CN116243132B - 检测方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供了一种检测方法、装置及设备，涉及半导体技术领域，上述方法应用于半导体器件，该半导体器件的源极、漏极以及衬底均接地，栅极与预设的扫描电压源连接；上述方法包括：按照预设扫描参数，控制扫描电压源在栅极施加一扫描电压；在扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流；当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的栅极电压，在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值，由此可以提升界面态信息的测量准确度。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种检测方法、装置及设备。
背景技术
目前，半导体器件的前端可靠性研究主要包括：热载流子注入（Hot CarrierInjection，HCI）效应、负栅压温度不稳定性（Negative Bias Temperature Instability，NBTI）、栅氧化层经时击穿（Tims Dependent Dielectic Breakdown，TDDB）等。在这些应力条件下，Si/SiO2界面附近及栅氧化层中将形成界面态。随着时间推移，界面态的分布、种类发生变化，将引起器件主要参数的漂移，进而严重损伤器件性能。因此准确、即时地测量界面态陷阱电荷是否达到饱和对于器件可靠性的研究尤为重要。
目前比较广泛应用的测量界面态陷阱电荷的方法主要是电荷泵测量技术(ChargePumping)，该技术基于器件在反型状态和积累状态之间转换时，可动电子在反偏电压的作用下回到源极或漏极，而被界面态俘获的部分电子与来自衬底的少数载流子发生复合，产生电荷泵电流ICP，通过测量ICP定量计算出被俘获的电子数，得到界面态信息。
其中，为了使得ICP可以反映界面态信息，通常要求在最高的阶跃电位处，界面态陷阱电荷达到饱和。然而，最高的阶跃电位的电位峰值并不是越大越好，电位峰值过高，会导致自由载流子在电位下降时间内回流到源极或漏极不完全，使得ICP将包含衬底（bulk）多子与自由载流子复合电流；另外电位峰值过高，还会导致栅极漏电流增大，从而产生较大的测量误差。基于此，如何准确确定出能够使界面态陷阱电荷达到饱和的栅极电压，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本公开提供了一种检测方法、装置及设备，可以解决现有技术中难以准确确定使界面态陷阱电荷达到饱和的栅极电压的技术问题。
第一方面，本公开实施例提供了一种检测方法，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述源极、所述漏极以及所述衬底均接地，所述栅极与预设的扫描电压源连接；所述方法包括：
按照预设扫描参数，控制所述扫描电压源在所述栅极施加一扫描电压；
在所述扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第一电压值变化至所述第二电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态；
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第一电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
在一些实施例中，所述预设扫描参数包括所述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间；
所述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；所述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
在一些实施例中，所述第一电压值小于所述半导体器件的平带电压，所述第二电压值大于所述半导体器件的阈值电压。
在一些实施例中，所述第一电压值为-n*Vdd，所述第二电压值为n*Vdd；其中，Vdd≥Vth，Vth为所述半导体器件的阈值电压，n＞1。
在一些实施例中，所述方法还包括：
在所述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第三电压值变化至所述第四电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向积累状态；
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第二电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
第二方面，本公开实施例提供了一种检测方法，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述方法包括：
采用电荷泵测量技术，在所述源极与所述漏极同时施加一反偏电压，在所述栅极施加一变化的脉冲电压，以使所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使所述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，所述脉冲电压的最大电压值为第一方面提供的检测方法中确定的第一栅极电压；当所述半导体器件从反型状态转向积累状态时，所述脉冲电压的最小电压值为第一方面提供的检测方法中确定的第二栅极电压；
检测所述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所述电荷泵电流确定所述半导体器件的界面态信息。
