CN108051722A - 热载流子注入效应的寿命评估方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热载流子注入效应的寿命评估方法和系统。所述方法包括：获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数；在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压；根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数；根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。极大的缩短退化速度，从而缩短热载流子注入效应的测试时间。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种热载流子注入效应的寿命评估方法以及一种热载流子注入效应的寿命评估系统。
背景技术
半导体器件是集成电路中不可缺的电子器件，因此，半导体器件的可靠性将直接影响集成电路芯片的可靠性。在半导体器件中，热载流子注入效应是影响半导体晶体管器件性能的重要指标，也是晶体管器件可靠性测试的一个重要指标。
但是随着半导体技术的发展，晶体管器件的工作电压随着沟道长度的减小而降低，热载流子注入效应引起的器件性能退化程度降低，进行热载流子注入效应试验的失效时间增大，为了更加准确的评估热载流子注入效应的寿命时间，需要更长的时间来进行热载流子注入效应的测试，但这需要大量测试的时间。
发明内容
基于此，有必要针对热载流子注入效应的测试时间长的问题，提供一种热载流子注入效应的寿命评估方法和系统。
一种热载流子注入效应的寿命评估方法，包括：
获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数；
在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压；
根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件；
在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数；
根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
一种热载流子注入效应的寿命评估系统，包括：
范围获取模块，用于获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数；
栅电压获取模块，用于在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压；
应力条件确定模块，用于根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件；
加速系数获取模块，用于在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数；
寿命计算模块，用于根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法和系统，通过在环形晶体管的漏极应力电压取值范围内，选择两种以上的热载流子注入效应的应力电压条件，根据这两组以上的热载流子注入效应的应力电压条件，进行环形晶体管的热载流子退化实验，然后根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。本发明的上述方案，极大的缩短退化速度，从而缩短热载流子注入效应的测试时间。
附图说明
图1为一实施例环形晶体管的示意性结构图；
图2为一实例中热载流子注入效应的寿命评估方法的示意性流程图；
图3为一实施例中热载流子注入效应的寿命评估系统的示意性结构。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。
图1为一实施例环形晶体管的示意性结构图，如图1所示，该环形晶体管为实现本发明方法的具体器件，采用该环形晶体管的结构时，应力作用下栅极和漏极界面处收到的损伤最大。
图2为一实例中热载流子注入效应的寿命评估方法的示意性流程图，如图2所示，所述方法的步骤包括：
S101，获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数。
在本步骤中，环形晶体管采用图1形式的晶体管，在每个环形晶体管都有击穿电压，可以根据晶体管击穿电压的特性来确定漏极应力电压取值范围。
S102，在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压。
在本步骤中，可以选择漏极应力电压取值范围内两个以上的漏极应力电压，从而减少由于选择环形晶体管故障或者失效而引起的误差，提高测试的准确性。
S103，根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件。
在本步骤中，得到了两组以上的漏极应力电压和栅极应力电压，并将其对应转换为两种以上的热载流子注入效应的应力电压条件，便于后续测试。
S104，在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数。
在本步骤中，热载流子退化实验是针对环形晶体管进行的，在环形晶体管的栅极和漏极之间施加应力电压，可以加速热载流子的退化，从而可以获得多个中间参数，根据中间参数可以计算得到加速系数，上述加速系数表征的是热载流子退化的速度。
S105，根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
通过上述步骤得到计算热载流子注入效应寿命时用到的各类参数，然后通过预先设置的漏电压模型，可以计算得到热载流子注入效应的寿命。
本实施例的的技术方案，通过在环形晶体管的漏极应力电压取值范围内，选择两种以上的热载流子注入效应的应力电压条件，根据这两组以上的热载流子注入效应的应力电压条件，进行环形晶体管的热载流子退化实验，然后根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。从而缩短热载流子注入效应的测试时间。
