CN106646180A - 一种wat阈值电压测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WAT阈值电压测试方法及系统，该方法包括如下步骤：对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1与Id2；根据得到的漏极电流确定该源漏极电压与漏极电流曲线的斜率；根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态，根据器件的工作状态采用相应的方法进行阈值电压测试,本发明能够在测试时自动判断器件工作在何种状态，不需要预先设置器件所在的工作区，无需人为的去判断器件在何种工作状态再进行阈值电压的测试，提高了测试效率。

Description

一种WAT阈值电压测试方法及系统
技术领域
本发明涉及WAT(Wafer Acceptance Test，晶圆验收测试)阈值电压测试领域，特别是涉及一种WAT阈值电压测试方法及系统。
背景技术
VTGM算法测试是业界测试阈值电压的一种常用方法，使用VTGM算法测试MOS管阈值电压原理如图1所示，其阈值电压的计算方法是根据栅极电压(Vg)与漏极电流(Id)曲线的斜率最大的切线与X轴的截距计算得到。
然而，该算法需要预先确定器件工作在饱和区还是线性区(如图2)，不同的源漏偏置电压决定了器件工作状态，对于测试器件需要事先知道此器件在某一源漏偏置电压下其工作在饱和区还是线性区才可以使用VTGM算法进行测试。
现有技术中，利用VTGM算法测试阈值电压一般需要预先设置器件所在的工作区，需要人为的去判断器件在何种工作状态，然后进行阈值电压的测试，测试效率较低。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种WAT阈值电压测试方法及系统，其能够在测试时自动判断器件工作在何种状态，不需要预先设置器件所在的工作区，不需要人为的去判断器件在何种工作状态然后进行阈值电压的测试，提高了测试效率。
为达上述目的，本发明提出一种WAT阈值电压测试方法，包括如下步骤：
步骤一，对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1与Id2；
步骤二，根据得到的漏极电流确定该源漏极电压与漏极电流曲线的斜率；
步骤三，根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态，根据器件的工作状态采用相应的方法进行阈值电压测试。
进一步地，于步骤二中，根据公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定该斜率。
进一步地，于步骤三中，如果量测的漏极电流大于或等于一预设阈值，无论斜率K为何值，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
进一步地，若量测的漏极电流小于该预设阈值，则进一步根据斜率K值确定该器件的工作状态。
进一步地，若量测的漏极电流小于该预设阈值，且K大于等于一预设值，则认为器件工作在线性区，则阈值电压后续测试按照线性区算法进行计算。
进一步地，若量测的漏极电流小于该预设阈值，且K小于该预设值，则认为该器件工作在饱和区，则阈值电压后续测试按照饱和区算法进行计算。
进一步地，该预设阈值为1E-5A，该预设值为0.1。
为达到上述目的，本发明还提供一种WAT阈值电压测试系统，包括：
器件工作状态判断模块，通过对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1与Id2，然后根据得到的漏极电流确定源漏极电压与漏极电流曲线的斜率，并根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态；
测试执行模块，根据确定的器件的工作状态，执行相应的测试方法，实现WAT阈值电压测试。
进一步地，该器件工作状态判断模块利用公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定该源漏极电压与漏极电流曲线的斜率。
进一步地，该器件工作状态判断模块判断量测的漏极电流是否小于预设阈值，若量测的漏极电流小于该预设阈值，则进一步判断K值是否大于等于一预设值，如果K大于等于该预设值，则认为器件工作在线性区，由该测试执行模块按照线性区算法计算阈值电压，如果K小于该预设值，则认为器件工作在饱和区，由该测试执行模块按照饱和区算法计算阈值电压；若该器件工作状态判断模块判断量测的漏极电流大于等于该预设阈值，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
与现有技术相比，本发明一种WAT阈值电压测试方法及系统通过采用器件工作状态判断模块于测试时自动判断器件工作在何种状态，根据确定的工作状态采用相应的测试算法进行计算，能够解决对于未知性能器件阈值电压的计算，对于源漏极不同偏置电压的器件，不需要预先确定器件所在工作状态就可以测试其阈值电压。
附图说明
图1为现有技术的VTGM算法阈值电压测试原理图；
图2为MOS器件不同源漏电压(Vds)下工作状态示意图；
图3为本发明一种WAT阈值电压测试方法的步骤流程图；
图4为本发明较佳实施例中K值计算示意图；
图5为本发明一种WAT阈值电压测试方法之具体实施例的步骤流程图；
图6为本发明一种WAT阈值电压测试系统的系统架构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图3为本发明一种WAT阈值电压测试方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种WAT阈值电压测试方法，包括如下步骤：
步骤101，对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1，Id2，如图4所示。
步骤102，根据得到的漏极电流确定源漏极电压与漏极电流曲线的斜率。
在本发明较佳实施例中，根据公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定斜率。
步骤103，根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态，根据器件的工作状态采用相应的方法进行阈值电压测试。
具体地，在步骤103中，如果量测的漏极电流(本发明具体实施例中为两个漏极电流的均值)大于等于一预设阈值(在本发明较佳实施例中，该预设阈值为1E-5A)，无论斜率K为何值，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码；
如果量测的漏极电流小于该预设阈值(在本发明较佳实施例中，该预设阈值为1E-5A)，且K大于等于一预设值(在本发明较佳实施例中，该预设值为0.1)，则认为器件工作在线性区，则阈值电压后续测试按照线性区算法进行计算。
如果量测的漏极电流小于该预设阈值(在本发明较佳实施例中，该预设阈值为1E-5A)，且K小于该预设值(在本发明较佳实施例中，该预设值为0.1)则认为器件工作在饱和区，则阈值电压后续测试按照饱和区算法进行计算。