第三方面，本公开实施例提供了一种检测装置，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述源极、所述漏极以及所述衬底均接地，所述栅极与预设的扫描电压源连接；所述装置包括：
控制模块，用于按照预设扫描参数，控制所述扫描电压源在所述栅极施加一扫描电压；
检测模块，用于在所述扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第一电压值变化至所述第二电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态；
确定模块，用于当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第一电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
在一些实施例中，所述预设扫描参数包括所述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间；
所述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；所述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
在一些实施例中，所述第一电压值小于所述半导体器件的平带电压，所述第二电压值大于所述半导体器件的阈值电压。
在一些实施例中，所述第一电压值为-n*Vdd，所述第二电压值为n*Vdd；其中，Vdd≥Vth，Vth为所述半导体器件的阈值电压，n＞1。
在一些实施例中，所述检测模块还用于：
在所述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第三电压值变化至所述第四电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向积累状态；
所述确定模块还用于：
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第二电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
第四方面，本公开实施例提供了一种检测装置，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述装置包括：
测量模块，用于采用电荷泵测量技术，在所述源极与所述漏极同时施加一反偏电压，在所述栅极施加一变化的脉冲电压，以使所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使所述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，所述脉冲电压的最大电压值为第一方面提供的检测方法中确定的第一栅极电压；当所述半导体器件从反型状态转向积累状态时，所述脉冲电压的最小电压值为第一方面提供的检测方法中确定的第二栅极电压；
确定模块，用于检测所述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所述电荷泵电流确定所述半导体器件的界面态信息。
第五方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如第一方面或第二方面提供的检测方法。
第六方面，本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如第一方面或第二方面提供的检测方法。
第七方面，本公开实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面或第二方面提供的检测方法。
本公开实施例提供的检测方法、装置及设备，按照预设扫描参数，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，在半导体器件从耗尽状态转向反型状态的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流，当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为能够使半导体器件的界面态陷阱电荷饱和的栅极电压；在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值，由此可以避免因脉冲电压的峰值过高所导致的电荷泵电流包含衬底多子与自由载流子复合电流，以及栅极漏电流增大，提升界面态信息的测量准确度。
附图说明
图1为本公开实施例中提供的一种电荷泵测试技术的测试结构示意图；
图2为本公开实施例中提供的一种电荷泵测试技术的三种测试模式示意图；
图3为本公开实施例中提供的一种半导体器件的测试结构示意图；
图4为本公开实施例中提供的一种检测方法的步骤流程示意图；
图5为本公开实施例中栅极电流随扫描电压变化的示意图；
图6为本公开实施例中栅极电流随扫描电压变化的另一示意图；
图7为本公开实施例中提供的一种半导体器件的等效电容示意图；
图8为本公开实施例中提供的一种检测装置的程序模块示意图；
图9为本公开实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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它实施例，都属于本公开保护的范围。此外，虽然本公开中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。
