CN102236063A - 一种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，该方法包括：步骤1：提取绝缘体上硅器件的热阻；步骤2：测试绝缘体上硅器件在应力条件下的漏电流，计算出绝缘体上硅器件在应力条件下的功率，然后利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度；步骤3：对绝缘体上硅器件做加速应力实验；步骤4：预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命。利用本发明，实现了对SOI器件热载流子寿命的准确预测。

Description

一种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法
技术领域
本发明涉及集成电路可靠性技术领域，尤其涉及一种预测绝缘体上硅(SOI)器件热载流子寿命的方法，所谓的器件热载流子寿命为漏极电流Idsat退化10％所需要的时间。
背景技术
MOSFET的热载流子损伤是近年来伴随MOS器件尺寸的迅速减小而工作电压相对稳定，使得处于工作状态下的MOS器件栅氧化层的电场强度及横向电场越来越大而产生的。热载流子损伤已经成为影响MOS器件可靠性的关键因素之一。随着器件特征尺寸的减小，横向电场增大，器件工作在饱和区时，在高场区的电子获得较高的能量成为高能电子，当电子的能量足够高的时候，其中一部分“幸运”电子越过Si-SiO2势垒注入到栅氧化层中，对Si-SiO2界面及栅氧化层造成损伤。可能出现3种情况：其中部分载流子穿过SiO2层形成栅电流，而部分载流子注入到SiO2层并被陷阱俘获形成陷阱电荷，另一部分载流子则在陷落以前以其能量打开Si-O、Si-H等处于界面上的键，形成受主型界面态。后面两个过程会导致陷阱电荷和界面电荷随注入时间而积累，影响VT、gmmax、Idsat等参数，并产生长期的可靠性问题。
热载流子寿命的预测一般是通过加速应力实验进行的，预测寿命的加速模型一般有三种：衬底/漏极电流比率模型、基极电流模型、漏极电压加速模型。对于SOI器件来说，由于自加热效应的存在，在做加速应力实验时，器件的实际温度会上升，然而在实际电路应用中，由于频率较高，基本没有自加热效应。因此如果用室温的加速应力实验数据预测室温下的热载流子寿命是不准确的，甚至会有很大差别。本发明就是为了准确预测SOI器件的热载流子寿命而产生的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于针对现有方法的不足，提供一种准确预测SOI器件热载流子寿命的方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提供了一种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，该方法包括：
步骤1：提取绝缘体上硅器件的热阻；
步骤2：测试绝缘体上硅器件在应力条件下的漏电流，计算出绝缘体上硅器件在应力条件下的功率，然后利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度；
步骤3：对绝缘体上硅器件做加速应力实验；
步骤4：预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
上述方案中，步骤2中所述利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度，是利用提取的热阻在两个以上环境温度下计算绝缘体上硅器件的实际温度。
上述方案中，步骤3中所述对绝缘体上硅器件做加速应力实验，是在同一应力条件下选取了3个相同尺寸的器件，并且做两个以上温度的加速应力实验。
上述方案中，步骤4中所述预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命，采用的是衬底/漏极电流比率模型，首先采用衬底/漏极电流比率模型预测不同温度下的器件寿命，然后根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
上述方案中，所述根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命，是已知热载流子寿命与温度的函数关系形式，根据其它温度下的寿命拟合出函数中的参数，然后预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
(三)有益效果
从上述方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的这种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，排除了自加热效应的影响，使得SOI器件热载流子寿命的预测更加准确，实现了对SOI器件热载流子寿命的准确预测。
附图说明
图1是本发明提供的预测SOI器件热载流子寿命的方法流程图；
图2是本发明SOI器件在不同温度下的热载流子寿命及其拟合曲线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的预测SOI器件热载流子寿命的方法流程图，该方法包括：
步骤1：提取绝缘体上硅器件的热阻；
步骤2：测试绝缘体上硅器件在应力条件下的漏电流，计算出绝缘体上硅器件在应力条件下的功率，然后利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度；
步骤3：对绝缘体上硅器件做加速应力实验；
步骤4：预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
其中，步骤2中所述利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度，是利用提取的热阻在两个以上环境温度下计算绝缘体上硅器件的实际温度。
步骤3中所述对绝缘体上硅器件做加速应力实验，是在同一应力条件下选取了3个相同尺寸的器件，并且做两个以上温度的加速应力实验。
步骤4中所述预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命，采用的是衬底/漏极电流比率模型，首先采用衬底/漏极电流比率模型预测不同温度下的器件寿命，然后根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。所述根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命，是已知热载流子寿命与温度的函数关系形式，根据其它温度下的寿命拟合出函数中的参数，然后预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
实施例
首先利用将源体PN结二极管电流作为温度敏感器的方法提取了宽长比为10/0.35的SOI NMOS的热阻，其值为0.0344m℃/W。然后在测试了25℃以及100℃下，应力条件为漏压Vd＝3.9V、栅压Vg＝1.65V下的漏极电流(应力条件通过最大衬底电流法确定)，并计算出器件功率，然后根据热阻计算出器件实际温度分别为56℃与128℃。
然后各选取3个10/0.35的NMOS做加速应力实验，应力条件为Vd＝3.9V、Vg＝1.65V，时间为5000s，环境温度为25℃及100℃。然后利用衬底/漏极电流比率模型预测寿命，环境温度为25℃及100℃的下器件的热载流子寿命分别为0.3年与0.47年，也就是说器件温度为56℃与128℃下的热载流子寿命为0.3年与0.47年，由于器件热载流子寿命与器件温度呈线性关系，那么我们可以根据图2的拟合结果得到在室温下器件的实际热载流子寿命为0.227年。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：提取绝缘体上硅器件的热阻；
步骤2：测试绝缘体上硅器件在应力条件下的漏电流，计算出绝缘体上硅器件在应力条件下的功率，然后利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度；
步骤3：对绝缘体上硅器件做加速应力实验；
步骤4：预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
2.根据权利要求1所述的预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，其特征在于，步骤2中所述利用提取的热阻计算绝缘体上硅器件的实际温度，是利用提取的热阻在两个以上环境温度下计算绝缘体上硅器件的实际温度。
3.根据权利要求1所述的预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，其特征在于，步骤3中所述对绝缘体上硅器件做加速应力实验，是在同一应力条件下选取了3个相同尺寸的器件，并且做两个以上温度的加速应力实验。
4.根据权利要求1所述的预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，其特征在于，步骤4中所述预测绝缘体上硅器件的热载流子寿命，采用的是衬底/漏极电流比率模型，首先采用衬底/漏极电流比率模型预测不同温度下的器件寿命，然后根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
5.根据权利要求4所述的预测绝缘体上硅器件热载流子寿命的方法，其特征在于，所述根据不同温度下的器件寿命预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命，是已知热载流子寿命与温度的函数关系形式，根据其它温度下的寿命拟合出函数中的参数，然后预测室温下绝缘体上硅器件的热载流子寿命。
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