CN111060794A - 热载流子注入效应的寿命评估方法、装置和计算机设备 - Google Patents

热载流子注入效应的寿命评估方法、装置和计算机设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种热载流子注入效应的寿命评估方法、装置和计算机设备，其中一种热载流子注入效应的寿命评估方法，可针对SOI器件的自热效应，降低环境温度来进行热载流子注入试验，使得SOI器件在进行热载流子注入试验时的工作温度可以保持在目标温度，进而在进行寿命评估时能够消除自热效应对待测SOI器件热载流子注入效应的影响，提高了输出的寿命时间的可靠性和准确性，对SOI器件的可靠性寿命时间评估方法进行修正与应用，有助于提高工艺加工过程中的SOI器件的热载流子可靠性。

Description

热载流子注入效应的寿命评估方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请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、装置和计算机设备。
背景技术
随着半导体器件的发展，出现了SOI(Silicon on Insulation，绝缘体上硅)技术，从最初的区熔再结晶法(ZMR)制成的SOI，发展到现在的注氧隔离技术(SIMOX)、外延横向过生长(ELO)技术、键合反向腐蚀技术(BESOI)、Smart Cut技术等SOI技术，其中，主流的SOI技术是SIMOX和Smart Cut技术。SOI技术实现了器件之间完全的介质隔离，消除了体硅CMOS技术中的寄生闩锁效应、寄生场区晶体管效应等，具有极佳的抗单粒子和瞬时辐射能力，在航空、航天以及特殊环境条件下的军事电子领域占有极其重要的地位。体硅器件的剖面图可如图1(a)所示，SOI器件的剖面图可如图1(b)所示。
但是SOI中由于埋氧的存在使得其抗总剂量辐射能力比较薄弱，并导致了SOI结构特有的可靠性问题，如自热效应、浮体效应、寄生晶体管效应等，这些特有效应同样影响SOI结构电路的可靠性寿命，特别是SOI结构的器件和电路的热载流子注入(HCI，Hot CarrierInjection)效应。
在SOI结构MOS器件沟道电场与电流密度激增或者器件尺寸很小情况下，载流子在沟道强电场的作用下，沿着电场方向不断漂移加速，即可获得很大的动能，从而可成为热载流子。这些热载流子通过声子发射的形式把能量传递给晶格，能量超过Si-SiO2势能(3.2电子伏特)时便会注入到SiO2中而被俘获，当能量等于或大于4.2电子伏特时就会造成在Si-SiO2界面处能键的断裂产生界面陷阱，键的断裂和被俘获的载流子会产生大量的氧化层陷阱电荷和界面态进而造成电荷积蓄，从而引起阈值电压漂移、跨导降低和亚阈值斜率增大，甚至栅氧化层击穿。除此之外，这些热载流子与价电子碰撞时还可以产生雪崩倍增效应。
目前在对SOI NMOS器件的热载流子注入效应进行寿命评估时，一般采用体硅的寿命评估方法对SOI NMOS器件进行评估，即在常温条件下，在SOI NMOS器件的栅端和漏端施加加速电压进行热载流子加速测试，并采用衬底/漏极电流比率模型进行热载流子注入的寿命时间进行评估和预测。
然而在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统方法没有考虑到SOI结构特有的自热效应(Self-heating Effect，SHE)，低估了SOI器件热载流子注入的可靠性寿命，存在准确度低的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高可靠性和准确度的热载流子注入效应的寿命评估方法、装置和计算机设备。
为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种热载流子注入效应的寿命评估方法，包括以下步骤：
获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组；
根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度；
在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间；
采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
本申请实施例提供了一种热载流子注入效应的寿命评估装置，装置包括：
试验应力电压获取模块，用于获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组；
环境温度获取模块，用于根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度；
样品失效时间获取模块，用于在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间；
寿命时间输出模块，用于采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项热载流子注入效应的寿命评估方法的步骤。
本申请实施例提供了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，计算机程序被处理器执行时实现上述任一项热载流子注入效应的寿命评估方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