需要说明的是，本公开中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本公开的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本公开中说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本公开实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
本公开实施例中使用的术语“模块”，是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件或/和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。
随着集成电路技术节点的降低，对新器件的性能要求不断提高，半导体可靠性问题成为限制产品寿命的主要因素。
目前，半导体器件的前端可靠性研究主要包括：HCI效应、NBTI、TDDB等。在这些应力条件下，Si/SiO2界面附近及栅氧化层中将形成界面态。随着时间推移，界面态的数量、分布、种类发生变化，将引起器件主要参数的漂移，进而严重损伤器件性能。所以如何能够准确、即时地测量界面态陷阱电荷是否达到饱和对于器件可靠性的研究尤为重要。
其中，界面态是指存在于Si/SiO2界面处、电子密度最大，即电子被局限在表面附近的一种状态。它们可在很短的时间内和衬底半导体交换电荷，故又称快界面态。界面态一般分为施主和受主两种，若表面态接受电子使表面带负电叫做受主型表面态，若表面态放出电子使表面带正电叫做施主型表面态。
由于在外界应力下产生的界面态陷阱电荷具有非均匀分布的特点，因此靠传统的中带阈值电压方法、电容(C-V)方法、导纳(Conductance)方法、深能级瞬态谱(Deep LevelTransient Spectroscopy，DLTS)和随机电报噪声(Random Telegraph Noise，RTN)很难可靠、准确地测量器件在外界应力下产生的缺陷。目前比较广泛应用的测量界面态陷阱电荷的方法主要是电荷泵测量技术。
其中，电荷泵又称为开关电容式电压变换器，其可以利用电容器为储能元件，来产生比输入电压大的输出电压，或是产生负的输出电压。电荷泵测量技术基于器件在反型状态和积累状态之间转换时，可动电子在反偏电压的作用下回到源极或漏极，而被界面态俘获的部分电子与来自衬底的少数载流子发生复合，产生电荷泵电流ICP，通过测量ICP计算出被俘获的电子数，从而得到界面态信息。
以下对本公开实施例中涉及的耗尽区（或称为耗尽状态）、积累区（或称为积累状态）、反型层（或称为反型状态）进行说明：
耗尽区是MOS器件施加反向偏压后出现的载流子耗尽区，一般来说，金属的费米能级和单晶硅费米能级是不同的，以P型半导体为例：由于两侧的功函数（费米能级到真空能级的距离）不同，在热平衡时真空能级会发生弯曲（也就是出现自建电场），形成统一的费米能级。由于金属的载流子密度远远大于半导体，金属侧的电荷密度也就远远大于半导体，所以可以近似认为能带弯曲仅发生在半导体和二氧化硅一侧。
两侧真空能级的差异被称为平带电压（Vfb）。在接触面附近半导体的费米能级相对于价带被抬高了，这意味着在接触面附近电子的浓度增加了，空穴的浓度减少了。如果在金属上施加等于平带电压的反向偏压，此时半导体表面载流子浓度等于掺杂浓度，称此时为平带状态。
如果在金属上施加小于平带电压的偏压，将金属侧的真空能级抬升至半导体侧的真空能级以上，此时的半导体在接触面附近的费米能级会降至初始的费米能级以下。此时半导体的空穴浓度上升，超过掺杂浓度。由于半导体表面的多数载流子浓度上升，多数载流子开始积累，称偏压大于平带电压的情形为积累状态。
当偏压大于平带电压的时候，半导体表面载流子浓度下降。由于载流子浓度小于掺杂浓度，导致半导体表面出现空间电荷区（也就是耗尽区），这时候称半导体进入耗尽状态。假设半导体费米能级与本征费米能级之间的差值为Vs，如果施加的偏压Vgb>Vs+Vfb，费米能级就会超过本征费米能级，此时半导体表面的电子浓度已经超过了空穴浓度，多数载流子从空穴变成的电子，这时候称半导体进入反型状态。进入反型状态后，半导体表面的电子浓度大于空穴浓度的区域，就称为反型层。
以N型半导体器件为例，当Vds=0时，在栅源之间加负电压VGS，由于绝缘层的存在，故没有电流，但是金属栅极被补充电而聚集负电荷，N型半导体中的多子电子被负电荷排斥向体内运动，表面留下带正电的离子，形成耗尽层，随着栅源间负电压的增加，耗尽层加宽，当VGS增大到一定值时，衬底中的空穴(少子)被栅极中的负电荷吸引到表面，在耗尽层和绝缘层之间形成一个P型薄层，称反型层，这个反型层就构成漏源之间的导电沟道，这时的VGS称为阈值电压（Vth）。VGS到Vth后再增加，衬底表面感应的空穴越多，反型层加宽，而耗尽层的宽度却不再变化，这样可以用VGS的大小控制导电沟道的宽度。
其中，对于足够大的负栅极电压，作为多数载流子的空穴被吸引到硅表面，终止于栅极绝缘物上的电场；结果在硅表面形成p型累积层。接近累积硅表面的空穴浓度较高，其表面可以看作是与栅极同时形成的平行板电容器的第二电极。因为累积层与p型衬底为直接欧姆接触，在累积条件下，这一结构的电容值近似等于MOS电容器功能。假如减小外加负栅极电压的数值，硅表面的空穴浓度也将减小。这个过程继续下去，栅极电压最后可减小到使表面空穴浓度为零，而仅由非可动离化施主构成的表面耗尽区可以终止栅极绝缘物电场。
示例性的，根据栅极电压不同，NMOS晶体管可以工作在积累区（VGS<0）、耗尽区（0<VGS<Vth）或者反型层（VGS>Vth）。
以NMOS器件为例，参照图1，图1为本公开实施例中提供的一种电荷泵测试技术的测试结构示意图。在一些实施方式中，NMOS器件的源极与漏极同时加一反偏电压Vr，栅极加一变化的脉冲电压源，使沟道区从积累状态到反型状态间不断变换，从而使来自漏源区的少数载流子在Si/SiO2界面陷阱上与来自衬底的多数载流子反复复合，由此产生净的衬底电流（电荷泵电流ICP），ICP的大小直接与Si/SiO2界面态密度、栅面积、脉冲频率成正比，从而获得Si/SiO2界面态密度的测量。
