產生的跨導波動曲線；
[0024]圖3給出了本發明的柵極開啟電壓測量方法的步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0025]正如【背景技術】中所述，現有的跨導法測量柵極開啟電壓中，當柵極施加的掃描電壓較小時，漏源端的輸出電流也比較小，此時，電流容易產生波動。這種波動導致的結果是在計算跨導時，在波動處的跨導會發生前一個跨導大於後一個跨導的情況，這樣在計算機處理時，就會認為此處的跨導已經達到最大值因而返回一個錯誤的跨導，從而引起對開啟電壓計算的錯誤。
[0026]針對上述問題，本發明對現有的跨導法測量Vt進行改進，將漏源電流處於小電流波動區間範圍內的一段通過一個濾值參考值進行過濾，使得只有當漏源電流值大於該參考值時，再進行跨導法計算開啟電壓。這樣一來，就避免了因漏源電流的波動引起的跨導返回異常值問題，從而提高了跨導法測量開啟電壓的準確性。
[0027]具體地，本發明的技術方案請參考圖3，圖3給出了本發明的柵極開啟電壓測量方法的步驟示意圖，如圖所示，本發明的柵極開啟電壓測量方法包括步驟:
[0028]Sll:提供待測MOS電晶體；
[0029]S12:對所述MOS電晶體的柵極施加掃描電壓，並測量該MOS電晶體的源漏極電流，繪製漏源電流-柵極電壓曲線；
[0030]S13:將測量得到的源漏電流與一參考值比較，如果該源漏電流大於所述參考值，執行步驟S14，如果該源漏電流小於所述參考值，返回步驟S12 ；
[0031]S14:利用跨導法，在所述漏源電流-柵極電壓曲線上測量並得到開啟電壓。
[0032]下面，將以【具體實施方式】對本發明的技術方案做詳細描述。
[0033]首先，執行步驟SI I，提供一個待測MOS電晶體，該待測MOS電晶體可以是設置在襯底上未經封裝的器件，也可以是已經封裝，由電極引腳對柵極、源極和漏極進行電信號的輸入和輸出的器件。對於MOS電晶體器件來說，由於不同的MOS器件在製作時，受到工藝和環境條件的影響，因此其費米能級、雜質濃度、柵氧厚度等參數都會不同。因此一般每個MOS管都會有自己的開啟電壓Vt值。對於使用端的客戶來說，知道MOS管的開啟電壓就能判定每個MOS管的工作性能，因此開啟電壓的測量顯得尤為重要。
[0034]在未封裝的MOS器件實施例中，該MOS器件位於一片晶圓襯底上。執行步驟S12時，需要將該晶圓置於測量機臺的測試平臺上。通過若干個測試探針，直接與MOS器件的源極/漏極、柵極和襯底進行電接觸。利用與柵極接觸的探針對柵極施加一掃描電壓Vg，該掃描電壓Vg比如是0.1V至IOV區間內變化的正弦波電壓、方波電壓或其它形式的周期性振蕩變化的電壓。將源極和襯底接地或者施加一個非零偏壓，並在漏極上施加一個大於源極處的電壓，使漏源之間有一個工作電壓。一般地，該工作電壓應該選用直流電壓供電。
[0035]當所述柵極以及源漏極之間都加上電壓後，源漏極之間產生源漏電源ID。通過測試探針測量對應柵極電壓下的源漏電流。通過選定一定步長下柵極電壓，得到一組對應的漏源電流，從而可以繪製出源漏電流-柵極電壓的變化曲線。上述的測量可以通過人工計量，即當柵極上施加的掃面電壓變化時，通過人工選定的點測量得到對應數量的漏源電流。也可以通過軟體對柵極電壓處於變化狀態下的自動計量，得到一組漏源電流的值，然後再通過軟體繪製出漏源電流-柵極電壓的變化曲線。
[0036]而在MOS電晶體處於封裝器件中的實施例中，則利用測試探針通過封裝器件的測試引腳對MOS電晶體施加相應的電壓和測量相應的電流。
[0037]對於上述方法中的測試裝置，一般選用具有電磁噪聲屏蔽能力的裝置。這樣當MOS電晶體進行測量時，所述測試裝置內部的MOS電晶體不會受到外界噪聲的影響。
[0038]開始繪製漏源電流-柵極電壓曲線時，則執行步驟S13。需要對漏源電流的大小進行判斷。實現該步驟的具體方案，可以通過軟體，編制一個用來比較的子程序模塊，通過設定一個用以衡量電流大小的參考值，對漏源電流-柵極電壓曲線中小於該參考值的電流，則不執行其它操作，即仍然執行步驟S12 ;而對漏源電流-柵極電壓曲線中大於該參考值的電流，則開始執行步驟S14，即開始對漏源電流求跨導，同時比較前後兩個跨導的大小，直到找到最大的跨導點。
