一种评估半导体器件寿命的工作电压的方法
【专利摘要】一种评估半导体器件寿命的工作电压的方法，包括：求出某半导体器件在某工作电压VG下的失效几率；求出该半导体器件失效几率随VG的变化关系；根据同类的多个半导体器件失效几率随VG的变化关系，求出特征失效几率随VG的变化关系；取大于等于0且小于1的特征失效几率的工作电压VG即为满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD；根据目标要求的特征失效几率求出实际的满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD值的大小。本发明同时考虑了NBTI引入的动态涨落DDV和CCV的影响，而且不同VDD对半导体器件可靠性的影响程度也很好地评估出来。因此本发明提供了纳米尺度半导体器件几率性VDD有效的评估方法。
【专利说明】一种评估半导体器件寿命的工作电压的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子器件可靠性领域，涉及到纳米尺度半导体器件10年寿命对应 的的工作电压的评估方法。
【背景技术】
[0002] 在半导体技术中，半导体器件10年寿命对应的工作电压VDD (本文中，VDD表示半 导体器件10年寿命对应的工作电压）是一个重要的参数，决定着半导体器件的性能、功耗 等技术指标。从另一方面来说，半导体器件在10年寿命中的可靠性问题，尤其是负偏置温 度不稳定性 NBTI (Negative Bias Temperature Instability),会严重影响 VDD 的确定。在 纳米尺度下，NBTI会引入器件可靠性退化的动态涨落，包括半导体器件与半导体器件之间 的涨落（Device-to-device variation, DDV)以及半导体器件在不同工作循环之间的涨落 (Cycle-to-cycle variation, CCV)。在DDV和CCV的影响下，VDD该如何评估，目前尚未有 相关报道。
[0003] 在传统大尺寸半导体器件中，VDD对于同一批工艺是一个确定值。而在纳米尺度 下，由于CCV的影响，一个半导体器件在10年时性能的退化在失效判断标准附近出现很大 的涨落，唯一的VDD定义不再适用，即存在无限多个VDD均可以满足该半导体器件10年的 寿命要求。但是这无限多个VDD对半导体器件可靠性的影响程度不同，如何评估这种影响 程度，目前也尚未有相关报道。另外，由于DDV的影响，不同半导体器件10年寿命时退化情 况不同，导致10年寿命对应的VDD也不同。因此，在DDV和CCV的影响下，如何评估纳米尺 度半导体器件10年寿命对应的工作电压VDD，是纳米尺度半导体技术发展的重要问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种适用于纳米尺度半导体器件10年寿命对应的VDD的 评估方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种评估半导体器件寿命的工作电压的方法，应用于纳米尺度的半导体器件，其 特征是，包括如下步骤（如图5所示）：
[0007] 第一步，将某一半导体器件在加速应力下的阈值电压的退化λ vth等效地转化到 某一个工作电压Ve下，在10年左右依次各取N个八\^值，求出这N对八\^值的分布，把 这N对AV th大于失效判断标准的概率记作失效几率；
[0008] 第二步，改变Ve电压值，重复执行上一步的过程多次，可以求出该半导体器件在10 年寿命时的失效几率随着V e的变化关系；
[0009] 第三步，进而考虑DDV的影响，即把不同半导体器件的失效几率均考虑进来，在同 类的多个半导体器件上重复执行上述过程，得到每一个半导体器件在10年寿命时的失效 几率随v e的变化关系；
[0010] 第四步，取不同半导体器件在相同\下失效几率的均值，作为该ve下的特征失效 几率，即可得到特征失效几率随ve的变化关系，对应大于等于0且小于1的特征失效几率 的工作电压\即为满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD ;根据目标要求的特征失效几 率求出实际的满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD值的大小。
[0011] 优选的：
[0012] 所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第一步中，Ν为满足取 出的的相对标准方差等于所有应力时间下AV th的相对标准方差的最小个数。
[0013] 所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第一步中所述的失效 判断标准为：AV th = 50mV。
[0014] 所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第三步中，同类的半导 体器件至少选择30个。