通过获取样品的器件参数和试验应力电压，并根据器件参数和各组试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时各组试验应力电压对应的环境温度，并在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间，采用漏电压模型对样品失效时间进行模型拟合，并输出寿命时间，从而可针对SOI器件的自热效应，降低环境温度来进行热载流子注入试验，使得SOI器件在进行热载流子注入试验时的工作温度可以保持在目标温度，进而在进行寿命评估时能够消除自热效应对待测SOI器件热载流子注入效应的影响，提高了输出的寿命时间的可靠性和准确性，对SOI器件的可靠性寿命时间评估方法进行修正与应用，有助于提高工艺加工过程中的SOI器件的热载流子可靠性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为体硅器件和SOI器件的剖面图；
图2为传统的热载流子注入效应的典型试验流程图；
图3为NMOSFET衬底电流和栅极电压的关系；
图4自热效应导致SOI NMOS器件的输出负微分电阻现象示意图；
图5为一个实施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6为一个实施例中环境温度确定步骤的示意性流程图；
图7为一个实施例中样品失效时间获取步骤的示意性流程图；
图8为一个实施例中寿命时间输出步骤的示意性流程图；
图9为一个示例中SOI NMOS器件的评估结构示意图；
图10为一个实施例中热载流子注入效应的寿命评估装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
目前，针对SOI结构NMOS器件的热载流子注入效应的可靠性评估试验，采用与体硅CMOS器件一致的试验方法和评估模型，一般采用衬底/漏极电流比率模型，衬底/漏极电流比率模型为：
τ·ID＝HW(Isub/ID)-m
其中，τ是热载流子退化的寿命时间，单位可以为s(秒)；m是模型参数；H是比例常数；W是沟道宽度，单位可以为μm(微米)；Isub是衬底电流，单位可以为mA(毫安)；ID是漏极电流，单位可以为mA。
具体而言，热载流子注入效应的典型试验流程可如图2所示，根据不同栅电压下的MOS器件的输出电压曲线来确定器件的实际击穿电压，以此来确定进行热载流子注入试验时的漏极应力电压，试验中最大的漏极应力电压不大于实际击穿电压的90％，且应避免出现工作条件下不会产生的失效模式为准，而最小漏极应力电压的设置需要考虑试验时间的长度或者外推到目标值的精度。
选定漏极应力电压后，可确定产生最大退化的栅极应力电压，对于N沟道MOSFET，最大退化的栅极应力电压一般认为会出现在最大衬底电流附近。应力电压作用下器件产生的静态退化与工艺条件有关，图3示出了一个典型的N沟道MOSFET的衬底电流随着栅极电压变化而变化的特性曲线，当施加在NMOS器件上的漏极电压固定，且施加在NMOS器件上的栅极电压斜坡上升时，如图3所示，会出现一个衬底电流的最大值，即目前一般认为该衬底电流最大值处对应的栅极电压会使得器件产生最大程度的退化。在漏极应力电压确定之后，通过最大衬底电流得到对应的栅极应力电压，并将该栅极应力电压与漏极应力电压一起，构成一组热载流子注入效应的应力电压。
通过选取3到5个不同的漏极应力电压，每个漏极应力电压下应该分别进行栅极应力电压的测量，以使器件在该漏极应力电压下产生最大程度的退化，每个应力条件应进行5个到10个的MOS器件。试验时间可根据器件退化的情况而定，具体可定位器件退化到预设值，或者设定一个固定的试验时间，例如5000s或者10000s。
在多组试验之后采用热载流子注入的评估模型，即衬底/漏极电流比率模型，进行SOI MOS器件热载流子注入效应的寿命时间预测。
然而，由于SOI器件存在较厚的隐埋氧化层，而且其热导率较低(比硅小两个量级)，导通电流在沟道中产生的焦耳热无法有效散出，导致器件沟道温度上升，并高于环境温度，使的SOI器件存在严重的自热效应，自热效应是SOI MOSFET可靠性的关键问题之一。自热效应会引起SOI MOS器件的漏端电流降低，出现负微分电导现象，如图4所示。
现有技术主要是针对体硅NMOS器件，并没有考虑SOI NMOS器件特有的自热效应。由于需要采用远高于工作条件的电压作为热载流子注入应力，而热载流子注入应力下会导致自热效应加剧，在施加热载流子加速应力之后，SOI NMOS器件的沟道温度远大于外部温度。根据热载流子效应温度越高器件退化越慢的特性，SOI NMOS器件的自热效应会使得评估所得的热载流子注入效应寿命时间被低估，从而使得传统方法在对SOI器件进行寿命评估时，预测得到的寿命值不准，无法得到确定的器件工作寿命。
再者，现有技术在确定热载流子注入的应力条件时，所采用的的方法是最大衬底电流法，但是SOI NMOS器件中热载流子注入最恶劣的应力条件并不一定是在最大衬底电流处，采用最大衬底电流法进行热载流子注入效应的寿命评估，会导致评估得到的寿命时间被低估。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种热载流子注入效应的寿命评估方法，包括以下步骤：
步骤510，获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组。
