CN104237764A

CN104237764A - Mos器件热载流子注入寿命退化的测试方法和装置

Info

Publication number: CN104237764A
Application number: CN201410469917.6A
Authority: CN
Inventors: 卞鸣锴; 师谦
Original assignee: Fifth Electronics Research Institute of Ministry of Industry and Information Technology
Current assignee: Fifth Electronics Research Institute of Ministry of Industry and Information Technology
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2034-09-15
Also published as: CN104237764B

Abstract

本发明公开了一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法和装置，首先测量器件的初始界面态密度；常温下施加预设应力条件1，测量器件界面态密度；常温下施加预设应力条件2，测量器件界面态密度；然后确定器件退化的最大应力条件；测得器件阈值电压和饱和漏极电压；降温并施加最大应力条件，测量器件界面态密度；常温下施加最大应力条件，测量器件界面态密度；根据测得参数和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取器件的寿命。本发明在低温加速过程中无需恒温控制，降低测试成本，同时有效减小器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中器件退化量对测试结果的影响。

Description

MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法和装置

技术领域

本发明涉及MOS器件可靠性测试技术领域，特别是涉及一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法和装置。

背景技术

随着MOSFETs(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors，金属氧化物半导体场效应晶体管)尺寸不断减小，半导体制造工艺已经进入深亚微米时代，且向超深亚微米发展。半导体器件可靠性越来越直接影响着IC(integrated circuit，集成电路)芯片的性能和使用寿命。但是，由于MOSFETs尺寸等比例缩小，器件工作电压并没有相应等比例减少，所以，器件内部的电场强度随器件尺寸的减小反而增强。在小尺寸器件中，由于器件沟道长度减小，在漏端附近会形成很高的电场强度，由于这种横向电场作用，在漏端的强场区，沟道电子获得很大的漂移速度和能量，成为热载流子。在深亚微米工艺中，随着MOSFETs尺寸的日益缩小，MOSFETs的HCI(Hot carrier injection，热载流子注入)效应越来越严重，其引起的器件性能的退化是影响MOSFETs可靠性的重要因素之一。因此，HCI测试已成为MOSFETs可靠性测试的主要测试项目之一。

当前，一般n-MOSFETs热载流子注入寿命退化的测试是按照JEDEC(JointElectron Device Engineering Council，电子元件工业联合会)标准进行。JEDEC标准中提供了三种热载流子注入寿命退化的测试模型：

(1)基底/漏端电流比例模型：

根据公式：

\log (\frac{t_{tar} I_{D, stress}}{W}) = \log H - m \times \log (\frac{I_{B, stress}}{I_{D, stress}}),

其中，H、m为须通过实验数据算得的常数；t_tar为使用条件时的寿命；I_D,stress为应力条件下的漏端电流；I_B,stress为应力条件下的基底电流；W为沟道宽度；通过实验所得的数据值算出常数H、m，则可以算出使用条件时的寿命t_tar。

(2)漏源电压加速模型：

根据公式：其中，t_o、B为须通过实验数据算得的常数；t_tar为使用条件时的寿命；V_DS,stress为应力条件下的源漏电压；通过实验所得的数据值算出常数t_o、B，则可以算出使用条件时的寿命t_tar。

(3)基底电流模型：

根据公式：其中，C、b为须通过实验数据算得的常数；t_tar为使用条件时的寿命；I_B,stress为应力条件下的基底电流；W为沟道宽度；通过实验所得的数据值算出常数C、b，则可以算出使用条件时的寿命t_tar。

(4)温度加速模型：

JESD28标准中对温度应力加速模型没有特别述及，即与其它失效机理共用Arrhenius方程(阿伦尼乌斯方程)。而对于HCI失效来说，低温是其加速应力，也就是要对器件在低温条件下恒温施加应力。然后通过公式：得到使用条件下的寿命t_use，其中，t_use为使用条件时的寿命；t_stress为应力条件下的应力；E_aa为表观激活能；k为玻尔兹曼常数；T_use为使用条件的温度；T_stress为应力条件的温度。

该现有技术不论哪种模型，在测试过程中，HCI加速应力都要对器件进行低温控制，这要求实验设备不仅可以冷却降温还要具有温度测量和控制的能力，给实验设备提出了很高的要求，增加了测试成本；而且该现有技术在测试之初需要通过测试确定器件参数及最佳加速应力，这一过程已经对器件造成一定的寿命退化，影响到了测试结果的正确性。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，在低温加速过程中无需恒温控制，对测试设备要求低，任何方便的降温手段都可使用，降低测试成本，同时有效减小器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中器件的退化量对测试结果的影响，提高测试精度。

