半导体参数分析方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种半导体器件参数比例差值算符分析方法及其系统。先通过半导体参数测试仪器测量完整的半导体器件Ⅰ－Ⅴ输出特性，然后通过比例差值算符分析软件系统对上述Ⅰ－Ⅴ特性进行比例差值处理，得到相应的比例差值Ⅰ－Ⅴ函数特性和半导体参数。与传统的拟合法或外推法相比，提高了精度，缩短了测试程序，明显地提高了工效。可应用于半导体参数信息处理领域。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利所属
为半导体参数信息处理领域，主要涉及半导体器件参数的提取。关于金属一氧化物一半导体场效应晶体管的主要参数沟道载流子迁移率及阈值电压的主要现有检测技术(一).电流线性外推方法在漏极电压较小的情况下(≤100mv)，得到栅压与漏电流的线性关系，其直线外推之截距为阈值电压，而斜率为相关载流子迁移率。(见D.K.Schroder，“Semiconductor Material and Device characterization”，Wiley-Interscience，chap.4，New York，1990)(二)电流方根外推方法利用MOSFET的饱和特性，得到栅电压与电流平方根之线性关系，其直线外推之截距为饱和阈值电压，而斜率为相关迁移率。上述两种方法，实际上均不满足理想线性化要求，在栅电压高端由于迁移率的变化，而在栅电压低端由于亚阈区电流的存在，都会失去线性，因而只存在有限的线性段。在超大规模集成电路的器件尺寸不断变小的情况下，这种线性段变得越来越短，这为两个参数的确定带来不确定因素。本专利技术为弥补上述两种方法之不足，采用比例差值算符技术，对半导体I-V特性进行比例差值分析，得出比例差值特性和较准确的半导体参数。本专利技术的半导体参数分析方法，其步骤包括先通过半导体参数测试仪器测量完整的半导体器件I-V输出特性，包括器件的三极管工作区以及部分饱和或准饱和区得到的半导体器件的渐近或准渐近I-V特性。然后通过比例差值算符分析软件系统对上述I-V特性进行比例差值处理，得到相应的比例差值I-V函数特性和半导体参数。本专利技术的比例差值常数K值在1.01-10之间。本专利技术的半导体参数分析系统，包括半导体参数测试仪器，计算机，测试台，计算机与测试仪器接口卡，半导体参数分析软件系统，该软件系统对数据进行比例差值处理，包括用户接口模块；测试模块；分析模块；数据管理模块；数据显示/打印模块。本专利技术基本原理如下1.比例差值算符技术的基本思想将一种函数f(x)的比例差值定义为Δpf(x)＝f(kx)-f(x)(1)式中k为一个大于1的正数，称为比例差值常数，而Δp称为比例差值算符。2.渐近函数比例差值谱定理若一种函数f(x)，在区间(0，∞)是连续，可微的递增或递减的函数，并有f(o)＝A，f(∞)＝B，其中A与B为两个常数。那么，在区间(0，∞)必定存在一点(xp)，满足dΔPf(x)dx|x=xP=0--(2)]]>这个定理可由Rolle定理[2，3]证明。于是，渐近函数的Δpf(x)值，在(0，∞)区间存在极值，即Δpf(x)是一种谱函数。于是谱峰高度与f(x)的渐近值f(∞)有关，而xp与f(x)函数的特征参数有关，从而得到f(x)函数的两个重要参数，完成了f(x)函数的定量分析。比例差值与等值差值的差异及其在实施技术上的特点1.比例差值所取相邻两个自变量的比例为常数，而等值技术要求相邻的两个自变量之差为常数，并要求此常数小于某量，以取得突出变化量，压缩自变量的效果。而在比例差值技术中，则无此类强烈限制。2.比例差值技术中的自变量选择是自由的，即无定域限制，而在等值计算中，对自变量是有限制的，它为两个差值之间的平均值。以上的两个特点给比例差值计算在技术上带来诸多方便之处。本专利技术采用比例差值算符技术处理半导体器件特性，得到新的器件特性——比例差值特性，从而提取半导体器件参数。与传统的拟合法或外推法相比，提高了精度，缩短了测试程序，明显地提高了工效。 