CN102931113B - 半导体器件安全工作区测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体器件安全工作区测试方法和系统，所述方法包括：根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值；获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值；根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值；判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，并根据判断结果确定半导体器件的安全工作区。本发明实施例的计算结果准确，因而能够得到准确的安全工作区，使得误差较小。

Description

半导体器件安全工作区测试方法和系统

技术领域

本发明涉及半导体制作技术领域，更具体的说是涉及一种半导体器件安全工作区测试方法和系统。

背景技术

在目前的集成电路设计制造中，CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)和DMOS(double-diffused Metal OxideSemiconductor，双扩散金属氧化物半导体)是常见的半导体器件类型，半导体器件的安全工作区是指能够安全、可靠地进行工作的电流和电压的范围，超出该范围的电压和电流工作时，器件就容易损坏，获知器件的安全工作区，可以有效做到保护器件，减少在设计和使用过程中的器件损失。

现有的半导体器件安全工作区测试方法，通常是测试半导体器件在电器设计规则中定义的一组工作电压，得出该组工作电压的电流参数，再由该组工作电压和电流推测出半导体器件可安全工作的区域。

但是，现有的半导体器件安全工作区的测试方法，采用估算的方式来推测出半导体器件的安全工作区，所得的数据值并不准确，误差较大，因而容易导致对半导体器件的误操作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种半导体器件安全工作区测试方法，用以解决现有的测试方法准确度不高，误差较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种半导体器件安全工作区测试方法，所述方法包括：

根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值；

获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值；

根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值；

判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，并根据判断结果确定半导体器件的安全工作区。

优选地，所述不同工作环境具体为半导体器件工作在多个不同电压下，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压和理论分析不安全的电压。

优选地，所述工作参数值具体为工作电流值，所述工作电流包括漏极电流和衬底电流。

优选地，根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值具体为：

根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式；

将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

优选地，所述热载流子注入退化模型为：

T＝H*W*1/Id*(Ib/Id)^-m；

其中，T为寿命值，H为常量，W为半导体器件沟道宽度，Id为漏极电流，Ib为衬底电流，m为电压加速因子。

优选地，所述根据判断结果确定半导体器件的安全工作区具体为：

当寿命值符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作的电压和电流；

当寿命值不符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压为不安全工作的电压和电流；

根据所述安全工作的电压和电流以及不安全工作的电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。

一种半导体器件安全工作区测试系统，所述系统包括：

第一获取模块，用于根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值；

第二获取模块，用于获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值；

计算模块，用于根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值；

判断模块，用于判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准；

确定模块，用于根据所述判断模块的判断结果确定半导体器件安全工作区。

优选地，所述不同工作环境具体为半导体器件工作在多个不同电压下，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压。

优选地，所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式；

第二计算单元，用于将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

优选地，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于当所述判断模块结果为是时，确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作的电压和电流；

第二确定单元，用于所述判断模块结果为否时，确定所述寿命值对应的电压和电流为不安全工作的电压和电流；

第三确定单元，用于根据所述安全工作的电压和电流以及所述不安全工作的电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种半导体器件安全工作区测试方法和系统，获取半导体器件在多个不同工作环境下的工作参数值，并根据半导体器件在应力测试中获知的应力寿命值和应力条件下的工作参数值，计算每种工作环境下的寿命值，并判断每种工作环境下对应的寿命值是否符合标准，根据判断结果确定出半导体器件的安全工作区，由于每种工作环境下的寿命值都是实际测试并计算得出，数值更准确，因而根据寿命值判断并确定出的半导体器件的安全工作区也比较准确，误差较小

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种半导体器件安全工作区测试方法一个实施例的流程图；

图2为本发明一种半导体器件安全工作区测试系统一个实施例的结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要思想之一可以包括：获取半导体器件在不同工作环境下的工作参数值，根据半导体器件在应力测试中获知的应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得出每种工作环境下的器件寿命值，判断每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，根据判断结果确定出寿命值对应的工作环境是否为安全的工作环境，进而确定出半导体器件的安全工作区，由于实际测试了多个工作环境，并由此计算每种工作环境下的寿命值，使得寿命值的计算结果更准确，因而，根据寿命值判断并最终确定的半导体器件的安全工作区也更为准确，误差较小。

参见图1，示出了本发明一种半导体器件安全工作区测试方法一个具体实施例的流程，该方法可以包括以下几个步骤：

步骤101：根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值。

应力测试是指在半导体器件上施加较其工作电压更大的电压，以更快的速度让器件失效，由此得到器件在应力条件下的失效时间，即应力寿命值，以及器件工作在该应力电压下的工作参数值，即电流值。

本实施中，是以半导体器件参数退化10％作为失效标准，得到半导体器件的应力寿命值，以及其应力条件下的工作参数值，该工作参数可以具体是指工作电流，本实施例中以CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)器件为例，因而工作参数包括栅极电流和衬底电流。