为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：

一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，包括以下步骤：

测量MOS器件的初始界面态密度N_it0；

常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件1，测量所述MOS器件的界面态密度N_it1；

常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件2，测量所述MOS器件的界面态密度N_it2；

测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件；

测量得到所述MOS器件的阈值电压和饱和漏极电压；

降温并对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it3；

常温条件下对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it4；

根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、阈值电压、饱和漏极电压和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命。

针对现有技术问题，本发明还提出了一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，有效解决现有预测MOS器件HCI寿命的过程中，都须施加恒定的低温加速应力，给测试设备提出更高的要求，增加许多额外成本、同时测试开始时需要通过测试确定器件参数及最佳加速应力造成测试结果不精确的问题，适合应用。

本发明技术方案的实施例为：

一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，包括：

界面态密度测量模块一，用于测量MOS器件的初始界面态密度N_it0；

界面态密度测量模块二，用于常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件1，测量所述MOS器件的界面态密度N_it1；

界面态密度测量模块三，用于常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件2，测量所述MOS器件的界面态密度N_it2；

最大应力条件确定模块，用于测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件；

器件参数测量模块，用于测量得到所述MOS器件的阈值电压和饱和漏极电压；

界面态密度测量模块四，用于降温并对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it3；

界面态密度测量模块五，用于常温条件下对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it4；

寿命获取模块，用于根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、阈值电压、饱和漏极电压和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法和装置，在低温加速过程中无需恒温控制，对测试设备要求低，任何方便的降温手段都可使用，降低测试成本；界面态密度的累积量不用于最终数据处理，可以将最佳加速应力搜索及器件参数测试过程并入应力加速过程之中，器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中的器件退化量对测试结果无影响，提高测试结果精确性，具有很高的应用价值。

附图说明

图1为一个实施例中MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法流程图；

图2为现有电荷泵技术的实验原理图；

图3为基于图1所示方法一个具体示例中MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法流程图；

图4为一个实施例中MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

一个实施例中MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：测量MOS器件的初始界面态密度N_it0；

步骤S102：常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件1，测量所述MOS器件的界面态密度N_it1；

步骤S103：常温条件下对所述MOS器件施加预设应力条件2，测量所述MOS器件的界面态密度N_it2；

步骤S104：测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件；

步骤S105：测量得到所述MOS器件的阈值电压和饱和漏极电压；

步骤S106：降温并对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it3；

步骤S107：常温条件下对所述MOS器件施加所述最大应力条件，测量所述MOS器件的界面态密度N_it4；

步骤S108：根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、阈值电压、饱和漏极电压和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命。

从以上描述可知，本发明MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，在低温加速过程中无需恒温控制，对测试设备要求低，任何方便的降温手段都可使用，降低测试成本，同时界面态密度的累积量不用于最终数据处理，有效减小器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中器件的退化量对测试结果的影响，适合实际应用。

作为一个实施例，所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4根据电荷泵技术或C-V法或1/f噪声分析法或双二极管电荷分离法测量得到，充分满足实际需求，应用价值高。

作为一个实施例，所述预设应力条件1包括：栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d1，漏极电流为I_d1；

所述预设应力条件2包括：栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d2，漏极电流为I_d2，所述应力条件2的漏极电压大于所述预设应力条件1的漏极电压；

预设应力条件2可在预设应力条件1的基础上设置，保持栅极电压为V_g1不变，增大漏极电压到V_d2，漏极电流为I_d2，V_d2应根据MOS器件参数在不产生其它失效机理的情况下尽量大些，根据实际情况设定参数数值，适合应用。。

作为一个实施例，测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件的步骤包括：

保持所述预设应力条件2的漏极电压V_d2不变，调整所述MOS器件的栅极电压；

当所述MOS器件的基底电流I_B达到最大值时，得到所述MOS器件的栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3；

最大应力条件可在预设应力条件2基础上设置，保持漏极电压V_d2不变，调整栅极电压，使基底电流I_B达最大值，得到此时栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3。

作为一个实施例，根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、阈值电压、饱和漏极电压和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命的步骤包括：

