半导体器件 C-V 特性测试方案

系统背景

交流 C-V 测试可以揭示材料的氧化层厚度，晶圆工艺的界面陷阱密度，掺杂浓度，掺杂分布以及载流子寿命等，通常使用交流C-V 测试方式来评估新工艺，材料， 器件以及电路的质量和可靠性等。比如在 MOS 结构中， C-V 测试可以方便的确定二氧化硅层厚度 dox、衬底掺杂浓度 N、氧化层中可动电荷面密度 Q1、和固定电荷面密度 Qfc 等参数。

C-V 测试要求测试设备满足宽频率范围的需求，同时连线简单，系统易于搭建，并具备系统补偿功能，以补偿系统寄生电容引入的误差。

进行 C-V 测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在 10KHz 到 10MHz 之间。所加载的直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

在 CV 特性测试方案中，同时集成了美国吉时利公司源表（SMU）和合作伙伴针对 CV 测试设计的专用精密 LCR 分析仪。源表 SMU 可以输出正负电压，电压输出分辨率高达 500nV。同时配备的多款 LCR 表和CT8001 直流偏置夹具，可以覆盖 100Hz~ 1MHz 频率和正负 200V 电压范围内的测试范围

方案特点

●包含C-V（电容- 电压），C-T（电容- 时间），C-F（电容 - 频率）等多项测试测试功能，C-V 测试最多同时支持测试四条不同频率下的曲线

●测试和计算过程由软件自动执行，能够显示数据和曲线，节省时间

●提供外置直流偏压盒，最高偏压支持到正负 200V， 频率范围 100Hz - 1MHz。

●支持使用吉时利 24XX/26XX 系列源表提供偏压

测试功能

●电压 - 电容扫描测试

●频率 - 电容扫描测试

●电容 - 时间扫描测试

●MOS 器件二氧化硅层厚度、衬底掺杂浓度等参数的计算

●原始数据图形化显示和保存

MOS 电容的 C-V 特性测试方案

系统结构

系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。LCR 表支持的测量频率范围在 0.1Hz~ 30MHz。源表(SMU) 负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒CT8001 加载在待测件上。

LCR 表测试交流阻抗的方式是在 HCUR 端输出交流电流，在 LCUR 端测试电流，同时在 HPOT 和 LPOT 端测量电压值。电压和电流通过锁相环路同步测量，可以精确地得到两者之间的幅度和相位信息，继而可以推算出交流阻抗参数。

                                  LCR 表与待测件连接图

                                     CV 特性曲线测试结果

典型方案配置

系统参数

下表中参数以 PCA1000 LCR 表和 2450 源表组成的C-V 测试系统为例：