步骤102：获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值。

为了准确测试得出半导体器件的安全工作区，需要分别测试半导体器件在不同工作环境下的工作参数，获取工作参数值。

不同工作环境可以是指半导体器件工作在多个不同电压下。即是说需要获取半导体器件在多个不同电压下的工作参数值，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压和理论分析不安全的电压。本实施例中对电器设计规则中定义的理论工作电压进行测试，为了准确得到半导体器件的安全工作区，还需要测试小于该理论工作电压的多个电压以及理论分析可能导致器件不安全工作的多个电压，其中测试的具体电压个数，可根据实际情况来确定。

其中，所述的工作参数值可以是指工作在不同电压下的工作电流值。

以CMOS器件为例，工作时施加的电压包括栅极电压Vg以及漏极电压Vd，设在电器设计规则中定义的该CMOS器件的工作电压为Vd＝5V，Vg＝5V，以线性区测试方式为例，选取的工作电压的测试点值为Vd＝0.1V，Vg＝5V，测量得出器件在该组工作电压下的漏极电流Id以及衬底电流Ib，还需要测试器件在其他小于该工作电压的多个不同电压下的Id和Ig，本例中，测试的其他的电压组值为：Vd＝0.1V，Vg＝4V；Vd＝0.1V，Vg＝3V；Vd＝0.1V，Vg＝2.5V；Vd＝0.1V，Vg＝2V；Vd＝0.1V，Vg＝1V。分别得到器件工作在这些电压下的Id和Ig。

需要说明的是，上例以器件线性区测试为例，当然测试方式还可以是饱和区测试，此时选取的工作电压的测试点值为Vd＝5V，Vg＝5V，选取的小于该工作电压的其他电压值也相应做出调整，变为Vd＝5V，Vg＝4V；Vd＝5V，Vg＝3V等等。

步骤103：根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值。

本实施例中，为了确定出半导体器件的安全工作区，首先需要计算器件在不同工作环境下的寿命值。

其中寿命值即是指器件的失效时间，器件的失效通常是由热载流子注入，产生的损伤，引起器件特性退化而影响器件的寿命，因此器件的寿命值与热载流子注入效应有关，在计算器件寿命值时，可以根据热载流子注入退化模型来计算。

所述的热载流子注入退化模型可以为：

T＝H*W*1/Id*(Ib/Id)^-m；

其中，T为器件的失效时间，即器件寿命值，H为一常量，W为半导体器件的沟道宽度，Id为漏极电流，Ib为衬底电流，m为电压加速因子，一般m值为3。

其中，具体的计算过程为：

根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式。

将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

下面以对以CMOS半导体器件工作于多个不同电压下的测试为例，详细描述该计算过程：

在应力测试条件下，可以获知器件的应力寿命值，设为T_stress，以及应力条件下的工作参数值，即电流值，设为Id_stress，Ib_stress，代入上述退化模型可得：

T_stress＝H*W*1/Id_stress(Ib_stress/Id_stress)^-m(1)

半导体器件工作在其他电压下时，寿命值设为T_use，以及工作在该电压下的工作参数值，即电流值，设为Id_use和Ib_use，代入上述退化模型可得：

T_use＝H*W*1/Id_use(Ib_use/Id_use)^-m    (2)

由上述(1)式和(2)式可以得出器件寿命计算公式，具体为将(1)和(2)参数相消，可得出T_use的计算公式为：

T_use＝T_stress*(Id_stress/Id_use)*((Ib_use*Id_stress)/(Id_use*Ib_stress))^-m

该寿命计算公式中，应力寿命值以及应力条件下的工作参数值包括漏极电流和衬底电流均为已知的，因此，由步骤102中获知的每种工作环境下的工作参数值，具体到本实例中，即测试获取半导体器件工作在不同电压下的多组Id_use和Ib_use，代入寿命计算公式，即可到每种工作环境，即每一电压下的寿命值T_use。

需要说明的是，上述的热载流子注入退化模型只是一个具体实例，本发明并不限定于该热载流子注入退化模型，其还可以是其他具体的热载流子注入退化模型，在此不一一赘述。

步骤104：判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，并根据判断结果确定半导体器件的安全工作区。

本实施例，半导体器件的安全工作区，是通过确定测试半导体器件在不同工作环境下的寿命值来确定的，由步骤103中，计算得出每种工作环境下的寿命值，需要判断该寿命值是够符合预设标准，若不符合该预设标准要求，例如器件的寿命值小于预设的值，则表明器件失效时间太快，在该中工作环境下是不安全的，若长期工作在该环境下，会缩短器件的使用寿命。如果符合预设标准要求，在表明工作在该工作环境下是安全的。其中，预设标准是根据对不同半导体器件的使用要求来设置的。

由于测试并计算了多个不同工作环境下的器件寿命值，则根据判断结果，就可以准确得出半导体器件的安全工作区，进而可以绘制出安全工作曲线。

在实际应用中，工作环境是指施加给半导体器件的电压，获取的工作环境下的工作参数即是指半导体器件工作于该工作电压下时的电流，因此工作环境下计算出的寿命值若符合预设标准，则表明该寿命值对应的工作环境为安全工作环境，相应的电压和电流即是安全工作电压电流，由此判断每一工作环境，即可得出半导体器件安全工作的电压和电流范围，接确定出半导体器件的安全工作区。因此，根据寿命值判断结果确定安全工作区可以具体为：