根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、饱和漏极电压和所述基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

获取未知常数A、B、C的值：

\{\begin{matrix} \ln A + (\frac{1}{V_{d 1} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it 1} - N_{it 0}}{I_{d 1} \cdot Δ t_{1}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 1} \cdot C = \ln \frac{N_{it 2} - N_{it 1}}{I_{d 2} \cdot Δ t_{2}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 2}}) \cdot B - N_{it 3} \cdot C = \ln \frac{N_{it 4} - N_{it 3}}{I_{d 3} \cdot Δ t_{3}} \end{matrix},

其中V_d为漏极电压，V_dsat为饱和漏极电压，N_it为经过Δt时间后界面态密度，N_it0为初始界面态密度，I_d为漏极电流，Δt为运行时间，V_d1、V_d2为所述MOS器件的漏极电压，I_d1、I_d2、I_d3为所述MOS器件的漏极电流，Δt₁为常温条件下对所述MOS器件施加所述预设应力条件1后运行的时间、Δt₂为常温条件下对所述MOS器件施加所述预设应力条件2后运行的时间、Δt₃为常温条件下对所述MOS器件施加所述最大应力条件后运行的时间，V_dsat1、V_dsat2为所述MOS器件的饱和漏极电压，所述饱和漏极电压V_dsat1、V_dsat2通过测量所述MOS器件在栅极电压为V_g1、V_g2时的I-V曲线得到；

根据获取的未知常数A、B、C的值、所述MOS器件的阈值电压和基于HCI幸运电子模型得到的器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命，其中τ为器件寿命，N_itF为失效时的界面态密度，所述N_itF通过公式确定，其中C_ox为氧化物电容，V_th为所述MOS器件的阈值电压，q为电子电荷；

界面态密度的累积量不用于最终数据处理，器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中器件的退化量，对测试结果无影响，使测试结果更精确。

为了更好地理解本方法，以下详细阐述一个本发明MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法的应用实例，该应用实例是在n-MOSFETs器件中利用电荷泵技术实现的。

电荷泵技术可以较精确地测量MOSFETs界面态密度，其实验原理如图2所示：栅极外加周期性脉冲，源漏极分别加相同的反偏压，衬底接地。在周期性的脉冲电压作用下，MOSFETs的沟道重复地在积累与反型之间变换。在反型状态，界面态被来自源漏区的载流子填充，在沟道积累时，来自衬底的多子与陷落在界面态的少子复合产生衬底电流，也即为电荷泵电流。电荷泵电流公式为：I_cp＝N_it·q·f·A_g，其中，I_cp为饱和电荷泵电流，N_it为界面态密度，q为电子电荷，f为脉冲频率，A_g为栅氧化层面积。于是可得到界面态密度公式：在图1中给栅极施加频率为f的脉冲，测得饱和电荷泵电流I_cp，就可通过上述界面态密度公式得到界面态密度N_it。

如图3所示，该应用实例可以包括以下步骤：

步骤S301：根据电荷泵技术测量n-MOSFETs器件的初始界面态密度N_it0；

步骤S302：常温条件下对n-MOSFETs器件施加预设应力条件1，运行时间Δt₁后，根据电荷泵技术测量器件的界面态密度N_it1，其中预设应力条件1可设为器件的额定工作条件，即栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d1，漏极电流为I_d1；

步骤S303：常温条件下对n-MOSFETs器件施加预设应力条件2，运行时间Δt₂后，根据电荷泵技术测量器件的界面态密度N_it2，其中预设应力条件2在预设应力条件1的基础上设置，保持栅极电压为V_g1不变，增大漏极电压到V_d2，漏极电流为I_d2，V_d2应根据器件参数在不产生其它失效机理的情况下尽量大些；

步骤S304：通过测试，确定n-MOSFETs器件退化的最大应力条件，最大应力条件在预设应力条件2的基础上设置，保持漏极电压V_d2不变，调整栅极电压，当基底电流I_B达到最大值时，得到栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3；

步骤S305：测量n-MOSFETs器件在栅极电压为V_g1、V_g2时的I-V曲线，通过该I-V曲线获取器件的饱和漏极电压V_dsat1、V_dsat2，测量n-MOSFETs器件的阈值电压V_th；