如图1所示，由ICP可以求得平均界面态密度Dit为：
其中，为平均界面态密度（费米能级扫过的能量范围内界面态的平均值，单位：cm-2·eV-1）；f为脉冲频率（单位：s-1）；/>为沟道漏源区掺杂状态的函数，理想情况下近似沟道面积，其中沟道长为源漏极结间距；q为电子电荷；/>为表面势的总扫描范围（单位：V）。
其中，当给NMOS器件栅极加一正脉冲电压高于阈值电压Vth，使器件表面被深耗尽而进入反型状态时，电子将从源漏区流入沟道，其中一部分会被界面态俘获。当栅极脉冲电压值低于平带电压Vfb，使器件表面返回积累状态时，沟道中的可动电子由于反偏作用又回到源漏区。陷落在界面态中的电子由于具有较长的退陷时间常数，在沟道消失之后仍然陷落在界面态中，将与来自衬底的多数载流子复合，从而产生ICP。由于ICP电流大小对界面陷阱非常敏感，它直接正比于界面态密度、器件栅极面积和栅极脉冲电压频率，所以界面陷阱的变化会直接反映在ICP上。
在一些实施方式中，上述电荷泵测量技术有三种模式，这三种测试模式的测量结果反映的栅极下方的Si/SiO2的界面态数量并没有明显的不同。参照图2，图2为本公开实施例中提供的一种电荷泵测试技术的三种测试模式示意图。上述电荷泵测量技术包括以下三种模式：
模式A：保持脉冲基准电压处于积累区，改变脉冲幅度使器件表面从积累状态变化到反型状态。
模式B：改变脉冲基准电压使器件表面从积累状态变化到反型状态，同时保持脉冲幅度为常数。
模式C：保持脉冲基准电压处于反型层，改变脉冲幅度使器件表面从反型状态逐渐变化到积累状态。
其中，在模式A中，随着栅极脉冲幅度的不断增加，栅极脉冲扫过的能带范围也不断增加，ICP也就随之不断增加，当栅极脉冲的顶部峰值超过NMOS器件的开启电压时，ICP达到饱和。
在模式B中，随着脉冲基准电压Vbase的不断变化，只有当满足＜Vbase＜Vfb时，ICP才会达到饱和；其中，Vth、Vfb分别为NMOS器件的阈值电压与平带电压，/>为脉冲幅度。
在模式C中，原理同模式A相似，当栅极电压的底部峰值小于NMOS器件的平带电压时，ICP达到饱和。
基于上述分析，电荷泵测量技术测量界面态陷阱电荷本质上是一个电荷守恒问题，其中，为了使得ICP可以反映界面态信息，通常要求在最高的阶跃电位处，界面态陷阱电荷达到饱和。然而，最高的阶跃电位的电位峰值并不是越大越好，电位峰值过高，会导致自由载流子在电位下降时间内回流到源极或漏极不完全，使得ICP将包含衬底（bulk）多子与自由载流子复合电流；另外电位峰值过高，还会导致栅极漏电流增大，从而产生较大的测量误差。基于此，如何检测出能够使界面态陷阱电荷达到饱和的栅极电压，对于提高界面态测试准确度具有重要意义。
然而，在传统解决方案中，关于能够使界面态陷阱电荷达到饱和的栅极电压，全凭技术人员的经验来确定，因此导致测试结果的准确度较低。
面对上述技术问题，本公开实施例中提供了一种检测方法，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，在半导体器件从耗尽状态转向反型状态的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流，当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为能够使半导体器件的界面态陷阱电荷饱和的栅极电压；在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值，由此可以避免因脉冲电压的峰值过高所导致的电荷泵电流包含衬底多子与自由载流子复合电流，以及栅极漏电流增大，提升界面态信息的测量准确度。详细的技术方案可以参照以下实施例。
可以理解的是，在界面处的能带禁带中由于界面不连续和各种缺陷等各种原因，引入了很多能级，这些能级不是随便分布的，而是从某条能级Ei往上和往下分别是受主能级和施主能级。如果费米能级Ef在分界线能级Ei的下面（Ef以下的能级全部被电子占据，以上的能级全部没有被电子占据），那么只有在Ef到Ei之间的能级是不显中性的，这些施主能级是要被占据电子才显中性，而现在是不占据电子的状态，所以是显正电性，这种情况应该是不平衡的。
在一些实施例中，在高电压VgH与低电压VgL扫到的能量范围的受主型界面态，在VgH时填充电子，在VgL时填充的电子与来自衬底的空穴复合；施主型与之同理。即一个空的能级能不能被电子占据或者被空穴占据，取决于该能级与系统费米能级的关系。因此，能够使界面态陷阱电荷达到饱和的栅极电压，也可以被解释为任意受主型界面态能级都处于费米能级的下面所需要施加的栅极电压。
参照图3，图3为本公开实施例中提供的一种半导体器件的测试结构示意图。
在本公开一些实施例中，上述半导体器件包括源极S、漏极D、栅极G以及衬底Sub；其中，源极S、漏极D以及衬底Sub均接地GND，栅极与预设的扫描电压源301连接。
参照图4，图4为本公开实施例中提供的一种检测方法的步骤流程示意图。在一些实施例中，该方法应用于上述半导体器件，包括：
S401、按照预设扫描参数，控制扫描电压源在栅极施加一扫描电压。
可选的，上述扫描参数包括上述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间。例如，假设扫描步长为A（mV），扫描保持时间为T（ns），则上述扫描电压可以每隔Tns增大AmV。
在一些实施方式中，可以选择较小的扫描步长与扫描保持时间，以“小扫描速度”在栅极施加一扫描电压，由此可以保证测试系统处于稳态，减小测量误差。
可选的，上述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；上述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
可选的，上述扫描步长还可以包括测试环境温度、上述扫描电压的起始扫描电压与终止扫描电压。