具体地，当需要获取某一批次、某一特定型号或者某一特定生产工艺的SOI器件的热载流子效应寿命时间时，可采用本申请的方案对SOI器件进行寿命评估，具体而言，样品的器件参数可以为该特定批次、特定型号或者特定生产工艺的SOI器件的参数，例如可以为SOI器件出厂时厂家提供的器件参数；或者可以通过对各个待测SOI器件进行测试，并根据各测试参数得到样品的器件参数。
试验应力电压的数量为至少两组，在一个示例中，试验应力电压的数量可以为3组到5组。需要说明的是，试验应力电压的数量可以根据实际情况和测试精度进行确定，并不只局限于本申请的示例。
步骤520，根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度。
具体地，由于SOI器件的自热效应，在热载流子注入效应的试验应力条件下，待测SOI器件的工作温度要远高于环境温度，进一步地，在同一环境温度下，待测SOI器件的工作温度会随着施加在待测SOI器件上的试验应力电压的变化而变化，即在同一环境温度下，将试验应力电压1施加到待测SOI器件上，与将不等于试验应力电压1的试验应力电压2施加到待测SOI器件上，两种情况下待测SOI器件的工作温度并不相同。
本申请中，试验应力电压的数量可以为多组，且各组试验应力电压的电压值可以互不相同，即任意两组试验应力电压的电压值可以不相同。此时，可根据器件参数，确定将试验应力电压施加到样品、且样品工作在目标温度时所对应的环境温度，即在此环境温度下，若将对应的试验应力电压施加到样品，则样品的工作温度为目标温度。
步骤530，在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间。
具体地，在各个环境温度下，将对应于环境温度的试验应力电压施加到相应的待测SOI器件上，使得待测SOI器件工作在目标温度，确保热载流子注入试验进行时，SOI器件的工作温度为目标温度，直至确定在试验应力电压条件下的样品失效时间。进一步地，可将待测SOI器件退化到预设退化值时所耗费的时间确认为样品失效时间；或者将试验应力电压施加到待测SOI器件持续预设时长，获取预设时长后待测SOI器件的退化值，根据退化值和预设时长确定样品的失效时间。
本申请在进行各组试验应力电压的测试时，可选用不同的待测SOI器件进行试验，即同一待测SOI器件并不必然应用于两组试验应力电压的测试中。而在进行同一组试验应力电压的测试时，可将相等的试验应力电压分别施加到一个或者多个待测SOI器件上。在一个示例中，在进行同一组试验应力电压的测试时，可将试验应力电压施加到5个到10个的待测SOI器件上。
在一个示例中，在各组试验应力电压条件下进行测试的待测SOI器件互不相同，即同一待测SOI器件可以只应用在一组试验应力电压条件的测试，以提高寿命评估数据的准确性和可靠性。
步骤540，采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
具体地，可采用漏电压模型作为SOI器件的热载流子注入效应的寿命评估模型，其中漏电压模型可以如下所示：
τ＝τ0exp(B/Vds)
其中，τ为寿命时间；τ0为工艺常数；B为加速系数；Vds为漏源电压，即漏极应力电压。
试验应力电压与样品失效时间对应，即可得到漏极应力电压与样品失效时间的对应关系，也即可得到漏电压模型中的漏源电压Vds与寿命时间τ之间的对应关系，通过对多组漏极应力电压与样品失效时间进行模型拟合，从而可确定输出某一批次、某一型号或者某一特定制造工艺的SOI器件的寿命时间。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，通过获取样品的器件参数和试验应力电压，并根据器件参数和各组试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时各组试验应力电压对应的环境温度，并在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间，采用漏电压模型对样品失效时间进行模型拟合，并输出寿命时间，从而可针对SOI器件的自热效应，降低环境温度来进行热载流子注入试验，使得SOI器件在进行热载流子注入试验时的工作温度可以保持在目标温度，进而在进行寿命评估时能够消除自热效应对待测SOI器件热载流子注入效应的影响，提高了输出的寿命时间的可靠性和准确性，对SOI器件的可靠性寿命时间评估方法进行修正与应用，有助于提高工艺加工过程中的SOI器件的热载流子可靠性。
在一个实施例中，试验应力电压包括漏极应力电压和对应于漏极应力电压的栅极应力电压；
获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：
将栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值。
具体地，在进行热载流子注入效应评估试验时，需要在待测SOI器件的栅极和漏极施加的热载流子效应的应力电压条件，试验应力电压包括漏极应力电压和栅极应力电压。
在确定漏极应力电压时，对应于漏极应力电压的栅极应力电压为产生最大退化的栅极应力电压，使得待测SOI器件可以在试验应力电压的条件下产生最大程度的退化。即在漏极应力电压不变时，待测SOI器件在该栅极应力电压下产生最大退化。而本申请将最Vgs＝Vds处的栅极应力电压确认为最大退化的栅极应力电压，其中Vgs为栅源电压，Vds为漏源电压。