当寿命值符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作电压和电流；

当寿命值不符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压为不安全工作电压和电流；

根据所述安全工作电压和电流以及不安全工作电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。

在本实施例中，获取半导体器件在不同工作环境下的工作参数值，根据应力测试中获知的应力寿命值和应力条件的工作参数值，计算出每种工作环境下的寿命值，然后在判断每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，根据判断的结果，来确定出半导体器件的安全工作区，具体的是测试半导体器件工作在多个不同电压下的电流值，根据计算出的寿命值确定对应的电压和电流是否为安全工作的电压和电流，本发明实施例中，实际测试了多个不同电压下的电流值，可以准群计算得到多个不同电压对应的寿命值，根据计算出的多个寿命值判断每一寿命值对应的电压和电流是否安全，因而由此确定的安全工作区更加准确，误差较小。

参见图2，示出了本发明一种半导体器件安全工作区测试系统一个具体实施例的结构示意图，可以包括：

第一获取模块201，用于根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值。

第二获取模块202，用于获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值。

所述不同工作环境具体为半导体器件工作在多个不同电压下，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压和理论分析不安全的电压。

计算模块203，用于根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值。

所述计算模块203可以包括：

第一计算单元2031，用于根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式。

第二计算单元2032，用于将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

判断模块204，用于判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准；

确定模块205，用于根据所述判断模块的判断结果确定半导体器件安全工作区。

本实施例中，工作环境即是指施加给半导体器件的电压，获取的工作环境下的工作参数即是指半导体器件工作于该工作电压下时的电流，因此工作环境下计算出的寿命值若符合预设标准，则表明该寿命值对应的工作环境为安全工作环境，相应的电压和电流即是安全工作电压电流，由此判断每一工作环境，即可得出半导体器件安全工作的电压和电流范围，接确定出半导体器件的安全工作区。

其中，所述确定模块可以包括：

第一确定单元2051，用于当所述判断模块结果为是时，确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作的电压和电流；

第二确定单元2052，用于所述判断模块结果为否时，确定所述寿命值对应的电压和电流为不安全工作的电压和电流；

第三确定单元2053，用于根据所述安全工作的电压和电流以及所述不安全工作的电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。

在本实施例中，通过实际测试半导体器件工作在不同工作环境下时的工作参数值，然后根据半导体器件应力测试得到的应力寿命值和应力条件下的工作参数值，计算得出每一工作环境下的寿命值，使得对应不同工作环境下的计算出的寿命值更加准确，因而根据寿命值判断并确定出的半导体器件的安全工作区也比较准确，误差较小。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种半导体器件安全工作区测试方法，其特征在于，所述方法包括：

根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值；

获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值；

根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值；

判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准，并根据判断结果确定半导体器件的安全工作区；

所述不同工作环境具体为半导体器件工作在多个不同电压下，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压和理论分析不安全的电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作参数值具体为工作电流值，所述工作电流包括漏极电流和衬底电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值具体为：

根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式；

将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述热载流子注入退化模型为：

T＝H*W*1/Id*(Ib/Id)^-m；

其中，T为寿命值，H为常量，W为半导体器件沟道宽度，Id为漏极电流，Ib为衬底电流，m为电压加速因子。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果确定半导体器件的安全工作区具体为：

当寿命值符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作的电压和电流；

当寿命值不符合预设标准时，则确定所述寿命值对应的电压为不安全工作的电压和电流；

根据所述安全工作的电压和电流以及不安全工作的电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。

6.一种半导体器件安全工作区测试系统，其特征在于，所述系统包括：

第一获取模块，用于根据半导体器件应力测试结果，获知半导体器件在应力条件下的工作参数值和应力寿命值；

第二获取模块，用于获取所述半导体器件在不同工作环境下的工作参数值；

计算模块，用于根据每种工作环境下的工作参数值以及所述应力条件下的工作参数值和应力寿命值，计算得到每种工作环境下的寿命值；

判断模块，用于判断所述每种工作环境下的寿命值是否符合预设标准；

确定模块，用于根据所述判断模块的判断结果确定半导体器件安全工作区；

所述不同工作环境具体为半导体器件工作在多个不同电压下，所述多个不同电压包括电器设计规则中定义的理论工作电压以及小于该理论工作电压的多个电压和理论分析不安全的电压。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述计算模块包括：

第一计算单元，用于根据所述应力寿命值和应力条件下的工作参数以及热载流子注入退化模型得到寿命计算公式；

第二计算单元，用于将每种工作环境下的工作参数值代入所述寿命计算公式，获得每种工作环境下的寿命值。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于当所述判断模块结果为是时，确定所述寿命值对应的电压和电流为安全工作的电压和电流；

第二确定单元，用于所述判断模块结果为否时，确定所述寿命值对应的电压和电流为不安全工作的电压和电流；

第三确定单元，用于根据所述安全工作的电压和电流以及所述不安全工作的电压和电流，确定半导体器件的安全工作区。