[發明專利]一種MOS電容三頻率測量方法

在審

• 申請號: 201611106364.3
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN107037266A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 張希珍;陳寶玖;于濤
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及MOS電容測量領域，尤其涉及一種基于五元素模型的針對超薄電介質薄膜的MOS電容的三頻率測量方法。

背景技術

MOS電容的精確測量十分重要，特別是積累區電容。精確提取MOS結構真實的積累區電容，可以用來精確計算柵極電介質層的介電常數和厚度等參數。對于當前超薄電介質MOS電容，直接使用兩元素并聯模型或者串聯模型來測量，往往出現很大頻率色散和電容畸變(由于漏電出現滾邊或上翻)。目前主流的MOS電容測量方法是采用三元素等效電路模型，考慮的寄生參數包含并聯電阻(R_p)和串聯電阻(R_s)。三元素模型由于沒有考慮到界面層的寄生參數，在實際中往往不能精確測量這類超薄電介質薄膜的MOS電容。因此，基于四元素模型和五元素模型的測量技術也得到了研究。

五元素模型是在考慮并聯電阻和串聯電阻的基礎上，把界面層電容和界面層電阻也作為寄生參數考慮。對于這樣一個五元素模型，一種求解方法是利用多頻率C-V數據，采用非線性擬合的方法。該方法有如下缺點：(1)非線性擬合經常出現不收斂的問題；(2)只能給出一個電壓點的電容數據，不能給出所有電壓點的電容數據；(3)需要太多個頻率的C-V數據因而效率低。另一種求解方法是中國專利201610522936.X公開的《一種基于五元素模型的MOS電容的電容測量方法》，該專利提出了結合雙頻C-V數據和I-V數據的方法，其測量結果見圖1。雖然該專利方法是有效的，但是該專利方法不僅需要測量C-V數據還需要測量I-V數據，因此在批量測量時就需要硬件和軟件上頻繁地切換C-V測量和I-V測量(硬件切換需要額外的切換裝置)，導致測量效率較低。還有，大部分LCR測量儀器僅有C-V測量功能，沒有I-V測量功能(或者該功能是可選的)。據查閱資料，針對當前超薄電介質層的MOS電容，缺乏一種只需要采集C-V數據(測量效率高)并且還是有效的MOS電容測量方法。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種無需切換C-V測量和I-V測量而且測量效率高的MOS電容三頻率測量方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種MOS電容三頻率測量方法，包括以下步驟：

A、建立MOS電容的五元素等效電路模型；

B、采用兩元素并聯模型對所述MOS電容在三個頻率下進行C-V特性測量；

C、根據所述五元素等效電路模型以及上述C-V特性測量數據提取MOS電容的六個輔助特征方程；

根據兩元素并聯模型在三個不同測量頻率下的C-V測量數據，比較五元素等效電路模型和該兩元素并聯模型的阻抗的實部與虛部，得到輔助特征方程為：

其中，C、R_p、C_i、R_i和R_s分別代表五元素模型的MOS電容、并聯電阻、界面層電容、界面層電阻和串聯電阻；ω₁＝2πf₁、ω₂＝2πf₂和ω₃＝2πf₃分別代表MOS測量的交流小信號的三個角頻率，對應地f₁、f₂和f₃代表三個測量頻率；C₁、C₂、C₃和R₁、R₂、R₃分別代表在三個頻率下測量的兩元素并聯模型的并聯電容和并聯電阻；A₁、A₂、A₃和B₁、B₂、B₃是設定的中間參數，其數值由方程(1)-(6)中第二個等號定義；

D、根據輔助特征方程求解得到MOS電容的電容值。

進一步地，步驟A所述的MOS電容的五元素等效電路模型，包括MOS電容C、并聯電阻R_p、界面層電容C_i、界面層電阻R_i和串聯電阻R_s，其中MOS電容C和并聯電阻R_p并聯，且界面層電容C_i和界面層電阻R_i并聯，這兩個并聯電路串聯后再和串聯電阻R_s串聯。