专利名称：用于计算高压耗尽电容器的电容的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计算电容的方法，更具体地，涉及一种用于计算高压耗尽电 容器(high voltage d印letion c即acitor)的电容的方法。
背景技术：
具有锁相环的频率合成装置(frequency synthesizing apparatus)典型地用于 无线接收器中，而压控振荡器(Voltage Controlled0scillator，VC0)是用来制造频率合成 装置的重要器件。这里，VCO的最重要的参数是决定VCO的调频范围(frequency tuning range)的变容二极管。 通常，这种变容二极管指的是可变电抗器(Variable Reactor)，该变容二极管是 一种能够根据施加的电压的大小来控制电容量的半导体器件。 图1是示出了传统的MOS变容二极管的结构的图示。图2是示出了图1中所示的 传统的M0S变容二极管的相应于栅极电压的电容特性图。 参照图1和2，传统的M0S变容二极管是M0SCAP型，其包括形成在衬底110中的 N型阱120 ;N+型源极/漏极130 ;形成在衬底110上的栅极氧化层135 ;栅极多晶硅140 ; 以及P+型区145。 如果栅极电压(Vgate = Vcc)被施加到栅极多晶硅140，则M0S变容二极管的电容特 性由根据施加到N型阱120和栅极多晶硅140的电压(Vss和VJ所得的电量决定。
在LCD驱动器IC(LDI)工艺中，使用高压耗尽电容器，虽然这种高压耗尽电容器的 结构与传统的M0S变容二极管的结构类似，但是由于N型阱的不同条件导致它们产生不同 的特性。结果，越来越需要一种新的用于高压耗尽电容的相应于这样的栅极电压的电容特 性的建模方法。
发明内容
因此，本发明针对一种用于计算高压耗尽电容器(high voltaged印letion capacitor)的电容的方法。 本发明的一个目的在于提供一种适用于高压耗尽电容器的相应于栅极电压的电 容特性的建模方法。 本发明的其他优点、目的和特征一部分将在下文中阐述，一部分对于本领域的普 通技术人员而言通过下文的实验将变得显而易见或者可以从本发明的实践中获得。通过所 写的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构，可以了解和获知本发明的这些目的 和其他优点。 为了实现这些目的和其他优点以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括描述的，一种用于计算高压耗尽电容器的电容的方法包括测量根据栅极电压所得的具有 MOS变容二极管结构的高压耗尽电容器的电容值，以将所测量的电容值存储在数据存储器 中；基于存储在数据存储器中的测量的电容值来建立包括多个参数的多项式型数学模型； 通过使用所测量的电容值和建立的多项式型数学模型来计算这些参数；以及通过使用建立 的多项式型数学模型和计算的参数来计算高压耗尽电容器的电容。 可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性 的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。 根据用来计算根据本发明的示例性实施例的高压耗尽电容器的电容的方法，提供 了一种适用于高压耗尽电容器的多项式型数学模型，仅计算精确的电容并且在设计时能够 精确地模拟。
附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合于此而构成本申请的一部 分。本发明的示例性实施例连同描述都用来解释本发明的原理。在附图中
图1是示出了传统的MOS变容二极管的结构的图示； 图2是示出了图1中所示的传统的MOS变容二极管的相对于栅极电压的电容特性 的曲线图； 图3是示出了采用根据本发明的示例性实施例的重新建模方法(remodeling method)的高压耗尽电容器的截面图； 图4是示出了根据图3中所示的高压耗尽电容器的根据栅极电压所得的电容器特 性的曲线图； 图5是示出了对图3中所示的高电压损耗电容器的相对于栅极电压的电容特性的 重新建模方法的流程图； 图6示出了通过使用优化程序提取的参数的图示；以及 图7A至7D是示出了通过使用数学模型和提取的参数计算的高压耗尽电容器的电 容的曲线图。
具体实施例方式