例如，当上述起始扫描电压为aV，终止扫描电压为bV时，可以控制上述扫描电压从aV按照上述扫描步长与扫描保持时间，逐步增大至bV。
S402、在扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流；其中，在扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，半导体器件从耗尽状态转向反型状态。
在一些实施方式中，上述第一电压值大于或等于上述扫描电压的起始扫描电压，上述第二电压值小于或等于上述扫描电压的终止扫描电压。
在一些实施方式中，上述第一电压值可以小于半导体器件的平带电压，第二电压值大于半导体器件的阈值电压，当控制扫描电压从第一电压值变化至第二电压值后，上述半导体器件可以从耗尽状态转向反型状态。
在一些实施方式中，当控制扫描电压从第一电压值变化至第二电压值后，上述半导体器件也可以是从积累状态转向耗尽状态后，再从耗尽状态转向反型状态。
可选的，上述第一电压值可以为-n*Vdd，第二电压值为n*Vdd；其中，Vdd≥Vth，Vth为半导体器件的阈值电压，n＞1。
示例性的，Vdd的取值范围可以为1.2V~1.5V，n的取值范围可以为1~2。
在一些实施方式中，上述第一电压值可以为-1.1*Vdd，第二电压值为1.1*Vdd。
S403、当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
可以理解的是，由于上述半导体器件的源极S、漏极D以及衬底Sub均接地GND，因此在栅极G施加一扫描电压后，上述半导体器件可以近似为一个等效电容器。
在一些实施方式中，假设上述等效电容器的电容为CMOS，则基于以下公式：
；/>为扫描电压的扫描速度的倒数
可知：当界面态陷阱电荷达到饱和时，由于此时的CMOS不再随扫描电压VGS变化而变化，所以流经栅极的栅极电流Igate将不再随着扫描电压VGS的变化而变化。即当界面态陷阱电荷饱和时，由于CMOS达到最大，所以Igate也会达到最大，且不再随着扫描电压VGS的变化而变化。
参照图5，图5为本公开实施例中栅极电流随扫描电压变化的示意图。
在图5中，当扫描电压VGS的电压值增大到V1时，栅极电流Igate达到最大电流值I1，且在扫描电压VGS大于V1时，栅极电流Igate不再随着扫描电压VGS的变化而变化。
在一些实施方式中，可以将上述V1确定为上述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的栅极电压，在采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值。
本公开实施例提供的检测方法，按照预设扫描参数，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，在半导体器件从耗尽状态转向反型状态的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流，当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为能够使半导体器件的界面态陷阱电荷饱和的栅极电压；在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值，由此可以避免因脉冲电压的峰值过高所导致的电荷泵电流包含衬底多子与自由载流子复合电流，以及栅极漏电流增大，提升界面态信息的测量准确度。
基于上述实施例中描述的内容，在本公开一些实施例中，上述方法还包括：
在上述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流；其中，在上述扫描电压从上述第三电压值变化至第四电压值的过程中，上述半导体器件从耗尽状态转向积累状态；当检测到栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将栅极电流在首次等于第二电流值时上述扫描电压的电压值，确定为上述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
在一些实施方式中，上述第三电压值可以大于上述第四电压值。
可以理解的是，由于Vbase在平带电位以下，所以当Vbase不满足Bulk多子完全中和陷阱少子时，Igate将随着Vbase向积累区扫描而变大，直到不再变化。
参照图6，图6为本公开实施例中栅极电流随扫描电压变化的另一示意图。
在图6中，当扫描电压VGS的电压值减小到V2时，栅极电流Igate达到最大电流值I1，且在扫描电压VGS小于V2时，栅极电流Igate不再随着扫描电压VGS的变化而变化。
在一些实施方式中，在VGS以上述扫描参数由耗尽区向积累区扫描时，可以通过检测Igate是否达到最大值，来判断施主型界面态填充空穴是否达到饱和；当Igate达到最大值，且不再随着扫描电压VGS的变化而变化时，可以将Igate达到最大值时的扫描电压V2作为Vbase的电压值，在采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将电压值V2作为在栅极施加的脉冲电压的最小电压值。
本公开实施例提供的检测方法，按照预设扫描参数，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，使半导体器件从耗尽状态转向积累状态的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流，当检测到栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将栅极电流在首次等于第二电流值时扫描电压的电压值，确定为能够使半导体器件的界面态陷阱电荷饱和的栅极电压；在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最小电压值，由此可以避免因脉冲电压过低所导致的漏电，提升界面态信息的测量准确度。