可将同一组试验应力电压中，栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值，即同一组试验应力电压包括取值相同的漏极应力电压和栅极应力电压。例如，在某组试验应力电压中，漏极应力电压为2V(伏特)，则同组的栅极应力电压也为2V。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，将热载流子注入最恶劣的应力条件确认为Vgs＝Vds处，通过将栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值，而非采用最大衬底电流法确定栅极应力电压，避免获得的寿命时间被低估，从而可在该试验应力电压下进行热载流子注入试验所获得的样品失效时间更加准确，提高了寿命时间的可靠性和准确度。
在一个实施例中，器件参数包括埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度；试验应力电压包括漏极应力电压；
如图6所示，根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度的步骤，包括：
步骤610，获取漏极应力电压对应的漏源电流；
步骤620，根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度。
具体地，工作温度的温升主要通过与热阻相关的温升模型来反映，由于硅膜中热传导较快，可以假设目标温度Tc在待测SOI器件中是均匀的，与待测SOI器件的功耗呈现线性关系，可采用以下所示的温升模型来进行表示：
Tc＝T0+RthIdsVds
其中，Tc为目标温度；T0为环境温度；Rth为热阻；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压。
通过获取漏极应力电压对应的漏源电源以及待测SOI器件的沟道热阻，从而可采用温升模型来得到待测SOI器件工作在目标温度时、的试验应力电压对应的额环境温度。
进一步地，上式中的热阻可采用热阻测试仪来对待测SOI器件在试验应力电压条件下的沟道热阻进行测试，例如可通过红外热像仪法或电学测试法等测试仪进行测试。此外，还可根据埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度来确定待测SOI器件的沟道热阻，在一个示例中，可按照以下公式获取待测SOI器件的沟道热阻：
Figure BDA0002279185600000111
其中，W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
本申请中通过分别确定各个漏极应力电压所对应的漏源电流，并根据上述温升模型对各漏极应力电压以及对应的漏源电流进行计算，从而可得到样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度。
在一个实施例中，埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度；硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度；
根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度的步骤，包括：
基于以下公式确定环境温度：
Figure BDA0002279185600000121
其中，T0为环境温度；Tc为目标温度；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压；W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
具体地，埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度，硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度，本申请可根据埋氧层热导率、埋氧层厚度、硅层热导率和硅层厚度、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度来确定环境温度。通过将Tc与273K(开尔文)进行相加，从而可将摄氏温度转换为开尔文温度并进行计算，计算得到的环境温度T0为开尔文温度，单位为K。
在一个示例中，Tc可以为常温，即25摄氏度，此时可通过下式确定在各组试验应力电压条件下，待测SOI器件工作在25摄氏度时的的环境温度：
Figure BDA0002279185600000122
其中，T0为环境温度；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压；W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，可通过采用热阻的公式以及热阻测试方法来确定待测SOI器件沟道中的工作温度，并得到待测SOI器件工作在目标温度时、各组试验应力电压的环境温度，从而可采用降低环境温度的方式来使得热载流子注入试验时待测SOI器件的工作温度保持常温，进而可消除自热效应对待测SOI器件热载流子注入效应的影响，提高寿命评估的可靠性和准确性。