[0015] 在大尺寸半导体器件中，由于10年寿命只对应一个VDD，因此特征失效几率随VDD 会出现0%到100%的突变。而对于一个纳米尺度半导体器件，考虑CCV的影响，失效几率 随VDD呈现从0%到100%缓慢变大的趋势。考虑DDV的影响后，特征失效几率随VDD变化 的更加缓慢。因此引入失效几率的概念后，纳米尺度半导体器件的VDD不再是一个定值，而 是变成几率性的，每一个VDD对应一个特征失效几率。特征失效几率值的大小表征对应的 VDD下，半导体器件在10年寿命时可靠性退化的程度。特征失效几率值越大，表示在该VDD 下，半导体器件在10年寿命时可靠性退化的程度越大。这样，纳米尺度半导体器件VDD的 不确定性可以很好地解决，本发明同时考虑了 NBTI引入的动态涨落DDV和CCV的影响，而 且不同VDD对半导体器件可靠性的影响程度也很好地评估出来。因此本发明提供了纳米尺 度半导体器件几率性VDD有效的评估方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是四端半导体器件示意图。
[0017] 图2是将Λ Vth转换到任意Ve后，提取该Ve对应的失效几率的示意图
[0018] 图3是单个大尺寸半导体器件和纳米尺度半导体器件失效几率比较的示意图。
[0019] 图4为提取的多个大尺寸半导体器件和纳米尺度半导体器件下，特征失效几率随 及VDD变化的示意图。
[0020] 图5为本发明所述方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 下面通过实施例并结合附图，详细描述本发明的预测方法，测试器件如图1所示。
[0022] 第一步，如图2所示，将一个半导体器件在加速应力下的阈值电压退化AVth随时 间的变化关系等效地转化到某一工作电压\下，在10年左右依次各取N个（N为满足取出 的八\^的相对标准方差等于所有应力时间下AV th的相对标准方差的最小个数）AVth，求 AVth的分布，进而求得AVth大于失效判断标准（通常为AVth>50mV)的概率，记作该V e下 的失效几率。
[0023] 第二步，将该半导体器件在加速应力下的阈值电压退化AVth随时间的变化关系 转化到其他工作电压V e下，重复执行上述过程，求出不同Ve对应的失效几率，如图3所示。
[0024] 第三步，如图4所示，在多个半导体器件上重复执行上述过程，得到每个半导体器 件的失效几率随ve的变化关系。取相同ve下，不同半导体器件失效几率的均值，作为该v e 对应的特征失效几率。即可得到特征失效几率随\的变化关系。对应特征失效几率（0< 特征失效几率〈1)的工作电压\就是满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD。在实际 操作中，VDD由目标要求的特征失效几率确定。
[0025] 上面描述的实施例并非用于限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发 明的精神和范围内，可做各种的更动和润饰，本发明的保护范围视权利要求范围所界定。
【权利要求】
1. 一种评估半导体器件寿命的工作电压的方法，应用于纳米尺度的半导体器件，其特 征是，包括如下步骤： 第一步，将某一半导体器件在加速应力下的阈值电压的退化Λ Vth等效地转化到某一 个工作电压下，在10年左右依次各取N个八\^值，求出这N对八\^值的分布，把这N 对Λ Vth大于失效判断标准的概率记作失效几率； 第二步，改变\电压值，重复执行上一步的过程多次，可以求出该半导体器件在10年 寿命时的失效几率随着的变化关系； 第三步，在同类的多个半导体器件上重复执行上述过程，得到每一个半导体器件在10 年寿命时的失效几率随Ve的变化关系； 第四步，取不同半导体器件在相同\下失效几率的均值，作为该Ve下的特征失效几率， 即可得到特征失效几率随Ve的变化关系，对应大于等于0且小于1的特征失效几率的工作 电压\即为满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD ;根据目标要求的特征失效几率求出 实际的满足半导体器件10年寿命的工作电压VDD值的大小。
2. 如权利要求1所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第一步中， N为满足取出的AVth的相对标准方差等于所有应力时间下AVth的相对标准方差的最小个 数。
3. 如权利要求1所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第一步中 所述的失效判断标准为：AVth = 50mV。
4. 如权利要求1所述的评估半导体器件寿命的工作电压的方法，其特征是，第三步中， 同类的半导体器件至少选择30个。
【文档编号】G01R31/26GK104122493SQ201410357412
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】黄如, 任鹏鹏, 王润声, 罗牧龙, 蒋晓波 申请人:北京大学