基于上述实施例中描述的内容，在本公开一些实施例中，在上述半导体器件的栅极施加一扫描电压后，上述半导体器件可以近似为以下三个等效电容器：衬底耗尽层等效电容Cs、界面态等效电容Cit以及栅氧化层等效电容Cox。具体可以参照图7，图7为本公开实施例中提供的一种半导体器件的等效电容示意图。
在一些实施方式中，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，使半导体器件从积累状态转向反型状态的过程中，等效电路依次经历如下三个阶段，除了Cox，其余两个电容大小均与VGS相关。
阶段一：VGS的电压值小于上述扫描电压V2，多子完全中和陷阱少子。此时界面态已经饱和，且无衬底耗尽，仅氧化层电容Cox对扫描电压VGS有响应，测试结构仅能测得仅体现氧化层电容Cox。
阶段二：VGS的电压值大于上述扫描电压V2，但小于界面态陷阱电荷的饱和电位（即上述扫描电压V1）。此时可以将Cit与Cs统一考察，在界面态陷阱电子饱和之前，Cit与Cs至少有一个对扫描电压VGS有响应。
阶段三：VGS的电压值大于上述扫描电压V2，且大于界面态陷阱电荷的饱和电位（即上述扫描电压V1）。此时用于上述饱和电位大于Vth，所以达到饱和后仅氧化层电容Cox对扫描电压VGS有响应。
基于上述实施例中描述的内容，本公开实施例中还提供了一种检测方法，应用于半导体器件，包括：
采用电荷泵测量技术，在上述半导体器件的源极与漏极同时施加一反偏电压，在栅极施加一变化的脉冲电压，以使上述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使上述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当上述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，上述脉冲电压的最大电压值为上述检测方法中确定的栅极电压V1；当上述半导体器件从反型状态转向积累状态时，上述脉冲电压的最小电压值为上述检测方法中确定的栅极电压V2。
检测上述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所该电荷泵电流确定上述半导体器件的界面态信息。
本公开实施例所提供的检测方法，提供采用上述实施例中描述的检测方法中确定的栅极电压V1作为上述脉冲电压的最大电压值，和/或采用上述实施例中描述的检测方法中确定的栅极电压V2作为上述脉冲电压的最小电压值，可以降低界面态信息的测量误差，提升测量结果的准确度。
基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供一种检测装置。参照图8，图8为本公开实施例中提供的一种检测装置的程序模块示意图。在一些实施方式中，应用于半导体器件，该半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述源极、所述漏极以及所述衬底均接地，所述栅极与预设的扫描电压源连接；该检测装置80包括：
控制模块801，用于按照预设扫描参数，控制所述扫描电压源在所述栅极施加一扫描电压。
检测模块802，用于在所述扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第一电压值变化至所述第二电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态。
确定模块803，用于当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第一电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
本公开实施例提供的检测装置，按照预设扫描参数，在半导体器件的栅极施加一扫描电压，在半导体器件从耗尽状态转向反型状态的过程中，实时检测流经栅极的栅极电流，当检测到栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将栅极电流在首次等于第一电流值时扫描电压的电压值，确定为能够使半导体器件的界面态陷阱电荷饱和的栅极电压；在后续采用电荷泵测量技术测量半导体器件的界面态信息时，可以将该栅极电压作为在栅极施加的脉冲电压的最大电压值，由此可以避免因脉冲电压的峰值过高所导致的电荷泵电流包含衬底多子与自由载流子复合电流，以及栅极漏电流增大，提升界面态信息的测量准确度。
在一些实施方式中，上述预设扫描参数包括所述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间；
所述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；所述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
在一些实施方式中，所述第一电压值小于所述半导体器件的平带电压，所述第二电压值大于所述半导体器件的阈值电压。
在一些实施方式中，所述第一电压值为-n*Vdd，所述第二电压值为n*Vdd；其中，Vdd≥Vth，Vth为所述半导体器件的阈值电压，n＞1。
在一些实施方式中，检测模块802还用于：
在所述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第三电压值变化至所述第四电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向积累状态。
确定模块803还用于：
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第二电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