在一个实施例中，如图7所示，在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间的步骤，包括：
步骤710，在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至至少两个待测SOI器件，得到各待测SOI器件对应的器件失效时间；
步骤720，采用威布尔分布对同一组试验应力电压的各器件失效时间进行拟合计算，得到试验应力电压对应的样品失效时间。
其中，一组试验应力电压对应的样品失效时间的数量可以为一个。
具体地，得到各组试验应力电压对应的环境温度时，根据进行热载流子注入效应试验的试验应力电压的值来确定试验的环境温度，在该环境温度下，将对应于环境温度的试验应力电压施加到至少两个待测SOI器件上，并得到待测SOI器件的失效时间。
得到各组试验应力电压对应的器件失效时间时，可采用威布尔分布对同一组试验应力电压的各器件失效时间进行拟合计算，得到试验应力电压对应的样品失效时间。在一个示例中，可通过威布尔分布的拟合计算得到累计失效率为0.1％的接触孔电迁移效应的寿命时间，并将拟合计算得到的寿命时间确认为试验应力电压对应的样品失效时间。
例如，待测SOI器件的数量为20个，编号分别为SOI器件1至SOI器件20，试验应力电压的数量为两组。此时，可将第一组试验应力电压施加到SOI器件1至SOI器件10中，并分别获取SOI器件1至SOI器件10的器件失效时间，通过威布尔分布对10个器件失效时间数据进行拟合计算，得到第一组试验应力电压对应的样品失效时间；将第二组试验应力电压施加到SOI器件1至SOI器件10中，并分别获取SOI器件11至SOI器件20的器件失效时间，通过威布尔分布对10个器件失效时间数据进行拟合计算，得到第二组试验应力电压对应的样品失效时间。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，通过一批试验数据的威布尔分布拟合，从而可在较短的时间内得出累计失效率为0.1％的待测SOI器件热载流子注入效应的寿命时间，进而提高寿命评估的效率。
在一个实施例中，如图8所示，采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间的步骤，包括：
步骤810，对各样品失效时间进行模型拟合，确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数；
步骤820，根据加速系数和工艺常数确定目标漏电压模型，并基于目标漏电压模型输出寿命时间。
具体地，通过对多组漏极应力电压与寿命时间之间的对应关系进行模型拟合，从而可确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数。根据模型拟合得到的加速系数和工艺常数，可确定得到目标漏电压模型，通过目标漏电压模型进行评估，从而可输出某一批次、某一型号或者某一特定制造工艺的SOI器件的寿命时间。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，通过对多个样品失效时间进行模型拟合，从而确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数，并根据加速系数和工艺常数确定目标漏电压模型，并基于目标漏电压模型输出寿命时间，进而可提高拟合得到的加速系数和工艺常数精确度，提高寿命评估的可靠性。
在一个实施例中，待测SOI器件为MOS管；
获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：
分别获取MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定MOS管的实际击穿电压；
基于实际击穿电压确定试验应力电压。
具体地，当待测SOI器件为MOS管时，目标温度可以用于指示MOS管的沟道温度，而环境温度可以为当MOS管的沟道温度为目标温度时所对应的环境温度。
MOS管的数量可以为多个，根据MOS管在不同栅极电压下的输出电压曲线来确定MOS管的实际击穿电压，进一步地，MOS管在不同栅极电压下的输出电压曲线可以为对各个MOS管进行测量计算得到，或者通过获取样品来源的特定批次、特定工艺或特性型号的MOS管的器件参数得到。
在确定各个MOS管的实际击穿电压时，可根据对应的实际击穿电压确定试验应力电压，进一步地，可根据实际击穿电压确定漏极应力电压的最大取值，在一个示例中，漏极应力电压的最大取值为实际击穿电压的90％，以确保MOS管在该漏极应力电压下不会击穿。而漏极应力电压的最小取值可以根据试验时间的长度或者退化精度(即外推到退化目标值的精度)来确定。
根据漏极应力电压的最大取值和漏极应力电压的最小取值可确定漏极应力电压的取值范围，漏极应力电压的取值应小于或等于漏极应力电压的最大取值，且大于或等于漏极应力电压的最小取值，同时，漏极应力电压的取值还应避免MOS管在该漏极应力电压下出现工作条件下不会产生的失效模式。
确定漏极应力电压后，可确定产生最大退化的栅极应力电压，可根据Vgs＝Vds确定对应于漏极应力电压的栅极应力电压，栅极应力电压的值可以等于漏极应力电压的值，并将漏极应力电压以及对应的栅极应力电压构成一组试验应力电压。
在一个示例中，本申请可用于对SOI NMOS管进行热载流子注入效应的寿命评估，以得到SOI NMOS器件的寿命时间，具体而言，可参见图9，其中图9(a)为SOI NMOS管的剖面图，图9(b)为SOI NMOS管的版图。SOI NMOS管可采用典型的部分耗尽SOI NMOS管，并采用体接触BTS引出结构，以消除附体效应。
