MOS-C-V技术讲座演示稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,C-V technology,MOS C-V technology,顾 军,11-Nov-26,1,内容提纲,一,理想,MOS,结构,C-V,特性,二,实际,MOS,电容的,C-V,特性,三,高温准静态测可动电荷,四,由脉冲高频,C-V,确定,MOS,衬底中的 掺杂剖面,N-W,五,脉冲高频,C-t,法,六,热电子发射技术,七,C-V,技术的应用,2,一 理想,MOS,结构,C-V,特性,（一,）,理想高频,C-V,特性,1、,MOS,结构示意图和高频等效电路,2、,理论高频,C-V,曲线,（二）,理论低频,C-V,特性,1、,理论低频,C-V,曲线,2、,准静态甚低频,C-V,曲线,3,1、理想,MOS,结构和高频等效电路,SiO,2,V,（,a）MOS,结构,n-Si,M,Cox,Csc,（,b）MOS,结构等效电路,4,理论表达式,V=,Vox,+,s,（,3,）,5,图2、理论的,C-V,特性,6,理论高低频,C-V,曲线,7,理想,MOS C-V,特性,但,Csc=C,s0,=dQsc/ds 0,由（4）式可导出,C,s0,=q,2,0,s,N/(KT),1/2,（6）,从而得,MOS,电容的平带电容（,见,图2,）,C,FB,（N，tox）=C,s0,C,ox,/（C,s0,+C,ox,）（6）,8,一 理想,MOS C-V,特性（续）,2,V 0,时,V，s,硅表面能带下弯，见下图。,半导体表面电子电荷随表面势,s,指数增加。从（4）式得空间电荷电容为,可见，,Csc,也随表面势,s,指数增加。当,V,足够大时，,Si,表面强积累，,CscCox，,于是,C=Cmax=Cox/（1+Cox/Csc）=Cox （7）,强积累的电容不随偏压变化，等于氧化层电容。,见图2,，,V0,时的,C-V,曲线。,s,Ec,E,F,Ei,Ev,s0,时的能带示意图,9,一,理想,MOS C-V,特性（续）,Ev,Ei,E,F,Ec,s,s0,时的能带示意图,3 当,VCoxC,D,，,则,C,L,=Cox，,见,图2,准静态甚低频,c-v,曲线,在极慢的斜坡电压下，,MOS,电容的位移电流,i,C,为：,12,二 实际,MOS,电容的,C-V,曲线,由,MOS,电容的最大值确定介质膜厚度,由高频,MOS,电容的最小值确定硅衬底掺杂浓度,金属半导体功函数差的影响,有效氧化物电荷,Qox,对,CV,曲线的影响,Si,/SiO,2,界面陷阱对,CV,特性的影响,2,13,1 由,MOS,电容的最大值确定介质膜厚度,14,2 由高频,MOS,电容的最小值确定硅衬底掺杂浓度,Cmin/Cox,测试误差,串联电阻的影响(见,图3,）,表面反型沟道影响,半导体中少子寿命的影响,漏电影响,测试环境影响,1)由归一化最小电容,Cmin/Cox,确定,N,15,少子,寿命对,C-V,特性的影响,16,3,金属半导体功函数差的影响,17,氧化层中电荷示意图,18,4,有效氧化物电荷,Qox,对,CV,曲线的影响,图 6（,a）V0,时存在,Qox,的能带图 （,b）VV,FB,Qox/Cox,时的能带图,1）,有效氧化物电荷,Qox,对,CV,曲线的影响,Qox,一般为正，它对,Si,表面的影响相当于在栅上加了一正电压，使,Si,表面能带弯曲,s(,见图6(,a)。,为了抵消,Qox,对,Si,表面的影响，需在栅上加一负压,V,FB,使,Si,表面能带变平(见图6(,b)。,计入上述,ms,的影响，必须在栅上加一电压,V,FB,平带电压。,V,FB,=V,FB,V,FB,=-Qox/Cox +ms,Nss=Qox/q =Cox/q（ms-V,FB,）（21）,(a),(b),s,Ec,E,F,Ec,E,F,Ei,Ei,Ev,Ev,Qox,Qox,Q,M,=Qox,19,4,有效氧化物电荷,Qox,对,CV,曲线的影响,2）,SiO2,中的可动电荷,Qm（,如,Na+，k+,等）对,CV,曲线的影响,可动电荷主要分布在,SiO2,的外表面。在高温，正电场（即,BT）,作用下，移向,Si/SiO2,界面。这时所测得的,CV,曲线将向负电压方向平移，见图7。所得的,V,FB,对应,Qm。,Nm=Qm/q=(Cox/q)V,FB,（22）,图7,BT,试验前后的高频,C-V,曲线,20,5,Si,/SiO,2,界面陷阱对,CV,特性的影响,2,1）,对高频,CV,曲线的影响,2）,对低频,CV,曲线的影响,3）,表面势与栅压的关系,4）,界面陷阱在带隙中的能量分布,21,图8 界面陷阱引起高低频,C-V,曲线畸变,22,1),对高频,CV,曲线的影响,界面陷阱是,Si/SiO2,界面处，,Si,带隙中的一些能量状态或能级。在高频下，陷阱电荷不能响应测试信号，对电容无贡献。但它所带电荷与表面势即偏压有关，因而使高频,CV,曲线畸变（见,图8,）。,2),对低频,CV,曲线的影响,在低频或准静态条件下，界面陷阱能响应测试信号，此时,MOS,电容,的等效电路如下图所示,。