專利名稱：驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移 區(qū)電阻的方法。
背景技術(shù)：
非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管是一種最常用的高壓場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，它的漏端位 置有大面積的輕摻雜區(qū)域(稱作漂移區(qū))且能夠形成大阻值的漂移區(qū)電阻， 而源端結(jié)構(gòu)又同普通場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)相同，因此這種結(jié)構(gòu)稱作非對(duì)稱高壓場(chǎng) 效應(yīng)管。非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻值反映了高壓場(chǎng)效應(yīng)管的擊穿電 壓，輸出阻抗以及電路的靈敏度。在線測(cè)試非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電 阻最常用的方法為用非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管宏模型提取漂移區(qū)電阻，根據(jù)直 流測(cè)得的源漏電流數(shù)據(jù)曲線，通過調(diào)整模型中相關(guān)電阻參數(shù)，用模型仿真 的曲線同直流實(shí)測(cè)的源漏電流數(shù)據(jù)曲線相擬合，來提取相關(guān)的模型參數(shù)， 從而提取出漂移區(qū)電阻。因?yàn)榉菍?duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的漂移區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)
雜，通過直流M0S模型推算其電阻值無法得到物理上的驗(yàn)證，無法知道 提取的電阻值是否合理，缺乏合理性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移 區(qū)電阻的方法，采用該方法，能獲得更符合物理意義的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng) 管漂移區(qū)電阻,從而可驗(yàn)證在線提取的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的合理性。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻 的方法，包括以下步驟
(1) 將非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管中的源、漏端注入雜質(zhì)替換成和漂移區(qū) 同極性的注入雜質(zhì)，形成一個(gè)寄生雙極型晶體管，然后源端用金屬線引出 作為寄生雙極型晶體管的發(fā)射極，漏端用金屬線引出作為寄生雙極型晶體 管的集電極，漂移區(qū)用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的基極；
(2) 通過在寄生雙極型晶體管的發(fā)射極和基極施加從低頻到高頻的 掃描信號(hào)，來測(cè)試從低頻到高頻的從基極到發(fā)射極串連阻抗的變化；
(3) 根據(jù)從低頻掃描到高頻所測(cè)得的阻抗變化曲線，通過圓的解析 公式來描繪阻抗曲線，根據(jù)公式外推頻率達(dá)到無窮大以后的阻抗變化，再 利用雙極型模型公式推算出漂移區(qū)電阻值；
(4) 將在線測(cè)量取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻同上述方法 取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻比對(duì)，驗(yàn)證在線測(cè)量取得的非對(duì)稱 高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的合理性。
本發(fā)明通過直流和RF (射頻)測(cè)試相結(jié)合的測(cè)試方法，通過加高頻 信號(hào)后所測(cè)得的S11數(shù)據(jù)，利用高頻BJT (雙極型晶體管)模型公式來推 算出非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻值，以此來驗(yàn)證通過直流等方法在線 測(cè)試提取的管漂移區(qū)電阻值是否正確。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1是LDM0S剖面示意圖；壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方法為測(cè)試 漂移區(qū)電阻而改進(jìn)結(jié)構(gòu)的一實(shí)施方式示意圖； 圖3是寄生BJT的一 AC等效電路圖4是寄生BJT當(dāng)BE兩端的電源頻率加到無窮大的等效電路圖； 圖5是S11 smith圓圖； 圖6是BJT的基區(qū)電阻示意圖7是考慮外部偏置電壓變化時(shí)的Sll阻抗曲線；
圖8是Rbb+Re隨著lb的變化趨勢(shì)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方法的一實(shí)施方式
包括以下步驟
1、改進(jìn)非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的工藝結(jié)構(gòu)。
為了測(cè)試普通非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻以及其寄生雙極型晶 體管的特性數(shù)據(jù),對(duì)普通非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將原非對(duì)稱 高壓場(chǎng)效應(yīng)管中的源端、漏端注入雜質(zhì)替換成和漂移區(qū)同極性的注入雜質(zhì)， 形成一個(gè)寄生雙極型晶體管，然后源端用金屬線引出作為寄生雙極型晶體 管的發(fā)射極，漏端用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的集電極，漂移區(qū) 用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的基極。