上述热载流子注入效应的寿命评估方法中，通过分别获取MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定MOS管的实际击穿电压，并基于实际击穿电压确定试验应力电压，从而可确保MOS管在试验电压下能够正常工作，避免由于MOS管击穿而导致试验结果发生偏差，提高了输出寿命时间的可靠性和准确性。
应该理解的是，虽然图1-9的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-9中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种热载流子注入效应的寿命评估装置，包括：试验应力电压获取模块、环境温度获取模块、样品失效时间获取模块和寿命时间输出模块，其中：试验应力电压获取模块，用于获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组；环境温度获取模块，用于根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度；样品失效时间获取模块，用于在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间；寿命时间输出模块，用于采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
在一个实施例中，试验应力电压包括漏极应力电压和对应于漏极应力电压的栅极应力电压；试验应力电压获取模块包括：栅极应力电压确认单元，用于将栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值。
在一个实施例中，器件参数包括埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度；试验应力电压包括漏极应力电压；环境温度获取模块包括：漏源电流获取单元，用于获取漏极应力电压对应的漏源电流；环境温度确认单元，用于根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度。
在一个实施例中，埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度；硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度；环境温度确认单元，用于基于以下公式确定环境温度：
Figure BDA0002279185600000171
其中，T0为环境温度；Tc为目标温度；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压；W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
在一个实施例中，样品失效时间模块包括：器件失效时间获取单元，用于在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至至少两个待测SOI器件，得到各待测SOI器件对应的器件失效时间；失效时间获取单元，用于采用威布尔分布对同一组试验应力电压的各器件失效时间进行拟合计算，得到试验应力电压对应的样品失效时间。
在一个实施例中，寿命时间输出模块包括：系数获取单元，用于对各样品失效时间进行模型拟合，确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数；寿命时间输出单元，用于根据加速系数和工艺常数确定目标漏电压模型，并基于目标漏电压模型输出寿命时间。
在一个实施例中，待测SOI器件为MOS管；试验应力电压获取模块包括：实际击穿电压获取单元，用于分别获取MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定MOS管的实际击穿电压；试验应力电压获取单元，用于基于实际击穿电压确定试验应力电压。
关于热载流子注入效应的寿命评估装置的具体限定可以参见上文中对于热载流子注入效应的寿命评估方法的限定，在此不再赘述。上述热载流子注入效应的寿命评估装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，其内部结构图可以如图11所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储器件参数、试验应力电压和样品失效时间等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种热载流子注入效应的寿命评估方法。