步骤S306：降温并对n-MOSFETs器件施加上述最大应力条件，运行数小时后，根据电荷泵技术测量器件的界面态密度N_it3；

步骤S307：常温条件下对n-MOSFETs器件施加上述最大应力条件，运行时间Δt₃后，根据电荷泵技术测量器件的界面态密度N_it4；

步骤S308：根据上述测量得到的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、饱和漏极电压V_dsat1、V_dsat2和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

获取未知常数A、B、C的值：

\{\begin{matrix} \ln A + (\frac{1}{V_{d 1} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it 1} - N_{it 0}}{I_{d 1} \cdot Δ t_{1}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 1} \cdot C = \ln \frac{N_{it 2} - N_{it 1}}{I_{d 2} \cdot Δ t_{2}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 2}}) \cdot B - N_{it 3} \cdot C = \ln \frac{N_{it 4} - N_{it 3}}{I_{d 3} \cdot Δ t_{3}} \end{matrix},

其中V_d为漏极电压，V_dsat为饱和漏极电压，N_it为经过Δt时间后界面态密度，N_it0为初始界面态密度，I_d为漏极电流，Δt为运行时间，V_d1、V_d2为上述n-MOSFETs器件的漏极电压，I_d1、I_d2、I_d3为上述n-MOSFETs器件的漏极电流，Δt₁、Δt₂、Δt₃为上述n-MOSFETs器件的运行时间；

根据获取的未知常数A、B、C的值、n-MOSFETs器件的阈值电压V_th和基于HCI幸运电子模型得到的器件寿命与器件所受应力状态的关系获取上述n-MOSFETs器件的寿命，其中τ为器件寿命，N_itF为失效时的界面态密度，所述N_itF通过公式确定，其中C_ox为氧化物电容，q为电子电荷。

其中基于HCI幸运电子模型得到的在一定电流条件下界面态密度随时间变化的规律

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

由以下步骤推导得到：

根据幸运电子模型得到了HCI退化导致的界面态密度随时间变化的公式：其中N_it为Si-SiO2界面态密度，t为时间，K为常数，I_d为漏极电压，W为沟道宽度，φ_it为界面陷阱产生所需的最小能量，λ为电子平均自由程，q为电子电荷，E_m为沟道中最大电场，b为常数，X_H为有效扩散长度，D_H为有效扩散系数；

其中E_m通过公式：确定，其中V_d为漏端电压，V_dsat为漏极饱和电压，X_ox为氧化层厚度；X_j为漏结深度；

上述界面态密度随时间变化的公式在时间很短的情况下可以写为：

\frac{Δ N_{it}}{Δt} = I_{d} \cdot (\frac{K}{W}) \cdot \exp (\frac{- φ_{it}}{λq E_{m}}) \cdot \frac{1}{1 + (\frac{b X_{H}}{D_{H}}) \cdot N_{it 0}},

其中N_it0为初始界面态密度；

将E_m的表达式代入上述界面态密度随时间变化的公式得到：

\frac{Δ N_{it}}{Δt} = I_{d} \cdot (\frac{K}{W}) \cdot \exp (\frac{- 0.2 X_{ox}^{1 / 3} X_{j}^{1 / 2} \cdot φ_{it}}{λq (V_{d} - V_{dsat})}) \cdot \frac{1}{1 + (\frac{b X_{H}}{D_{H}}) \cdot N_{it 0}};

令

A = (\frac{K}{W}), B = \frac{- 0.2 X_{ox}^{1 / 3} X_{j}^{1 / 2} \cdot φ_{it}}{λq}, C = (\frac{{bX}_{H}}{D_{H}}),

化简上述公式为：

\frac{Δ N_{it}}{I_{d} Δt} = A \cdot \exp (\frac{B}{(V_{d} - V_{dsat})}) \cdot \frac{1}{1 + C \cdot N_{it}};

对上式两边取对数得到：

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - \ln (1 + N_{ito} \cdot C) = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt};

将上式左边第三项ln(1+N_ito·C)进行泰勒级数展开，并保留一次项，得到在一定电流条件下界面态密度随时间变化的规律：

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt} .

