CN101271143A - 一种热载流子注入测试mos器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种热载流子注入测试MOS器件的方法包括以下步骤：1.根据JEDEC标准，对器件进行热载流子注入实验，计算所测试出的电学参数衰退幅度值；2.将不同时间点下计算出的MOS器件电学参数衰退幅度数据利用公式y＝Atⁿ+Bexp(c/t)+Dln(t)+E进行拟合；3.据步骤2的拟合结果，确定步骤2中公式中指数n和常数A、B、C、D、E值；4.依据步骤3得出的电学参数退化规律的计算公式来推算所测试的MOS器件的电学参数的可靠性是否合格。通过采用步骤2中拟合公式可刻画MOS器件电学参数在整个阶段的变化规律，克服了胡模型中密指数函数拟合精度不高和人为因素导致的测试结果不同的问题，从而提高了MOS器件性能评估的准确度。

Description

一种热载流子注入测试MOS器件的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件可靠性测试领域，尤其涉及热载流子注入测试MOS器件的方法。

背景技术

当半导体制作工艺进入深亚微米时代，半导体器件可靠性越来越直接影响着制作的IC芯片的性能和使用寿命。由于热载流子注入是一直影响半导体MOS器件性能的重要因素，其直接引起MOS器件性能的退化，因此热载流子注入成为了MOS器件可靠性测试的一项重要指标。MOS器件热载流子的注入是按照JEDEC标准，在相同加载电压下记录不同电压加载时间下所测试的MOS器件性能指标的退化幅度。目前热载流子引起的MOS器件性能退化的规律普遍接受加州大学伯克利分校的胡正明教授创建的胡模型，该模型一直作为MOS器件可靠性评价的标准模型。

胡模型认为，MOS器件的衰变幅度随时间是遵循一个密指数函数的规律。然而，在很多情况下，例如，在测试的最初几万秒内曲线的波动和随着电压加载时间的延长，器件性能的衰变率呈现饱和的情况下，这种单一的密指数函数不能完全刻画器件性能在整个测试阶段的衰变规律。为提高胡模型的拟合精度，通常方法是选取长时间测试的数据点，代入数据拟合软件，利用胡模型中密指数函数进行拟合。但是，由于人为的因素，不同的测试人员会选用不同的数据点进行拟合，因此导致会得出不同的测试结果。因此传统的热载流子注入MOS器件的测试方法，存在胡模型中密指数函数拟合精度不高和人为因素导致的测试结果不同的问题。这些问题都会导致MOS器件性能评估的准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热载流子注入测试MOS器件的方法，以解决传统测试方法中胡模型中密指数函数拟合精度不高和人为因素导致的测试结果不同的问题，从而进一步解决MOS器件性能评估的准确度不高的问题。

为达到上述目的，本发明的热载流子注入测试MOS器件的方法，其中MOS器件热载流子的注入基于JEDEC标准，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据JEDEC标准，对器件进行热载流子注入实验，记录不同电压加载时间下所测试的MOS器件电学参数数据值，计算所测试出的电学参数衰退幅度值；步骤2：将不同时间点下计算出的MOS器件电学参数衰退幅度数据利用以下公式进行拟合；

$y={\mathrm{At}}^n+\mathrm{Bexp}\left(\frac{C}{t}\right)+D\ln \left(t\right)+E$

其中，t为测试时间值，y代表拟合得出的所测试的MOS器件电学参数衰退幅度数据，n、A、B、C、D和E为6个待定常数；步骤3：根据步骤2的拟合结果，确定步骤2中公式中指数n和常数A、B、C、D、E值，此时得出的公式即为热载流子注入MOS器件后所测试的电学参数退化规律的计算公式；步骤4：依据步骤3得出的电学参数退化规律的计算公式来推算所测试的MOS器件的电学参数的可靠性是否合格。其中，步骤1中所测试MOS器件电学参数衰退幅度通过以下公式进行计算：

M＝(M-M₀)/M₀

其中，M为不同时间下所记录的电学参数值，M₀为测试时间为零秒时对应的电学参数值。然而所测试的MOS器件电学参数一般包括：线性区漏端电流、饱和区漏端电流和线性区最大跨导。步骤3中得出的所测试的电学参数退化规律的计算公式与测试数据之间的拟合精度采用相关系数描述。步骤4中推算MOS器件的电学参数的可靠性是否合格是通过给定步骤3中得出的公式的测试时间，计算所述给定测试时间下所测试电学参数y的值是否超过预设电学参数的衰退幅度。

与传统热载流子注入测试MOS器件方法相比，本发明通过将原来的密指数函数拟合测试数据改为步骤3中所得出的公式来拟合测试出的MOS器件数据，可完全刻画MOS器件电学参数在整个阶段的变化规律，克服了胡模型中密指数函数拟合精度不高和人为因素导致的测试结果不同的问题，从而提高了MOS器件性能评估的准确度。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的热载流子注入测试MOS器件的方法作进一步详细具体地描述。