[0039]這樣一來，對於小電流處的漏源電流，由於有上述步驟的存在，可以進行過濾，SP不用對這個範圍內的漏源電流進行跨導的計算和比較。從而使得跨導法的測量結果不受小電流波動的影響。[0040]對於該參考值的設定，需要視不同的MOS管器件而定。由於工藝條件的不同，製作出來的MOS管器件通常會存在不同的寄生器件，這些不同的寄生器件對小電流處的影響也不同。一般將該參考值設定在10nA-20nA之間，當參考值位於這個範圍內時，基本可以保證存在波動的小電流被濾除。當然該參考值也可以設置成更大的值，只要滿足在最大跨導點之下即可。
[0041]對於將該步驟S13設置成獨立的子程序模塊，可以將該子程序模塊添加到子程序庫中，這樣一來，所有調用程序都可以用到此功能，應用範圍廣。另外如果對於不同的MOS管器件需要修改該參考值的數值時，也可以直接在該子程序中修改即可，使得不同MOS管器件的測量調整過程簡單，效率高。
[0042]開始執行步驟S14時，漏源電流的大小已經被調校在大於參考值之上，因此對於該部分的漏源電流，可以使用跨導法進行開啟電壓Vt的測量。具體的跨導法包括如下步驟:
[0043]S4.1對漏源電流-柵極電壓曲線上以選定步長求跨導，並將前一個步長上的跨導值與後一個步長上的跨導值比較；
[0044]S4.2當步驟S4.1中的比較結果為前一個步長上的跨導值大於後一個步長上的跨導值時，將該前一個步長上的跨導值返回為最大跨導點；
[0045]S4.3以該最大跨導點對應的漏源電流-柵極電壓曲線上的點做切線，計算得到開啟電壓。
[0046]對於步驟S4.3中的計算,是通過公式:Vt=Vintercept-l/2Vd得到，公式中，Vt為開啟電壓，Vinterc印t為最大跨導點處漏源電流-柵極電壓曲線的切線，切線與柵極電壓的交點值，Vd為漏極電壓。
[0047]此時計算得到的最大跨導點，可以保證在電流變化率最大的位置處，如圖2中的圈線2所示。因此得到的開啟電壓Vt也可以保證為MOS管的實際開啟電壓。
[0048]綜上所述，本發明提出了一種柵極開啟電壓的測量方法，該測量方法通過在執行跨導法測量開啟電壓前，先利用一個比較子程序將小於參考值的漏源電流濾除。如此一來，杜絕了因小電流波動引起的跨導返回異常值問題，從而提高了跨導法測量開啟電壓的準確度。同時本發明的方法還具有應用範圍廣、調校簡單、執行效率高等特點。
[0049]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種柵極開啟電壓的測量方法，其特徵在於，該方法包括步驟: 1)提供待測MOS電晶體； 2)對所述MOS電晶體的柵極施加掃描電壓，並測量該MOS電晶體的源漏極電流，繪製漏源電流-柵極電壓曲線； 3)將測量得到的源漏電流與一參考值比較，如果該源漏電流大於所述參考值，執行步驟4)，如果該源漏電流小於所述參考值，返回步驟2)； 4)利用跨導法，在所述漏源電流-柵極電壓曲線上測量並得到開啟電壓。
2.如權利要求1所述的柵極開啟電壓的測量方法，其特徵在於:所述步驟2)中，測量漏源極電流之前，還包括對漏源極施加一工作電壓。
3.如權利要求1所述的柵極開啟電壓的測量方法，其特徵在於:所述步驟3)中的參考值為IOnA?20nA。
4.如權利要求1所述的柵極開啟電壓的測量方法，其特徵在於:所述步驟4)中的跨導法，包括步驟: 4.1)對漏源電流-柵極電壓曲線上以選定步長求跨導，並將前一個步長上的跨導值與後一個步長上的跨導值比較； 4.2)當步驟4.1)中的比較結果為前一個步長上的跨導值大於後一個步長上的跨導值時，將該前一個步長上的跨導值返回為最大跨導點；4.3)以該最大跨導點對應的漏源電流-柵極電壓曲線上的點做切線，計算得到開啟電壓。
5.如權利要求1所述的柵極開啟電壓的測量方法，其特徵在於:所述步驟2)中的對柵極施加掃描電壓是通過測試探針實現的。
【文檔編號】G01R31/26GK103792473SQ201210428501
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月31日 優先權日:2012年10月31日
【發明者】王明, 連曉謙 申請人:無錫華潤上華科技有限公司