電荷泵電流測試方法
2024-01-30 00:52:15
專利名稱：電荷泵電流測試方法
技術領域：
本發明涉及一種電流測試方法，尤其涉及一種電荷泵電流測試方法。
背景技術：
MOS管是由金屬(也是柵極)、柵氧化層以及半導體村底組成的，當柵極所 加的電壓大於其閾值電壓時，MOS管導通，柵氧化層和半導體襯底之間的界面 (隧道氧化層)有電流流過，並且平行於隧道氧化層。但是長期工作時，會產 生一定的界面缺陷，是由於原子之間的距離變化而引起的。由於這些原因是一 般的電學特性所測試不出來的，所以我們經常採用交流的方法來測量電荷泵的 電流來測量界面缺陷。
理想電荷泵的電流曲線的形狀是一種"鐘罩型"或者"峰型"，其曲線上的 最高點的電流(Icp)的絕對值和陷阱缺陷(It)成正比，即
I Icp I =F*S*It ( 1 )
其中I Icp I是電荷泵電流最大值的絕對值，即鐘罩型電荷泵電流曲線的頂 點；F是電荷泵電流形成時所用的頻率，S是器件的有效作用面積，It是陷阱缺 陷。所以只要測得電荷泵的最大電流即可得知該MOS管的陷阱缺陷，同時，該 電荷泵電流曲線上的其他點，也反映了其他的界面態信息，如漏極的界面陷阱 等，所以整個曲線對我們研究MOS器件都有著重要的幫助，因此需要獲得最接 近於理想狀態的電荷泵電流曲線。
傳統上我們多採用高頻減低頻的方法，來獲得電荷泵的電流曲線，即
WP(h) = ISUB(h)-ISUBW (2)
其中Icocp (h)表示的是在目標頻率h處的純電荷泵電流，Isub表示的是 襯底電流，h代表的是高於100KHZ的頻率，l表示的是低於100KHZ的頻率。
此時，當外界的幹擾信號(也稱噪聲， 一般是漏電流)不隨頻率變化時， 利用該方法測得的電荷泵電流波形是比較理想的，並沒有發生任何的失真，但 是隨著柵氧化層的不斷變薄，當柵氧化層的厚度在15埃(A)以下時，在柵極 加電壓，隧道氧化層內的電流會擊穿隧道，從襯底上留走，同時也會有電流通 過隧道流入隧道氧化層內，但這些電流所形成的噪音也不會隨著頻率的變化而 變化，此時，還能得到理想的電荷泵電流曲線。
但是氧化層的厚度在15A以下時，不但會發生電流擊穿隧道氧化層，而且 會產生次級效應(主要有柵極引起的)，在柵極加電壓時，金屬內的電荷會通過 氧化層向隧道中移動，形成電流，進而影響電荷泵的電流，產生噪聲。而此時 的噪音是隨著頻率的變化而變化的，如果再採用高頻減低頻的方法來獲得電荷 泵的電流曲線，則會產生比較大的失真。
如圖1所示，對NMOS管來說，當頻率變化時，其漏電流(也就是噪聲) 的變化並不劇烈，如圖1中曲線1所示，電荷泵電流曲線的上升沿和下降沿受 的影響最大，此時由於受噪聲的影響，上升沿和下降沿沒有按照曲線的趨勢下 降，而是有一定幅度的上升，但是噪聲的影響的曲線的最高點並沒有電荷泵電 流的最大值，所以還能應用該方法求得平均陷阱缺陷，但是電流的曲線已經完 全失真變形，其下降沿或者上升沿的部分已經失真變形，而此時漏極的界面陷 阱就不能測得，以及其他的器件界面態信息就無法從曲線上獲得。
對PMOS來說，當頻率變化時，其漏電流(也就是噪聲)的變化非常劇烈， 電荷泵的電流曲線則完全失真，噪聲曲線的最大值大於電荷泵電流的最大值， 我們在計算機內主要是取最大值來計算平均陷阱曲線，所以在此種情況下，就 不能獲得平均陷阱以及其他的器件界面態信息。
電荷泵電流曲線對我們來分析器件的界面態信息有著重要的作用，所以我 們要獲得完全沒有形變的電流曲線，而目前的MOS器件的柵氧化層越來越薄(小 於15A)，所受的噪聲影響越來越明顯，所以目前高頻減低頻的測試方法顯然不 能滿足我們的要求。
發明內容
為解決現有的電荷泵電流測試方法測得的電流曲線失真嚴重的缺點，提供 了 一種高頻減次高頻的電荷泵電流測試方法。 一種電荷泵電流測-試方法，包4舌，
(1) 、對NMOS管取一個大於或等於0.5MHz的頻率作為次高頻hp或對 PMOS管取一個大於或等於0.9MHz的頻率作為次高頻h2，並測得此時MOS管 的^"底電5充Isubl;
(2) 、取一個大於所述次高頻的頻率h十hi或h十h2作為高頻，並測得此時 MOS管的襯底電流Isub2;
(3 )、將所得的襯底電流Isub2減去襯底電流Isubl,即為在目標頻率h時 的電荷泵電 流;