图1是传统方法测试MOS器件饱和区漏端电流衰变结果示意图。

图2是本发明测试MOS器件饱和区漏端电流衰变结果示意图。

图3是传统方法测试MOS器件线性区最大跨导衰变结果示意图。

图4是本发明测试MOS器件线性区最大跨导衰变结果示意图。

图5是传统方法测试MOS器件线性区漏端电流衰变结果示意图。

图6是本发明测试MOS器件线性区漏端电流衰变结果示意图。

具体实施方式

热载流注入测试MOS器件方法通常是基于JEDEC标准，漏端和栅均加载一定电压，源端和衬底接地，在一定时间间隔下测试MOS器件电学参数值。

步骤1：按以上测试条件，先对MOS器件进行热载流子注入实验，记录不同电压加载时间下所测试的MOS器件电学参数数据值，计算所测试出的电学参数衰退幅度值。其中，计算所测试出的电学参数衰退幅度值是通过以下公式(1)进行计算

M＝(M-M₀)/M₀    (1)

其中，M为不同时间下所记录的电学参数值，M₀为测试时间为零秒时对应的电学参数值。所测试的MOS器件电学参数一般包括：线性区漏端电流I_dlin、饱和区漏端电流I_dsat和线性区最大跨导G_mmax。步骤2：将步骤1中不同时间点下计算出的MOS器件电学参数衰退幅度数据利用以下公式(2)进行拟合；

$y={\mathrm{At}}^n+\mathrm{Bexp}\left(\frac{C}{t}\right)+D\ln \left(t\right)+E---\left(2\right)$

其中，t为测试时间值，y代表拟合得出的所测试的MOS器件电学参数衰退幅度数据，n、A、B、C、D和E为6个待定常数。步骤3：根据步骤2的拟合结果，确定步骤2中公式中指数n和常数A、B、C、D、E值，此时得出的公式即为热载流子注入MOS器件后所测试的电学参数退化规律的计算公式。步骤4：依据步骤3得出的电学参数退化规律的计算公式来推算所测试的MOS器件的电学参数的可靠性是否合格。步骤3中得出的所测试的电学参数退化规律的计算公式与测试数据之间的拟合精度采用相关系数描述。步骤4中推算MOS器件的电学参数的可靠性是否合格是通过给定步骤3中得出的公式的测试时间，计算所述给定测试时间下所测试电学参数y的值是否超过预设电学参数的衰退幅度。步骤3中利用公式2对测试出电学参数衰退幅度数据进行拟合来确定公式2中待定常数值可采用数据拟合软件，例如matlab、kaleidagraph等软件进行拟合，或可直接采用数值方法进行人工拟合计算。本发明实施例中是采用数据拟合软件进行拟合。

本发明的一实施例以测试的MOS器件为一5伏(V)MOS管为例。基于JEDEC标准，漏端加载的电压为5.5V，栅加载的电压为衬底电流最大情况下的栅电压，源和衬底均接地。所测试的电压加载时间间隔为10S、20S、50S、100S、200S、500S、1000S、2000S和5000S。如若测试该MOS管的电学参数是饱和区漏电流I_dsat，按如上所述的电压加载时间间隔测试，根据测得的I_dsat的具体值计算出的I_dsat衰退幅度值请参见图1和图2中离散点的值。如若采用传统测试方法中胡模型进行拟合，得出的拟合函数请参阅图1，拟合曲线：y＝0.005941*x^(0.5253)，拟合曲线和测试出的离散点值的拟合精度采用相关系数R表示。图1中曲线的拟合精度R为0.9704。相关系数R的值越接近于1表示着该曲线对离散点拟合度越好。请参阅图2，采用本发明热载流子注入测试MOS器件的方法拟合得出函数请参阅图2中曲线，该曲线的拟合公式为公式2，此公式在拟合图2中离散点值时，对应的待定常数值请参阅表1中I_dsat对应列的常数值，该曲线与离散点值的拟合精度R为0.9994。可见图2中拟合曲线能较好地刻画MOS器件I_dsat在整个阶段的变化规律，同时拟合精度R高于传统胡模型密指数函数拟合精度R。

如若测试该MOS管的电学参数是线性区最大跨导G_mmax，按如上所述的电压加载时间间隔测试，根据测得的G_mmax的具体值计算出的G_mmax衰退幅度值请参见图3和图4中离散点的值。如若采用传统测试方法中胡模型进行拟合得出的拟合函数请参阅图3，拟合曲线：y＝0.03565*x^(0.2866)，该曲线的拟合精度R为0.9764。请参阅图4，采用本发明的拟合公式2，拟合曲线为图4中曲线，此时拟合公式2对应的各待定常数值请参考表1中G_mmax一列对应值，此待定常数值下公式2对图4中离散值拟合精度R达到0.9906。对比图3和图4可看出图4中拟合曲线能较好地刻画MOS器件G_mmax在整个阶段的变化规律，同时拟合精度R高于传统胡模型密指数函数拟合精度R。

