CN101726695A - 一种测试nmos热载流子注入寿命的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，包括以下步骤：步骤1、测试系统将测试电压应力加到被测器件的漏极，该测试电压的值为穿通电压的60％～70％之间；步骤2、漏极所加电压应力时的最大基底电流所对应的栅压为栅极电压应力，通入此栅极电压应力，得到被测器件漏极电流的退化图；步骤3、测试系统对步骤2中的数据进行拟合得到被测器件失效时间，当器件退化到5％以上，利用外差推算得到器件的失效时间；然后用公式TTF*Ids＝C*(Isub/Ids)m计算热载流子注入的寿命。采用本发明的技术方案可以快速地得到NMOS热载流子注入的寿命，大大缩短测试时间，而且不需要封装晶片，节省了成本。

Description

一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术，特别是涉及一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，如果生产线上的器件出现异常，并且需要加测热载流子注入(hot carrier injection，简称HCI)的可靠度时，通常都是通过封装级(package level)测试的方式得到热载流子注入的寿命，这种测试方法不仅需要报废晶片，增加成本，还需要额外的时间去封装器件，致使测试时间要大于半个月才能澄清热载流子注入的性能。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提出一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，可以快速地得到NMOS热载流子注入的寿命，大大缩短测试时间，而且不需要封装晶片，节省了成本。
为了达到本发明的上述和其他目的，本发明提出一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，包括以下步骤：
步骤1、测试系统(可以是4070system以及Agilent汇编语言编写的测试程式)将测试电压应力加到被测器件的漏极，该测试电压的值介于穿通电压的60％～70％之间；
步骤2、漏极所加电压应力时的最大基底电流所对应的栅压为栅极电压应力，通入此栅极电压应力，得到被测器件漏极电流(Ids)的退化图；
步骤3、测试系统对步骤2中的数据进行拟合得到被测器件失效时间(time to fail，简称TTF)，然后用公式TTF*Ids＝C*(Isub/Ids)m计算热载流子注入的寿命。
作为优选，上述步骤2中的测试时间是1000秒以内；
作为优选，上述步骤2进一步包括：
步骤21、利用封装级可靠性(package level reliability，简称PLR)测试的数据得到一条拟合直线(fitting line)；
步骤22、去掉偏离拟合直线的大的应力(stress)电压，得到应力电压的测试窗口(testing window ofstress voltage)；
步骤23、从该应力电压的测试窗口选择三组以上应力电压，其在1000秒以内所造成的漏极电流退化大于5％。
作为优选，在步骤23中延长三组以上应力电压中较小的应力电压的测试时间，缩短较大的应力电压的测试时间，而总的测试时间不变。
采用本发明的测试方法，可以直接从生产线中将失效的器件抽出并测试，而不需要先将这部分器件封装之后再测试，因此大大节约了测试时间，现有的封装级测试每颗被测器件需要测试十几万秒以上，而本发明测试每颗被测晶片只需要1000秒左右的时间；封装级测试时，在器件漏极施加的应力电压要小于穿通电压的60％，而采用本发明的方法测试时，在器件漏极施加的应力电压介于穿通电压的60％～70％之间，并且不会应力过载；同时，采用本发明的测试方法还节省了产能及材料的损耗，节约了成本。
附图说明
图1是采用本发明的测试方法得到的漏电流退化图；
图2是计算热NMOS热载流子注入寿命的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作更详细的描述。
一种测试NMOS器件的热载流子注入寿命的方法，包括以下步骤：
步骤1、测试系统将测试电压应力加到被测器件的漏极，该测试电压的值为穿通电压的60％～70％之间。该测试系统可根据需要确定，在本实施例中，是在RMB(Agilent汇编语言Rocky Mountain Basic，应用于Agilent测试系统)环境下使用Agilent 4070测试系统；该漏极所加的应力电压是最重要的一个参数。
步骤2、测试系统利用最大基底电流的方法进行测试，漏极所加电压应力时的最大基底电流所对应的栅压为栅极电压应力，通入此栅极电压应力在器件中通入最大基底电流，使对应的栅极电压应力对应于最大基底电流条件下的栅极电压，通过系统的测试得到被测器件漏极电流(Ids)的退化图(如图1所示，图中横坐标代表所加电压应力的时间，纵坐标代表不同时间所对应的Ids的变化率，Vd是指所加电压应力的数值)。由于应力时间与漏极电压应力程度呈反相关，因此采用步骤1的测试电压可以缩短测试时间，并保证较好的数据统一性。
