[发明专利]MOS晶体管的栅极电压-1/f噪声曲线测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体测试技术，特别涉及一种MOS晶体管的栅极电压-1/f噪声曲线测量方法。

背景技术

在一个稳定工作的直流电路系统中，流经某一个节点的电流理论上是恒定的，不随时间的变化而变化。用电流-时间图来表示就是一条直线，如图1的虚线所示。但是，由于各种原因，实际测量的电流并不是恒定的，而是如图1中的实线所示，是一个围绕理论电流值上下波动的曲线。实际电流值就是理论值加上噪声电流，所述噪声电流可正可负。

类似的，流过金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(MOS晶体管)的电流也会产生噪声，其成分可以分为三类，分别是1/f噪声，散粒噪声和热噪声，其中在低频或直流时，MOS晶体管的噪声主要为1/f噪声。且随着MOS晶体管器件特征尺寸的缩小，1/f噪声会大大增加。1/f噪声主要是由于在MOS晶体管的栅极氧化层和沟道的交界面处存在很多的电荷陷阱，沟道中的载流子在流动的过程中，会不断地有载流子被陷阱俘获或脱离陷阱，造成漏极电流波动，在回路中产生噪声电流。通过测量在不同电压条件下的1/f噪声，可有效地检测出MOS晶体管的栅极氧化层和沟道的交界面处电荷缺陷的数量。因此，MOS晶体管的1/f噪声变化曲线作为一种有效的器件可靠性评价工具，在半导体器件的质量和可靠性评价中得到了广泛的应用。

在现有技术中，通常测量MOS晶体管的1/f噪声变化曲线的方法为使用低频频谱分析仪对MOS晶体管的1/f噪声进行测量。但这种测量方法测量过程需要专门的数据转换软件和参数提取软件，测量过程较为复杂，总的耗时过长。因此，亟需找到一种能快速有效的测量MOS晶体管的1/f噪声变化曲线的方法，从而便于评价器件可靠性。

更多关于器件噪声的测量方法和测量装置请参考公开号为US2006/0187109A1的美国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种MOS晶体管的栅极电压-1/f噪声曲线测量方法，可快速有效的测量出MOS晶体管在不同栅极电压条件下的1/f噪声，从而便于评价MOS晶体管的器件可靠性。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种MOS晶体管的栅极电压-1/f噪声曲线测量方法，包括：

提供待检测的MOS晶体管；

测量在指定栅极电压区间内的MOS晶体管栅极电压-漏极电流的变化曲线；

将所述栅极电压区间划分成至少2个分区间，比较分区间的漏极电流的变化趋势，在各个分区间内选取多个栅极电压值，且漏极电流的变化趋势大的分区间内选取的栅极电压值数量大于漏极电流的变化趋势小的分区间内选取的栅极电压值数量；

测量选取的栅极电压值对应的1/f噪声，根据获得的1/f噪声获得在对应栅极电压区间的栅极电压-1/f噪声曲线。

可选的，测量所述MOS晶体管的1/f噪声的具体方法包括：利用测试探针在MOS晶体管上施加源漏电压、栅极电压；测量MOS晶体管的漏极电流信号；分析所述漏极电流信号，获得所述MOS晶体管的1/f噪声。

可选的，所述源漏电压为直流电压。

可选的，还包括：利用所述栅极电压-1/f噪声的变化曲线判断MOS晶体管栅极氧化层和沟槽之间的电荷陷阱数量。

可选的，所述待检测的MOS晶体管的栅极电压-漏极电流的变化曲线通过测量若干个栅极电压条件下的漏极电流获得。

可选的，所述待检测的MOS晶体管的栅极电压-漏极电流的变化曲线通过使用器件模型进行模拟仿真计算获得。

可选的，在测试MOS晶体管的漏极电流和1/f噪声时，所述MOS晶体管的源极和衬底接地或加偏压。

可选的，所述待检测的MOS晶体管位于未封装的晶圆上。

可选的，所述待检测的MOS晶体管位于封装器件中。

可选的，测量所述MOS晶体管的1/f噪声采用的测试装置具备电磁噪声屏蔽能力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

在本发明实施例中，由于发明人发现不同栅极电压下漏极电流的变化趋势和不同栅极电压下1/f噪声的变化趋势大致相同，通过先获得指定栅极电压区间内的MOS晶体管栅极电压-漏极电流的变化曲线，来判断对应栅极电压区间内栅极电压-1/f噪声的变化趋势，并根据对应栅极电压区间栅极电压-1/f噪声的变化趋势选取能表现MOS晶体管的1/f噪声的变化趋势的几个栅极电压进行测量获得1/f噪声，并根据获得的1/f噪声获得在对应栅极电压区间的栅极电压-1/f噪声曲线。相对于现有1/f噪声测量技术减少了测试时间，且测试结果能够全面高精度地描述器件噪声性能。