现在将详细描述实施例，在附图中示出了实施例的实例。在所有可能的地方，在整 个附图中使用相同的标号以表示相同或相似的部件。 图3是示出了采用根据本发明的示例性实施例的重新建模方法的高压耗尽电容 器300的截面图。图4是示出了根据图3中所示的高压耗尽电容器的根据栅极电压所得的 电容器特性的图示。 参照图3和4，高压耗尽电容器300包括衬底310、第一导电型阱(例如N型 阱)320、隔离层332、334、336和338、第一导电型掺杂区340、源极/漏极区345、第二导电 型掺杂区347、栅极氧化层350以及栅极多晶硅355。 S卩，根据高压耗尽电容器300，第一导电型阱320形成在衬底310中，栅极多晶硅 355形成在第一导电型阱320上。栅极氧化层350形成在栅极多晶硅355与第一导电型阱 320之间。第一导电型源极/漏极区345形成在第一导电型阱320中，第一导电型掺杂区340在形成于栅极氧化层350的下方的第一导电型阱320的表面上形成。隔离层332、334、 336和338隔离源极/漏极区345和第一导电型掺杂区340。这里，高压耗尽电容器可以具 有MOS变容二极管的结构。 除了被形成在栅极氧化层下方的N型阱320的表面中的隔离层334和336包围的
高密度N型掺杂区340之外，高压耗尽电容器300具有与图1中所示的传统的MOS变容二
极管相似的结构。这样的工艺差异会产生如图4所示的完全不同的电容特性。 图5是示出了图3中所示的高压耗尽电容器的相应于栅极电压的电容特性重新建
模方法的流程图。 首先，将不同的栅极电压顺序施加到高压耗尽电容器300的栅极。可以通过使用 测量仪器(诸如CV计量表)来测量根据施加的栅极电压所得的高压耗尽电容器的电容值， 并将测量的电容值存储在数据存储器中(S510)。 S卩，将不同的栅极电压(Vg)施加到高压耗 尽电容器300的栅极多晶硅355，并通过使用测量仪器来测量根据每个栅极电压(Vg)所得 的栅极多晶硅355和N型阱320之间的电容值。 例如，栅极电压(Vg)可以是-15伏 15伏，施加到栅极多晶硅355的栅极电压(Vg) 从-15伏以0. 1伏的步长逐渐增大到15伏。图4中所示的"參"指的是对应于以预定步长 (例如，O. IV)增加的每个栅极电压的电容测量值(Cgat》。如上述测量的电容值被存储在连 接到测量仪器的数据存储器中，例如，计算机的RAM、闪存或硬盘。 基于存储在数据存储器中的电容测量值建立包括多个参数的数学模型(S520)。各
种数学模型可以根据电容值而建立，根据本发明的示例性实施例的数学模型可以是关于施
加的栅极电压(dV)的四次幂多项式和关于芯片温度(T)的二次多项式。 例如，如数学等式1至3所示，数学模型可以包括关于施加的栅极电压(dv)的四
次幂多项式和关于芯片温度(T)的二次多项式。[数学等式1] Cg = C,C2[数学等式2] & = CA 'AreaX [l+A丄《+八2 (dV)2+A3 (dV) 3+A4 (dV)4] X (T_Tn) +T2 (T_Tn)
[数学等式3] C2 = CP 'Peri X [l+P丄'dV+Ps (dV) 2+P3 (dV) 3+P4 (dV)4] X (T_Tn) +T2 (T_Tn) 这里，"C/，指的是相应于栅极多晶硅的面积的电容部分(c即acitance element), 而"C2"指的是相应于栅极多晶硅的长度的电容部分。"C/指的是每单位面积的电容，而 "Cp"指的是每单位长度的电容。"Area"指的是栅极多晶硅的面积，而"Prei"指的是栅极 多晶硅的长度。"dV"指的是施加的栅极电压，而"T"指的是电容器的温度。"T/指的是电 容器的环境温度，例如25°C 。 "A A4"和， P4"指的是参数。 包含参数的多项式型数学模型可以基于测量的电容值建立。数学等式1至3中披 露的数学模型是根据图3中所示的高压耗尽电容器300来建立的。 因此，可以通过测量的电容值(Cgat》和建立的数学模型(Cg)来计算参数 A4 和P！ P4) (S530)。
例如，可以通过使用诸如origin的工具来计算参数^ A4和P工 P4)。