其中基于HCI幸运电子模型得到的在一定电流条件下界面态密度与器件寿命的关系

τ = \frac{(N_{itF} + \frac{C}{2} N_{itF}^{2})}{A \cdot I_{d}} \cdot \exp (\frac{- B}{V_{d} - V_{dsat}})

由以下步骤推导得到：

将E_m的表达式代入上述界面态密度随时间变化的公式，并令

B = \frac{- 0.2 X_{ox}^{1 / 3} X_{j}^{1 / 2} \cdot φ_{it}}{λq}, C = (\frac{b X_{H}}{D_{H}}),

化简上述公式为：

(1 + C \cdot N_{it}) \cdot d N_{it} = A \cdot I_{d} \cdot \exp (\frac{B}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot dt;

对上式两边积分得到：

N_{it} + \frac{C}{2} N_{it}^{2} = A \cdot I_{d} \cdot \exp (\frac{B}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot t,

其中当N_it达到某一特定值N_itF时，器件失效，界面态密度达到N_itF所需的时间就是器件的寿命τ：

N_{itF} + \frac{C}{2} N_{itF}^{2} = A \cdot I_{d} \cdot \exp (\frac{B}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot τ,

得到在一定电流条件下界面态密度与器件寿命的关系：

τ = \frac{(N_{itF} + \frac{C}{2} N_{itF}^{2})}{A \cdot I_{d}} \cdot \exp (\frac{- B}{V_{d} - V_{dsat}}) .

本应用实例在低温加速过程中无需恒温控制，对测试设备要求低，任何方便的降温手段都可使用，降低测试成本；界面态密度的累积量不用于最终数据处理，器件参数测试及最佳加速应力搜索过程中的器件退化量对测试结果无影响，提高测试结果精确性。

一个实施例中MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，如图4所示，包括：

如图4所示，本装置各模块连接关系的一个优选的实施例为：界面态密度测量模块一、界面态密度测量模块二、界面态密度测量模块三、最大应力条件确定模块、器件参数测量模块、界面态密度测量模块四、界面态密度测量模块五和寿命获取模块依次顺序连接。

首先界面态密度测量模块一测量MOS器件的初始界面态密度N_it0；界面态密度测量模块二常温条件下对MOS器件施加预设应力条件1，测量器件的界面态密度N_it1；界面态密度测量模块三常温条件下对MOS器件施加预设应力条件2，测量器件的界面态密度N_it2；然后最大应力条件确定模块测量确定器件退化的最大应力条件；器件参数测量模块测量得到MOS器件的阈值电压和饱和漏极电压；界面态密度测量模块四降温并对MOS器件施加上述最大应力条件，测量器件的界面态密度N_it3；界面态密度测量模块五常温条件下对MOS器件施加所述最大应力条件，测量器件的界面态密度N_it4；最后寿命获取模块根据测量得到的参数和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取MOS器件的寿命。

从以上描述可知，本发明MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，有效解决现有预测MOS器件HCI寿命的过程中，都须施加恒定的低温加速应力，给测试设备提出更高的要求，增加许多额外成本、同时测试开始时需要通过测试确定器件参数及最佳加速应力造成测试结果不精确的问题，适合应用。

作为一个实施例，所述界面态密度测量模块一、界面态密度测量模块二、界面态密度测量模块三、界面态密度测量模块四和界面态密度测量模块五根据电荷泵技术或C-V法或1/f噪声分析法或双二极管电荷分离法测量所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4，充分满足实际需求，应用价值高。

预设应力条件2可在预设应力条件1的基础上设置，保持栅极电压为V_g1不变，增大漏极电压到V_d2，漏极电流为I_d2，V_d2应根据MOS器件参数在不产生其它失效机理的情况下尽量大些，根据实际情况设定参数数值，适合应用。

作为一个实施例，所述最大应力条件确定模块包括：

调整单元，用于保持所述预设应力条件2的漏极电压V_d2不变，调整所述MOS器件的栅极电压；

确定单元，用于当所述MOS器件的基底电流I_B达到最大值时，得到所述MOS器件的栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3；

作为一个实施例，所述寿命获取模块包括：

未知常数获取单元，用于根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、饱和漏极电压和所述基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

获取未知常数A、B、C的值：

\{\begin{matrix} \ln A + (\frac{1}{V_{d 1} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it 1} - N_{it 0}}{I_{d 1} \cdot Δ t_{1}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 1} \cdot C = \ln \frac{N_{it 2} - N_{it 1}}{I_{d 2} \cdot Δ t_{2}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 2}}) \cdot B - N_{it 3} \cdot C = \ln \frac{N_{it 4} - N_{it 3}}{I_{d 3} \cdot Δ t_{3}} \end{matrix},