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组；根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度；在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间；采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：试验应力电压包括漏极应力电压和对应于漏极应力电压的栅极应力电压；获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：将栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：器件参数包括埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度；试验应力电压包括漏极应力电压；根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度的步骤，包括：获取漏极应力电压对应的漏源电流；根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度；硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度；根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度的步骤，包括：基于以下公式确定环境温度：
Figure BDA0002279185600000201
其中，T0为环境温度；Tc为目标温度；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压；W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间的步骤，包括：在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至至少两个待测SOI器件，得到各待测SOI器件对应的器件失效时间；采用威布尔分布对同一组试验应力电压的各器件失效时间进行拟合计算，得到试验应力电压对应的样品失效时间。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间的步骤，包括：对各样品失效时间进行模型拟合，确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数；根据加速系数和工艺常数确定目标漏电压模型，并基于目标漏电压模型输出寿命时间。
在一个实施例中，待测SOI器件为MOS管；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：分别获取MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定MOS管的实际击穿电压；基于实际击穿电压确定试验应力电压。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取样品的器件参数以及试验应力电压；样品包括至少两个待测SOI器件；试验应力电压的数量为至少两组；根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度；在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间；采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：试验应力电压包括漏极应力电压和对应于漏极应力电压的栅极应力电压；获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：将栅极应力电压的值确认为漏极应力电压的值。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：器件参数包括埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度；试验应力电压包括漏极应力电压；根据器件参数和各试验应力电压，分别确定样品工作在目标温度时、各试验应力电压对应的环境温度的步骤，包括：获取漏极应力电压对应的漏源电流；根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度；硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度；根据埋氧层参数、硅层参数、沟道宽度、漏极应力电压、漏源电流和目标温度，确定环境温度的步骤，包括：基于以下公式确定环境温度：
Figure BDA0002279185600000221
其中，T0为环境温度；Tc为目标温度；Ids为漏源电流；Vds为漏极应力电压；W为沟道宽度；tbox为埋氧层厚度；tsi为硅层厚度；kox为埋氧层热导率；ksi为硅层热导率。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至相应的待测SOI器件，得到各试验应力电压对应的样品失效时间的步骤，包括：在各环境温度下、施加对应的试验应力电压至至少两个待测SOI器件，得到各待测SOI器件对应的器件失效时间；采用威布尔分布对同一组试验应力电压的各器件失效时间进行拟合计算，得到试验应力电压对应的样品失效时间。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：采用漏电压模型对试验应力电压和各样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间的步骤，包括：对各样品失效时间进行模型拟合，确定漏电压模型中的加速系数和工艺常数；根据加速系数和工艺常数确定目标漏电压模型，并基于目标漏电压模型输出寿命时间。