附图说明图1MOS晶体管典型漏极特性(a)、常规差值特性(b)及其比例差值特性(c)图2P-N结二极管的典型反向I-V特性、常规差值特性及比例差值特性图3半导体器件参数比例差值算符分析技术系统结构图4软件系统结构框5分析模块框6比例差值技术得出的MOS晶体管比例差值特性实施例1确定MOS晶体管参数的比例差值算符方法MOS晶体管的伏安特性可以表示为(见M.S.Sze，＂Physics of semiconductorDevices＂，2nd，Ed.Wiley-Interscience，New York，1981.Chap.8)I=ZLμnCi{(VG-2φB-VFB-VD2)VD-23γ[(VD+2φB)3/2-(2φB)3/2]}----(3)]]>式中，Z/L为晶体管之宽长比，Ci为SiO2电容。μn为电子迁移率，φB为半导体材料费米势，VFB为平带电压，γ为体效应因子。由(3)式可以看出，在VG给定的情况下，电流I首先随漏端电压VD线性增加(线性区)，然后，趋于饱和值(饱和区)。图1给出了MOS晶体管漏极特性(ID～VD)、常规差值(ΔID～VD)与比例差值特性(ΔPID～VD)示意图，点线表示漏电流达到最大时的漏端电压(VDsat)的轨迹。由图1可见，方程(3)可视为满足渐近近似的函数，故可以用差值谱函数定理求其比例差值为ΔPI=ZLμnCi{(VG-VFB-2φB)(K-1)VD-12(K2-1)VD2-23γ---(4)]]>[(KVD+2φB)3/2-(VD+2φB)3/2]}不难证明，当VD变到VDP时，ΔPI出现峰值，即∂ΔPI∂VD|VD=VDP=0--(5)]]>可求得 (K+1)VDP＝VDsat(6)另一方面VG-VDsat＝VTsat(7)以及VG-VFB-2φB=(K+1)VDP+γ(K+1)VDP+2φB---(8)]]>当VDP→0时，(8)式简化为VG(VDP=0)=VTO(φB)=VFB+2φB+γ2φB---(9)]]>于是，由(7)、(9)两式，最后可确定饱和阈值电压VTsat以及经典阈值电压VTO之值。迁移率可由下式得到μ=2ΔPI(VDP)(ZL)Ci(k2-1)VDP2-----(10)]]>式中，Z/L、Ci均为已知器件尺寸常数，一旦ΔPI(VDP)与VDP确定，μ也就由(10)式求出。由此可以(i)得到新的差值特性——比例差值特性，它与常规差值特性不同，它具有谱峰特性，这种特性可作为一种新的器件性能指标来判断器件的基本特性，峰值高表示器件μ大，跨导大；峰位大，表示阈值电压大。(ii)数据信息处理的简化仅由一次ID～VD常规测量，及其ΔPID～VD特性处理就可以得到结果，而无须象其它方法那样，改变工作模式，作小的VD限制。(iii)阈值电压与迁移率的分别测量栅电压(Vg)对迁移率的影响，不影响阈值电压的确定。(iv)此技术给出了一种确定饱和区电压VDsat的方法，特别是在有沟道调制，VDsat无法精确地确定的情况下，更是一个突出的长处。(v)消除了亚阈电流的影响。因为此方法是在器件特性接近理想状态下进行的，公式(4)能充分精确地描述其基本特性，与亚阈区电流无关。2确定P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体参数分析方法，其步骤包括 １）通过半导体参数测试仪器测量完整的半导体器件Ⅰ－Ⅴ输出特性； ２）通过比例差值算符分析软件系统对上述Ⅰ－Ⅴ特性进行比例差值处理，得到相应的比例差值Ⅰ－Ⅴ函数特性和半导体参数。

【技术特征摘要】
1.一种半导体参数分析方法，其步骤包括1)通过半导体参数测试仪器测量完整的半导体器件I-V输出特性；2)通过比例差值算符分析软件系统对上述I-V特性进行比例差值处理，得到相应的比例差值I-V函数特性和半导体参数。2.如权利要求1所述的半导体参数分析方法，其特征在于所述I-V输出特性即包括器件的三极管工作区以及部分饱和或准饱和区得到的半导体器件的渐近或准渐近I-V特性。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：许铭真，谭长华，何燕东，卫建林，解冰，刘晓卫，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]