,这时的,MOS,低频电容,C,L,可写成,1/,C,L,=1/Cox+1/(C,it,+Csc)（23）,23,按界面陷阱密度,Dit,定义，当表面势变化为,ds，,即能量变化为,dE=,qd,s,时，,dQit,可以写成：,dQit,=qDit ds,即,Dit=1/q(,dQit,/ds)=1/q Cit,（24）,将(23)代入（24）式得,Dit=1/qCoxC,L,/（CoxC,L,）Csc （25）,将（1）式即 1/,C=1/Cox1/Csc,代入上式得,Dit=1/qCoxC,L,/（CoxC,L,）CoxC/（CoxC）（25）,在耗尽区可以写成,Dit=1/q CoxC,L,/(Cox-C,L,),CoxC,H,/(Cox-C,H,)(25),24,3）,表面势与栅压的关系,下,图,。,25,求,s（V）,和的示意图,26,4）,界面陷阱在带隙中的能量分布,27,三,高温准静态测可动电荷,Na,+,离子电流峰,K,+,离子电流峰,i,c,C,L,V,2,V,1,V,图11 可动离子的峰值电流,i,28,四,由脉冲高频,C-V,确定,MOS,衬底中的掺杂剖面,N-W,29,四,由脉冲高频,C-V,确定,MOS,衬底中的掺杂剖面,N-W（,续）,图13,B,注入剖面,Npeak,:9.81E+15/cm3,Xpeak,:0.0574micron,Wdd,:1.27micron,Xmin,:0.0524,Xmax,:0.363,Nbk,:2.6E+15,Dose:1.0E+11,30,五,脉冲高频,C-t,法,1,理论及,Zerbst,图解法,5,在,P MOS,电容的栅电极上，加一个从负到正的单,阶,跃电压，见图14(,a),半导体,表面处于深耗尽。由于电子空穴对的产生。耗尽区变窄，反型层电子增加,MOS,电容随时间的变化如图14(,b),所示，空间电荷区电子产生率为,5,(43)式就是著名的,Zerbst,方程。作,d（1/C）,2,/,dt,(1,/C1/,Cf,),曲线见,图14（,c）,。,由曲线线性部分的斜率得,g；,由曲线在,d（1/C）,2,/,dt,轴上的截距得,S。,31,-,d(1/C,2,)/,dt,(1/,C-1/,C,f,),(a),(b),(c),+V,-V,C,0,t,Cox,Cf,Co,0,To,t,0,图14 （,a）,单阶跃脉冲 （,b）PMOS C-t,曲线 (,c),Zerbst,曲线,32,五,脉冲高频,C-t,法（续）,33,六,热电子发射,34,图15 自硅向,SiO,2,的隧道注入（,NFTEI）,示意图,Ec,Ev,M O p-Si,35,M,O p-Si,Ec,Ev,图16 自硅向,SiO,2,的雪崩注入（,AEI）,示意图,36,七,C-V,技术的应用,（一）,设备,（二）,监控测试,（四）,测试曲线举例,结束语,（三）,配合进行参数分析,37,设备的组成,1 计算机,2 7200电容仪,3,HP4140,4,打印机,38,CSM,系统的测试功能,Current-Voltage Measurements,Junction Measurements,Lifetime Measurements,MOS C-T Measurements,MOS C-V Measurements,MOS N-W Measurements,Oxide Integrity Measurements,Production MOS C-V Measurements,Quasi-Static and High Frequency MOS Measurements,TVS Measurements,39,二,监控测试,一般通过高频,C-V,测试确定氧化物有效电荷,Qox（,即所谓表面态,NssQox/q）；,并与温偏（,BT）,试验配合测定平带电压漂移,V,FB,以确定可动电荷密度,Nm；,用三角波（即高温下测离子电流）确定,Nm；,也测试,SiO2,的,i-v,特性。,40,三,利用,C-V,技术分析电路参数,。,由,PCM,或,CSM,系统测试电路中相关器件对应的,MOS,电容参数，如,tox,，N(w),Qox,Dit,g,并比较对应,IC,的,MOSFET,之参数，如,V,T,（,tox,，N，Qox，Not，Dit）;,g,m,(,tox,N,Dit);,DRAM,的刷新时间,t（g，Dit）；,（1）寻求合适工艺过程和,Si,材料以改进电路参数；,（2）当电路参数出现偏差时，如,V,T,变化，则可通过,C-V,技术，找出 影响,V,T,变化的主要因素。,41,四,测试曲线举例,1,42,四,测试曲线举例,2,43,四,测试曲线举例,3,44,四,测试曲线举例,4,45,四,测试曲线举例,a,46,四,测试曲线举例,b,47,四,测试曲线举例,c,48,四,测试曲线举例,d,49,四,测试曲线举例,e,50,四,测试曲线举例,f,51,四,测试曲线举例,g,52,四,测试曲线举例,h,53,四,测试曲线举例,i,54,END,55,