该步骤可以进一步分为：
步骤21、利用封装级可靠性(PLR)测试的数据得到一条拟合直线(fitting line)。封装级可靠性测试是指对晶片切割封装以后的器件进行测试，通常每个测试条件会至少用到20颗样品，也采用类似本发明提到的方法，只不过所加的的漏端应力会小一些，测试的时间会比较长，通常会达到上百小时。因为要测3个条件，所以会有3组数据，这3组数据就可以得到一条拟合直线。
步骤22、去掉偏离拟合直线的大的应力(stress)电压，得到应力电压的测试窗口(testing window of stress voltage)；
步骤23、从该应力电压的测试窗口选择三组以上不同的应力电压，其在1000秒以内所造成的漏极电流退化大于5％。测试时间为1000秒以内，既可以快速得到结果，又可以保证器件的充分退化。由于该步骤中的三组应力电压在1000秒以内所造成的漏极电流退化要大于5％，这样就减小了外推所得到的器件失效时间的误差。
当然，在步骤23中也可以适当地延长三组以上应力电压中较小的应力电压的测试时间，使漏极电流退化足够大，缩短较大的应力电压的测试时间，漏极电流退化达到5％就可以，而总的测试时间不变。因为要想得到NMOS热载流子注入寿命，需要测试3组以上不同的电压应力，利用同一个测试程式(Agilent汇编语言)进行测试时，可以对3组以上电压应力进行测试。
步骤3、对步骤2中的数据进行拟合得到被测器件失效时间(time tofail，简称TTF)，通常认定漏极电流退化达到10％时器件失效，但是当器件退化到5％以上，就可以利用外差推算得到器件的失效时间；然后用公式TTF*Ids＝C*(Isub/Ids)m(其中，TTF为器件失效时间，Ids为漏极电流应力，C为常数，Isub为基底电流，m为拟合数据，对公式两边同取log，m就成为斜率，对log(TTF*Ids)，log(Isub/Ids)进行拟和就可以得到m的数值)计算热载流子注入的寿命。如图2所示，图中的横，纵坐标都是对公式TTF*Ids＝C*(Isub/Ids)m进行整理以后得到的，一群点代表一组应力所对应的数据。其中，横坐标是对上述公式右侧取log，纵坐标是对上述公式左侧取log，PLR：4.56E+02yrs是指封装级可靠性(PLR)计算的热载流子寿命，WLR：5.39E+02yrs是指用所申请专利的方法计算得到的热载流子寿命，右上角从上至下第一个图例代表晶片级可靠性(waferlevel reliability，简称WLR)的数据，第二个图例代表由晶片级可靠性数据得到的热载流子寿命，第三个图例代表封装级可靠性(PLR)的数据和热载流子寿命，第四个图例代表由封装级可靠性数据拟合(PLR datafitting)得到的拟合线。
本发明的测试方法与通常的封装级的测试方法相比，具有以下优点：
1、大大节约测试时间。通常的封装级测试，每颗器件需要测试十几万秒以上，而本发明的测试方法每颗器件只需要测试1000秒左右。
2、增大了测试时在漏极所加的电压应力。通常的封装级测试，在漏极所加的电压应力要小于穿通电压的60％，而本发明的测试方法在漏极所加的电压应力介于穿通电压的60％～70％之间，而且不会应力过载。
以上描述了本发明的较佳实施例及其效果，当然，本发明还可有其他实施例，在不背离本发明之精神及实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、测试系统将测试电压应力加到被测器件的漏极，该测试电压的值为穿通电压的60％～70％之间；
步骤2、漏极所加电压应力时的最大基底电流所对应的栅压为栅极电压应力，通入此栅极电压应力，得到被测器件漏极电流的退化图；
步骤3、测试系统对步骤2中的数据进行拟合得到被测器件失效时间，当器件退化到5％以上，利用外差推算得到器件的失效时间；然后用公式TTF*Ids＝C*(Isub/Ids)m计算热载流子注入的寿命。
2.根据权利要求1所述的一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法其特征在于，步骤2中的测试时间是1000秒以内。
3.根据权利要求1或2所述的一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，其特征在于，步骤2进一步包括：
步骤21、利用封装级可靠性测试的数据得到一条拟合直线；
步骤22、去掉偏离拟合直线的大的应力电压，得到应力电压的测试窗口；
步骤23、从该应力电压的测试窗口选择三组以上不同的应力，其在1000秒以内所造成的漏极电流退化大于5％。
4.根据权利要求3所述的一种测试NMOS热载流子注入寿命的方法，其特征在于，在步骤23中延长三组以上不同的应力电压中较小的应力电压的测试时间，缩短较大的应力电压的测试时间，而总的测试时间不变。
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