[发明专利]一种MOS电容三频率测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及MOS电容测量领域，尤其涉及一种基于五元素模型的针对超薄电介质薄膜的MOS电容的三频率测量方法。

背景技术

MOS电容的精确测量十分重要，特别是积累区电容。精确提取MOS结构真实的积累区电容，可以用来精确计算栅极电介质层的介电常数和厚度等参数。对于当前超薄电介质MOS电容，直接使用两元素并联模型或者串联模型来测量，往往出现很大频率色散和电容畸变(由于漏电出现滚边或上翻)。目前主流的MOS电容测量方法是采用三元素等效电路模型，考虑的寄生参数包含并联电阻(R_p)和串联电阻(R_s)。三元素模型由于没有考虑到界面层的寄生参数，在实际中往往不能精确测量这类超薄电介质薄膜的MOS电容。因此，基于四元素模型和五元素模型的测量技术也得到了研究。

五元素模型是在考虑并联电阻和串联电阻的基础上，把界面层电容和界面层电阻也作为寄生参数考虑。对于这样一个五元素模型，一种求解方法是利用多频率C-V数据，采用非线性拟合的方法。该方法有如下缺点：(1)非线性拟合经常出现不收敛的问题；(2)只能给出一个电压点的电容数据，不能给出所有电压点的电容数据；(3)需要太多个频率的C-V数据因而效率低。另一种求解方法是中国专利201610522936.X公开的《一种基于五元素模型的MOS电容的电容测量方法》，该专利提出了结合双频C-V数据和I-V数据的方法，其测量结果见图1。虽然该专利方法是有效的，但是该专利方法不仅需要测量C-V数据还需要测量I-V数据，因此在批量测量时就需要硬件和软件上频繁地切换C-V测量和I-V测量(硬件切换需要额外的切换装置)，导致测量效率较低。还有，大部分LCR测量仪器仅有C-V测量功能，没有I-V测量功能(或者该功能是可选的)。据查阅资料，针对当前超薄电介质层的MOS电容，缺乏一种只需要采集C-V数据(测量效率高)并且还是有效的MOS电容测量方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种无需切换C-V测量和I-V测量而且测量效率高的MOS电容三频率测量方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种MOS电容三频率测量方法，包括以下步骤：

A、建立MOS电容的五元素等效电路模型；

B、采用两元素并联模型对所述MOS电容在三个频率下进行C-V特性测量；

C、根据所述五元素等效电路模型以及上述C-V特性测量数据提取MOS电容的六个辅助特征方程；

根据两元素并联模型在三个不同测量频率下的C-V测量数据，比较五元素等效电路模型和该两元素并联模型的阻抗的实部与虚部，得到辅助特征方程为：

其中，C、R_p、C_i、R_i和R_s分别代表五元素模型的MOS电容、并联电阻、界面层电容、界面层电阻和串联电阻；ω₁＝2πf₁、ω₂＝2πf₂和ω₃＝2πf₃分别代表MOS测量的交流小信号的三个角频率，对应地f₁、f₂和f₃代表三个测量频率；C₁、C₂、C₃和R₁、R₂、R₃分别代表在三个频率下测量的两元素并联模型的并联电容和并联电阻；A₁、A₂、A₃和B₁、B₂、B₃是设定的中间参数，其数值由方程(1)-(6)中第二个等号定义；

D、根据辅助特征方程求解得到MOS电容的电容值。

进一步地，步骤A所述的MOS电容的五元素等效电路模型，包括MOS电容C、并联电阻R_p、界面层电容C_i、界面层电阻R_i和串联电阻R_s，其中MOS电容C和并联电阻R_p并联，且界面层电容C_i和界面层电阻R_i并联，这两个并联电路串联后再和串联电阻R_s串联。