图6是示出了通过使用优化程序计算的参数的图示。 因此，可以使用数学模型和参数来计算根据栅极电压所得的高压耗尽电容器300 的电容。 图7A至7D是示出了通过使用数学模型和参数计算的高压耗尽电容器300的电容 的曲线。 参照图7A至7D，曲线的轮廓与图4中所示的高压耗尽电容器的电容的曲线相似， 芯片温度有细微差别。 通过使用数学模型和参数可以模拟包含高压耗尽电容器300的电容的系统 (S540)。 例如，可以将模型和参数提供给HSPICE模拟器，从而模拟包含高压耗尽电容器 300的系统。 在不脱离本发明的精神和范围内可以作各种修改及变形，这对于本领域的技术人 员而言是显而易见的。因此，本发明意在涵盖在所附权利要求及其等同替换的范围内的对 本发明的修改和变形。
权利要求
一种用于计算高压耗尽电容器的电容的方法，包括测量根据栅极电压所得的高压耗尽电容器的电容值，以将所测量的电容值存储在数据存储器中，其中，所述高压耗尽电容器具有MOS变容二极管结构；基于存储在所述数据存储器中的所述测量的电容值，建立包括多个参数的多项式型数学模型；通过使用所述测量的电容值和所述建立的多项式型数学模型来计算所述参数；以及通过使用所述建立的多项式型数学模型和所述计算的参数来计算所述高压耗尽电容器的电容。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述高压耗尽电容器具有所述MOS变容二极管结 构，所述MOS变容二极管结构包括第一导电型阱，形成在衬底中； 栅极多晶硅，形成在所述第一导电型阱上；栅极氧化层，形成在所述栅极多晶硅与所述第一导电型阱之间； 第一导电型源极/漏极区，形成在所述第一导电型阱中；第一导电型掺杂区，所述第一导电型掺杂区在形成于所述栅极氧化层下方的所述第一 导电型阱的表面上形成；隔离层，隔离所述源极/漏极区和所述第一导电型掺杂区。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述数学模型包括关于所述施加的栅极电压的 四次幂多项式。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述数学模型包括关于所述高压耗尽电容器的 温度的二次多项式。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述数学模型定义如下 [等式l]Cg = Q+C2 [等式2]Q = CA 'AreaX [l+A丄'dV+A2 (dV)2+A3 (dV)3+A4 (dV)4] X (T_Tn)+T2 (T_Tn)2] [等式3]C2 = CP 'PeriX [l+P丄'dV+P2 (dV)2+P3 (dV)3+P4 (dV)4] X (T_Tn)+T2 (T_Tn)2] "C/'指的是相应于所述栅极多晶硅的面积的电容部分，"C/指的是相应于所述栅极多 晶硅的长度的电容部分，"C/指的是每单位面积的电容，"Cp"指的是每单位长度的电容，以 及"Area"指的是所述栅极多晶硅的面积，"Prei"指的是所述栅极多晶硅的长度，"dV"指的 是所述施加的栅极电压，"T"指的是所述电容器的温度，"Tn"指的是所述电容器的环境温 度，以及"A V，和， P4"指的是参数。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，计算所述参数的所述步骤使用诸如origin的优 化程序。
7. 根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过使用所述数学模型和所述计算的参数来模拟包含所述高压耗尽电容器的电容的 系统。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述模拟包含所述高压耗尽电容器的电容的所述系统的所述步骤将所述数学模型和所述计算的参数提供给HSPICE模拟器以模拟所述系 统。
全文摘要
本发明披露了一种用于计算高压耗尽电容器的电容的方法。一种用于计算高压耗尽电容器的电容的方法包括测量根据栅极电压所得的高压耗尽电容器的电容值，以将所测量的电容值存储在数据存储器中，其中，所述高压耗尽电容器具有MOS变容二极管结构；基于存储在所述数据存储器中的所述测量的电容值，建立包括多个参数的多项式型数学模型；通过使用所测量的电容值和建立的多项式型数学模型来计算参数；以及通过使用建立的多项式型数学模型和计算的参数来计算高压耗尽电容器的电容。
文档编号G01R27/26GK101769965SQ20091025435
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月22日 优先权日2008年12月24日
发明者郭尚勋 申请人:东部高科股份有限公司