(4)、隨著柵糹及的基準電壓Vbase的變化，電荷泵的電流曲線呈成鐘罩型 或峰形分布，電荷泵電流絕對值的最大值與目標頻率h成正比。
其中所述的NMOS管在測試時，其次高頻的取值範圍為大於或者等於 0.5MHz，所述的NMOS管在測試時，其次高頻為0.9MHz;所述的PMOS管在 測試時，其次高頻的取J直為大於或者等於0.9MHz。
其中所述的MOS管的柵氧化物的厚度在小於或者等於15A。
其中所述的NMOS管的目標頻率h與次高頻h,的差值小於或者等於 0.5MHz;所述的PMOS管的目標頻率h與次高頻h2的差值小於或者等於 0.2MHz;所述的PMOS管的目標頻率h與次高頻h2的差值小於O.lMHz。
本發明由於採用了高頻減次高頻的測試方法，並且對NMOS管來說，次高 頻大於或者等於0.5MHz,對PMOS來說次高頻大於或者等於0.9MHz，因此本 發明獲得的電荷泵電流曲線更接近於理想曲線，能得到器件的界面態信息。
圖1為MOS管漏電流隨頻率的變化而變化；
圖2為高頻減次高頻的測試方法下NMOS管電荷泵的電流曲線；
圖3為高頻減次高頻的測試方法下PMOS管電荷泵的電流曲線。
具體實施方式
本發明採用的是高頻減次高頻的測量方法，即 Wp(h)"suB(h + hJ-Wh》 (3)
其中IC0Cp (h)表示的是在高頻h處的電荷泵電流，h表示的是高頻，h!表
示的是次高頻；Isub (h+h,)表示的是高頻加次高頻時的襯底電流，Isub(h)代 表的是在次高頻h,處的襯底電流。
其中高頻比次高頻的頻率要大，次高頻在不同類型的MOS管中的數值是不 同的，下面結合具體事例來求得NMOS管和PMOS管的次高頻數值。
對N型場效應管來"i兌，如圖2所示，在高頻減次高頻的測試方法中，當高 頻恆為1MHz時，利用多個不同的次高頻值來獲得電荷泵電流曲線，當次高頻 為0.01MHz所得的電荷泵曲線101受的噪聲影響較大，此高頻為O.lMHz所得 的電荷泵曲線102受的噪聲也比較大，次高頻為0.5MHz所得的電荷泵電流曲線 103所受的噪聲影響比較小，可以獲得良好的電流曲線，次高頻為0.7MHz時， 電流曲線104受的噪聲最小，所以在N型場效應管來說，當次高頻的頻率大於 0.5MHz時，所得到電荷泵電流曲線最接近理想狀態，可以獲得各種理想參數。
對P型場效應管來說，如圖3所示，在高頻減次高頻的測試方法中，當次 高頻的頻率為O.OlMHz時，電荷泵電流曲線為205,鐘罩型電荷泵電流曲線完 全被漏電流淹沒，當次高頻的頻率為0.3MHz時，曲線如206所示，當次高頻的 頻率為0.7MHz時，曲線如204所示，當次高頻的頻率為0.8MHz時，曲線如203 所示，當次高頻的頻率為0.9MHz時，曲線如202所示，當次高頻的頻率為lMHz 時，曲線如201所示。通過曲線我們可以明顯地看出，當次高頻的頻率大於或 者等於0.9MHz時，電荷泵的電流強曲線接近於理想狀態，所受噪聲的幹擾可以 忽略不計，從曲線上我們可以得出各種曲線陷阱參數。
通過上述的試驗分析可知，獲得理想的電荷泵電流曲線，其具體方法為
(1) 對NMOS管取一個大於或等於0.5MHz的頻率作為次高頻hP或對 PMOS管取一個大於或等於0.9MHz的頻率作為次高頻h2,並測得此時MOS管 的衝十底電^fulsubl;
(2) 、取一個大於所述次高頻的頻率h十111或者11+h2作為高頻，並測得此 時時MOS管的襯底電流Isub2;
(3 )、將所得的襯底電流Isub2減去村底電流Isubl,即為在目標頻率h時 的電4肓泵電 流;
(4)、隨著柵極的基準電壓Vbase的變化，電荷泵的電流曲線呈成鐘罩型 或峰形分布，電荷泵電流絕對值的最大值與目標頻率h成正比。
其中所述的NMOS管的目標頻率h與次高頻h！的差值小於或者等於 0.5MHz;所述的PMOS管的目標頻率h與次高頻h2的差值小於或者等於 0.2MHz;當所述PMOS管的目標頻率h與次高頻h2的差值小於0.1MHz時，其 獲得的電荷泵電流曲線最理想。
其中高頻減低頻和高頻減次高頻測試方法有兩點主要的區別 一是漏電流 (噪聲)，在高頻減低頻的測試方法中，漏電流主要是在低頻(low)處採集到 的，而在高頻減次高頻的測試方法中，主要是在高頻(h+h!或者h+h2)處採集 到的；二是襯底電流，在高頻減低頻中，是在高頻(h)處獲得的，而在高頻減 次高頻的測試方法中，是在高頻(h+h,或者h+h2)的頻率處獲得的，而此時獲 得的電荷泵電流接近於理想的電荷泵電流，在高頻減次高頻的測量方法中，漏 電流就能完成被減掉，得到理想的電荷泵電流曲線。