需要说明的是，本公开实施例中控制模块801、检测模块802及确定模块803具体执行的内容可以参阅图1至图7所示实施例中相关内容，此处不做赘述。
基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供一种检测装置，应用于半导体器件，该半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述装置包括：
测量模块，用于采用电荷泵测量技术，在所述源极与所述漏极同时施加一反偏电压，在所述栅极施加一变化的脉冲电压，以使所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使所述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，所述脉冲电压的最大电压值为上述实施例中描述的检测方法中确定的第一栅极电压；当所述半导体器件从反型状态转向积累状态时，所述脉冲电压的最小电压值为上述实施例中描述的检测方法中确定的第二栅极电压。
确定模块，用于检测所述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所述电荷泵电流确定所述半导体器件的界面态信息。
进一步的，基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供了一种电子设备，该电子设备包括至少一个处理器和存储器；其中，存储器存储计算机执行指令；上述至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以实现如上述实施例中描述的设计规则检查方法中的各个步骤，本实施例此处不再赘述。
为了更好的理解本公开实施例，参照图9，图9为本公开实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
如图9所示，本实施例的电子设备90包括：处理器901以及存储器902；其中：
存储器902，用于存储计算机执行指令；
处理器901，用于执行存储器存储的计算机执行指令，以实现上述实施例中描述的检测方法中的各个步骤，具体可以参见前述方法实施例中的相关描述。
可选地，存储器902既可以是独立的，也可以跟处理器901集成在一起。
当存储器902独立设置时，该设备还包括总线903，用于连接所述存储器902和处理器901。
进一步的，基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，以实现如上述实施例中描述的检测方法中的各个步骤，本实施例此处不再赘述。
进一步的，基于上述实施例中所描述的内容，本公开实施例中还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述实施例中描述的检测方法中的各个步骤，本实施例此处不再赘述。
在本公开所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）或处理器（英文：processor）执行本公开各个实施例所述方法的部分步骤。
应理解，上述处理器可以是中央处理单元（英文：Central Processing Unit，简称：CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（英文：Digital Signal Processor，简称：DSP）、专用集成电路（英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC）等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。
总线可以是工业标准体系结构（Industry Standard Architecture，ISA）总线、外部设备互连（Peripheral Component，PCI）总线或扩展工业标准体系结构（ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本公开附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。
上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（SRAM），电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），可擦除可编程只读存储器（EPROM），可编程只读存储器（PROM），只读存储器（ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (14)
1.一种检测方法，其特征在于，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述源极、所述漏极以及所述衬底均接地，所述栅极与预设的扫描电压源连接；所述方法包括：
按照预设扫描参数，控制所述扫描电压源在所述栅极施加一扫描电压；
在所述扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第一电压值变化至所述第二电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态；
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第一电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设扫描参数包括所述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间；