一普通非對(duì)稱PMOS高壓場(chǎng)效應(yīng)管縱向圖如圖1所示，從寄生雙極型 晶體管(BJT)為考慮出發(fā)點(diǎn)，先在原先的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試結(jié) 構(gòu)上作一些改進(jìn)。如圖2所示，將源端、漏端移走，將原先的N+注入改 為P+注入，然后用金屬線引出。該經(jīng)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)從原先源端高濃度P摻雜到P阱到N阱和N外延，再到原先漏端P+，就正好是一個(gè)寄生的橫 向PNP晶體管，源端作為寄生雙極型晶體管的發(fā)射極、漏端作為寄生雙極 型晶體管的集電極，從漂移區(qū)用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管(BJT) 的基極。而通過雙極型晶體管的直流測(cè)試方法，很容易能夠提取出發(fā)射區(qū) (即原先源端)的P阱電阻。
2、 通過網(wǎng)絡(luò)分析儀的雙端口在上述寄生雙極型晶體管的發(fā)射極和基 極施加從低頻到高頻的掃描信號(hào)，同時(shí)在發(fā)射極偏置正向固定電壓，來測(cè) 試從低頻到高頻的從基極到發(fā)射極串連阻抗的變化，測(cè)得的阻抗變化曲 線。
在網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口 1連接附圖2中BJT的基極(B， base)端，P0RT2 端口連接BJT的發(fā)射極(E)，同時(shí)基極和集電極接地，BJT的發(fā)射極(E) 端加入一個(gè)固定的正向電壓。BJT的AC等效電路圖3，當(dāng)BE兩端的電源 頻率加到無窮大以后，等效電路圖中的Cbe電容可以近似視為短路，如圖 4所示。為了估算基區(qū)電阻Rbb (即漂移區(qū)電阻)，必須測(cè)量S11數(shù)據(jù)，可 以在smith(史密斯)圓圖上顯示出來(Smith圓圖是一個(gè)圖形化的匹配電 路設(shè)計(jì)和分析工具，在微波電路設(shè)計(jì)過程中會(huì)經(jīng)常用到。smith圓圖是反 射系數(shù)(伽馬)的極座標(biāo)圖，反射系數(shù)也可以從數(shù)學(xué)上定義為單端口散射參 數(shù)，即Sll)，如圖5所示。
3、 根據(jù)從低頻掃描到高頻所測(cè)得的Sll阻抗變化曲線，通過圓的解 析公式來描繪阻抗曲線，根據(jù)公式外推頻率達(dá)到無窮大以后的阻抗變化， 再利用雙極型晶體管模型公式，例如Guramel-Poon模型(一種專門描述雙 極型晶體管的工業(yè)模型)公式，推算出漂移區(qū)電阻值。
由Sll公式S11=(R-50)/(R+50)，首先假設(shè)基區(qū)加上一固定電壓，
6在低頻的條件下網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口 1輸入電阻應(yīng)該等于Rbb+l/gbe+Re (l+Beta)，(如圖3所示，Rbb為基區(qū)電阻，Re為發(fā)射極電阻)隨著頻率 的增高，基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)電容Cbe將越來越接近短路，當(dāng)頻率達(dá)到 無窮大的時(shí)候，基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)電容Cbe相當(dāng)于電阻為0的導(dǎo)線， 電阻應(yīng)該等于Rbb+Re 。從頻率從0到無窮大的阻抗變化過程可以參考圖5 。 因?yàn)镽e可以從直流測(cè)試數(shù)據(jù)中提取出來，可作為己知常量，通過測(cè)試Sll 得到頻率無窮大時(shí)的電阻值R，由R-Re來算出Rbb電阻值。
因?yàn)橹翱紤]Rbb是固定不變的，但實(shí)際上漂移區(qū)的電阻要更加復(fù) 雜，當(dāng)漂移區(qū)電阻流過的時(shí)候，由于電流集聚效應(yīng)，基極電流Ib電流越 大，集電極電流Ic靠近內(nèi)部基區(qū)接觸的電流流過的區(qū)域也越大，這就意 味著基區(qū)電阻將隨著外部偏置電壓的變化而變化。當(dāng)外部偏置電壓變大 時(shí)，所測(cè)到的電阻就變小，所以實(shí)際的測(cè)量結(jié)果將會(huì)如圖7所示。為了將 漂移區(qū)電阻從中分離出來，必須將低頻到高頻所測(cè)得的Sll曲線從無窮大 頻率外推，外推到X軸的交點(diǎn)就是Rbb+Re。而Rbb+Re是隨著Ib的變化 而變化的，具體變化趨勢(shì)如圖8，具體Ib的數(shù)值可以參考LDMOS正常工 作時(shí)經(jīng)過漂移區(qū)的電流值來定。
也可以通過測(cè)試獲得圖7后，用ICCAP(安捷倫公司提供的建模軟件)
提取Rbb值。提取的方法為，首先獲得圖7中低頻可測(cè)量的區(qū)域，用圓的
解析公式來擬合從低頻到高頻所測(cè)到的曲線。
公式為(x-x。)2+y2=r2 ，可以將公式轉(zhuǎn)換為
ylin二b+mxlin， 其中x2+y2=ylin， r2-x02=b， 2x。二m， x二xlin; 根據(jù)公式轉(zhuǎn)換，將圓的解析公式轉(zhuǎn)化為線性公式。通過斜率m可以得到x。，通過線性公式在y軸的截距，算出r=(b+x。2)°5
最終圓同X軸左邊的交點(diǎn)就由可以根據(jù)公式Rbb+Re二 x。-r求出，從 而算出基區(qū)電阻Rbb。
由雙極型晶體管模型公式
Rbb二RBM+3(RB-RBM) ta (z)—:，、
其中IRB是固定常數(shù)，代表基區(qū)電阻下降到最大值的1/2時(shí)的Ib， BJT的基區(qū)電阻如圖6所示，RBM為靠近基區(qū)表面的電阻值，RB為內(nèi)部基 區(qū)電阻值。
