专利名称：一种场效应晶体管阈值电压提取方法
技术领域：
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种场效应晶体管阈值电压提取方法，尤其是一种纳米鳍式场效晶体管(FinFET)场效应晶体管阈值电压提取方法。
背景技术：
随着集成电路技术迅速发展到纳米级，FinFET场效应晶体管以其优化的结构和强大的栅控能力成为极具希望的候选结构之一。而且随着集成电路的集成密度和复杂程度越来越高，要求电路设计精度高，周期短，成本低，设计差错尽量少。阈值电压Vth作为半导体器件的关键参数，对保证集成电路功能的设计成功具有决定性意义。阈值电压有过很多定义和提取方法，但是由于FinFET极薄的体区和极短的沟道长度，使得阈值电压受短沟效应 和超薄体的影响，导致提取结果对偏压的波动非常敏感，影响提取结果的准确性。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种场效应晶体管阈值电压提取方法，能大大降低或排除偏置条件和小尺寸效应的影响。本发明的技术问题这样解决构建一种场效应晶体管阈值电压提取方法，包括以下步骤101)选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-O. 5伏扫描到+1.5伏，测试出FinFET场效应晶体管的转移电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作；102)选择三点不同栅-源电压Vgs，将Vds从O伏扫描到+1.5伏，测试出FinFET场效应晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds ;将漏-源输出电流Ids对Vds求导，得到输出电导特性曲线Gout-Vds ;当Vds较小时，Gout与Vds呈线性关系；利用线性拟合，在线性区内得到Vgs = Vgsl条件下直线的截距Al和斜率BI,和Vgs = Vgs2条件下直线的截距A2和斜率B2，其中=Vgsl Φ Vgs2 ；103)利用公式III和公式VI计算FinFET场效应晶体管的阈值电压Vth， Y - η In ) V
V1h=，并画出vth_vds的关系曲线；其中
(Jn)ηΑ 和 ηΒ 是输出电导特性曲线Gout-Vds的线性区外推线的截距ΠΑ和输出电导特性曲线Gout-Vds的线性区外推线的斜率ηΒ;公式III 是
「 ^ — ^lrs,. ^diVgs2-Vlh) (Vgil-Vlh) nA 為 L I+θ{ν^ _ VJ (v^—4) ·
=~I公式VI是_ B1 JVC0^tnIL _\ + e{VgS2-VJ
「 WCuxlUtinIL _ 1 + UJ
ο按照本发明提供的提取方法，所述三点不同漏-源电压Vds分别是O. 1V、0. 3V和
0.5V。按照本发明提供的提取方法，所述三点不同栅-源电压Vgs分别是O. 5VUV和 1.5V。按照本发明提供的提取方法，所述场效应晶体管包括但不限制于是纳米FinFET场效应晶体管。本发明提供的场效应晶体管阈值电压提取方法，在FinFET场效应晶体管输出电流模型的基础上进行改进，利用输出电导特性外推准确地提取纳米FinFET场效应晶体管阈值电压。该方法准确度高，操作简单，受偏置条件和小尺寸效应影响�。视糜谔崛⌒〕叽缙骷绕涫视糜贔inFET场效应晶体管的阈值电压。
下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明图I为纳米FinFET场效应晶体管结构示意图；图2为不同栅-漏电压Vds下的转移电流特性曲线Ids-Vgs ；图3为不同栅-源电压Vgs下的输出电流特性曲线Ids-Vds和输出电导特性曲线Gout-Vds ；图4为输出电导外推法提取FinFET场效应晶体管的阈值电压与已报道的阈值电压提取方法得到的结果的比较。
具体实施例方式首先，说明本发明的出发点和理论基础201)根据器件物理得到FinFET场效应晶体管的线性区电流表达式(公式I)
T —机,>爲// (J, y Ka _ 砰(m-M) (Y γ Klx YI,ιΛ-^—(^-νΛ- )ν -φ观-K,- )ν ( ^ )所述公式I中，W，L和Cox分别表示有效沟道宽度，有效沟道长度，和栅氧化层电容。对于FinFET器件，沟道宽度为W = 2Hfin+Wfin (这里Hfin和Wfin分别是Fin结构的高度和宽度)。Vth是阈值电压，Vgs是栅-源电压，Vds是漏-源电压，μ eff是有效迁移率，μ O是低场迁移率，Θ是有效迁移率退化系数。202)根据对公式I两边求导，我们得到输出电导(公式II)
AT WC UG- = ,、
沿‘A L( II )画出输出电导Gout与Vds的关系曲线，截距和斜率分别为A =WCox μ O (Vgs-Vth)/L和B = WCox μ eff/L可以直接通过实验数据曲线提取。203)在不同的栅-源电压(Vgsl和Vgs2)下测量输出电流曲线，得到公式II中A和B的比例(A和B)，如公式III和IV所示。
Γ η πU1,)
权利要求
1.一种场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于，包括以下步骤 101)选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-0.5伏扫描到+1. 5伏，测试出FinFET场效应晶体管的转移电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作； 102)选择三点不同栅-源电压VgsJfVds从0伏扫描到+1. 5伏，测试出FinFET场效应晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds ;将漏-源输出电流Ids对Vds求导，得到输出电导特性曲线Gout-Vds ;当Vds较小时,Gout与Vds呈线性关系；利用线性拟合,在线性区内得到Vgs = Vgsl条件下直线的截距Al和斜率BI，和Vgs = Vgs2条件下直线的截距A2和斜率 B2，其中=Vgsl 幸 Vgs2 ； 103)利用公式III和公式VI计算FinFET场效应晶体管的阈值电压Vth，
2.根据权利要求I所述场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于，所述三点不同漏-源电压Vds分别是0. IV,0. 3V和0. 5V。
3.根据权利要求I所述场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于，所述三点不同栅-源电压Vgs分别是0. 5V、1V和1.5V。
4.根据权利要求1-3任一项所述场效应晶体管阈值电压提取方法，其特征在于，所述场效应晶体管是纳米FinFET场效应晶体管。
全文摘要
本发明涉及一种尤其适用于纳米FinFET场效应晶体管的阈值电压提取方法，包括选择三点不同漏-源电压Vds，将栅-源电压Vgs从-0.5伏扫描到+1.5伏，测试出场效应晶体管的转移电流特性曲线Ids-Vgs，确定器件正常工作；选择三点不同Vgs，将Vds从0伏扫描到+1.5伏，测试出场效应晶体管的输出电流特性曲线Ids-Vds；将漏-源输出电流Ids对Vds求导，得到输出电导特性曲线Gout-Vds，再在线性区内选二点获取对应直线的截距和斜率；提取场效应晶体管的阈值电压Vth，这种方法实现简单，在低Vds下对偏置波动不敏感，能抑制小尺寸器件引起的短沟效应和超薄体效应。
文档编号G01R31/30GK102707227SQ20121015393
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者何进, 张立宁, 陈文新, 马晨月 申请人:深港产学研基地
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
