多偏置下场效应晶体管栅源电容的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种多偏置下场效应晶体管栅源电容的测量方法，属于集成电路测量技术领域。所述测量方法是采用LCR表和一个电源进行测量，在场效应晶体管(FET)半导体器件的栅端口和漏端口加电压对器件的Cgs进行测量，采用LCR表内置电源提供Vgs端口电压的自动扫描，采用一个外接电源提供Vdg端口的电压，手动调节电压对Vdg端口进行扫描，最后通过公式Vds＝Vdg+Vgs来计算相对电压，获得多偏置点下栅源电容Cgs(Vgs，Vds)数值曲线。本发明专利技术易于实现，精度高，其测量方法能够描述界面态和表面态等界面特性，还能获得器件的基本物理参数；是FET半导体器件建模中必不可少的环节，进而描述器件的交流特性，完成非线性特性的仿真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路测量
，特别涉及一种多偏置下场效应晶体管栅源电 容的测量方法。
技术介绍
电容电压(CV)测试广泛应用于半导体制造过程中，其应用主要包括开发并集成 半导体新工艺；研究开发新材料与器件结构，如介质厚度、金半接触界面情况；金属化后的 工艺质量；器件可靠性；失效分析等。多偏置点下的测试，比传统意义上的二端口电容电压 测试可以更全面的分析器件性能，表征器件特性。对于GaN HEMT器件，可以利用电容电压特性对工艺过程中的特性进行监测。最重 要的是可以在工艺过程中分析界面特性，工艺步骤中会不可避免地引入一些杂质和缺陷， 将在钝化层和栅槽的界面及其他界面处引入不同类型电荷和陷阱的沾污，也就是说可能包 含有界面陷阱电荷、固定电荷、介质层陷阱电荷和可动离子电荷。此外，电容-电压特性还可以分析器件的性能，例如得到器件的开启电压、亚阈值 特性、器件漏电等信息，结合器件的其他测量手段还可以进一步了解器件的特性，所以电容 电压特性的测量是分析GaN HEMT器件的重要手段之一。多偏置点下的电容电压特性测量是GaN HEMT器件建模中必不可少的一个步骤，因 为器件的电容电压特性反映了器件的交流特性，也就是能够反映出器件的高频特性。电容 电压特性表征的是器件中的电荷随着偏压的变化关系，描述载流子随着叠加在上面的交流 信号的频率进行变化的趋势，只有得到了正确的电容电压曲线，才能够仿真出器件在高频 下的非线性特性。
技术实现思路
为了监测场效应晶体管FET器件的工艺过程和分析器件特性，同时为FET器件的 建模提供必要的电容电压特性，本专利技术提供了一种多偏置下场效应晶体管栅源电容的测量 方法。所述技术方案如下本专利技术的包括下列步骤步骤A 在被测场效应晶体管的栅端口与源端口之间加栅源电压Vgs ；在所述被测 场效应晶体管漏端口与地之间加电压Vdg ；测量所述被测场效应晶体管的栅源电容值Cgs ；步骤B 将所述被测场效应晶体管的栅端口与源端口之间的栅源电压Vgs与所述 被测场效应晶体管漏端口与地之间的电压Vdg相加，得到所述被测场效应晶体管漏端口与 源端口之间的相对电压Vds ；步骤C 绘制被测场效应晶体管栅源电容值Cgs相对于栅源电压Vgs和漏源电压 Vds的变化规律曲线Cgs (Vgs，Vds)。本专利技术的，在所述步骤A中，采用LCR表为被测场效应晶体管的栅端口与源端口提供栅源电压Vgs和测量所述被测场效应晶体 管的栅源电容值Cgs ；采用外加电源为被测场效应晶体管的漏端口与地之间提供电压。本专利技术的，所述步骤A中在被测场效 应晶体管栅端口与源端口之间加栅源电压Vgs的步骤具体为将所述LCR表的High端口 接被测场效应晶体管源端口，将所述LCR表的Low端口接被测场效应晶体管的栅端口，采用 正电压加载到被测场效应晶体管源端口。4、根据权利要求2所述的多偏置下场效应晶体管 栅源电容的测量方法，其特征在于，所述步骤A中在所述被测场效应晶体管漏端口与地之 间加电压Vdg的步骤具体为当加在被测场效应晶体管的栅端口与源端口之间的栅源电压 Vgs为负时，用所述外加电源的正端接被测场效应晶体管的漏端口，所述外加电源的负端接 地，所述外加电源为被测场效应晶体管的漏端口提供正电压；当加在被测场效应晶体管的 栅端口与源端口之间的栅源电压Vgs为正时，用所述外加的电源的负端接被测场效应晶体 管的漏端口，所述外加电源的正端接地，所述外加电源为被测场效应晶体管的漏端口提供 负电压。