MOSFET阈值电压的调整方法及测试

图２ Ｍ０Ｓ Ｓ Ｅ Ｍ 剖 面
扼
ｉ Ｉ ａ １ Ｉ ０ Ｉ
这个假设除了在漏 的附近不成立 以外 ， 在沟道的其他 区域 都是 成立的， 所以我们可 以使用这个假设来进行 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ的模 拟。在这 个假设下 ， 那么 Ｍ Ｏ Ｓ结构的电荷方程在 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ中可 以继续使用。 第 二个假设 ： 漏源 电压很小 ＜ Ｏ ． １ ｖ 沟道 电势可 以写为 ：
・
５ ０・
科技 论及测试
宁 莉 王 淼 （ 西安卫光科技有 限公 司， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ） 摘 要： 本 文通过论述 ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ的模型 ， 推 导阈值 电压计算公式 ， 得 出影响闽值 电压的诸 多因素 ， 其 中最大的影响 因素就是栅氧厚度 和衬底掺 杂浓度 。进而阐述阈值 电压调整的方法和 晶圆制造 中实际测试 阈值 电压的方法 关键词 ： ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ； 阈值 电压 ； 栅 电压 ； 漏电流 ； 跨导
区的注入实现 的， 即有 一 个 少 子 的 注 人 过 程 ， 所 以 他 是 一 个 非 平 衡
Ｚ
Ｐ 型衬底
Ｘ
的体系。对于少子而言 ， 他有一个 自己的准费米能级。 ———］■—一 第一个假设为缓变沟道假设（ Ｇ Ｃ Ａ） ， 他假定 ｙ 方 向上 的电场变 图１ ＭＯ８结 构 化远小 于 ｘ 方 向上的 电场变化 。他 的数学表达为
在 正常情况下 ，半导体表 面强反型时 的栅源 电压称为 ＭＯ Ｓ管 的阈值 电压 。Ｍ Ｏ Ｓ 结构图如图 １ 和图 ２ 所示 。
除了均 匀搀杂的假设 以外 ，我们 的讨 论 只限于长沟和宽 沟器 件， 所 以可以忽略由他们引起的边缘效应 。 此外需要注意的是 ， 由于 Ｍ Ｏ Ｓ结构的少 子来源是空间电荷区的电子空穴对的产 生 ， 所以形成 的是一个平衡体系 。而对 于 Ｍ Ｏ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ而言 ， 由于他的少子是通过源
，
ｙ ： ０ （ 源蝴
１ ＋ ： Ｌ 漏 端
图 ３
其 中他 的定义为硅表面少子 的准 费米能级 和体 区多子 的费米 。ｂ ． 衬底搀杂浓度。衬底浓度越 高， 表面势越 大 ， 能级之间的电势差， 可 以了解 到 ， 与Ｍ Ｏ Ｓ 结构不 同的是 ， 表面势的弯 道 的调控能力越弱１ 越不容易被反型 ） 。ｃ ． 平带电压。ｄ ． 温度 ， 他 主要影 响 曲不再单单是 ， 而变成 了 矿 ＋ （ ） 在漏源 电压很小 的假设下 ， 我 阈值 电压越大（ 温度越高 ， 阈值 电压越低（ 温度升 高时 ， 衬底半导体有 向本征 们可以近似认为 ） 兰 ， 可 以将栅电压分解为 ： ＋ （ ， ） 一 ， ， 项， 半导体过渡 的趋势 ， 意味着容易被反型） 。 ｅ ． 衬偏 电压 。 衬偏越大 ， 阈 做一个简 化 ， 其中， 我们可 以用 ＋ 代替 （ ｙ ） ， 而 ＝ ＋ ， 值电压越大 （ 加大 了空 间电荷 区的宽度 ， 导致栅 极上需要 加更多 的 并且 Ｑ 在 ｙ 方 向上是均匀 的 ， 所以可以得到 ＝ ＋ 一 Ｓ － 这个式 电压来平衡 ） 。其 中影 响阈值 电压最大 的因素就是栅氧厚度和衬底 但此两个参量在很大程度上可 以由其他设计约束事先确 子就和 Ｍ Ｏ Ｓ 结构 的非 常接 近了 ， 我们也可 以参照 Ｍ Ｏ Ｓ 结构的形式 掺杂浓度 ， 导致 阈值 电压 正漂移 ） 或磷 将其分为积累、 耗尽 、 反型三个 区域。其中在反型区 ， 表面势几乎被 定 。可 以通过在半 导体 表面处注入硼 （ 阈值电压负漂移 ） 离子 ， 精 确控制杂质注入 的能量 和剂量 ， 以调整 锁定 ， 通常把发生锁定 时的条件称为 阈值条件 。他对应 了器件进入 （ 半导体表面杂质浓度 ， 从 而达到调整 阈值电压的 目的。 强反型的情况。 实际工作 中阈值 电压的测试 通过专用 电参数测试系统实 现。其 中探针台的探针扎在 晶圆的测试图形引出端 ， 调用半导体器件测试 分析仪的程序进行测试 。一般测试 阈值 电压方法有两种 ： ａ ． 电流法 。 考 虑衬 偏 效 应 的时 候 ： 为了确保批量 出货时 的测试效率 ， 自动机 台一般采用 的方法是恒定 电流法。 测试 时将源端和衬底端同时接地 ， 在漏上固定一个小 电压 ， 扫描栅上 电压 ， 找 到漏 电流 为 ０ ． １ ｕ Ａ （ ｗ／Ｌ ） 时的栅极 电压 ， 即为 阈值 电压 ，其 中 Ｗ／ Ｌ为器 件 有 效 沟道 的宽 长 比。ｂ ．最 大 跨 导 强 反 型 发生 的条 件 为 ： Ｍ ａ ｘ — Ｇ ｍ） 法。 简单 的来说就是在栅上加 电压使硅表面反型 ， 然后在 （ １ ） 经典 强反型判据 ： 当表面反型层 的少子浓度 等于体 区的多 （ 漏上加一定电压 ， 使源漏之间有 电流通过 。我们通 常在 工艺研发及 子浓度时 ， 强反型发生 批量生产中的产 品异 常的分析 ， 就用最大跨导 法分 析器 件。测试 时 丸： 丸＝ ２ ： ＝ ２ ＝ｌ ｎ （ ） ｑ Ｖ ｌ 将源端和衬底端都接地 ， 在漏上 固定一个 小电压 ， 扫描栅上 电压 ， 找 栅 电压的变化对应漏源 电流的变化 ） 点。 沿最大跨导点 （ ２ ） 修正 的强反型判据 ： 由于在表面势发生锁定时 ， 通常是稍微 到最大跨导（ 做漏 电流 曲线的切线 ， 切线 与栅 电压 的交点 为 Ｖ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｃ ｅ ｐ ｔ ，Ｖ ｔ ｈ ＝ Ｖ ｉ ｎ — 大于 ＝２ ，＋６ ｔ ｅ ｒ ｃ ｅ ｐ ｔ —ｉ １ Ｖｄ 如图 ３所示。