在次高頻的頻率為lMHz以上時，所得的電荷泵電流曲線的上升和下降時 間均為20ns,並且振幅幅度是一致的。當氧化層的厚度小於15埃(A)時，場 效應管的柵氧化層的厚度為10um。
在得到的電荷泵電流曲線時，我們可以求得電荷泵的最大電流，以及在漏 極附近的電流，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
另外，在測量電荷泵電流Icp曲線時，對於4冊才及基準電壓Vbase相同的波動 範圍，當頻率越高時，測量使用的時間越短，因此用高頻測量漏電流的時間要 少於用低頻測量漏電流的時間，因此，本發明可以減少測量漏電流所佔用的時 間。
在本發明中，場效應管電荷泵的漏電流在測量過程中隨著頻率的增加而增 加，在高頻減次高頻的測量方法中，能更準確快速的測量到超薄柵極氧化物 CMOS器件的特性。
權利要求
1、一種電荷泵電流測試方法，其特徵在於，(1)、對NMOS管取一個大於或等於0.5MHz的頻率作為次高頻h1，或對PMOS管取一個大於或等於0.9MHz的頻率作為次高頻h2，並測得此時MOS管的襯底電流Isub1；(2)、取一個大於所述次高頻的頻率h+h1或h+h2作為高頻，並測得此時MOS管的襯底電流Isub2；(3)、將所得的襯底電流Isub2減去襯底電流Isub1，即為在目標頻率h時的電荷泵電流；(4)、隨著柵極的基準電壓Vbase的變化，電荷泵的電流曲線呈成鐘罩型或峰形分布，電荷泵電流絕對值的最大值與目標頻率h成正比。
2、 如權利要求1所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的NMOS管在 測試時，其次高頻的取值為大於或者等於0.5MHz。
3、 如權利要求1或2所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的NMOS 管在測試時，其次高頻為0.9MHz。
4、 如權利要求1所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的PMOS管在 測試時，其次高頻的iF又值為大於或者等於0.9MHz。
5、 如權利要求1所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的MOS管的 柵氧化物的厚度在小於或者等於15A。
6、 如權利要求1所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的NMOS管的 目標頻率h與次高頻^的差值小於或者等於0.5MHz。
7、 如權利要求1所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的PMOS管的 目標頻率h與次高頻h2的差值小於或者等於0.2MHz。
8、 如權利要求7所述的電荷泵電流測試方法，其特徵在於，所述的PMOS管的 目標頻率h與次高頻h的差值小於O.lMHz。
全文摘要
一種電荷泵電流測試方法，包括對NMOS管取一個大於或等於0.5MHz的頻率作為次高頻h1，或對PMOS管取一個大於或等於0.9MHz的頻率作為次高頻h2，並測得此時MOS管的襯底電流Isub1；取一個大於所述次高頻的頻率h+h1或h+h2作為高頻，並測得此時MOS管的襯底電流Isub2；將所得的襯底電流Isub2減去襯底電流Isub1，即為在目標頻率h時的電荷泵電流；隨著柵極的基準電壓Vbase的變化，電荷泵的電流曲線呈成鐘罩型或峰形分布，電荷泵電流絕對值的最大值與目標頻率h成正比。本發明能獲得較為理想的電荷泵電流曲線，進而得到準確的器件界面態信息。
文檔編號G01R31/26GK101183134SQ20071017226
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月13日 優先權日2007年12月13日
發明者葉景良, 廖寬仰, 戴明志 申請人:上海宏力半導體製造有限公司