在一实施例中，可以通过以下方式来获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围：首先根据环形晶体管在不同栅电压下的输出电压曲线，可以确定环形晶体管的实际击穿电压，然后根据环形晶体管的实际击穿值，确定漏极应力电压取值范围中的最大值，对于最小值确定，可以根据预先设置的实验时间，确定漏极应力电压取值范围中的最小值。这里，对于实际中实验时间的设置，如果时间过长，则失去测试的意义。然后根据漏极应力电压最大值以及漏极应力电压最小值，得到漏极应力电压取值范围。
另外，在一实施例中，还可以通过外推到退化值精度，以此来确定漏极应力电压取值范围中的最小值。
可选的，对于确定漏极应力电压取值范围中的最大值，可以在环形晶体管正常工作的条件下，选择不大于90％的实际击穿电压的最大值为所述漏极应力电压取值范围中的最大值。
在确定漏极应力电压的取值范围后，可以根据测试的需求，选择其中的漏极应力电压作为载流子注入效应的应力电压条件之一。
图3为一实施例中环形晶体管栅极电压和衬底电流的关系示意图，可以在漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，可以根据图3所示的关系，采用最大衬底法，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压。
在进行热载流子注入效应的寿命评估时，如果实验次数过少或者选定的实验条件过少，那么计算出来的寿命，可能不是很准确，本实施例中，在实验条件的选择上，选择的是两组以上的数据，理论上，随着实验次数的增加，寿命计算的结果将会更加准确，但是，过多实验次数将会增加实验的时间成本。
为了解决上面的问题，可选的，选择3-5组应力电压条件，分别针对10个环形晶体管进行实验。
在进行实验时，可以有两种方式来获取加速系数。其一是根据所述热载流子注入效应的应力电压条件，设定环形晶体管漏极电压为所述漏极应力电压，对栅极施加对应所述栅极应力电压的电压，进行环形晶体管的热载流子退化实验，在环形晶体管热载流子产生的退化满足预设的退化值精度时，记录实际实验时间，并根据实际实验时间以及预设的退化值精度，得到所述加速系数；其二是根据所述热载流子注入效应的应力电压条件，设定环形晶体管漏极电压为所述漏极应力电压，对栅极施加对应所述栅极应力电压的电压，进在环形晶体管热载流子退化实验达到预设的实验时间时，记录实际退化值，根据实际退化值以及所述预设的实验时间，得到所述加速系数
由于环形晶体管的特殊结构，导致快速使热载流子达到预设的退化值精度，因此极大的减少了实验时间。
针对环形晶体管的特殊结构，漏电压模型选择为：
τ＝τ0exp(B/Vds)
其中，τ表示热载流子注入效应的寿命，τ0表示工艺常数，B表示加速系数，Vds表示漏源电压。
然后将上述实验中计算的得到的加速系数、对应的漏电压以及环形晶体管的工艺常数带入漏电压模型对应的热载流子注入效应的寿命。
要对环形晶体管热载流子注入效应的寿命进行全面的评估，可以通过威布尔分布拟合的方式，通过上面得到的大量的数据，计算出累计失效率在预设失效率时的热载流子注入效应的寿命。
基于与上述实施例中的热载流子注入效应的寿命评估方法相同的思想，本发明还提供热载流子注入效应的寿命评估系统，该系统可用于执行上述热载流子注入效应的寿命评估方法。为了便于说明，热载流子注入效应的寿命评估系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
以下以一具体实施例进一步说明。
选择环形晶体管，然后通过测量环形晶体管的初始特性，判断环形晶体管是否失效，若选择的环形晶体管失效，则替换该失效的环形晶体管，并重新进行初始特性的测量，直到环形晶体管为正常的环形晶体管。
在进行初始特性测量时，可以得到环形晶体管在不同栅电压下的输出电压曲线，因此确定了环形晶体管的实际击穿电压。在确定实际击穿电压之后，可以根据实际击穿电压确定的漏极应力电压的范围，具体的，可以采用实际击穿电压的90％作为最大的漏极应力电压。至于最小漏极应力电压的选择，可以根据实验精度或是试验时间来选择。
然后根据最大衬底法，根据漏极应力电压确定对应的栅极应力电压，以构成一组热载流子注入效应的应力电压条件，这里可以选择3-5组热载流子注入效应的应力电压条件。
另外选择没有受过应力作用的3-5组的环形晶体管，每组设置10个同样的环形晶体管，测量每个环形晶体管的初始特性，以判断是否有环形晶体管失效，剔除失效的环形晶体管，并用新的环形晶体管替换。
根据之前选择的热载流子注入效应的应力电压条件，在环形晶体管的栅极和漏极分别根据上述的应力电压条件进行测试，持续进行测试，同时进行采集参数的中间测试，记录各个参数，其中参数包括：试验时间以及环形晶体管的退化值。重复上面的过程，直到测试结束。
图3为一实施例中热载流子注入效应的寿命评估系统的示意性结构图，如图3所示，所述系统包括：
范围获取模块201，用于获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数。
栅电压获取模块202，用于在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压。
应力条件确定模块203，用于根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件。
加速系数获取模块204，用于在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数。
寿命计算模块205，用于根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
本实施例的的技术方案，通过在环形晶体管的漏极应力电压取值范围内，选择两种以上的热载流子注入效应的应力电压条件，根据这两组以上的热载流子注入效应的应力电压条件，进行环形晶体管的热载流子退化实验，然后根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。从而缩短热载流子注入效应的测试时间。
在一实施例中，范围获取模块201还用于根据环形晶体管在不同栅电压下的输出电压曲线，确定环形晶体管的实际击穿电压，根据所述实际击穿电压，确定漏极应力电压最大值；根据预先设置的实验时间或退化值精度，确定漏极应力电压最小值；根据所述漏极应力电压最大值以及所述漏极应力电压最小值，得到漏极应力电压取值范围。
可选的，范围获取模块201还用于在环形晶体管正常工作的条件下，选择不大于90％的实际击穿电压的最大值为所述漏极应力电压取值范围中的最大值。