寿命获取单元，用于根据获取的未知常数A、B、C的值、所述MOS器件的阈值电压和基于HCI幸运电子模型得到的器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命，其中τ为器件寿命，N_itF为失效时的界面态密度，所述N_itF通过公式确定，其中C_ox为氧化物电容，V_th为所述MOS器件的阈值电压，q为电子电荷；

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量MOS器件的初始界面态密度N_it0；

测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件；

测量得到所述MOS器件的阈值电压和饱和漏极电压；

2.根据权利要求1所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，其特征在于，所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4根据电荷泵技术或C-V法或1/f噪声分析法或双二极管电荷分离法测量得到。

3.根据权利要求1或2所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，其特征在于，所述预设应力条件1包括：栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d1，漏极电流为I_d1；

所述预设应力条件2包括：栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d2，漏极电流为I_d2，所述应力条件2的漏极电压大于所述预设应力条件1的漏极电压。

4.根据权利要求3所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，其特征在于，测试确定所述MOS器件退化的最大应力条件的步骤包括：

当所述MOS器件的基底电流I_B达到最大值时，得到所述MOS器件的栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3。

5.根据权利要求4所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试方法，其特征在于，根据所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4、阈值电压、饱和漏极电压和基于HCI幸运电子模型得到的在一定应力条件下界面态密度随时间变化的规律、器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命的步骤包括：

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

获取未知常数A、B、C的值：

\{\begin{matrix} \ln A + (\frac{1}{V_{d 1} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it 1} - N_{it 0}}{I_{d 1} \cdot Δ t_{1}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 1} \cdot C = \ln \frac{N_{it 2} - N_{it 1}}{I_{d 2} \cdot Δ t_{2}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 2}}) \cdot B - N_{it 3} \cdot C = \ln \frac{N_{it 4} - N_{it 3}}{I_{d 3} \cdot Δ t_{3}} \end{matrix},

根据获取的未知常数A、B、C的值、所述MOS器件的阈值电压和基于HCI幸运电子模型得到的器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命，其中τ为器件寿命，N_itF为失效时的界面态密度，所述N_itF通过公式确定，其中C_ox为氧化物电容，V_th为所述MOS器件的阈值电压，q为电子电荷。

6.一种MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，其特征在于，所述界面态密度测量模块一、界面态密度测量模块二、界面态密度测量模块三、界面态密度测量模块四和界面态密度测量模块五根据电荷泵技术或C-V法或1/f噪声分析法或双二极管电荷分离法测量所述MOS器件的界面态密度N_it0、N_it1、N_it2、N_it3、N_it4。

8.根据权利要求6或7所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，其特征在于，所述预设应力条件1包括：栅极电压为V_g1，漏极电压为V_d1，漏极电流为I_d1；

9.根据权利要求8所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，其特征在于，所述最大应力条件确定模块包括：

确定单元，用于当所述MOS器件的基底电流I_B达到最大值时，得到所述MOS器件的栅极电压为V_g2，漏极电流为I_d3。

10.根据权利要求9所述的MOS器件热载流子注入寿命退化的测试装置，其特征在于，所述寿命获取模块包括：

\ln A + (\frac{1}{V_{d} - V_{dsat}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it} - N_{it 0}}{I_{d} \cdot Δt}

获取未知常数A、B、C的值：

\{\begin{matrix} \ln A + (\frac{1}{V_{d 1} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 0} \cdot C = \ln \frac{N_{it 1} - N_{it 0}}{I_{d 1} \cdot Δ t_{1}} \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 1}}) \cdot B - N_{it 1} \cdot C = \ln \frac{N_{it 2} - N_{it 1}}{I_{d 2} \cdot Δ t_{2}}, \\ \ln A + (\frac{1}{V_{d 2} - V_{dsat 2}}) \cdot B - N_{it 3} \cdot C = \ln \frac{N_{it 4} - N_{it 3}}{I_{d 3} \cdot Δ t_{3}} \end{matrix}

寿命获取单元，用于根据获取的未知常数A、B、C的值、所述MOS器件的阈值电压和基于HCI幸运电子模型得到的器件寿命与器件所受应力状态的关系获取所述MOS器件的寿命，其中τ为器件寿命，N_itF为失效时的界面态密度，所述N_itF通过公式确定，其中C_ox为氧化物电容，V_th为所述MOS器件的阈值电压，q为电子电荷。