本专利技术的，所述步骤B中，利用所述 LCR表的内置电源提供被测场效应晶体管栅源电压Vgs的自动扫描；利用所述外加的电源 提供被测场效应晶体管漏端电压Vdg的手动扫描。本专利技术提供的技术方案的有益效果是利用本专利技术的多偏置下场效应晶体管栅源 电容的测量方法获得的Cgs (Vgs，Vds)测量数据，可以对器件制作过程中的主要工艺步骤 进行监测，并对改善工艺有很大作用。同时，还可以根据获得的Cgs测量数据进行器件性能 的分析，例如通过对比器件的直流特性，分析器件的开启电压、亚阈值及栅漏电等特性，更 重要的是是可以分析器件的界面态和表面态特性，帮助分析具体的物理机制和过程。另外， 本专利技术测量获得的Cgs数据，给FET器件的建模提供了必要的数据参考，进而可以对器件的 非线性特性进行仿真，对FET的工艺改善和物理特性研究及器件模型的建立都起到很大的 作用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的中当Vdg 为正值时的测量原理框图；图2是本专利技术实施例提供的中当Vdg 为负值时的测量原理框图；；图3是利用本专利技术提供的测量Vgs 从-5V IV，Vds从OV到27V取不连续点得到的Cgs (Vgs, Vds)特性曲线图；图4是利用本专利技术提供的测量Vgs 从-3. 5V -IV，Vds从OV到27V取不连续点得到的Cgs (Vgs, Vds)特性曲线图；图5是利用本专利技术提供的测量Vgs 从-5V 0V, Vds从OV到27V取不连续的点得到的Cgs (Vgs, Vds)特性曲线图；图6是利用本专利技术提供的测量Vgs 从-5V 0V, Vds从OV到27V取不连续的点得到的Cgs (Vgs, Vds)特性曲线图；图7是利用本专利技术提供的进行测量时得到的Cgs数据随着Vgs和Vdg变化的关系示意图；图8是根据图7测量得到的Cgs数据，经过相对电压的计算，得到的Cgs数据随着 Vgs和Vds的变化关系示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方 式作进一步地详细描述。本专利技术的测量采用LCR表1和一个外加电源2完成。LCR表具有High端口 5和 Low 端□ 4。测量时，首先将LCR表1的High端口 5接被测场效应晶体管3的源端口 7，采用 正电压加载到源端口 7，LCR表1的Low端口 4接FET的栅端口 6，这样就在场效应晶体管3 的栅极6和源极7之间加载了电压Vgs。当加在被测场效应晶体管3的栅端口 6与源端口 7之间加电压Vgs为负时，用所述 外加电源2的正端接被测场效应晶体管3的漏端口，所述外加电源2的负端接地，所述外加 电源2为被测场效应晶体管的漏端口 8提供正电压。如果要测量Vgs为正时的部分Cgs数 据，需要Vdg取负值来求得Vds的相应数据，所以此时需要给Vdg端口提供负压。用外加电 源2的负端口接被测场效应晶体管3的漏端口 8，正端口接地，即给被测场效应晶体管3的 漏端口 8提供负电压。这个测量是为了补全后面处理相对电压时Vgs为正时的部分数据。Vdg是被测场效应晶体管3漏端8相对于地的电压，不是相对于S端的电压，如果 要获得Vds，需要计算相对电压。利用LCR表1读取被测场效应晶体管3的栅源电容值Cgs。将LCR表1的内置电源提供Vgs端口电压的自动进行扫描，而外加的电源提供Vd 进行手动扫描，这样就可以重复上一步骤，并多次读取被测场效应晶体管3的栅源电容值 Cgs，从而获得了大部分多偏置点下的Cgs (Vgs，Vdg)数值曲线。由于测量的数值是被测场效应晶体管3的栅源电容Cgs相对于Vgs和Vdg的数据 Cgs (Vgs，Vdg)，所以需要通过公式Vds = Vdg+Vgs计算出相对电压，把测量数据转换为被测 场效应晶体管3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲颜，王亮，袁婷婷，欧阳思华，刘新宇，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：