在一个实施例中，待测SOI器件为MOS管；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：分别获取MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定MOS管的实际击穿电压；基于实际击穿电压确定试验应力电压。
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来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请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，包括以下步骤：
获取样品的器件参数以及试验应力电压；所述样品包括至少两个待测SOI器件；所述试验应力电压的数量为至少两组；
根据所述器件参数和各所述试验应力电压，分别确定所述样品工作在目标温度时、各所述试验应力电压对应的环境温度；
在各所述环境温度下、施加对应的所述试验应力电压至相应的所述待测SOI器件，得到各所述试验应力电压对应的样品失效时间；
采用漏电压模型对所述试验应力电压和各所述样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
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，所述试验应力电压包括漏极应力电压和对应于所述漏极应力电压的栅极应力电压；
获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：
将所述栅极应力电压的值确认为所述漏极应力电压的值。
3.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，所述器件参数包括埋氧层参数、硅层参数和沟道宽度；所述试验应力电压包括漏极应力电压；
根据所述器件参数和各所述试验应力电压，分别确定所述样品工作在目标温度时、各所述试验应力电压对应的环境温度的步骤，包括：
获取所述漏极应力电压对应的漏源电流；
根据所述埋氧层参数、所述硅层参数、所述沟道宽度、所述漏极应力电压、所述漏源电流和所述目标温度，确定所述环境温度。
4.根据权利要求3所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述埋氧层参数包括埋氧层热导率和埋氧层厚度；所述硅层参数包括硅层热导率和硅层厚度；
根据所述埋氧层参数、所述硅层参数、所述沟道宽度、所述漏极应力电压、所述漏源电流和所述目标温度，确定所述环境温度的步骤，包括：
基于以下公式确定所述环境温度：
Figure FDA0002279185590000021
其中，T0为所述环境温度；Tc为所述目标温度；Ids为所述漏源电流；Vds为所述漏极应力电压；W为所述沟道宽度；tbox为所述埋氧层厚度；tsi为所述硅层厚度；kox为所述埋氧层热导率；ksi为所述硅层热导率。
5.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，在各所述环境温度下、施加对应的所述试验应力电压至相应的所述待测SOI器件，得到各所述试验应力电压对应的样品失效时间的步骤，包括：
在各所述环境温度下、施加对应的所述试验应力电压至至少两个所述待测SOI器件，得到各所述待测SOI器件对应的器件失效时间；
采用威布尔分布对同一组所述试验应力电压的各所述器件失效时间进行拟合计算，得到所述试验应力电压对应的样品失效时间。
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，采用漏电压模型对所述试验应力电压和各所述样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间的步骤，包括：
对各所述样品失效时间进行模型拟合，确定所述漏电压模型中的加速系数和工艺常数；
根据所述加速系数和所述工艺常数确定目标漏电压模型，并基于所述目标漏电压模型输出所述寿命时间。
7.根据权利要求1至6任一项所述的热载流子注入效应的寿命评估方法，其特征在于，所述待测SOI器件为MOS管；
获取样品的器件参数以及试验应力电压的步骤，包括：
分别获取所述MOS管在各栅极电压下的输出电压曲线，以确定所述MOS管的实际击穿电压；
基于所述实际击穿电压确定所述试验应力电压。
8.一种热载流子注入效应的寿命评估装置，其特征在于，所述装置包括：
试验应力电压获取模块，用于获取样品的器件参数以及试验应力电压；所述样品包括至少两个待测SOI器件；所述试验应力电压的数量为至少两组；
环境温度获取模块，用于根据所述器件参数和各所述试验应力电压，分别确定所述样品工作在目标温度时、各所述试验应力电压对应的环境温度；
样品失效时间获取模块，用于在各所述环境温度下、施加对应的所述试验应力电压至所述待测SOI器件，得到各所述试验应力电压对应的样品失效时间；
寿命时间输出模块，用于采用漏电压模型对所述试验应力电压和各所述样品失效时间进行模型拟合，输出寿命时间。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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