將lb = 0代入上述方程得Rbb=RB+3 (RB-RBM) /3 (頻率=無窮大) 將Ib二IRB代入上述方程得Rbb=RBM+ (RB-RBM) * 0.51 (頻率二 無窮大)
將上面兩個(gè)方程聯(lián)立，可以計(jì)算出RBM的值，由于場(chǎng)效應(yīng)管是多子導(dǎo) 電器件，絕大部門電流應(yīng)該流過靠近器件表面的區(qū)域，因此，電阻值應(yīng)該 更加接近于RBM的值。
4、將在線測(cè)量取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻同上述方法取 得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻比對(duì)，驗(yàn)證在線測(cè)量取得的非對(duì)稱高 壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的合理性。
最后根據(jù)LDM0S宏模型中電阻的定義，進(jìn)行單位歸一化，即漂移區(qū)電 阻參數(shù)，將其同原先直流提取的電阻參數(shù)比對(duì)，進(jìn)行驗(yàn)證。從非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的縱向圖來看，把原先的結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，將源端、漏端移走，將原先的N+注入改為P+注入。該經(jīng)后的結(jié)構(gòu)從體端高濃
度P摻雜到P阱到N阱和N外延，再到原先漏端P+，就正好是一個(gè)寄生的橫向PNP晶體管。而通過雙極型晶體管的直流測(cè)試方法，很容易能夠提取出發(fā)射區(qū)(即源端的P阱電阻)。在源端加正向固定電壓偏置，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)分析儀在漂移區(qū)(基極)和源端加從低頻到高頻的掃描信號(hào)，在掃描得到的曲線上通過數(shù)學(xué)解析公式(x-x。)2+ y2= r2推算出頻率無窮大時(shí)從源端到漂移區(qū)(基極)的串連電阻，因?yàn)轭l率無窮大以后N阱和P阱的結(jié)電容可視為短路，P阱電阻事先已經(jīng)得到，因此電阻分壓定理可以算出漂移區(qū)電阻值。
上述實(shí)施方式給出的是一 PM0S非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的實(shí)施例，基于相同的方法，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PMOS非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的驗(yàn)證。
在改進(jìn)的高壓場(chǎng)效應(yīng)管測(cè)試結(jié)構(gòu)上用高頻測(cè)試方法最后得到的電阻值和原先直流方法獲得的電阻值同工藝模擬軟件的計(jì)算后的結(jié)果相比，用新的方法取得的電阻值和工藝模擬計(jì)算出的結(jié)果更加匹配，因此用本發(fā)明的方法獲得的結(jié)果更加符合物理意義。
權(quán)利要求
1、一種驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管中的源、漏端注入雜質(zhì)替換成和漂移區(qū)同極性的注入雜質(zhì)，形成一個(gè)寄生雙極型晶體管，然后源端用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的發(fā)射極，漏端用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的集電極，漂移區(qū)用金屬線引出作為寄生雙極型晶體管的基極；(2)通過在寄生雙極型晶體管的發(fā)射極和基極施加從低頻到高頻的掃描信號(hào)，來測(cè)試從低頻到高頻的從基極到發(fā)射極串連阻抗的變化；(3)根據(jù)從低頻掃描到高頻所測(cè)得的阻抗變化曲線，通過圓的解析公式來描繪阻抗曲線，根據(jù)公式外推頻率達(dá)到無窮大以后的阻抗變化，再利用雙極型模型公式推算出漂移區(qū)電阻值；(4)將在線測(cè)量取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻同上述方法取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻比對(duì)，驗(yàn)證在線測(cè)量取得的非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的合理性。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方 法，其特征在于，非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS，在發(fā)射極偏置正向固定 電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種驗(yàn)證非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管漂移區(qū)電阻的方法，通過對(duì)非對(duì)稱高壓場(chǎng)效應(yīng)管的縱向結(jié)構(gòu)改進(jìn)，形成一寄生雙極型晶體管，根據(jù)寄生三極管特性，采用高頻精確測(cè)試基區(qū)電阻的方法，通過源端和漂移區(qū)兩端加高頻率信號(hào)，根據(jù)所測(cè)到的S11數(shù)據(jù)用雙極型晶體管的模型公式來推算出漂移區(qū)的電阻值，從而驗(yàn)證直流測(cè)試和高壓場(chǎng)效應(yīng)管模型提取的電阻值是否正確。
文檔編號(hào)H01L21/66GK101459093SQ20071009441
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者王正楠 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司