PCM 항목 중 Threshold voltage 측정 방법

PCM 항목의 정의

반도체 공정을 진행한 Wafer에 형성되는 각종 소자(Tr., 저항, 다이오드, Capacitor등)의 전기적 특성을 측정하여 공정 진행 상태를 판단 할 수 있는DC Parameter를 추출하는 과정을 PCM(Process Controlled Monitor) Parameter 측정이라고 한다. 이를 위해서는 Wafer에서 구현되는 회로를 대변하는 각종  소자들의 적절한 전기적 특성을 추출하기 위한 Test Pattern들을 제작한다. 이번 장에서는 이러한 PCM 측정을 위한 각종 소자들의 Test Pattern 형태 및 측정 Parameter들의 정의와 측정방법에 대하여 정리하였다.  

 

 Test Pattern (MOSFET)의 구조

아래의 그림은 단면도(a)와 Layout(b)이다. Transistor의 측정에 사용되는 단자는 Gate,Drain,Sub의 3개이며 Source는 특별한 경우를 제외하고는Ground로 놓는다. 

이 3개의 단자가 Variable1, Variable2, Constant를 구성하며 각각의 측정 Item에 대해 해당 항목에 사용되는 변수가 다르다. 여기에서Variable1은 측정조건을 Sweep하는 것을 의미하며 측정Graph의 X축에 해당한다. 그리고 Variable2는 특정한  몇개의 값을 가지며, Constant는 일정한1개의 값을 가진다. 그림 7-2은 Tr.의 Ids-Vds 특성곡선으로, Vd는 Variable1이며 Vg는 Variable2이며 Vb는 Constant이다. 

Threshold Voltage 측정 방법(Vtext)

MOSFET의 Channel이 형성되는 Gate 전압 VGS, 즉 Silicon 표면의 Minority Carrier Density가 Bulk의 Carrier Density와 같아지는Strong Inversion이 일어나는 전압이다.

 

 측정 방법 : Drain에 0.05V의 전압을 인가. Source와 Sub는  Ground. Gate에 전압을 sweep하여 IDS-VGS 특성을 측정한 후Maximum Gm(Transconductance, =ΔIDS/ΔVGS) Point에서 접선을 그어 VGS축 절편을 구한 후 VDS/2를 뺀 값이 Vtext임