在另一实施例中，应力条件确定模块203还用于采用最大衬底法，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压。
在一实施例中，加速系数获取模块204还用于根据所述热载流子注入效应的应力电压条件，设定环形晶体管漏极电压为所述漏极应力电压，设定环形晶体管栅极电压为所述栅极应力电压，在该应力条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验；在环形晶体管热载流子退化实验达到预设的实验时间时，记录实际退化值，根据实际退化值以及所述预设的实验时间，得到所述加速系数；或，在环形晶体管热载流子产生的退化满足预设的退化值精度时，记录实际实验时间，并根据实际实验时间以及预设的退化值精度，得到所述加速系数。
在一实施例中，预设的漏电压模型为：
τ＝τ0exp(B/Vds)
其中，τ表示热载流子注入效应的寿命，τ0表示工艺常数，B表示加速系数，Vds表示漏源电压。
在另一实施例中，还包括拟合模块，所述拟合模块还用于根据预设的累计失效率，通过威布尔分布的拟合计算得到每组热载流子注入效应的应力条件下热载流子注入效应的寿命。
本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
在一实施例中，所述存储介质还可设置于计算机设备中，所述计算机设备还包括处理器。所述处理器执行所述存储介质中的程序时可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (10)
1.一种热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，包括：
获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数；
在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压；
根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件；
在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数；
根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
2.根据权利要求1所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围的步骤，包括：
根据环形晶体管在不同栅电压下的输出电压曲线，确定环形晶体管的实际击穿电压，根据所述实际击穿电压，确定漏极应力电压最大值；
根据预先设置的实验时间或退化值精度，确定漏极应力电压最小值；
根据所述漏极应力电压最大值以及所述漏极应力电压最小值，得到漏极应力电压取值范围。
3.根据权利要求2所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述实际击穿电压，确定漏极应力电压取值范围中的最大值的步骤包括：
在环形晶体管正常工作的条件下，选择不大于90％的实际击穿电压的最大值为所述漏极应力电压取值范围中的最大值。
4.根据权利要求1所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述确定各选定漏极应力电压对应的栅极应力电压的步骤，包括：
采用最大衬底法，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压。
5.根据权利要求2所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述分别针对各种应力电压条件进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数的步骤，包括：
根据所述热载流子注入效应的应力电压条件，设定环形晶体管漏极电压为所述漏极应力电压，设定环形晶体管栅极电压为所述栅极应力电压，在该应力条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验；
在环形晶体管热载流子退化实验达到预设的实验时间时，记录实际退化值，根据实际退化值以及所述预设的实验时间，得到所述加速系数；或，
在环形晶体管热载流子产生的退化满足预设的退化值精度时，记录实际实验时间，并根据实际实验时间以及预设的退化值精度，得到所述加速系数。
6.根据权利要求1所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述预设的漏电压模型为：
τ＝τ0exp(B/Vds)
其中，τ表示热载流子注入效应的寿命，τ0表示工艺常数，B表示加速系数，Vds表示漏源电压。
7.根据权利要求6所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，在得到每组热载流子注入效应的应力条件下热载流子注入效应的寿命之后，还包括：
根据预设的累计失效率，通过威布尔分布的拟合计算得到每组热载流子注入效应的应力条件下热载流子注入效应的寿命。
8.一种热载流子注入效应的寿命评估系统，其特征在于，包括：
范围获取模块，用于获取环形晶体管的漏极应力电压取值范围以及工艺常数；
栅电压获取模块，用于在所述漏极应力电压取值范围内选定两个以上不同的漏极应力电压，确定各漏极应力电压对应的栅极应力电压；
应力条件确定模块，用于根据漏极应力电压及其对应的栅极应力电压，得到对应的热载流子注入效应的应力电压条件；由此得到至少两种所述应力电压条件；
加速系数获取模块，用于在各种应力电压条件下进行环形晶体管的热载流子退化实验，得到各种应力电压条件下的热载流子的加速系数；
寿命计算模块，用于根据环形晶体管的工艺常数、两种以上应力电压条件下的热载流子的加速系数以及预设的漏电压模型，得到热载流子注入效应的寿命。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一所述方法的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一所述方法的步骤。
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