[发明专利]MOS器件阈值电压波动性的测量电路及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种MOS器件阈值电压波动性的测量电路及测量方法。

背景技术

对于MOS器件而言，当Si和SiO₂界面电子浓度等于空穴浓度时，MOS器件处于临界导通的状态，此时器件的栅电压定义为阈值电压V_TH，它是MOSFET的重要参数之一。可以证明

VTH=ΦMS+2ΦF+QdepCox]]>

式中Φ_MS是多晶硅栅和硅衬底的功函数之差的电压值，Φ_F＝(kT/q)ln(N_sub/n_i)，k是波尔兹曼常数，T是温度值，n_i是本征电子浓度，q是电子电荷，N_sub是衬底的掺杂浓度，Q_dep是耗尽区的电荷，C_ox是单位面积的栅氧化层电容。

可见MOS管的阈值电压与许多因素有关，包括衬底的掺杂浓度、氧化层的厚度、构成栅的材料、以及氧化层和界面的陷阱密度。在MOS器件的制备过程中，需要精确控制以上各种变量，才能制造出有相同器件参数如阈值电压的MOSFET。

由于MOS器件制备工艺的分散性，使得所得到器件的特征参数具有一定的离散度，随着工艺技术的不断提高，制备工艺的特征尺寸不断缩小，这种因制备工艺引入的波动性逐渐增加，在可靠性研究领域引起越来越多的关注。例如器件制造过程中通常通过向沟道区注入杂质来调整阈值电压，而杂质的注入量无法控制完全相同，进入nm量级的氧化层厚度无法做到一模一样，氧化层和界面的陷阱密度更加难以精确控制。因此，不同批次或者同一硅片不同位置处的MOS器件的阈值电压将存在一定的偏差。目前，随着集成电路设计复杂度的提高，所包含MOS器件的数目也不断增加，MOS器件关键参数的波动性对于集成电路性能的影响越来越大，因此，测定MOS器件阈值电压的统计分布十分必要。

通常的办法是通过建立在I-V特性曲线测量上的恒定电流法、线性区法、跨导法等推算得到每个器件的阈值电压，再统计出MOS器件阈值电压的分布，这种方法需要对单个MOS器件的转移特性进行单独测量，并进行相应的参数提取，由于统计分布需要的测试器件的结构复杂度较高，因此需要耗费的时间也比较长。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何降低测试器件结构的复杂度，并减少测量所耗费的时间。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MOS器件阈值电压波动性的测量电路，所述测量电路包括：类型相同的待测MOS管和标准MOS管，所述待测MOS管和标准MOS管串联连接。

优选地，所述待测MOS管为PMOS管MP1时，所述标准MOS管为PMOS管MP2，所述PMOS管MP1的源端及衬底分别与电源电压VDD相连，所述PMOS管MP1的漏端与所述PMOS管MP2的源端及衬底分别相连、且将连接点作为输出端OUT，所述PMOS管MP2的栅端与漏端相连。

优选地，所述待测MOS管为NMOS管MN1时，所述标准MOS管为NMOS管MN2，所述NMOS管MN1的源端及衬底分别接地，所述NMOS管MN1的漏端与所述NMOS管MN2的源端及衬底分别相连、且将连接点作为输出端OUT，所述NMOS管MN2的漏端与栅端相连。

本发明还公开了一种基于所述的测量电路的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

S1：向所述待测MOS管和标准MOS管的栅端分别提供第一预设电压Vb1和第二预设电压Vb2，以使得所述待测MOS管和标准MOS管均工作在饱和区；

S2：计算所述待测MOS管相对于所述标准MOS管的阈值电压差；