所述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；所述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电压值小于所述半导体器件的平带电压，所述第二电压值大于所述半导体器件的阈值电压。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述第一电压值为，所述第二电压值为/>；其中，Vdd≥Vth，Vth为所述半导体器件的阈值电压，n＞1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第三电压值变化至所述第四电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向积累状态；
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第二电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
6.一种检测方法，其特征在于，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述方法包括：
采用电荷泵测量技术，在所述源极与所述漏极同时施加一反偏电压，在所述栅极施加一变化的脉冲电压，以使所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使所述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，所述脉冲电压的最大电压值为权利要求1至4任一项所述的检测方法中确定的第一栅极电压；当所述半导体器件从反型状态转向积累状态时，所述脉冲电压的最小电压值为权利要求5所述的检测方法中确定的第二栅极电压；
检测所述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所述电荷泵电流确定所述半导体器件的界面态信息。
7.一种检测装置，其特征在于，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述源极、所述漏极以及所述衬底均接地，所述栅极与预设的扫描电压源连接；所述装置包括：
控制模块，用于按照预设扫描参数，控制所述扫描电压源在所述栅极施加一扫描电压；
检测模块，用于在所述扫描电压从第一电压值变化至第二电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第一电压值变化至所述第二电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态；
确定模块，用于当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第一电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第一电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第一栅极电压。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预设扫描参数包括所述扫描电压的扫描步长与扫描保持时间；
所述扫描步长的取值范围为10mV至50mV；所述扫描保持时间的取值范围为0ns至100ns。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一电压值小于所述半导体器件的平带电压，所述第二电压值大于所述半导体器件的阈值电压。
10.根据权利要求7或9所述的装置，其特征在于，所述第一电压值为，所述第二电压值为/>；其中，Vdd≥Vth，Vth为所述半导体器件的阈值电压，n＞1。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测模块还用于：
在所述扫描电压从第三电压值变化至第四电压值的过程中，实时检测流经所述栅极的栅极电流；其中，在所述扫描电压从所述第三电压值变化至所述第四电压值的过程中，所述半导体器件从耗尽状态转向积累状态；
所述确定模块还用于：
当检测到所述栅极电流在预设时长内保持第二电流值不变时，将所述栅极电流在首次等于所述第二电流值时所述扫描电压的电压值，确定为所述半导体器件的界面态陷阱电荷饱和时的第二栅极电压。
12.一种检测装置，其特征在于，应用于半导体器件，所述半导体器件包括源极、漏极、栅极以及衬底；所述装置包括：
测量模块，用于采用电荷泵测量技术，在所述源极与所述漏极同时施加一反偏电压，在所述栅极施加一变化的脉冲电压，以使所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态，或者使所述半导体器件从反型状态转向积累状态；其中，当所述半导体器件从耗尽状态转向反型状态时，所述脉冲电压的最大电压值为权利要求1至4任一项所述的检测方法中确定的第一栅极电压；当所述半导体器件从反型状态转向积累状态时，所述脉冲电压的最小电压值为权利要求5所述的检测方法中确定的第二栅极电压；
确定模块，用于检测所述半导体器件产生的电荷泵电流，并根据所述电荷泵电流确定所述半导体器件的界面态信息。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；
所述存储器存储计算机执行指令；
所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现如权利要求1至6任一项所述的检测方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当计算机执行所述计算机执行指令时，实现如权利要求1至6任一项所述的检测方法。
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