常规测试方法会要事先扫曲线(栅极电压vg从0V-Vdd区间电压的范围)从而判断不同电压范围内电流的结果在曲线哪个工作区域，线性区、饱和区、击穿区。然后通过不同的工作区域给予Vd不同的电压，从而测试出阈值电压vtlin(线性区电压)、vtsat(饱和区电压)。具体测试条件如表1所示
表1
阈值电压 测试条件
Vtlin(线性区) 扫描Vg从[0]to[0.8*1.2]V)，Id＝Ith*W/L,Ith＝[4e-8]A,Vd＝[0.05]V,Vs＝Vb＝[0]V
Vtsat(饱和区) 扫描Vg从[0]v to[0.8*1.2]V，Id＝Ith*W/L,Ith＝[4e-8]A,Vd＝[1.2]V,Vs＝Vb＝[0]V
图5为本发明一种WAT阈值电压测试方法之具体实施例的步骤流程图。在本发明具体实施例中，WAT阈值电压测试方法如下：
在量测栅极的阈值电压之前，对源漏极电压增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1，Id2；
利用公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定电压电流曲线的斜率；
判断量测的漏极电流是否小于1E-5A；
若小于1E-5A，则判断K值是否大于等于0.1，如果K大于等于0.1，则认为器件工作在线性区，则阈值电压后续测试按照线性区算法计算；如果K小于0.1，则认为器件工作在饱和区，则阈值电压后续测试按照饱和区算法计算。
若量测的漏极电流大于等于1E-5A，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
通过本发明可以快速判断器件的工作区间，从而给予vd电压(漏极电压)，实现阈值电压的测试。
图6为本发明一种WAT阈值电压测试系统的系统架构图。如图6所示，本发明一种WAT阈值电压测试系统，包括：器件工作状态判断模块601以及测试执行模块602。
其中，器件工作状态判断模块601，通过对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1，Id2，然后根据得到的漏极电流确定源漏极电压与漏极电流曲线的斜率，并根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态；测试执行模块602，根据确定的器件的工作状态，执行相应的测试方法，实现WAT阈值电压测试。
具体地说，器件工作状态判断模块601首先对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1，Id2，然后利用公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定源漏极电压与漏极电流曲线的斜率，最后根据K值以及量测的漏极电流，确定器件的工作状态：
若量测的漏极电流小于1E-5A，则判断K值是否大于等于0.1，如果K大于等于0.1，则认为器件工作在线性区，测试执行模块602按照线性区算法计算阈值电压；如果K小于0.1，则认为器件工作在饱和区，测试执行模块602按照饱和区算法计算阈值电压。
若量测的漏极电流大于等于1E-5A，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
综上所述，本发明一种WAT阈值电压测试方法及系统通过采用器件工作状态判断模块于测试时自动判断器件工作在何种状态，根据确定的工作状态采用相应的测试算法进行计算，能够解决对于未知性能器件阈值电压的计算，对于源漏极不同偏置电压的器件，不需要预先确定器件所在工作状态就可以测试其阈值电压。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种WAT阈值电压测试方法，包括如下步骤：
步骤一，对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1与Id2；
步骤二，根据得到的漏极电流确定该源漏极电压与漏极电流曲线的斜率；
步骤三，根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态，根据器件的工作状态采用相应的方法进行阈值电压测试。
2.如权利要求1所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：于步骤二中，根据公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定该斜率。
3.如权利要求2所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：于步骤三中，如果量测的漏极电流大于或等于一预设阈值，无论斜率K为何值，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
4.如权利要求3所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：若量测的漏极电流小于该预设阈值，则进一步根据斜率K值确定该器件的工作状态。
5.如权利要求4所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：若量测的漏极电流小于该预设阈值，且K大于等于一预设值，则认为器件工作在线性区，则阈值电压后续测试按照线性区算法进行计算。
6.如权利要求5所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：若量测的漏极电流小于该预设阈值，且K小于该预设值，则认为该器件工作在饱和区，则阈值电压后续测试按照饱和区算法进行计算。
7.如权利要求6所述的一种WAT阈值电压测试方法，其特征在于：该预设阈值为1E-5A，该预设值为0.1。
8.一种WAT阈值电压测试系统，包括：
器件工作状态判断模块，通过对源漏极电压分别增加以及减少一个大小为ΔV的小电压，分别得到两个漏极电流Id1与Id2，然后根据得到的漏极电流确定源漏极电压与漏极电流曲线的斜率，并根据获得的斜率及量测的漏极电流，确定器件的工作状态；
测试执行模块，根据确定的器件的工作状态，执行相应的测试方法，实现WAT阈值电压测试。
9.如权利要求8所述的一种WAT阈值电压测试系统，其特征在于：该器件工作状态判断模块利用公式K＝(Id2-Id1)/2*ΔV确定该源漏极电压与漏极电流曲线的斜率。
10.如权利要求9所述的一种WAT阈值电压测试系统，其特征在于：该器件工作状态判断模块判断量测的漏极电流是否小于预设阈值，若量测的漏极电流小于该预设阈值，则进一步判断K值是否大于等于一预设值，如果K大于等于该预设值，则认为器件工作在线性区，由该测试执行模块按照线性区算法计算阈值电压，如果K小于该预设值，则认为器件工作在饱和区，由该测试执行模块按照饱和区算法计算阈值电压；若该器件工作状态判断模块判断量测的漏极电流大于等于该预设阈值，则认为器件工作在击穿区，则终止测试，测试值显示为错误码。
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