本发明的另一实施例以高压14伏(V)NMOS管为例，基于JEDEC标准，漏端加载的电压为14.85V，栅加载的电压为衬底电流最大情况下的栅电压，源和衬底均接地。所测试的电压加载时间间隔与上一实施例相同。测试该MOS管的线性区漏端电流I_dlin，根据测得的I_dlin的具体值计算出的I_dlin衰退幅度值请参见图5和图6中离散点的值。如若采用传统测试方法中胡模型密指数函数进行拟合，得出的拟合函数请参阅图5，拟合曲线：y＝0.1231*x^(0.3148)，拟合精度R仅为0.9673。采用本发明公式2进行拟合，拟合曲线请参阅图6所示曲线，此时公式2对应待定常数值请参考表1中I_dlin对应的待定常数值，采用该待定常数值的公式2拟合精度可达到0.9969。对比图5和图6可看出图6中拟合曲线能较好地刻画MOS器件I_dlin在整个阶段的变化规律，同时拟合精度R高于传统胡模型密指数函数拟合精度R。

表1

待定常数	Idsat	Gmmax	Idlin
				A	0.007072	0.0008039	0.1955
n	0.495	0.5579	0.3084
				B	-0.9982	0.4868	-2.535
C	-4.096e+04	-5802	-1.77e+04
				D	0.01421	0.01365	-0.1661
E	-0.04945	0.06624	-0.02889
				R	0.9994	0.9906	0.9969

为推算所测试的MOS器件的电学参数的可靠性是否合格，可依据步骤3得出的电学参数退化规律的计算公式。例如要求在0.2年的时间内，MOS管指定的电学参数的衰退幅度不能超过10％，因此可将0.2年转换成时间单位秒，代入已确定常数值的公式2内计算公式2的y值，将计算出的y值与10％作比较，如若y值大于10％，则可判定为不合格；如若y值不超过10％，则可判定为合格。

本发明热载流子注入测试MOS器件的方法，通过采用公式2对实际测得的MOS器件的衰退幅度进行拟合，较好地刻画了MOS器件电学参数在整个阶段的变化规律，克服了胡模型中密指数函数拟合精度不高和人为因素导致的测试果不同的问题，从而提高了MOS器件性能评估的准确度。

Claims (5)

1、一种热载流子注入测试MOS器件的方法，所述MOS器件热载流子的注入基于JEDEC标准，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据JEDEC标准，对器件进行热载流子注入实验，记录不同电压加载时间下所测试的MOS器件电学参数数据值，计算所测试出的电学参数衰退幅度值；

步骤2：将不同时间点下计算出的MOS器件电学参数衰退幅度数据利用以下公式进行拟合；

$y={\mathrm{At}}^n+\mathrm{Bexp}\left(\frac{C}{t}\right)+D\ln \left(t\right)+E$

其中，t为测试时间值，y代表拟合得出的所测试的MOS器件电学参数衰退幅度数据，n、A、B、C、D和E为6个待定常数；

步骤3：根据步骤2的拟合结果，确定步骤2中公式中指数n和常数A、B、C、D、E值，此时得出的公式即为热载流子注入MOS器件后所测试的电学参数退化规律的计算公式；

步骤4：依据步骤3得出的电学参数退化规律的计算公式来推算所测试的MOS器件的电学参数的可靠性是否合格。

2、如权利要求1所述的热载流子注入测试MOS器件的方法，其特征在于，所述步骤1中所测试MOS器件电学参数衰退幅度通过以下公式进行计算：

M＝(M-M₀)/M₀

其中，M为不同时间下所记录的电学参数值，M₀为测试时间为零秒时对应的电学参数值。

3、如权利要求1所述的热载流子注入测试MOS器件的方法，其特征在于，所述测试的MOS器件电学参数包括：线性区漏端电流、饱和区漏端电流和线性区最大跨导。

4、如权利要求1所述的热载流子注入测试MOS器件的方法，其特征在于，所述步骤3中得出的所测试的电学参数退化规律的计算公式与测试数据之间的拟合精度采用相关系数描述。

5、如权利要求1所述的热载流子注入测试MOS器件的方法，其特征在于，所述步骤4中推算MOS器件的电学参数的可靠性是否合格是通过给定步骤3中得出的公式的测试时间，计算所述给定测试时间下所测试电学参数y的值是否超过预设电学参数的衰退幅度。

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